Slide hóa sinh tĩnh

5 Polysaccharide thành tế bào vi khuẩn : lớp vỏ bọc ngoài cùng của tế bào vi khuẩn là một mạng lưới các phân tử polysaccharide ramnose, glucose và galactose hoặc dẫn xuất amine của chúng

BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC

PHẦN I – SINH HĨA HỌC TĨNH

Chương 1- GLUCID

TP.HỒ CHÍ MINH-2008 PGS,TS.NGUYỄN PHƯỚC NHUẬN

2 Phân biệt các dạng đồng phân D và L , α và β α β ; cấu trúc vòng

5 cạnh furanose và vòng 6 cạnh pyranose của monosaccharide

3 Công thức cấu tạo của các đường đơn phổ biến : ribose, deoxyribose, glucose, galactose, fructose.

4 Công thức cấu tạo của một số đường đôi có tính khử và không có tính khử : saccharose, maltose, lactose, cellobiose.

5 Cấu trúc và tính chất của polysaccharide thuần (tinh bột, glycogen và cellulose) và polysaccharide dị thể (hemicellulose, các peatin, mucopolysaccharide).

6 Liên kết glycosidic và liên kết hydrogen trong cấu trúc phân tử glucid.

• 1 ĐẠI CƯƠNG

• 1.1 ĐỊNH NGHĨA: Glucid là mộtlớpchất hữu cơ phổbiến trong thế giới động vật, thực vật và vi sinh vật, với công thức phân tử tổng quát làCn(H2O)n →carbonhydrate

• Người ta phân glucid làm 3 nhóm lớn :

• - Monosaccharide (đường đơn);

• - Oligosaccharide (đường nhỏ, 2 – 10 gốc đường đơn);

• - Polysaccharide (đường đa) :

o Thuần nhất

o Không thuần nhất

1.2 VAI TRÒ

Trong cơ thể động vật :

 đường đơn : glucose trong máu ,

 đường đôi : lactose trong sữa,

 đường đa : glycogen dự trữ trong gan và cơ.

Cung cấp cho cơ thể động vật 70-80% nhu cầu năng lượng

Tham gia cấu tạo mô bào trong phức hợp với protein là nhóm

glucoprotein (các chất nhầy trong niêm dịch, chất ciment gắn

kết mô bào ….).

Vai trò khử độc ở gan, thuộc về acid glucuronic

Glucid là thành phần chủ yếu, chiếm tỷ lệ 80-90% vật chất

khô trong tế bào thực vật (tinh bột, cellulose ….)

phải trục thẳng đứng; cấu hình L thì ngược lại Cấu hình L là hình ảnh đối xứng qua gương của cấu hình D

Đường đơn trong tự nhiên thường có dạng D

- Thêm dấu (+) để chỉ sự quay mặt phẳng tia phân cực về bên phải, hay dấu (-) – bên trái.

CÔNG THỨC HÌNH CHIẾU FISHER

Dạng vòng : trong dung dịch nhóm aldehyde của các

aldose hay nhóm ketone của các ketose tác dụng với một

nhóm OH trong cùng phân tử tạo thành dạnghemiacetal

-Vòng 5 cạnh: vòng furanose

Vòng 6 cạnh: vòngpyranose

-Quy ước: dạng vòng của monosaccharide biểu diễn theo

nguyên tắc củaHaworth : các nhómH và OH nằm bên

phảitrong công thức hình chiếuFisherđược biểu diễn

phía dưới mặt phẳngvòng; nếu ởbên trái-phía trên

- Đồng phân α: nhómOH glycoside ở dướimặt phẳng

Đồng phânββ - ở trên

-Mỗi cặp đồng phân tương ứngcủa một chất(D-L, αα- β β …)

gọi là anomer

OH- CH- C- OHHO-C- HH- C- OHH- C-OH

CH2OHD-Glucose(dạng thẳng)

OH

H- C OH

H- C- OHHO-C- HH- C- OHH- C-OH

CH2OHD-Glucose(dạng hydrate)

OH

H- CH- C-OH

HO-C- H O

H- C- OHH- C

OH

HOH

OH

1

2 3 4

5

6

1 2 3

4 5 6

αα,D-Glucopyranose(nguyên tắc Haworth)

αα,D-Fructofuranose

CH2OHD(+) Glucose(dạng thẳng)

HO-C- HH- C-OH

OH

OH

CH2OH

OHOH

OH

OHα

α,D-Glucopyranose ββ,D-Glucopyranose

Nhóm OH glycosid (OH hemiacetal)

H

1

1

6 5 5

6

2 3 4

2 3 4

1.3 TÍNH CHẤT

Tính khử (bị oxy hóa) : tạo thành acid

- Nhóm aldehyde bị oxy hóa→ acid aldonicGlucose → acid gluconic(C1OOH)

- Nhóm rựơu bậc nhất bị oxy hóa→ acid uronicGlucose → acid glucuronic(C6OOH)Galactose→ acid galacturonic

- Nếu cả 2 nhóm bị oxy hóa→ acid saccharic

H- C- OHHO-C- HH- C- OHH- C- OH

CH2OHGlucose

O

C-H

H- C- OHHO-C- HH- C- OHH- C- OH

A.Glucuronic

COOH

H- C- OHHO-C- HH- C- OHH- C- OH

COOHA.Glucaric

Đường đơn bi oxy hĩa (cĩ tính khử) tạo ra acid :

