chuyên đề “protein đại phân tử sinh học thiết yếu trong tế bào

Một nội dung quan trọng trong nghiên cứu thành phần hóa học của tế bào đó là nghiên cứu cấu trúc và chức năng của các đại phân tử sinh học.. Tỉ lệphần trăm khối lợng các nguyên tố này tr

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

“Thành phần hóa học của tế bào” là một nội dung cơ bản, làm cơ sở cho việc nghiêncứu cấu tạo, chức năng của các thành phần cấu tạo tế bào cũng như các cấp tổ chứcsống cao hơn Một nội dung quan trọng trong nghiên cứu thành phần hóa học của tế bào

đó là nghiên cứu cấu trúc và chức năng của các đại phân tử sinh học Trong đó, protein

là nhóm chất hữu cơ có trong cơ thể với hàm lượng lớn nhất (Chiếm trên 50% khốilượng khô của tế bào) và có vai trò đặc biệt quan trọng Tuy nhiên, những kiến thức vềprotein được giới thiệu trong sách giáo khoa mới dừng ở mức cơ bản, cơ sở Để hỗ trợcho việc học tập, nghiên cứu chuyên sâu hơn của học sinh chuyên, giáo viên cần thiếtphải làm sáng tỏ hơn một số nội dung liên quan đến cấu tạo, đặc tính, chức năng củaprotein và ứng dụng của chúng trong thực tiễn; đồng thời hướng dẫn học sinh một sốnội dung thực hành hóa sinh liên quan trong định tính, định lượng protein và một số axitamin Từ đó khơi dậy ở học sinh niềm say mê nghiên cứu khoa học cũng như có kĩ năngthực hành nhằm tiếp cận với yêu cầu của thi học sinh giỏi hiện nay Vì thế tôi viết

chuyên đề “protein – đại phân tử sinh học thiết yếu trong tế bào ” Đây là kiến thức về

protein mà người dạy chuyên yêu cầu ở học sinh dưới góc nhìn của protein- một thànhphần hóa học quan trọng cấu tạo nên tế bào

2 Mục đích của đề tài

Mục đích của đề tài nhằm định hướng cho học sinh nghiên cứu đầy đủ hơn về cấu trúc, tính chất, chức năng của protein Từ hiểu biết về cấu tạo sẽ hiểu rõ hơn về tính chất, từ hiểu rõ về tính chất sẽ hiểu sâu hơn về chức năng của chúng, đồng thời biết tiếnhành thí nghiệm cũng như giải thích hiện tượng thí nghiệm trong các phản ứng nhận biết, định tính, định lượng protein

1

NỘI DUNG

I cấu tạo phân tử protein

1 Thành phần nguyên tố của protein

Mọi phân tử protein đều chứa các nguyên tố C, O, N, H; một số còn chứa S Tỉ lệphần trăm khối lợng các nguyên tố này trong phân tử protein là:

Thành phần nguyên tố trong phân tử protein % khối lợng trong phân tử

Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhúm amin (-NH2), hai là nhúmcacboxyl (-COOH) và cuối cựng là nguyờn tử cacbon trung tõm đớnh với 1 nguyờn tử

hyđro và nhúm biến đổi R quyết định tớnh chất của axit amin Người ta đó phỏt hiện rađược tất cả 20 axit amin và 2 amit tơng ứng trong thành phần của tất cả cỏc loại protein khỏcnhau trong cơ thể sống Cỏc axit amin được liệt kờ đầy đủ dưới bảng sau:

Tờn axit amin Viết tắt Tớnh chất

Glycine Gly

Khụng phõn cực, kỵ nước

Lysine Lys

Tớch điện (bazơ) Arginine Arg

Histidine His

Cỏc axit amin được phõn nhúm theo tớnh chất chuỗi bờn của chỳng Cỏc axit aminaxit cú chuỗi bờn, núi chung tớch điện õm do chứa nhúm cacboxyl thường phõn li (ionhúa) ở pH tế bào Cỏc axit amin bazo cú chuỗi bờn, núi chung tớch điện dương (Thuậtngữ này chỉ xột đến cỏc nhúm trờn chuỗi bờn) Vỡ chỳng tớch điện nờn cỏc chuỗi bờnaxit, bazow đều ưa nước

