Cấu tạo : Peptide và các bậc cấu trúc của phân tử protein.. % 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
Trang 1
PGS,TS.NGUYỄN PHƯỚC NHUẬN
BÀI GIẢNG SINH HÓA HỌC
PHẢN I- SINH HÓA HỌC TĨNH
Chương III- PRITEIN VÀ AMINO ACID
Chuong III — PROTEIN & AMINO ACID
1 Đại cương : Định nghĩa; Vai tro
2 Amino acid : DN; Tinh chat & Phan loại
3 Cấu tạo : Peptide và các bậc cấu trúc của phân tử
protein
4 Một số tính chất quan trọng của protein
5 Phân loại
Lớp protein đơn giản Lớp protein phức tạp
MỤC TIỂU
Dinh nghia va vai tro sinh hoc cua protein
Thuộc và viết được công thúc cấu tao cia 20 amino acid
thường gặp trong protein thiên
Mô tả các kiểu liên kết trong cấu trúc phân ti protein (LK
peptide, LK hydrogen, LK disulfte .) và trình bày các bậc
cấu trúc của phân tử protein và ý nghĩa của chúng
Một số tính chất : tính hòa tan (trạng thái keo), kết tủa, biến
tính và tính đặc trưng sinh vật học của protein
Vai trò sinh học của các nhóm protein đơn giản và phức tạp;
cơ chế hoạt động trao đổi khí của hemoglobin
1 ĐẠI CƯƠNG
* ĐỊNH NGHĨA
- “Protein” bắt nguồn từ chữ “protos” : chủ yếu, đâu tiên
- Theo quan điểm hóa hoc : protein la lép chat hitu co
trùng phân tự nhiên vôi các đơn phân là các Œ-am1no acid Chúng có 2 đặc điểm :
Phân tử trọng lớn —> đại phân tử
Luôn chứa nitrogen với tỷ lệ tương đối ổn định
khoảng 16%
— Ty lé % protein = SL N x 6,25 x 100
- Theo quan diém SVH : protein la lép chat hitu co mang sự sống
Trang 2
% 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 profcin cấu trúc : tham gia cấu tạo mọi tế bào, mô bào
= CA4c protein phi cấu trúc (có hoạt tính sinh học) : enzyme (xúc
tác sinh học); kháng thể (chức năng bảo vệ), hormone (điều hòa
sinh hoc)
= Bi oxy héa —> cung cấp khoảng 10-15% nhu cầu năng lượng
2 AMINO ACID
*» ĐỊNH NGHĨA : là acid hữu cơ trong đó có 7 H ở Cø
của gốc alkyl được thế bởi nhóm amine (NH,) Nếu có nhóm amine thứ 2 thì thường chúng năm ở C xa nhất
so với nhóm -COOH Amiino acid là đøw vị cấu tạo của
protein
Acid hữu cơ œ- Amino acid
‹+ TÍNH CHẤT
- Tính hoạt quang : do amino acid có ít nhất một C*
bất đối (ngoại trừ glycine) —> chúng có tính hoạt
quang (quay mặt phẳng tia phân cực của ánh sáng)
và tôn tại dưới hai dạng đồng phân quang học D và
L (trong tự nhiên gặp chủ yếu dạng L)
CH,-OH CH;-OH CH,-OH
H-C* -OH H-C* -NH, H,N-C* -H
L-Glyceraldehyde L(-) Serine D- Serine
= Tinh luGng tính và điểm đẳng điện
Cation Amphion Anion
(Zwitterion)
Điện tích tổng số phụ thuộc pH môi trường và số
nhóm —NH; và -COOH trong phân tử
Ở trị số pH mà tại đó amino acid trung hòa điện tích
( =0) thì gọi đó là điểm đẳng điện (pD
Trang 3
s*PHẦN LOẠI
- THEO CAU TAO HOA HOC:
Chia làm 5 nhóm (B.3.2, T.52)
- THEO VAI TRO SINH HOC
- Các amino acid thiét yếu (không thay thế được)
- Các amino acid không thiết yếu (thay thế được)
> Protein có giá trị đỉnh dưỡng hoàn toàn (có nguồn