Đường đơn cĩ tính oxy hóa (bị khử – nhận thêm 2H) →

CH2OHSorbitol

Tạo thành glycoside : Nhóm OH hemiacetal có thể

liên kết với các gốc phi glucid (gọi là nhómaglycone)

tạo thànhglycoside (TD: Methyl ααα glycoside)

NhómOH hemiacetalliên kết với nhóm OH

hemiacetal hay nhóm OH bất kỳ của monosaccharide

khác tạo thành disaccharide, liên kết tạo thành gọi là

liên kết glycosidic.Đây là nguyên tắc để tạo thành di,

tri , tetra … polysaccharide

Tạo thành đường amine : Thường nhóm OH ở C2

được thế bởi nhóm amineNH

CH2OH

OH

NH2

OHOH

CH2OH

OH

NH-CO-CH3

OHOH

CH2OH

O – CH3

OHOH

OHMethyl αα-glycoside+ CH 3OH -H2O

CH2OH

OH

OH

OHOH

NH C CH3

CH3 CH COOH O N-Acetyl muramic acid (NAM)

N-Acetylneuraminic acid(Sialic acid – Sia)

5 6 7 8 9

9

2Ù 3 4

5 6

N-Acetyl neuraminic acid(Sialic acid – SA) – hợp phầncủa ganglioside, tp màng t/b

Các pentose thuộc nhón ketose : D-Ribulose và D-Xylulose

Các hexose thuộc nhóm aldose :Glucose , Galactose, Mannose

Hexose thuộc nhóm ketose : Fructose

OC-HH- C-OH

H- C-OH

H- C-OH

CH2OHD-Ribose

OC-HH- C-H

H- C-OH

H- C-OH

CH2OHD-Deoxyribose

OC-HH- C-OH

HO- C- HH- C-OH

CH2OHD-Xylose

HO- C- HH- C-OH

H- C-OH

CH2OHD-Arabinose

Hình 1.1 :

Các pentose

thuộc nhóm aldose

β-D-Ribofuranoseα-D-Ribofuranose

β-D-Deoxyribofuranose

HOCH2

OH

OHOH

H

1 5

2 3

4

OHH

1 5

2 3

4

OH

OHH

1 5

2 3

CH2OHC= O

HO- C- HH- C-OH

CH2OHD-XyluloseHình 1.2 :

Các pentosethuộc nhĩm ketose

OHOH

H

β β-L-Arabinose

5

H

OHOHOH

HO H

Các pentose quan trọng ở thực vật

HO-C- HH- C-OHH- C-OH

CH2OHFructoseO

C-H

HO-C- H

HO-C- HH- C-OHH- C-OH

CH2OHMannose

OC-HH- C-OH

HO-C- H

HO-C- HH- C-OH

CH2OHGalactose

5 4

6

3 4

Một số dẫn xuất quan trọng của hexose :

α α-L-Rhamnose

(6-deoxy-L-mannose)

5

H

OHOHOHHO

α α-L-Fucose

(6-deoxy-L-galactose)

5

H

OHOHOHOH

3

ĐỘ NGỌT CỦA ĐƯỜNG

 Gía trị dinh dưỡng của đường được quyết định do :

- Khả năng cơ thể tiêu hóa, hấp thu nhanh, cao;

- Gía trị năng lượng cao.

 Về mặt cảm quan (hương vị) độ ngọt cũng rất quan trọng trong CNTP :

Độ ngọt của một số hydrate carbon

-32 -46 β

β-D-Maltose

32 48

β

β-D-Lactose

16

16 – 38 α

α-D-Lactose

Đắng Đắng

β

β-D-Mannose

32 59

α

α-D-Mannose

21 -

β

β-D-Galactose

32

27 – 67 α

α-D-Galactose

82

30 – 40 β

β-D-Glucose

74

40 – 79 α

α-D-Glucose

100 100

Saccharose

180

100 – 175 β

β-D-Fructose

Độ ngọt của chất kết tinh

Độ ngọt trong dung dịch Hydrate carbon

• Các hợp chất có vị ngọt, khi có sự thay đổi cấu trúc phân

tử dù nhỏ cũng có thể làm mất vị ngọt Thí dụ :

O C

SO2NH

O C

-Maltose: ααα-glucose + ααα-glucose

LK ααα(1 → 4)glycosidic-Lactose: ββββ-galactose + ααα-glucose

LK ββββ ααα(1 → 4)glycosidic-Cellobiose: ββββ-glucose + ββββ-glucose

LK ββββ(1 → 4)glycosidic3.2 DISACCHARIDE KHÔNG CÓ TÍNH KHỬ

- Saccharose : ββ-fructose + ααα-glucose

α,D-Glucoseβ

HO

CH2OH

OHOH

HO

CH2OH

OHOH

(1) Tinh bột (amidon) : dạng dự trữ glucid trong hạt, củ, quả.

- Amylose : chứa vài trăm gốc α α α-glucose, liên kết α (1 → 4)

glycosidic, phân tử dạng xoắn, tan trong nước, cho phản ứng màu xanh với iod Chiếm tỷ lệ 15-25% trong tinh bột PTT : 20.000- 50.000.

- Amylopectin : Cấu trúc phân nhánh với điểm phân nhánh có liên kết α (1 → 6) glycosidic Đun nóng tạo thành hồ, cho màu tím đỏ khi tác dụng với iod Chiếm tỷ lệ 75-85% trong tinh bột

PTT : vài triệu.