Theo cấu tạo, các axit amin thờng gặp trong phân tử protein còn đợc chia thành cácnhóm:

Các axit amin trung tính mạch

không vòng

Glixin, alanin, valin, lơxin, izolơxin

Mạch thẳng, có 1 nhóm amin, 1 nhóm cacboxyl trong phân tử 3

C¸c hi®roxyl axit amin m¹ch

kh«ng vßng

Xerin, treonin M¹ch th¼ng, cã 1 nhãm amin, 1

nhãm cacboxyl vµ 1 nhãm hi®roxyl trong ph©n tö.

C¸c axit amin chøa lu huúnh

C¸c axit amin kiÒm Acginin, lizin, histi®in

Acginin vµ lizin tÝch ®iÖn ©m cßn histi®in cã tÝnh baz¬ yÕu ë

pH = 7.

Nhãm amin bËc 1 ë cacbon anpha kÕt hîp víi m¹ch bªn t¹o thµnh vßng pirolidin nªn prolin chøa nhãm amin bËc 2.

C¸c axit amin th¬m vµ dÞ vßng

th¬m.

Phenilalanin, tirozin, triptophan Cã chøa vßng th¬m trong ph©n

tö.

Nhóm 1: các axit amin có gốc R không phân cực kị nước, thuộc nhóm này có 6 axit

amin: Gly (G), Ala (A), Val (V), Leu (L), ILe (I), Pro (P)

Nhóm 2: các axit amin có gốc R là nhân thơm, thuộc nhóm này có 3 axit amin: Phe (F),

Tyr (Y), Trp (W)

c) Nhóm 3: các axit amin có gốc R bazơ, tích điện dương, thuộc nhóm này có 3 axit

amin: Lys (K), Arg (R), His (H)

Nhóm 4: các axit amin có gốc R phân cực, không tích điện, thuộc nhóm này có 6 axit

amin: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Met (M), Asn (N), Gln (Q)

Nhóm 5: các axit amin có gốc R axit, tích điện âm, thuộc nhóm này có 2 axit amin: Asp

(D), Glu (E)

5

Ngoài các axit amin trên, trong phân tử protein còn chứa dạng hiệu chỉnh của cácaxit amin Ví dụ colagen có chứa hiđroxiprolin, hiđroxilizin, protrombin có chứacacboxiglutamat, nhiều protein khác aminobutiric có vai trò truyền xung thần kinh, D-glutamat có trong thành tế bào nhiều vi khuẩn, D-alanin trong ấu trùng 1 số sâu bọ Bờn cạnh đú, ở một số loài sinh vật nhõn thật đơn bào, trong hệ gen ti thể, lạp thể

hoặc như bộ ba mó kết thỳc được dịch mó thành 2 loại axit amin hiếm là pyrrollysine

và selenocystein, chứng tỏ trong quỏ trỡnh tiến húa, chọn lọc tự nhiờn đó tỏc động để

duy trỡ một hệ thống mó di truyền cú tớnh ưu việt và phổ biến như ngày nay Sự cú mặtcủa 2 loại axit amin này, dự hiếm gặp nhưng cũng là lớ do nhiều tài liệu núi rằng cú hơn

20 loại axit amin cấu tạo nờn cỏc phõn tử protein

Trong số 20 axit amin cấu tạo nên các protein có một số axit amin mà cơ thể ngời và

