nhau bằng liên kết phi đồng hóa trị (liên kết hydro, tương tác tĩnh điện, tương tác kị nước, …) tạo ra cấu trúc gọi là cấu trúc bậc 4.
-Đặc điểm:
+ Các subunits có thể là giống nhau hoặc không giống nhau và sự sắp xếp của chúng không bắt buộc phải đối xứng
TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang 29
Hình 1.13: Cấu trúc bậc 4 của Hemoglobin (huyết sắc tố)
Mỗi chuỗi α đều tiếp xúc với 2 chuỗi β, giữa các chuỗi cùng loại có ít tương tác hơn. Dưới tác dụng của ure, Hb có thể bị phân ly thuận nghịch như sau:
α2β2 ↔ 2α + 2β
Mỗi chuỗi có 1 nhóm hem, là trung tâm để kết hợp với oxy. Một phân tử Hb có thể kết hợp với 4 phân tử oxy. Khi kết hợp với oxy cấu trúc bậc 4 của Hb bị thay đổi: thể tích phân tử giảm, các subunits xích lại gần nhau hơn. Khi tách oxy thể tích phân tử tăng trở lại.
1.2.3 Một số tính chất quan trọng của protein. a) Khối lƣợng và hình dạng phân tử protein a) Khối lƣợng và hình dạng phân tử protein
Protein có khối lượng phân tử lớn và rất khác nhau: có những protein có khối lượng phân tử khoảng 10.000 Dalton, nhưng cũng có những protein mà khối lượng phân tử lên đến hàng triệu Dalton. Bảng 1.4 giới thiệu khối lượng phân tử của một số protein.
Có nhiều phương pháp để xác định khối lượng protein như: đo tốc độ lắng với ly tâm siêu tốc, sắc ký cột dây phân tử, điện di, ... Mỗi phương pháp có những đặc điểm ưu việt riêng. Tốt nhất, để có một giá trị chính xác, cần kết hợp nhiều phương pháp.
Về hình dạng, protein có thể chia làm 2 dạng chính:
- Hình cầu (hình cầu và hình bầu dục): Những protein này có tỷ lệ giữa trục dài và trục ngắn nhỏ hơn hoặc bằng 20, như ribonuclease, pepsin, insulin, myoglobin...
- Hình sợi: Những protein này có tỷ lệ trục dài trên trục ngắn lớn hơn 20 (hoặc hơn nhiều), như keratin của tóc, fibroin của tơ, miozin của cơ, ...
Độ nhớt của một dung dịch protein phụ thuộc vào khối lượng phân tử, hình dạng của protein và nồng độ của chúng. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, độ nhớt của một dung
TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang 30 dịch protein hình sợi cao hơn so với protein hình cầu có cùng trọng lượng phân tử và cùng nồng độ dung dịch.
Bảng 1.4 - Khối lƣợng phân tử và điểm đẳng điện của một số protein PROTEIN Khối lƣợng (MW) [Dalton] pI
Cytochrome C 13.000 10,6
Ribonuclease 14.000 7,8
Myoglobin của ngựa 17.000 7,0
Carboxypeptidase 34.000 6,0
Pepsin 35.500 <1,0
Hemoglobin của ngựa 65.000 6,9
Catalase 250.000 5,6
Fibrinogen 330.000 5,5
Urease 480.000 5,1
Thyroglobubin 660.000 4,6
b) Tính tan của protein
Khả năng tan của protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
+ Cấu tạo phân tử, thành phần và trình tự sắp xếp của các axit amin. + Bản chất dung môi.
+ Sự có mặt của các ion của một số muối trung tính. + pH và nhiệt độ.