(2) Glycogen (tinh bột động vật) : Phân nhánh dày hơn amylopectin Dựï trữõ ở gan (5%) và cơ (1%).

O O

nHình 1.7 : Mạch amylose

với liêên kếtα(1 α → 4)glycosidic

Hình 1.8 : Cấu tạo amylopectin

Với LK αα(1 →4)vàαα(1 →6) glycosidic

O

5

OHOH

CẤU TRÚC HẠT TINH BỘT

CẤU TRÚC PHÂN TỬ GLYCOGEN

CẤU TRÚC PHÂN TỬ TINH BỘT VÀ GLYCOGEN

(3) Cellulose : Thành phần chính của thành tế bào thựcvật Thường liên kết với các thành phần khác : lignin, hemicellolse, pectin Phân tử chuỗi dài không phânnhánh, tạo bởi các gốcββ-glucosevới liên kếtββ (1 → 4) glycosidic

(4) Dextran : tạo bởi các gốcαα-glucosevới LK α (1α →6) glycosidic Có điểm phân nhánh 1 →2, 1 →3 và 1 → 4

Là dạng dự trữ glucid của nấm men và vi sinh vật Dung dịch có độ nhớt cao

Hình 1.9: Cấu tạo cellulosevới liên kết βββ (1 →4) glycosidic

Có thể thành lập các liên kết hydrogen với các phân tử cellulose khác tại các điểm C2này→ tạo thành bó sợi

6

Hình 1.10 : Cấu tạo của dextran với LK(1 → 6) glycosidic,

đây là dạng dự trữ glucid của nấm men và VSV

Dung dịch dextran có độ nhớt cao, trong y học được dùng làm

chất thay thế huyết tương; các dextran khác nhau có điểm

phân nhánh khác nhau, có thể là 1 – 2 ; 1 – 3 hoặc 1 - 4

Các gốc fructose

liên kết với nhau

(1) Các hợp chất pectin : tp chủ yếu : các acid galacturonic , liêên kết α α (1 → 4) glycosidic.

- Pectin hòa tan (acid pectinic) : polygalacturonic acid, một số nhóm (-COOH) được methyl hóa → → (-COO-CH3) Khi có mặt các acid hữu cơ chúng có khả năng làm các dung dịch đường nồng độ cao → → → keo → → → sử dụng khi sản xuất nước qủa, mứt.

- Pectin không hòa tan (protopectin) : polygalacturonic acid liên kết với các chất khác như cellulose, galactan, araban… Ở

TV khi qủa chín protopectin → → → pectin hòa tan làm qủa mềm.

O O

OH OH COOH

O

O

OH OH COOH

O

O

OH OH COOH

O

O

OH OH COOH

Pectic acid : polygalacturonic acid, LK α (1 α → 4) glycosidic

Pectinic acid : một số nhĩm COOH bị methyl hĩa Pectin hịa tan : là pectinic acid cĩ số lượng lớn nhĩm CH3Pectin khơng hịa tan (protopectin) : pectinic acid + cellulose, galactan,

C H 2 Liên kết 1-3

3,6 anhydro galactose

H O H O

H O

2) Agar-agar (có trong rong biển)

- Agarose : D và L-galactose liên kết (1 → → →4), (1 → → →3)

- Agaropectin : D-galactose, một số gốc este hóa bởi H2SO4

3) Mucopolysaccharide : chủ yếu có trong mô

liên kết, mô nâng đỡ (xương, sụn), là thành

phần trong các dịch nhầy Thí dụ như:

 Acid hyaluronic : ở thủy tinh dịch, dịch khớp

xương

 Chondroitin sulfate : ở sụn, các mô bảo vệ, mô

nâng đỡ.

 Heparin : có nhiều ở gan, phổi, máu …, là chất

chống đông máu.

Acid hyaluronic

CH2OH

ONHCOCH3

HO 5

– Gal – GlcNAc – Gal – Glc – SERAMID

nhóm máu B GalNAc được thay bởi galactose còn nhóm máu O không có các đường trên.

(5) Polysaccharide thành tế bào vi khuẩn : lớp vỏ bọc ngoài cùng của tế bào vi khuẩn là một mạng lưới các phân tử polysaccharide (ramnose, glucose và galactose hoặc dẫn xuất amine của chúng) liên kết với chuỗi peptide ngắn.

GalNAc

Fucose (6-deoxy-L-galactose)

BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC

2 Công thức cấu tạo của các acid béo no , các acid béo có một

nối đôi và các acid béo không no thiết yếu ( 2 , 3 , 4 nối đôi)

thường gặp trong dầu, mỡ tự nhiên ?

3 Công thức cấu tạo và chức năng sinh học của triglyceride và

các phospholipid ?