động vật không thể tự tổng hợp đợc, phải đa từ ngoài vào qua thức ăn gọi là các axitamin không thay thế Các axit amin không thay thế là: Val, Leu, Ile, Met, Thr, Phe, Trp

và Lys Đối với trẻ em cần thêm 2 axit amin nữa là Arg và His

3.Các bậc cấu trúc của protein

3.1.Cấu trúc bậc I của phân tử protein

Cấu trúc bậc I là trình tự sắp xếp của các axit amin trong chuỗi polipeptit Cấu trúcnày đợc giữ vững nhờ liên kết peptit giữa các axit amin Cấu trỳc bậc một của protein cúvai trũ tối quan trọng vỡ trỡnh tự cỏc axit amin trờn chuỗi polypeptit sẽ thể hiện tươngtỏc giữa cỏc phần trong chuỗi polypeptit, từ đú tạo nờn hỡnh dạng lập thể của protein và

do đú quyết định tớnh chất cũng như vai trũ của protein Sự sai lệch trong trỡnh tự sắpxếp của cỏc axit amin cú thể dẫn đến sự biến đổi cấu trỳc và tớnh chất của protein Sựkhỏc nhau về thành phần, số lượng và trật tự sắp xếp cỏc axit amin tạo nờn sự đa dạngcủa protein, từ đú tạo nờn tớnh đa dạng của sinh giới

Liên kết peptit đợc tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm cacboxyl của axit aminnày với nhóm amin của axit amin khác, loại đi 1 phân tử nớc

7

Quá trình này lặp đi lặp lại tạo ra chuỗi polipeptit ở 1 đầu của chuỗi polipeptit lànhóm amin tự do, đầu kia là nhóm cacboxyl tự do.

Nh vậy, cấu trúc bậc I là trình tự duy nhất các axit amin Từ 20 loại axit amin kết hợpvới nhau theo những cỏch khỏc nhau tạo nờn vụ số loại prụtờin khỏc nhau (trong cỏc cơthể động vật, thực vật ước tớnh cú khoảng 1014 – 1015 loại prụtờin) Mỗi loại prụtờinđặc trưng bởi số lượng, thành phần và trỡnh tự sắp xếp cỏc axit amin trong phõn tử Điều

đú giải thớch tại sao trong thiờn nhiờn cỏc prụtờin vừa rất đa dạng, lại vừa mang tớnh chất đặc thự.

Nếu tính theo xác suất, 1 chuỗi polipeptit gồm n axit amin thì sẽ có 20 n cách tạo

chuỗi Mỗi phân tử protein có thể chứa từ 50 đến vài nghìn axit amin Tất nhiên, cấutrúc bậc I chính xác của protein đợc xác định không phải bởi sự liên kết ngẫu nhiên các

axit amin mà bởi thông tin di truyền.

* L

ưu ý: Chuỗi polypeptit là cơ sở cấu trỳc bậc I của protein Tuy nhiờn, khụng phải

mọi chuỗi polypeptit đều là protein bậc I Nhiều chuỗi polypeptit chỉ tồn tại ở dạng tự

do trong tế bào mà khụng tạo nờn phõn tử protein Những chuỗi polypeptit cú trật tựaxit amin xỏc định thỡ mới hỡnh thành phõn tử protein

* Tầm quan trọng của việc xác định cấu trúc bậc I của phân tử protein:

- Là bớc đầu tiên quan trọng để xác định cơ sở phân tử hoạt tính sinh học và tính chấthoá lí của protein

- Là cơ sở xác định cấu trúc không gian của phân tử protein, ví dụ dự đoán sự định vịcầu đisulfua

- Là yếu tố góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lí phân tử Ví dụ bệnh hồngcầu lỡi liềm là do gốc axit amin Glu ở vị trí thứ 6 trong chuỗi β của hemoglobin A (bìnhthờng) bị thay thế bằng Val

- Cấu trúc bậc I là phiên bản dịch mã di truyền Vì vậy, cấu trúc này nói lên quan hệ

họ hàng và lịch sử tiến hoá của thế giới sống

- Việc xác định đợc cấu trúc bậc I là cơ sở để tổng hợp nhân tạo proein.

3.2 Cấu trúc bậc II của phân tử protein

H của nhóm -NH- luôn ở vị trí trans so với O của nhóm cacboxyl, nhng nhóm peptit

có cấu hình phẳng Mặt khác, khoảng cách giữa C với N trong liên kết peptit là 1,32 A0,nằm giữa khoảng cách giữa C và N của liên kết đơn (1,49 A0) và liên kết đôi (1,27 A0).Vì vậy liên kết peptit có 1 phần tính chất của liên kết đôi: không có sự tự quay quanhliên kết này Ngợc lại, khả năng quay tự do xung quanh các liên kết nối nhóm peptit với

C anpha là rất mạnh làm mạch peptit có khuynh hớng hình thành cấu trúc xoắn

Cấu trúc bậc II của phân tử protein là kết quả do các liên kết hiđro giữa các phần lặp

đi lặp lại của bộ khung của chuỗi polipeptit (không phải là chuỗi bên của axit amin).