gốc động vật như : thịt, trứng, sữa —- chứa đầy đủ các
amino acid thiết yếu)
> Protein co gia trị dinh dưỡng không hoàn toàn —
Chứa không đầy đủ các amino acid thiết yếu, thường
đó là các protein có nguồn gốc thực vật
CÁC AMINO ACID THƯỜNG GẶP TRONG
PROTEIN TU NHIEN STT Amino acid Viết tắt 3 chữ | Viết tắt I chữ
STT Amino acid Viét tat 3 chiv | Viét tat 1 chit
STT Tên Ký hiệu Công thức cầu tạo
I Aminoacid — t/ tinh (monoamino monocarboxylic
acid
01 GLYCINE H-CH-COOH
Q2 ALANINE | Ala [A] CH;-CH-COOH
Trang 4
STT Tên Ký hiệu Công thức cầu tạo
04 |LEUCINE |Leu [L| CH;-CH-CH,-CH-COOH
05 |ISOLEUCINE |Ile [1|
II AMINO ACID CHỨA NHÓM OH
06 |SERINE Ser [S] CH;-CH-COOH
W7 |THREONINE | Thr [T] CH,-CH -CH-COOH
10 |A.ASPARTIC | Asp [D]| | HOOC-CH,-CH-COOH
II |A.GLUTAMIC |Glu [E] |HOOC-CH,-CH,- CH-COOH
GLUTAMINE | Gln H,N-C-CH,-CH,- CH-COOH
STT Tén Ký hiệu Công thức cầu tạo
II AMINO ACID CHUA LUU HUỲNH
08 CYSTEINE Cys [C] CH;- CH-COOH
propionic acid)
09 |METHIO- Met CH,-CH,-CH-COOH
y-thiomethyl butyric acid)
12 |ARGININE (@ | Arg [R]_ |H}-CHo-CH,-CH,- CH-COOH
valerianic acid
NH,
13 | LYSINE Lys [K] CH;-CH-CH;-CH,-CH-COOH
(œ e-diamno
14 |HYDROXY-
Trang 5
ALANINE
(d-amino
#8 phenyÏ propionic a
Phe [F] < > CH,- CH-COOH
NH,
(a-anino
#8 hydroxyphenyl
propionic acid)
Tyr [Y] on€)-ciiyGu-coon
NH,
17
TRYPTO-
PHAN
(a-anino
/#8indohl propionie
acid)
Trp [W]
NH,
NH
3.1 PEPTIDE
- Khi nhóm œ-amine của AA này kết hợp với nhóm œ-
3 CẤU TẠO
carboxyl của AA đứng kế cận (khử p/t nước) sẽ tạo ra
LK peptide, nhiéu AA két hợp với nhau tạo thành
chuoi dai polypeptide
- Lién két peptide > So đồ chuỗi polypeptide
- Cach biéu dién : dau N ? Đầu C?
- Danh phap?
- MO6t sé peptide trong ty nhién c6 vai trò sinh học quan
trong:
- Cac hormone : oxytocine, vasoprescine
- Các kháng sinh, nội độc tố vi khuẩn,
- Glutathione
18 |HISTIDINE |H¡s [HỊ UI -CH, -CH- COOH
(a-amino imi lí
propionic acid) Nit
19 |PROLINE _ |Pro [P]
(pyrrolidine
20 |HYDROXY-
(y-hydroxy pirrolidine
OH
Suon peptide COOO ‡
Đầu N CH, j CH, Dau C
% f CH
S.CH; CH,
CH,-NH,
Trang 6
3.2 CẤU TRUC PHAN TU 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 (0-helix & Ä-
sheet)
Cấu trúc bậc III : biểu thị sự xoắn và gập khúc của chuỗi
polypeptide LK disulfide đóng vai trò quan trong trong viév
duy trì cấu trúc bậc II
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 các
amino acid nỗi với nhau bởi LK pepfide và chúng được sắp
xếp theo một trình tự nhất định đặc trưng riềng cho từng loại phân tử protein Chính trật tự amino acid quyết định tính đặc trưng sinh vật học của phân tử protein
- Sudn peptide
H,N- CH- CO— NH- fe -CO NH- CH- COOH
- Gốc bên R : gốc alkyl của các amino acid tạo cấu trúc không gian phức tạp và tạo hoạt tính sinh học của phân tử protein
Proteins are linear polymers
of amino acids
Ry
ng + NH; "=§= Coo hou
A carboxylic acid