4 Công thức cấu tạo và chức năng sinh học của rượu đa vòng

sterol và các dẫn xuất từ chúng : vitamin D2, D3; các acid

mật; các hormone sinh dục đực và cái; các hormone vỏ

- Lipid : dầu, mỡ, phospholipid, sphingolipid;

- Lipoid : steroide, terpen, prostaglandin…

VAI TRÒ

- Dự trữ NL: 1 g dầu, mỡ →→→9,3Kcal ;1 g glucid →→→ 4,1

- Cung cấp20 – 30 % nhu cầu NL hàng ngày của động

vật

- Tham giacấu tạo màng sinh học

- Hoà tan các vitamin A, D, E, K

- Bảo vệ

- Cung cấp nước nội sinh (đ v ngủ đông, sâu, kén, động

vật di cư …) : oxy hóa 100 g mỡ →→→ 107 g nước

PHÂN LOẠI TỔNG QUÁT

Cách I : Dựa vào sự có mặt của acid béo và liên kết ester

• Lipid thủy phân được (lipid thật, xà phòng hóa được) : TP chứa acid béo → c ó chứa liên kết ester ; gồm : acylglycerid, phosphoglycerid, sphingolipid

v à sáp

• Lipid không thủy phân được (kh ông xà phòng hóa được) : TP

kh ông chứa g ốc acid béo →

kh ông có liên kết ester ; gồm : hydrocarbon terpen (squalen, caroten, quinone…,

prostaglandin, các vitamin hòa tan trong chất béo (vit A, D, E, K) Alchohol vòng sterol và các dẫn xuất …

Dựa vào thành phần cấu tạo

2 THÀNH PHẦN CẤU TẠO2.1 CÁC ACID BÉO

DANH PHÁP CỦA ACID BÉO

- Mạch C : 18 C : octadecane

- Bão hòa : tận cùng e →oic Thí dụ acid béo bão hòa 18C : octadecanoic acid

- Không bão hòa, một nối đôi : tận cùng enoic,

hai nối đôi : dienoic …

• Cách đánh số thứ tự C trong acid béo :

CH3-(CH2)n- CH2- CH2- CH3(βββ)2- CH2(ααα)2- COOH1

ω

• Các acid béo bão hòa (B 2-1, t.33)

CH3-(CH2)n-COOH

Lưu ý : C16 : acid palmiticvàC18 : acid stearic

• Các acid béo không bão hòa (B.2-2, T.34)

- Một nối đôi : * C16 : A palmito oleic C16:1∆9

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH = CH – (CH2)7-COOH

* C18 : A.oleic C18:1∆9 (ωωω9)

CHω 3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH = CH – (CH2)7-COOH

ω

• CÁC ACID BÉO THIẾT YẾU

- Hai nối đôi : C18 - A.linoleic- C18:2∆9,12 (ωωω6)

-DHA–DecosaHexaenoicAcid (6 nối đôi)

-EPA- EicosaPentaenoicAcid (5 nối đôi)

Có trong dầu phọng và chất cerebroside

- Acid béo đặc biệt có trong sữa

- Sản phẩm lên men của VSV dạ cỏ

Tên acid béo

CÁC ACID BÉO BÃO HÒA (B 2-1, t.33)

là những dẫn xuất của acid béo vòng prostanoic (20C)

COOH 2

3 4 5 7 8 9 10

1

17

9 10 12 18

19

27

Cholesterol

C16H33OHRượu cetylic

α

α α’

β

CH3HO

1

17

9 10 12 18

19

21

20

26 27

• Glyceride (triacyl glycerol)

• Sáp : Ester của rượu cao phân tử (cetylic) và acid béo.

• Là ester của rượu glycerol với 3 acid béo Có

thể có các dạng di-glycerid hoặc

mono-glyceid.

• Chức năng chính : dự trữ và cung cấp năng

lượng (vai trò chủ yếu thuộc về các acid béo).

Monoacyl-1,3(ααα,ααα’) glycerol

Diacyl-1,2(ααα, ββglycerol

β)Diacyl-2(ββglycerol

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA TRIGLYCERID

 Phản ứng thủy phân

 Chỉ số acid :Số mg KOH trung hịa các acid béo tự do

trong 1 gram chất béo

R-COOH + KOH R-COOK + H2O

CH2-OH R1 COOK

CH –OH + R2COOK

CH2-OH R3COOKGlycerol

 Chỉ số xà phịng hĩa :Số mg KOH trung hịa các acid béo

tự do và acid béo kết hợp trong 1 g chất béo :(1) R-COOH + KOH R-COOK + H2O(2)

• Chỉ số iode : số gram iode bão hịa hết các vị trí nối

đơi của 100 gram glyceride Chỉ số iode đặc trưng cho

mức độchưa bão hịacủa chất béo Chất béo càng

nhiều nối đơi chỉ số iode càng cao

R1-CH2-CH=CH-CH2-R2+ O2 →R1-CH2-CH=CH-CH-R2

O OH(oxy liên kết vào vị trí C gần nối đôi tạo thành hydroperoxyde)

 Sự thành lập peroxyde và hydroperoxyde:

Tạo các sản phẩm cuối cùng như aldehyde, ketone, rượu, epoxyde, acid tự do … gây mùi ôi khó chịu của dầu mỡ khi bảo quản lâu.

3.2 PHOSPHOLIPID

• Thành phần : rượu + acid béo + acid phosphoric

và các gốc base chứa N

• Chức năng quan trọng : tham giacấu tạo màngtế

bào và các loại màng sinh học khác

Thành phần : Là ester của sphingosine và acid béo + glucid

(galactose, galactosamin, glucose…), khơng cĩ gốc phosphate

Các glycolipid quan trọng :

• Cerebroside : Trong thành phần màng tế bào thần kinh.

• Sulfatide : cĩ thêm gốc sulfate gắn với C3-galactose T/gia

q/trình vận chuyển chất qua màng tế bào.

• Hematoside : cĩ thêm gốc acid sialic gắn với hexose, cĩ trong tế

bào hồng cầu, não.