Cú 2 kiểu cấu trỳc chớnh là xoắn α và phiến gấp nếp β

-Cấu trỳc xoắn α (α helix): Đoạn mạch polipeptit xoắn chặt lại, những nhúm peptit

(-CO-NH-), Cα tạo thành phần bờn trong (lừi) của xoắn, cỏc mạch bờn (nhúm R) của cỏcgốc axit amin quay ra phớa ngoài Liên kết hiđro đợc tạo thành giữa nhóm cacboxyl của

1 liên kết peptit với nhóm NH của một liên kết peptit thứ t sau nó (cách nhau 3 axit

amin) trên cùng một mạch polipeptit

Trong cấu trỳc xoắn α, cứ mỗi nhúm –CO-NH- cú thể tạo 2 liờn kết hidro với 2

nhúm –CO-NH- khỏc Cỏc liờn kết hidro được tạo thành với số lượng tối đa, bảo đảm

độ bền vững của cấu trỳc α

9

Theo mô hình của Paulin và Cori, trong cấu trúc xoắn giữa 2 gốc acid amine kế tiếpnhau có khoảng cách dọc theo trục xoắn là 1,5A0 và góc quay 1000; 1 vòng xoắn có 3,6gốc axit amin, có chiều cao tương ứng là 5,4 A0.

Chiều của vòng xoắn có thể là xoắn phải hoặc xoắn trái Xoắn α trong phân tử proteinthường là xoắn phải

- PhiÕn gÊp nÕp β (β sheet): Cấu trúc phiến gấp β tìm thấy trong fiborin của tơ, nó

khác với xoắn α ở một số điểm như sau:

+Đoạn mạch polipeptit có cấu trúc phiến gấp β thường duỗi dài ra chø không cuộnxoắn chặt như xoắn α Khoảng cách giữa 2 gốc axit amin kề nhau là 3,5A0

+Liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm –NH- và –CO- trên 2 mạch polipeptitkhác nhau, các mạch này có thể chạy cùng hướng hay ngược hướng với nhau

Trong phân tử của nhiều protein hình cầu cuộn chặt, còn gặp kiểu cấu trúc "quay- β"

Ở đó mạch polipeptit bị đảo hướng đột ngột Đó là do tạo thành liên kết hidro giữanhóm –CO của liên kết peptit thứ n với nhóm –NH của liên kết peptide thứ n+2

- Cấu trúc kiểu " xoắn colagen"

Kiểu cấu trúc này tìm thấy trong phân tử colagen Thành phần axit amin của colagenrất đặc biệt so với các protein khác: glyxin 35%, prolin 12% tổng số axit amin trongphân tử Ngoài ra, colagen còn chứa 2 axit amin ít gặp là hydroxiproline vàhydroxilizin

Đơn vị cấu trúc của colagen là tropocolagen bao gồm 3 mạch polipeptit bện vào nhauthành một "dây cáp" siêu xoắn (vì mỗi mạch đều có cấu trúc xoắn)

3 mạch polipeptit trong "dây cáp" nối với nhau bằng các liên kết hidro

Liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm –NH- của gốc glyxin trên mạchpolipeptit với nhóm -CO- trong liên kết peptit ở trên mạch polipeptit khác Ngoài ra cácnhóm hydroxyl của hydroxipoline cũng tham gia tạo thành liên kết hydro làm tăng độbền của cấu trúc siêu xoắn

3.3 Cấu trúc bậc III của phân tử protein

Trong khi cấu trúc bậc II bao gồm sự tơng tác giữa các thành phần của bộ khung thìcấu trúc bậc ba là hình dạng chung của chuỗi polipeptit hình thành do sự tơng tác giữa

các chuỗi bên (R) của axit amin.