group with the release of a water
The amino acid
®®@œe@®®Q qs Sequence is called as
~ primary structure
- Liên kết peptide có thể hỗ biến :
H
-ΠN- 7 - C=N-
O OH
- Với 20 loại amino acid có thể tạo 2 x 1018 tổ hợp
—> 19 tỷ protein khác nhau
- Chỉ cần thay đổi một amino acid trong polypeptide thì sẽ làm thay đổi tính chất sinh vật học của protein
Thí dụ trong bệnh hồng cầu lưỡi liềm : do một thay đổi
nhỏ trong gene —> Glu bị thay thế bởi Val
Trang 7
CẤU TRÚC BẬC HAI Peptide
Là kết cấu cuộn xoắn trong không gian của chuỗi polypepfide : các AA tự nhiên đều bất đối nên chúng có khả năng quay tự do quanh mối liên kết của Cœ —> xu hướng hình thành cấu trúc xoắn :
Dạng xoắn lò xo : œ-helix Gấp nếp xếp lớp : B-sheet
- Lực ổn định cho cấu trúc bậc II là liên kết hydrogen
hình thành giữa nhóm NH°') và C=O©) khi khoảng cách
(Một đơn vị peptide là một khối sắp xếp của 4 nguyên tử - Môi vòng xoắn chứa 3,6 gốc AA > AA thir nhat và thứ
N,H,C &O Khoảng cách các nối tính bằng A9) 18 ở trên cùng một mặt phăng
`\m om ‘NH - Các sợi peptid xếp
H/ \H H/ song song nguoc chiéu nhau
Ke Cc C trong cấu trúc xếp lớp B
s& N 1% SN
C=—=O H\N CO-
Œ) £ N Œ) £
- -HN C=O: -HN
` ⁄ `
Cc Cc Cc
©—C NH: -O=C
mm o=đ NH:
H/ \H H/
* “+ Ss
= = =o ait £ ` » =—O-
Œœ) ⁄ \ Œ) Œ) ⁄
yw
ag SOs rane o - HÑ o $
Cá i 1d xế
MED ca CS nh
/H /H /H trong cấu trúc xếp lớp
NH-" NH: NH*
H/ H/ HS
Ss `€ = ord
Œ è ® &® è
trúc bậc H trúc bậc II xếp ok ork oh
Trang 8
Basic structural units of proteins: Secondary structure
econdary structures, a-helix and B-sheet, have regular
y = =1 wil »
a-helices
CÁC KIỂU KẾT CẤU BẬC HAI TRONG
PHẦN TỬ PROTEIN
ˆPolypeptide
strand
A Zonder B-Pleated _ Structure ~ SN sheet
CẤU TRÚC BẬC NHẤT (CHUỖI POLYPEPTIDE)
vA CAC DANG BAC HAI CUA PROTEIN
Trong tự nhiên chuỗi polypeptide của phân tử protein có thể
tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau :
Chỉ một dạng œ-helix;
Cả 2 dạng cấu trúc xen nhau : dạng œ (biểu diễn bằng hình
trụ) và dạng xếp lớp B (biểu diễn bằng hình mũi tên);
Các protein dạng sợi chỉ có dạng xếp lớp B, đó là các protein biến tính tự nhiên (không cho trạng thái keo, không
chịu tác dụng thủy phân của enzyme tiêu hóa
Trang 9
" Một dạng cấu trúc sợi đặc biệt : collagen, có nhiều A ]
nw ta ^ ` ~ A
trong tổ chức gân, sụn, da, xương và răng Ở
X io
" TP AA của collagen chủ yếu là (Gly-Pro-Hyp); mỗi » crosstines
sợi gồm 3 chuỗi œ-helix, trong từng chuỗi không có /
Ke Ke n 2 ` ~ * 4 A
LE H, môi chuồi được ôn định nhờ lực dây giữa các AA
LK H và cả các cầu disulfide đồng hóa trị bền vững \
—> gần rat dai, khó tiêu hóa Một sợi nhỏ trong cấu Cấu trúc 3 sợi của Các cầu nối giữa Cấu trúc sợi gân
trúc 3 sợi của collagen collagen các sợi nhỏ
CAU TRUC BẠC BA 2755712 -000I2Uu0nD)
` Ww , A aA 2 x hydrophobic \ COO
Là dạng cầu trúc không gian 3 chiêu của chuôi polypeptide, re interactions _ (15-46 tay