• Ganglioside : thành phần phức tạp Khu trú nhiều trong synapse

thần kinh, trực tiếp tham gia qúa trình truyền xung động thần

HO

H O-CH2-CH-CH-CH=CH-(CH2)12-CH3

NH OHCO-(CH2)22-CH3

CerebrosideGalactose Acid lignoseric

12 11

Perhydrocyclopentano-phenanthrene(nhân steran)

(Vòng A-B-C = phenantren, vòng D = cyclopentan đã hydrogen hóa hoàn toàn)

13 14 16

• Vitamin D3 : xúc tác hấp thu Ca ở ruột

• Các acid mật : tham gia tiêu hĩa và hấp thu mỡ

• Các hormone steroid :

- Các hormone sinh dục đực và cái

- Các hormone điều hịa trao đổi đường (vỏ thượngthận)

- Các hormone điều hịa trao đổi khống (vỏ thượngthận)

21 20

19

21 20

27 26

22 23

25 24Cholesterol (C)

Cholesterol ester (CE)

R – C

O

ACID MẬT VÀ MUỐI MẬTCác acid mật đều là dẫn xuất của acid cholic (24 C) , chúng khác nhau bởi cĩ hay khơng cĩ nhĩm OH ở C3, C7 và C12

• Acid cholic: cĩ nhĩm OH ở C3 , C7 và C12

• Acid deoxycholic: OH ở C3 và C12

• Acid chenodeoxycholic: OH ở C3 và C7

• Acid lithocholic: chỉ có nhóm OH ở C3

• Các acid mật trên liên kết vớiglycinehay taurine

(dẫn xuất từ cysteine) tạo nên các acid mật, muối mật

tương ứng, tham gia qúa trình tiêu hĩa và hấp thu

chất béo ở ruột non

CH3

CH3

12 CO– NH-CH2-CH2-SO3HHO

GlycineTaurocholic acid

Glycocholic acid

BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC

PHẦN I – SINH HĨA HỌC TĨNH

Chương III- PRITEIN VÀ AMINO ACID

TP.HỒ CHÍ MINH-2008

1 Đại cương : Định nghĩa; Vai trò

2 Amino acid : ĐN; Tính chất & Phân loại

3 Cấu tạo : Peptide và các bậc cấu trúc của phân tửprotein

4 Một số tính chất quan trọng của protein

5 Phân loạiLớp protein đơn giảnLớp protein phức tạp

MỤC TIÊU

1 Định nghĩa và vai trò sinh học của protein.

2 Thuộc và viết được công thức cấu tạo cùa 20 amino acid

thường gặp trong protein thiên.

3 Mô tả các kiểu liên kết trong cấu trúc phân tử protein (LK

peptide, LK hydrogen, LK disulfite …) và trình bày các bậc

cấu trúc của phân tử protein và ý nghĩa của chúng.

4 Một số tính chất : tính hòa tan (trạng thái keo), kết tủa, biến

tính và tính đặc trưng sinh vật học của protein.

5 Vai trò sinh học của các nhóm protein đơn giản và phức tạp ;

cơ chế hoạt động trao đổi khí của hemoglobin

Phân tử trọng lớn →→→ đại phân tử Luôn chứa nitrogen với tỷ lệ tương đối ổn địnhkhoảng 16%

→

→ Tỷ lệ % protein = SL N x 6,25 x 100

- Theo quan điểm SVH : protein là lớp chất hữu cơmang sự sống

VAI TRÒ

 Protein rất đa dạng về mặt cấu trúc, tính đặc hiệu loài rất cao

→

→ chúng tham gia vào tất cả các biểu hiện của sự sống :

– Sự vận động và đáp nhận kích thích,

– Sự sinh trưởng, phát dục và sinh sản,

– Sự di truyền và biến dị,

– Sự trao đổi chất không ngừng với môi trường xung quanh.

 Các protein cấu trúc : tham gia cấu tạo mọi tế bào, mô bào.

 Các protein phi cấu trúc (có hoạt tính sinh học) : enzyme (xúc

tác sinh học); kháng thể (chức năng bảo vệ), hormone (điều hòa

sinh học) ….

 Bị oxy hóa → → → cung cấp khoảng 10-15% nhu cầu năng lượng.

2 AMINO ACID

ĐỊNH NGHĨA: là acid hữu cơ trong đó có1 H ở Cα

của gốc alkyl được thế bởi nhóm amine (NH2).Nếu cónhóm amine thứ 2 thì thường chúngnằm ở C xa nhất

so với nhóm -COOH Amino acid làđơn vị cấu tạo củaprotein

α

TÍNH CHẤT

-Tính hoạt quang: do amino acid có ít nhất mộtC*

bất đối (ngoại trừ glycine) →→→ chúng có tính hoạt

quang (quay mặt phẳng tia phân cực của ánh sáng)

và tồn tại dưới hai dạng đồng phân quang họcD và

L(trong tự nhiên gặp chủ yếu dạng L)

C=O OH

CH2-OH

H2N-C* –H C=O OH

PHÂN LOẠI

- THEO CẤU TẠO HÓA HOC :

Chia làm 5 nhóm (B.3.2, T.52)

- THEO VAI TRÒ SINH HỌC

- Các amino acid thiết yếu(không thay thế được)

- Các amino acid không thiết yếu(thay thế được)

 Protein cógiá trị dinh dưỡng hoàn toàn(có nguồn

gốc động vật như : thịt, trứng, sữa – chứa đầy đủ các

amino acid thiết yếu)