Cấu trỳc bậc III được giữ vững nhờ cỏc cầu disulfua, tương tỏc VanderWaals, liờn

kết hidro, lực ion Vỡ vậy khi phỏ vỡ cỏc liờn kết này, phõn tử duỗi ra đồng thời làm

thay đổi một số tớnh chất của nú, đặc biệt là tớnh tan và hoạt tớnh xỳc tỏc của nú

Một kiểu tơng tác đóng góp vào sự hình thành cấu trúc bậc III là tơng tác kị nớc Khi

chuỗi polipeptit cuộn để tạo hình dạng chức năng thì các axit amin có chuỗi bên kị n ớcthờng quay vào phía lõi protein Khi các chuỗi bên không phân cực của các axit amin

nằm cạnh nhau thì tơng tác Van der Waals liên kết chúng lại với nhau Trong khi đó, liên kết hiđro giữa các chuỗi bên phân cực và liên kết ion giữa các chuỗi bên tích điện

âm và dơng cũng giúp ổn định cấu trúc bậc III Tất cả chúng đều là mối tơng tác yếu

nh-ng cộnh-ng gộp lại cũnh-ng giúp giữ cho protein có hình dạnh-ng riênh-ng

Hình dạng của protein có thể đợc củng cố tiếp nhờ các liên kết cộng hoá trị đợc gọi là

cầu đisulfua Liờn kết được hỡnh thành từ hai phõn tử cystein nằm xa nhau trờn mạch

peptid nhưng gần nhau trong cấu trỳc khụng gian do sự cuộn lại của mạch oevtid Đõy

là liờn kết đồng hoỏ trị nờn rất bền vững Những protein cú nhiều liờn kết loại này cútớnh bền nhiệt, bền húa chất,… rất cao

11

Cấu trúc bậc III đã tạo nên trung tâm hoạt động của phần lớn các loại enzim Sự thayđổi cấu trúc bậc ba dẫn đến sự thay đổi hướng xúc tác của enzim hoặc mất khả năng xúctác hoàn toàn

Cấu trúc riêng của protein xác định nó hoạt động như thế nào Chức năng của proteinphụ thuộc vào khả năng nhận biết và gắn kết với một vài phân tử nào đó khác

3.4 CÊu tróc bËc IV cña ph©n tö protein

Phân tử protein có cấu trúc bậc IV có thể phân li thuận nghịch thành các tiểu phầnđơn vị Khi phân li, hoạt tính sinh học của nó bị thay đổi hoặc có thể mất hoàn toàn Dotồn tại tương tác giữa các tiểu phần đơn vị nên khi kết hợp với một chất nào đó dù làphân tử bé cũng kéo theo những biến đổi nhất định trong cấu trúc không gian củachúng

Là một trạng thái tổ hợp hình thành từ nhiều tiểu phần protein đã có cấu trúc bậc bahoàn chỉnh Một số protein có xu hướng kết hợp lại với nhau thành những phức hợp,thành những đại phân tử, không kéo theo sự biến đổi về hoạt tính sinh học

Rất nhiều trường hợp protein phải tổ hợp lại mới có hoạt tính sinh học Trong nhữngtrường hợp này, cấu trúc bậc bốn là điều kiện để hình thành nên tính năng mới củaprotein.Ví dụ:

- Hemoglobin gồm 4 tiểu phần protein: hai tiểu phần α và hai tiểu phần β Nếu 4 tiểuphần tách rời nhau thì mỗi tiểu phần không thể vận chuyển được một phân tử O2 Khikết hợp lại thành trạng thái tetrame tạo thành một khối không gian đặc thù gần như hình

tứ diện thì mới có khả năng kết hợp và vận chuyển khí oxy Một phân tử hemoglobinvận chuyển được 4 phân tử oxy

- Enzym glycogen phosphorylase:

+ Ở trạng thỏi khụng hoạt động enzym này ở dạng "b" (dạng hai dime tỏch rời nhau).+ Ở trạng thỏi hoạt động, hai dime tổ hợp lại thành tetrame (dạng "a") Khi nhu cầu giảiphúng glucose giảm, tetrame lại tỏch thành hai dime, enzym trở lại dạng khụng hoạtđộng

