Sinh hoc phan tu

BÀI 6 Giảng viên: T.S. Võ Văn Toàn Học viên: Bùi Thị Thảo 6.1 Nền 6.1.1. Chức năng của protein Protein đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh học. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lớn. Là enzym xúc tác tập hợp các phản ứng hóa học được gọi chung là sự sống. Mặt khác những phản ứng hóa học theo quy định của protein, mà hành động một cách trực tiếp bởi các thành phần của các enzym hoặc gián tiếp trong các hình thức truyền tin hóa học, hoặc các thụ thể của nó. Nó tham gia vào việc vận chuyển và lưu trữ các chất sinh học quan trọng như các ion kim loại, ôxy, glucose, chất béo, và các phân tử khác. Trong hình thức của các sợi cơ và lắp ráp co lại khác, protein tạo ra các chuyển động cơ học của quá trình phối hợp nhiều quá trình sinh học, bao gồm cả việc phân chia các nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia tế bào và chuyển động của đôi mắt của bạn khi bạn đọc văn bản này. 6.1.2. Cấu trúc của protein Chức năng Protein chỉ có thể được hiểu trong mối quan hệ với cấu trúc của protein. Điều đó có nghĩa là cấu trúc của một protein xác định chức năng sinh hóa của nó. Người ta mô tả cấu trúc của protein với bốn cấp, đó là: • Cấu trúc bậc 1: là chuỗi acid amin của các chuỗi protein polypeptide. • Cấu trúc bậc 2: là sự sắp xếp không gian xung quanh của các nguyên tử polypeptide xương sống mà không liên quan đến hình thể chuỗi phụ của nó. • Cấu trúc bậc 3: ("xếp"), là sự sắp xếp tổng thể các yếu tố cấu trúc bậc 2. • Cấu trúc bậc 4: là sự sắp xếp của các chuỗi polypeptide. Bậc 1 Axit amin Bậc 2 Bậc 3 Bậc 4 Các bậc cấu trúc của protein 6.1.2. Cấu trúc của protein K. Linderstrøm-Lang là người đầu tiên đề xuất sự phân loại này. Chúng ta có thể phân loại các protein bằng cách phân loại này, mức độ bổ sung của cấu trúc protein đã được giới thiệu, để tạo điều kiện phân loại các protein thành các gia đình về cấu trúc và chức năng. Các cấp bổ sung được gọi là siêu cấu trúc bậc 2. Các siêu cấu trúc bậc 2 cũng được gọi là các họa tiết mô tả mối liên kết của các yếu tố cấu trúc bậc 2 thông qua các chuỗi tương tác phụ. 6.1.2.1. Cấu trúc bậc 1 Protein là polimer tuyến tính của 20 axit amin khác nhau nối lại với nhau qua liên kết cộng hóa trị, gọi là chuỗi polipeptide. Thứ tự các axit amin được gọi là chuỗi axit amin.Các trình tự của tất cả các chuỗi polypeptide của protein được xác định như cấu trúc bậc 1. 6.1.2.2. Cấu trúc bậc 2 Có 3 kiểu phổ biến của cấu trúc bậc 2 trong các protein, cụ thể là xoắn α , nếp gấp β và quay. Tất cả các phần còn lại không thể phân loại vào một trong 3 kiểu này thường được gọi là cuộn dây ngẫu nhiên. Ngoài những yếu tố phổ biến của cấu trúc bậc 2, một số yếu tố khác đã được đề xướng. Tuy nhiên chúng chỉ chiếm một phần nhỏ và không thể là một nguyên tắc cấu trúc chung cho protein. Để phân biệt các mô hình cấu trúc, người ta phải điều tra hình học của xương sống peptide. Hình 6-1: Peptide liên kết trong các protein 6.1.2.2. Cấu trúc bậc 2 Như chúng ta có thể nhìn thấy từ hình 6.1 có 3 gốc xoắn chính trong xương sống. Chúng được gọi là phi, psi và omega. Một phần liên kết đôi của liên kết amin, omega thường bằng 180 độ. Sự hình thành của các yếu tố cấu trúc bậc 2 được thực hiện bằng cách thay đổi góc phi và psi. Không phải mọi sự kết hợp giữa phi và psi đều xảy ra trong tự nhiên. Hình 6-2: Các loại xoắn khác nhau xảy ra trong protein 6.1.2.2. Cấu trúc bậc 2 Mô hình cấu trúc bậc 2 nổi bật nhất là xoắn. Có 3 kiểu xoắn được biết đến xảy ra trong các protein là xoắn 310, xoắn α và xoắn π .Kiểu xoắn phổ biến nhất là xoắn α. Cấu trúc của nó lặp đi lặp lại chính nó 5,4A0 dọc theo trục xoắn, vùng xoắn α có 3,6 gốc amino axit chiều cao tương ứng là 5,4A0. Sự bền vững của cấu trúc xoắn α bắt nguồn từ các kiên kết hidro của xương sống giữa nhóm C=O và nhóm N-H. Các chuỗi bên điểm ra ngoài trục xoắn và nói chung là hướng về phía cuối amino. Hình : Ví dụ cấu trúc xoắn alpha. A: mô hình giản lược, B: mô hình phân tử, C: nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian Xoắn 3 10 Xoắn α [...]