 Protein cógiá trị dinh dưỡng không hoàn toàn–

Chứa không đầy đủ các amino acid thiết yếu, thường

I Ile

Isoleucine 09

H His

Histidine 08

G Gly

Glycine 07

F Phe

Phenylalanine 06

E Glu

Glutamic acid 05

D Asp

Aspartic acid 04

C Cys

Cysteine 03

B Asx

Asparagine hay aspartic acid 02

A Ala

Alanine 01

Viết tắt 1 chữ Viết tắt 3 chữ

Amino acid STT

CÁC AMINO ACID THƯỜNG GẶP TRONG

PROTEIN TỰ NHIÊÊN

Z Glx

Glutamine hay glutamic

acid

22

Y Tyr

Tyrosine

21

W Trp

Tryptophan

20

V Val

Valine

19

T Thr

Threonine

18

S Ser

Serine

17

R Arg

Arginine

16

Q Gln

Glutamine

15

P Pro

Proline

14

N Asn

Asparagine

13

M Met

Methionine

12

L Leu

Leucine

11

Viết tắt 1 chữ Viết tắt 3 chữ

Amino acid

Val [V]

VALINE(α α α- amino isovaleric acid)

03

Ala [A]

ALANINE(α α α- amino propionic acid)

02

Gly [G]

GLYCINE(Amino acetic a.)01

(monoamino monocarboxylicacid

t/ tínhAminoacid

I

Cơng thức cấu tạo

Ký hiệuTên

Met [M]

NINE ( α - amino

β -mercapto propionic acid)

08

CHỨA LƯU HUỲNHACID

AMINO III

STT

Gln[Q]

STT

MONOCARBOXYLIC DIAMIN

AMINOACID IV

LYSINE

HYDROXY-14

Lys [K]

LYSINE

( α ε-diamino caproic acid)13

Arg [R]

ARGININE ( α

-amino δ-guanidine valerianic acid

Cơng thức cấu tạo

Ký hiệu Tên

STT

MẠCH VỊNG

ACID AMINO

STT

PROLINE(γ-hydroxy pirrolidine

HYDROXY-α -carboxylic acid)20

Pro [P]

PROLINE(pyrrolidine

α -carboxylic acid)19

His [H]

HISTIDINE( α - amino

β -imizazolyl propionic acid)

3 CẤU TẠO

3.1 PEPTIDE

-Khi nhómαα-aminecủa AA này kết hợp với nhómα-α

carboxylcủa AA đứng kế cận (khử p/t nước) sẽ tạo ra

LK peptide, nhiều AA kết hợp với nhau tạo thành

chuỗi dài polypeptide

- Liên kết peptide →→→ Sơ đồ chuỗi polypeptide

- Cách biểu diễn : đầu N ? Đầu C?

- Danh pháp?

- Một số peptide trong tự nhiên có vai trò sinh học quan

trọng :

- Các hormone : oxytocine, vasoprescine …

- Các kháng sinh, nội độc tố vi khuẩn,

- Glutathione

H H O

H – N + – C - C H

3.2 CẤU TRÚC PHÂN TỬ PROTEIN

Các bậc cấu trúc của phân tử protein :

 Cấu trúc bậc I : biểu thị thứ tự AA trong chuỗi polypeptide

( LK peptide ), hoặc nhiều chuỗi polypeptide và vị trí LK

disulfide (nếu có hiện diện).

 Cấu trúc bậc II : biểu thị sự xoắn của chuỗi polypeptide LK

hydrogen là lực chủ yếu ổn định cấu trúc xoắn ( α-helix &

β-sheet)

 Cấu trúc bậc III : biểu thị sự xoắn và gập khúc của chuỗi

polypeptide LK disulfide đóng vai trò quan trọng trong việv

duy trì cấu trúc bậc III.

 Cấu trúc bậc IV : biểu thị sự kết hợp của nhiều chuỗi

polypeptide có cấu trúc bậc III trong p/t.

 CẤU TRÚC BẬC NHẤT

Là cấu trúc của chuỗi polypeptide, trong đó cácamino acid nối với nhau bởi LK peptide và chúng đượcsắpxếp theo một trình tự nhất định đặc trưng riêng chotừng loại phân tử protein Chính trật tự amino acid quyết địnhtính đặc trưng sinh vật họccủa phân tửprotein

- Sườn peptide

H2N-CH-CO NH-CH-CO … NH-CH-COOH

- Gốc bên R : gốc alkyl của các amino acid tạo cấutrúc không gian phức tạp và tạo hoạt tính sinhhọc của phân tử protein

R 3

NH C CO H

Peptide bond

The amino acid sequence is called as

A carboxylic acid condenses with an amino group with the release of a water

- Liên kết peptide có thể hỗ biến :

• - C- N - →→ - C =N –

• - Với 20 loại amino acid có thể tạo2 x 1018tổ hợp

• - Chỉ cần thay đổi một amino acid trong polypeptide thì sẽ làm thay đổi tính chất sinh vật học của protein

Thí dụ trongbệnh hồng cầu lưỡi liềm: do một thay đổinhỏ trong gene →→Glubị thay thế bởiVal

CẤU TRÚC BẬC NHẤT CỦA PHÂN TỬ PROTEIN

(Một đơn vị peptide là một khối sắp xếp của 4 nguyên tử

N , H , C & O Khoảng cách các nối tính bằng A 0 )

CẤU TRÚC BẬC HAILà kết cấu cuộn xoắn trong không gian của chuỗipolypeptide: các AA tự nhiên đều bất đối nên chúng cókhả năng quay tự do quanh mối liên kết của Cααα →→→ xuhướng hình thành cấu trúc xoắn :