Tuỳ theo protein mà số lượng monome cú thể thay đổi từ 2,4,6,8 là phổ biến, cỏ biệt

cú thể lờn tới trờn 50 monome

Sự hỡnh thành cấu trỳc bậc bốn tạo điều kiện cho quỏ trỡnh điều tiết sinh học thờmtinh vi, chớnh xỏc

4 Các yếu tố ảnh hởng đến cấu trúc của phân tử protein

Hình dạng riêng làm cho mỗi protein có chức năng đặc hiệu Vậy cái gì là yếu tốchính xác định cấu trúc protein?

Chuỗi polipeptit với trình tự axit amin xác định có thể tự động sắp xếp thành dạng 3chiều và duy trì hình dạng đó nhờ các mối tơng tác quy định cấu trúc bậc II và bậc III

Sự cuộn xoắn thờng xảy ra khi protein đợc tổng hợp trong tế bào Tuy nhiên, cấu trúcprotein cũng phụ thuộc vào điều kiện vật lí và hoá học của môi trờng Nếu độ pH, nồng

độ muối, nhiệt độ hoặc các yếu tố khác của môi trờng thay đổi thì protein có thể gỡ

xoắn ra và mất đi hình dạng vốn có, sự biến đổi đó đợc gọi là biến tính Vì bị biến dạng

nên protein biến tính không hoạt động sinh học

Các tác nhân khác gây biến tính: dung môi hữu cơ, các chất hoá học phá huỷ liên kếthiđro, liên kết ion và cầu nối đisulfua hoặc nhiệt độ quá cao,…

13

Nếu protein biến tính không bị hoà tan, nó thờng có thể phục hồi lại khi các điều kiện

hoá học và vật lí của môi trờng trở lại bình thờng Hiện tợng này gọi là sự hồi tính của

protein

5 Sự cuộn xoắn protein trong tế bào

Các nhà khoa học đã phát hiện ra Chaperonin (hay protein chaperon) giúp cuộn xoắncác protein khác Ngay trong khi đang được tổng hợp, sợi peptit được chapperon bỏmvào để ngăn cản liờn kết giữa cỏc axit amin của cỏc sợi gõy sai lệch hoặc ảnh hưởng đếncấu trỳc khụng gian Hơn nữa, chaperon cú thể tương tỏc với protein để duy trỡ cấu hỡnhkhụng gian mà protein đó cú; nhờ đú kiểm soỏt hoạt tớnh của protein hoặc tạo thuận lợi

để vận chuyển protein về đớch Ngoài ra, trong một số trường hợp, chaperon ngăn cảnnguy cơ lắng đọng protein, hoặc phức cỏc protein khi nồng độ của chỳng tăng cao trong

tế bào chất

Chaperon cú 2 nhúm:

- Cỏc chaperon phõn tử như Hsp 60 và Hsp70 (heat shock protein) gắn và ổn định cỏc

protein khụng hoặc cuộn gấp 1 phần, nhờ vậy ngăn cỏc protein mới tổng hợp tạo thànhphức hợp hay bị phõn hủy

Hsp70 là họ cỏc protein chaperon phổ biến trong tế bào vi khuẩn cũng như tế bàoeukaryot (cú trong tế bào chất, lưới nội chất, ti thể, lục lạp) Protein Hsp70 cú 2 vựngchức năng khỏc nhau: vựng phớa đầu NH2 cú hoạt tớnh ATPase, cũn phớa đầu COOH cúkhả năng tương tỏc với cơ chất (protein) Khi liờn kết với ATP, Hsp70 bỏm vào cơ chất

và tỏch ra rất nhanh Tuy nhiờn, khi ATP phõn hủy thành ADP, quỏ trỡnh này xảy rachậm Thay đổi liờn kết của Hsp70 giữa ATP và ADP phụ thuộc vào 2 protein Hsp40

và GrpE Hsp40 giỳp phức Hsp70-ATP tương tỏc với cơ chất (protein) ATP phõn hủythành ADP để thay đổi sự gấp khỳc của protein ADP được thay thế bởi ATP nhờ GrpE.Chu trỡnh sẽ lặp lại trờn dọc chiều dài sợi peptit nhằm đảm bảo tớnh chớnh xỏc cho cấutrỳc khụng gian của protein