... phân tử sinh học (còn được gọi là một đơn vị sinh học) là đại phân tử đã được chứng minh hoặc được cho là có chức năng Ví dụ, các phân tử hemoglobin chức năng có bốn chuỗi protein (alpha-beta dimers) Tùy thuộc vào đơn vị không đối xứng thì không gian nhóm hoạt động đối xứng bao gồm một trong hai phép quay hoặc bản dịch phải được thực hiện theo thứ tự để có được những đơn vị sinh học hoàn chỉnh Tuy nhiên,... để làm cho các đơn vị tế bào và toàn bộ hệ thống sẽ tồn tại trong ba chiều Hình 6-6: đơn vị không đối xứng tinh thể Một đơn vị không đối xứng có thể bao gồm: • Một phân tử sinh học • Một phần của một phân tử sinh học • Nhiều phân tử sinh học Nội dung của đơn vị không đối xứng phụ thuộc vào vị trí của phân tử trong tế bào đơn vị có liên quan đến các yếu tố đối xứng tinh thể và mức độ tương đồng cấu trúc... dụng để tinh thể nhưng quan trọng là phải hiểu làm thế nào để có được những phân tử sinh học chức năng Một đơn vị không đối xứng là phần nhỏ nhất của một cấu trúc tinh thể đối xứng, tinh thể có thể được áp dụng để tạo ra một đơn vị tế bào Các hoạt động đối xứng phổ biến nhất được tìm thấy trong các cấu trúc phân tử sinh học được phép quay, bản dịch, và đinh vít (kết hợp luân chuyển và dịch thuật) Các... thể phiến gấp β lặp đi lặp lại góc phi và psi và sử dụng năng lượng của liên kết hidro của xương sống polypeptide Trong nếp gấp β, tuy nhiên liên kết hidro xảy ra giữa các chuỗi polypeptide kề nhau Phiến gấp β có nguồn gốc tên của nó từ thực tế, các nguyên tử C kế cận nhau tu n tự được xen kẽ trên và dưới mặt phẳng của phiến gấp β song song và không song song 6.1.2.2 Cấu trúc bậc 2 Hình 6-3: Song song... trúc bậc 3 chỉ có khoảng 1000 protein đã được xác định Rõ ràng, nó sẽ có giá trị tuyệt vời nếu cấu trúc bậc 3 có thể được xác định từ cấu trúc bậc 1 Sẻ không phải quá đáng khi nói rằng chúng ta có khả năng dự đoán chính xác các cấu trúc của protein Từ đó, protein chức năng sẽ cách mạng hóa y học, dược học, hóa học và sinh thái học 6.2 Xác định và trực quan c ủa c ấu trúc protein 6.2.1 Ngu ồn g ốc... trong hai phép quay hoặc bản dịch phải được thực hiện theo thứ tự để có được những đơn vị sinh học hoàn chỉnh Tuy nhiên, nếu đơn vị không đối xứng có chứa nhiều phân tử sinh học thì sau đó một bản có thể được lựa chọn Hình 6-7: đơn vị sinh học của Hemoglobin 6.2.3 Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một hiện tượng vật lý dựa trên nguyên liệu của hạt nhân nguyên tử NMR nghiên... cuối cùng đã xác định các chức năng của protein Điều đó có nghĩa là các protein khác nhau với cấu trúc bậc 3 tương tự có thể có một chức năng tương tự 6.1.2.5 Cấu trúc bậc 4 Cuối cùng, nhiều protein sinh học xây dựng nên các chuỗi polypeptide Cách thiết lập nhiều chuỗi polypeptide phù hợp với nhau tạo thành cấu trúc bậc bốn của protein Việc bố trí các chuỗi polypeptide khác nhau với nhau là rất quan... giữa axit amin i+1 và i+2 6.1.2.2 Cấu trúc bậc 2 Hình 7-4: Hai loại kiểu quay phổ biến: loại I và loại II 6.1.2.3 Cấu trúc siêu bậc 2 Protein, đặc biệt là protein dài (có nghĩa là tất cả các protein sinh hóa quan trọng) hầu như không thể chỉ có một loại cấu trúc bậc 2 Hơn nữa riêng các loại khác nhau của mô hình cấu trúc bậc 2 trong nhiều trường hợp trình tự của các mô hình cấu trúc bậc 2 là tương... hóa y học, dược học, hóa học và sinh thái học 6.2 Xác định và trực quan c ủa c ấu trúc protein 6.2.1 Ngu ồn g ốc và h ạn ch ế c ủa c ấu trúc d ữ li ệu 3D Thông tin về cấu trúc 3-D của các đạ phân tử sinh học có thểđượ i c tìm thấy trong các Ngân hàng dữ liệu Protein (www.pdb.org) Hầu hết các cấu trúc dữ liệu trong cơ sở dữ liệu PDB đã thu đượ bằng c một trong các phươ pháp: tinh thể học tia X hay... chính xác cấu trúc ng 3D của phân tử trong tiểu bang, trong đó các phép đo đượ thực c hiện Kết tinh đôi khi làm biến dạng các phần của một cấu trúc do liên lạc giữa các phân tử lân cận trong tinh thể Tuy nhiên, các tinh thể protein đượ sử dụng cho nghiên cứu nhiễu xạđượ đánh giá c c cao ngậm nướ nên các cấu trúc xác định từ tinh thể không có c nhiều khác nhau từ các cấu trúc của các protein hòa tan . polypeptide. Trong nếp gấp β, tuy nhiên liên kết hidro xảy ra giữa các chuỗi polypeptide kề nhau. Phiến gấp β có nguồn gốc tên của nó từ thực tế, các nguyên tử C kế cận nhau tu n tự được xen kẽ trên. học và sinh thái học. 6.2. Xác nh và tr c quan c a c u trúc protein đị ự ủ ấ 6.2.1. Ngu n g c và h n ch c a c u trúc d li u 3D ồ ố ạ ế ủ ấ ữ ệ Thông tin v c u trúc 3-D c a các i phân t sinh. ráp co lại khác, protein tạo ra các chuyển động cơ học của quá trình phối hợp nhiều quá trình sinh học, bao gồm cả việc phân chia các nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia tế bào và chuyển