Dạng xoắn lò xo : α-helixα

Gấp nếp xếp lớp : β-sheetβ

- Lực ổn định cho cấu trúc bậc II làliên kết hydrogenhình thành giữa nhóm NH(+)và C=O(-)khi khoảng cáchgiữa chúng2,79 ±±±± 0,12 A0

-Mỗi vòng xoắn chứa 3,6 gốc AA → AA thứ nhất và thứ

Basic structural units of proteins: Secondary structure

Secondary structures , α-helix and β-sheet, have regular hydrogen-bonding patterns CÁC KIỂU KẾT CẤU BẬC HAI TRONG

PHÂN TỬ PROTEIN

CẤU TRÚC BẬC NHẤT (CHUỖI POLYPEPTIDE)

VÀ CÁC DẠNG BẬC HAI CỦA PROTEIN

 Trong tự nhiên chuỗi polypeptide của phân tử protein có thể tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau :

Chỉ một dạng α α α-helix;

Cả 2 dạng cấu trúc xen nhau : dạng α α α (biểu diễn bằng hình trụ) và dạng xếp lớp ββββ (biểu diễn bằng hình mũi tên);

Các protein dạng sợi chỉ có dạng xếp lớp ββββ , đó là các protein biến tính tự nhiên (không cho trạng thái keo, không chịu tác dụng thủy phân của enzyme tiêu hóa …).

 Một dạng cấu trúc sợi đặc biệt : collagen, có nhiều

trong tổ chức gân, sụn, da, xương và răng Ở

khoảng 40oC collagen →→→ gelatin

 TP AA của collagen chủ yếu là (Gly-Pro-Hyp); mỗi

sợi gồm 3 chuỗi ααα-helix, trong từng chuỗi không có

LK H, mỗi chuỗi được ổn định nhờ lực đẩy giữa các

vòng pyrrolidonecủa Pro và Hyp; giữa 3 chuỗi có

LK H và cả cáccầu disulfideđồng hóa trị bền vững

→

→ gân rất dai, khó tiêu hóa

CẤU TRÚC BẬC BALà dạng cấu trúc không gian 3 chiều của chuỗi polypeptide ,

đây là các protein cĩ dạng cầu hay elip, như enzyme, albumin,

globulin …

Các cầu nối ổn định cấu trúc bậc ba :

(1)- Nối tĩnh điện

(2)- Nối hydrogen :

(3)- Nối disulfid : liên kết giữa 2 nguyên tử sulfur của

cysteine trong vòng xoắn α -helix.

(4)- Nối kỵ nước : xảy ra giữa 2 nhân vòng chi hoàn hay gốc

bên R không phân cực.

(5)- Lực Val der Waals : lực này xảy ra giữa mọi phân tử có

khoảng cách 1-2 lần đường kính phân tử CÁC CẦU NỐI TRONG CẤU TRÚC BẬC BA CỦA PROTEIN

Three-dimensional structure of proteins

Tertiary structure

Quaternary structure

• Nối(–S – S-)bền nhưng chúng cĩ it trong phân tử, cácnối khác kém bền hơn nhưng cũng rất quan trọng vìchúng cĩ ở khắp bề mặt và cả trong vùng giữa xoắn

• Với cấu trúc bậc ba các gốc kỵ nước được đẩy vào trong

và các nhĩm ưa nước được bố trí ở bề mặt phân tử →→→ tạolớp vỏ nuớc, ổn định trạng thái keo

• Cấu trúc bậc bađặc thù riêng cho từng loại protein, phùhợp với chức năng sinh học của chúng Thơng qua cấutrúc bậc ba các enzyme sẽ hình thành các trung tâm hoạtđộng để thực hiện chức năng xúc tác Chính dạng cấutrúc bậc baảnh hưởng quyết định đến hoạt tính sinh họccủa protein

• Các yếu tố mơi trường : to, pH … làm thay đổi cấu

trúc bậc ba sẽ làm thay đổi hoạt tính sinh học của

phân tử protein

CẤU TRÚC BẬC BỐN

• Là trạng thái tổ hợp của nhiều đơn vị cấu trúc bậc ba

hoàn chỉnh,tổ hợp này ổn định nhờ các LK (-S-S-) và

các lực phụ khác

 Rất nhiều protein phải ở dạng cấu trúc bậc bốn mới

thể hiện được hoạt tính sinh học

Myoglobin

Staphylococcal nuclease

Triophosphate isomerase

Pyruvate kinase

CẤU TRÚC PHÂN TỬ COLLAGEN (a) VÀ Hb -α2, βα ββ2 (b)

CẤU TRÚC DOMAIN

Là những vùng có cấu trúc tương đối hoànchỉnh trong phân tử protein, là nơi thực hiện chứcnăng liên kết, chức năng lắp ráp các phân tửprotein Các domain tạo khả năng tương tác linhhoạt giữa các đại phân tử trong qúa trình hoạtđộng của chúng

Summary

• Proteins are key players in our living systems

• Proteins are polymers consisting of 20 kinds of amino acids

• Each protein folds into a unique three-dimensional structure defined by its amino acid sequence