(2)- Nối hydrogen : |
(3)- Nối disulfid : liên kết giữa 2 nguyên ti sulfur cia
cysteine trong vong xodn a-helix
hy
be peptide groups drogen bond tween
(4)- Nối ky nước : xảy ra giữa 2 nhân vòng chỉ hoàn hay gốc
hydrogen bond
and peptide group
khoảng cách 1-2 lần đường kính phân tử CAC CAU NOI TRONG CAU TRUC BAC BA CUA PROTEIN
Trang 10
Three-dimensional structure of proteins
Tertiary
structure
° Nỗi S - S-) bên nhưng chúng có ït trong phân tử, các
nôi khác kém bên hơn nhưng cũng rất quan trong vi chúng có ở khắp bê mặt và cả trong vùng giữa xoăn
° Với câu trúc bậc ba các gốc ky nước được đẩy vào trong
và các nhóm ưa nước được bồ trí ở bê mặt phân tử —> tạo lớp vỏ nuớc, ôn định trạng thái keo
¢ Câu trúc bậc ba đặc thù riêng cho từng loại protein, phù
hợp với chức năng sinh học của chúng Thông qua câu trúc bậc ba các enzyme sẽ hình thành các trung tầm hoạt động để thực hiện chức năng xúc tác Chính dạng câu trúc bậc ba ảnh hưởng quyết định đến hoạt tính sinh học
°ồ Các yêu tô môi trường : t°, pH làm thay đồi cầu
trúc bậc ba sẽ làm thay đôi hoạt tính sinh học cua
phan tu protein
CAU TRUC BAC BON
© La trang thai t6 hop cua nhiễu đơn vị câu trúc bậc ba
hoàn chỉnh, tổ hợp này ổn định nhờ các LK (-S-S-) va
các lực phụ khác
" Rất nhiều protein phải ở dạng cấu trúc bậc bốn mới
thể hiện được hoạt tính sinh học
= «» staphylococcal nuclease
(c)
Triophosphate isomerase
Pyruvate kinase
10
Trang 11
(a) Collagen (b) Hemoglobin
CAU TRUC PHAN TU COLLAGEN (a) VA Hb - «2, B2 (b)
CAU TRUC DOMAIN
Là những vùng có cấu trúc tương đối hoàn
chỉnh trong phân tử protein, là nơi thực hiện chức
năng liên kết, chức năng lắp ráp các phân tử
protein Cac domain tao kha nang tuong tac linh hoạt giữa các đại phân tử trong qúa trình hoạt
Primary structure
Primar
tertiary structure
(folded individual peptide) quaternary structure
(aggregation of two or more peptides)
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
I1
Trang 12
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 PHAN LOẠI
5.1 CAC PROTEIN DON GIAN
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/ø xây dựng hầu hết mọi loại cấu trúc của tế bào, mô bào, chúng được tổng hợp
từ 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 sổ vitamin .)
GLOBULIN
" œ-Glo : œl& a2, c6 trong lipoprotein, glucoprotein, t/g
chuyển hóa glucid, lipid
" B-Glo :t/g vận chuyển và chuyển hóa kim loại :
transferrin (sắt), seruloplasmin (đồng)
= y-Glo : l⁄q lớp globulin miễn dich - immunoglobulin (Ig)
IgA (a)
IgM (uy)
IgG (y)
IgD (8)
“+ PROTAMINE VA HISTONE
Là những protein có tính kiểm vì trong p/t chứa nhiều AA kiểm tính diamine (Lys Arg) Histone có trong nhân tb, liên kết với DNA — NST
Protamine có nhiều trong tỉnh 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 diện
điền hình : collagen, elastin; keratin (trong tóc, lông);
fibroin (trong tơ tằm )
12