Khả năng tan trong nước của protein phụ thuộc vào số lượng và sự phân bố của các nhóm kỵ nước và háo nước trong cấu tạo phân tử bậc cao của chúng. Mỗi protein có khả năng tan riêng biệt trong dung dịch. Khả năng tan trong nước của protein thấp nhất khi pH dung dịch ở điểm đẳng điện. Tại điểm đẳng điện phân tử protein bị mất lớp nước bao quanh phân tử (lớp vỏ hydrat) nên các phân tử protein dễ kết tụ với nhau tạo thành khối lớn và kết tủa. Như vậy, ở điểm đẳng điện, khả năng kết tủa của protein cao nhất. Ngược lại, khi protein tích điện, pH môi trường ngoài điểm đẳng điện thì khả năng tan tăng lên. Dung dịch protein có độ nhớt cao vì kích thước phân tử lớn, phân tử protein không đi qua màng bán thấm do đó ngưòi ta có thể tách protein ra khỏi các chất có phân tử nhỏ bằng phương pháp thẩm tích.
Protein có thể bị kết tủa khi nồng độ ion của một số muối trung tính cao. Người ta thường sử dụng muối (NH4)2SO4 , Na2SO4, muối phosphat để kết tủa protein. Các muối này có khả năng tác dụng là tốt nhất khi pH ở điểm đẳng điện.
Protein cũng bị kết tủa bằng các dung môi không phân cực (các dung môi này có thể pha với nước ở một tỷ lệ nhất định nào đó), như metannol, etanol, acetol. Để kết tủa protein, tốt nhất, nên thực hiện ở nhiệt độ thấp. Khi tách và làm sạch protein, trong nhiều trường hợp, người ta dựa vào tính tan của chúng.
Protein có thể kết tủa thuận nghịch và kết tủa không thuận nghịch. Kết tủa thuận nghịch là trường hợp sau khi bị kết tủa, nếu ta loại bỏ yếu tố kết tủa (các muối trung tính
TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang 31 chẳng hạn) protein có thể trở về với trạng thái ban đầu. Kết tủa không thuận nghịch là trường hợp ngược lại, sau khi loại bỏ yếu tố kết tủa protein không thể trở về trạng thái ban đầu hay nói cách khác là đã bị biến tính.
c) Tính điện ly lưỡng tính: Tương tự như axit amin, protein cũng có tính điện ly lưỡng tính. Có thể nói, protein là một polyelectrolys - vì nó chứa các nhóm mang điện lưỡng tính. Có thể nói, protein là một polyelectrolys - vì nó chứa các nhóm mang điện tích âm và dương trên bề mặt của chúng. Số lượng các nhóm mang điện tích phụ thuộc vào thành phần của các axit amin cấu tạo nên chúng và pH môi trường.
Tại điểm đẳng điện pI (isoelectric point), phân tử trung hòa về điện - tức tổng điện tích dương bằng tổng các điện tích âm. Điểm đẳng điện của protein thường ở ngoài giá trị pH trung hòa, vì tổng số lượng các nhóm mang điện tích dương không bằng tổng số lượng các nhóm mang điện tích âm. Đồng thời, khả năng phân ly của mỗi nhóm cũng khác nhau.
Ở môi trường pH<pI, phân tử mang điện tích dương và ngược lại, ở pH>pI, phân tử mang điện tích âm. Số lượng các nhóm mang điện tích có thể xác định bằng cách xây dựng đường chuẩn độ của protein bằng axit và kiềm.
d) Sự biến tính của protein - Khái niệm về sự biến tính - Khái niệm về sự biến tính
Một protein bị biến tính khi cấu trúc của nó bị biến đổi kèm theo sự thay đổi các tính chất và khả năng sinh học của nó. Khi bị biến tính, các liên kết phi đồng hóa trị (liên kết hydro, tương tác kỵ nước, tương tác tĩnh điện, ...) bị phá vỡ dẫn đến cấu trúc bậc 2, bậc 3, bậc 4 của protein bị biến đổi, cấu trúc bậc một không thay đổi.
Sau khi bị biến tính, protein thường có một số biểu hiện như:
+ Độ hòa tan và khả năng giữ nước giảm, do các nhóm kỵ nước lộ ra nhiều hơn. + Mất hoạt tính sinh học (như khả năng xúc tác, khả năng tạo liên kết, khả năng phản ứng...).
+ Dễ bị thủy phân bởi các enzyme, do các liên kết peptit lộ ra nhiều nên dễ bị enzyme tấn công.
+ Mất khả năng kết tinh và tăng độ nhớt trong dung dịch.