• Protein structure has a hierarchical nature

• Protein structure is closely related to its function

• Protein structure prediction is a grand challenge of computational biology

4 MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG CỦA

PROTEIN

 Trọng lượng phân tử cao

 Protein có trạng thái keo

 Tính lưỡng tính và điểm đẳng điện

 Tính đặc trưng sinh vật học

5 PHÂN LOẠI5.1 CÁC PROTEIN ĐƠN GIẢN

TP phân tử chỉ bao gồm các amino acid

ALBUMIN &GLOBULIN

Lưu ý các tiểu phần albumin và globulin huyếtthanh –Albumin là nguồn V/C cơ bản t/g xây dựng hầu hết mọiloại cấu trúc của tế bào, mô bào, chúng được tổng hợptừ gan

- Chức năng : giữ áp lực keo của máu,

- Điều hòa TĐC giữa máu và dịch gian bào,

- Vận chuyển các chất dinh dương (khoáng, acid béo, một số vitamin …)

• GLOBULIN

 ααα-Glo: ααα1& ααα2, có trong lipoprotein, glucoprotein, t/g

chuyển hóa glucid, lipid

 βββ-Glo:t/g vận chuyển và chuyển hóa kim loại :

transferrin (sắt), seruloplasmin (đồng) …

 γγγγ-Glo: l/q lớp globulin miễn dịch - immunoglobulin (Ig)

PROTAMINE VÀ HISTONE

Là những protein cótính kiềmvì trong p/t chứanhiều AA kiềm tínhdiamine(Lys Arg) Histone cótrong nhân tb, liên kết với DNA →→→ NST

Protamine có nhiều trong tinh dịch, trứng cá …

PROLAMINE VÀ GLUTELINE

Là những protein thực vật, không tan trong nước, hoà tan trong alcohol 70 – 800

SCLEROPROTEIN

Là các protein dạng sợi, biến tính tự nhiên, không

bị thủy phân bởi enzyme tiêu hóa protein Các đại diệnđiển hình: collagen, elastin; keratin (trong tóc, lông);

fibroin (trong tơ tằm ) …

Cấu trúc p hân tử collagen (A) va elastin (B)

• Collagen : chiếm khoảng ¼ khối lượng protein cơ thể , là tp chính của các mơ liên kết, của gân, dây chằng, sụn, xương và răng, cĩ khả năng đàn hồi và chịu lực cao;

• Collagen + elastin tạo thành cấu trúc chính của da Col đảm nhận tính co giãn của da → → → khi collagen trong cơ thể bị thĩai hĩa (mỗi năm mất khoảng 1,5% khối lượng) thì qúa trình lão hĩa cùng các nếp nhăn trên da gia tăng Col đảm nhận

sự săn chắc , cịn elastin đảm nhận tính linh hoạt của các mơ trong cơ thể Hai tp này tạo nên tính dẻo dai của gân, cơ, mạch máu, da, giúp cơ thể vận động dẻo dai, làn da săn chắc khỏe mạnh.

5.2 CÁC PROTEIN PHỨC TẠP

TP phân tử : ngoài các amino acid còn có các nhóm

ghép Tuỳ theo bản chất hóa học của nhóm ghép, người

ta phân protein phức tạp thành 5 nhóm chính

 Phosphoprotein : protein + các gốc –P

 Glucoprotein : protein + glucid

 Lipoprotein : protein + lipid

 Chromoprotein : protein + h/c hemin+ kim loại→ cĩ màu

 Nucleoprotein : protein + nucleic acid

PHOSPHOPROTEIN

Chuỗi polypeptide LK với H3PO4qua nhóm OH củaSer Liên quan nhiều với các chất dinh dưỡng của độngvật non : caseinogentrong sữa, ovovitelintrong lòngđỏ trứng, ictulintrong trứng cá …

GLUCOPROTEIN

- Nhóm ghép là glucid (các hexose hoặc hexosamine …) tên chungmucopolysaccharide; có thể gặp ở trạngthái tự do như a.hyaluronic, a.chondroitinsulfuric …

- Chức năng : chấtciment gắn kết tế bào, mô bào;

chất nhâøy giảm ma sát trong niêm dịch, dịch bao khớp: osteomucoid(xương), mucine(nước bọt), ovomucoid

(trứng) …

CHROMOPROTEIN

Chroma = màu sắc

Là lớp protein có màu sắcvì trong TP nhóm ghép có

các nguyên tửkim loại Chúng liên quan đến các quá

trình hô hấptrao đổi khí:

- Hemoglobin trong máu : v/c và trao đổi O2và CO2giữa

phổivà mô bào;

- Myoglobin : dự trữ O2trong cơ;

- Chlorophill chất diệp lục, t/g quang hợp ở thực vật;

- Các enzyme : các flavoprotein (FP)

HEMOGLOBIN (Hb)

• Hb = Globin + HEME Globin : 4 chuỗi polypeptide :

2 chuỗi α α α (2 x 141 AA)

2 chuỗi ββββ (2 x 146 AA) Mỗi chuỗi kết hợp với một HEME để v/c 1 O2 Người ta xác định nhiều loại Hb khác nhau :

- HbF (fetal Hb) : Hb của bào thai;

- HbA (adult Hb) : Hb của người trưởng thành;

- HbS : Hb của bệnh nhân thiếu màu hồng cầu lưỡi liềm

( Glu ở vị trí 6 của chuỗi ββββ thế bởi Val);

- HbC : Hb của bệnh nhân thiếu màu hồng cầu hình bia

( Glu ở vị trí 6 của chuỗi ββββ thế bởi Lys)

Cấu trúc bậc bốn tetramers của hemoglobin A