- Chaperonin không xác định cấu trúc cuối cùng của chuỗi polipeptit; thay vào đóchúng giữ cho chuỗi polipeptit khỏi tác động có hại của môi trờng trong tế bào khi nócuộn xoắn tự nhiên

Gần đây, các nhà khoa học đã tìm ra các hệ thống phân tử trong tế bào tơng tác vớichaperonin và kiểm tra xem sự cuộn xoắn có diễn ra đúng hay không

ii một số ĐẶC ĐIỂM quan trọng của protein

1 Khối lượng và hỡnh dạng phõn tử

Protein cú khối lượng phõn tử tương đối lớn và thay đổi trong một dải rộngtừ hơnmười nghỡn đến hàng trăm nghỡn dalton hoặc lớn hơn nữa

Hỡnh dạng: hỡnh hạt, hỡnh bầu dục ,hoặc hỡnh sợi

+ Protein hỡnh cầu tan trong nước họăc dung dịch muối pha loóng, rất hoạt động vềmặt húa học Thuộc nhúm này cú hầu hết protein cú hoạt tớnh xỳc tỏc: albumin,glubulin, moglobin…

+ Protein hỡnh sợi tương đối trơ về mặt húa học, chủ yếu cú chức năng cơ học

VD: -Colagen của da, xương, sụn, gõn,…

Karatin của túc, lụng, múng,…

2 Sự biến tớnh của protein

Dưới tỏc dụng của cỏc tỏc nhõn vật lý như tia cực tớm, súng siờu õm, khuấy cơ học hay tỏc nhõn húa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng, cỏc cấu trỳc bậc hai,

ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng khụng phỏ vỡ cấu trỳc bậc một của nú, kốm

15

theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu Đó là hiện tượng biếntính protein Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau:

- Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bến trong phân tửprotein

- Khả năng giữ nước giảm

- Mất hoạt tính sinh học ban đầu

- Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liênkết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza

- Tăng độ nhớt nội tại

- Mất khả năng kết tinh

3 Tính kỵ nước của protein

Do các gốc kỵ nước của các axit amin trong chuỗi polipectit của protein huớng rangoài, các gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kỵ nước §ộ kỵ nước có thể giải thíchnhư sau: do các gốc aa có chứa các gốc R- không phân cực nên nó không có khả năngtác dụng với nước

VD: nhóm 7 axit amin không phân cực :glysin, alanin, valin, pronin, methionin,lơxin, isoloxin chúng không tác dụng với nước

Tính kỵ nước sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính tan của protein

4 Tính chất của dung dịch keo

Trong môi trường nước, protein kết hợp với nước, trương lên trở thành dung dịch keo, các phân tử protein trở thành dạng hidrat hóa giúp chúng không bị kết dính với nhau để trở thành dạng kết tủa

Khi hoà tan protein thành dung dịch keo thì nó không đi qua màng bán thấm

Hai yếu tố đảm bảo độ bền của dung dịch keo:

- Sự tích điện cùng dấu của các protein

- Lớp vỏ hidrat bao quanh phõn tử protein.

Cú 2 dạng kết tủa: kết tủa thuận nghịch va khụng thuận nghịch:

- Kết tủa thuận nghịch: sau khi chỳng ta loại bỏ cỏc yếu tố gõy kết tủa thỡ protein vẫn

cú thể trở lại trạng thỏi dung dịch keo bền như ban đầu

- Kết tủa khụng thuận nghịch: là sau khi chỳng ta loại bỏ cỏc yếu tố gõy kết tủa thỡprotein khụng trở về trạng thỏi dung dịch keo bền vững như trước nữa

Thực chất thì kết tủa protein cũng chính là biến tính protein

* ứ ng dụng các yếu tố kết tủa protein:

- Các yếu tố kết tủa thuận nghịch protein đợc dùng để thu nhận chế phẩm protein

Ng-ời ta thờng dùng muối trung hoà nh (NH4)2SO4, dung môi hữu cơ nh axeton, etanol vàphải thiến hành kết tủa ở nhiệt độ dới 00C Muối trung hoà vừa làm trung hoà điện vừaloại bỏ lớp hiđrat của protein; còn dung môi hữu cơ háo nớc, phá huỷ lớp hiđrat mộtcách nhanh chóng

- Các yếu tố kết tủa không thuận nghịch (biến tính không hồi tính đợc) đợc sử dụng

để loại bỏ protein khỏi dung dịch, làm ngừng phản ứng enzim

Chớnh nhờ đặc điểm này mà protein trở thành hệ đệm và là hệ đệm mạnh nhất trong

cõn bằng nội mụi

17

Ở 1 pH nào đú mà tổng số điện tớch dương và điện tớch õm của phõn tử protein bằngkhụng , phõn tử protein khụng di chuyển trong điện trường gọi là pHi của protein.

-Ở mụi trường co pH < pHi , protein là một đa cation , số điện tớch dương hơn số điệntớch õm Ở pH> pHi , phõn tử protein thể hiện tớnh axit cho ion H+ do đú số điện tớch õmlớn hơn số điện tớch dương , protein là đa anion tớch điện õm

- Ở trong mụi trường cú pH = pH i , protein dễ dàng kết tụ lại với nhau, do đú cú thể

sử dụng tớnh chất này để xỏc định pH i của protein cũng như để kết tủa protein Mặt khỏc do sự sai khỏc về pH i giữa cỏc protein khỏc nhau cú thể điều chỉnh pH mụi trường

để tỏch cỏc protein ra khỏi hỗn hợp của chỳng

6 Khả năng hấp thụ tia tử ngoại của protein

Dung dịch protein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại ở 2 vùng b ớc sóng khác nhau là180-220 nm và 250-300 nm

* ứ ng dụng : Định lợng protein đã tinh sạch hoặc để xác định phân tử protein trong

các phân đoạn nhận đợc khi sắc kí tách các protein qua cột

7 Khả năng kết hợp với các phần không phải là protein

Những protein này đợc gọi là protein phức tạp, khi thuỷ phõn ngoài phần protein đơngiản, cũn cú thờm nhúm ghộp (nhóm ngoại) Phần protein trong phân tử protein phức tạpgọi là apoprotein Phụ thuộc vào nhúm ghộp mà protein phức tạp cú tờn gọi tương ứng.Sau đõy ta xột từng loại:

Nhóm

protein

phức tạp

Nhó m ngoạ i

xuất của glucid

một số glucoprotein có chức năng sinh học quan trọng như hoocmon FSH, prolanA

chia làm hai loại:

Mucin: là

những chất thường

có nhiều trong nước bọt,nước mắt, dịchnhờn baokhớp, dịch mô liên kết, dịch nang bào,niêm dịch

photphat nối với protein bằng mạch este qua nhóm

OH của serin hoặc treonin trong phân tử protein

Loại protein này thường có tính toan và đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng của động vật non

- Casein:

là proteinchủ yếu của sữa.19

- Ovoviteli

n trong lòng đỏ trứng

- Ictulin trứng cá

Chromop

rotein

Một hay nhiềunguy

ên tử kim loại như

Fe,

Mg, Cu

Đây là những protein mang màu sắc Phần nhiều chromoprotein tham gia vào các quá trình trao đổi khí

Hemoglobin -Mioglobin

Người ta cho rằng tính bán thẩm và tính hấp thụ đặchiệu của tế bào là do lớp vỏ lipoprotein quyết định

Trongmáu và

mô bào

có mấychấtlipoprotei

n quantrọngnhư:

Tromboplastin(giúp choquá trìnhđôngmáu)Lipoprotein huyếtthanh (cóphầnprotein làglobin)-

Rodopsinvõngmạc mắt

là loạilipoprotei

n thamgia vàohoạtđộng thịgiác

- Nội độc

tố củanhiều vikhuẩncũng cócấu trúc21