BG proteins hóa sinh dược sĩ đại học

Amino acids, peptides và proteins... Các ki u ểchính Motifs.

Amino acids, peptides và

proteins

Đ c đi m c a Amino Acids ặ ể ủ

• Kh năng t o polimer: liên k t peptide ả ạ ế

Tính acid-base

zwitterions : amino acids đ ng đi n ẳ ệ

Tr ng thái tích đi n ạ ệ

 α -carbon b t đ i ấ ố

(ng ai tr glycine) ọ ừ

Khung carbon

Nhóm carboxyl Nhóm amino

α -carbon

• C B t đ i ấ ố

Amino Acid Enantiomers

•Steroisomers / enantiomers

•H th ng sinh h c ch t ng ệ ố ọ ỉ ổ

h p và s d ng L-amino- ợ ử ụ acids

Phân l ai Amino Acid ọ

Amino Acid “c n thi t” và “không c n ầ ế ầ

thi t” ế

• C n thi t: histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, ầ ế valine

• Không c n thi t: alanine, arginine*, aspartate, asparagine, cysteine*, glutamate, glutamine, ầ ế

glycine*, proline*, serine, tyrosine*

Amino Acid hi m hay b t th ế ấ ườ ng

Homocystein

Đ ng cong tr ng thái acid-base c a Alanine ườ ạ ủ

pI (đi m đ ng đi n) = t i giá tr pH mà t ng s đi n tích ể ẳ ệ ạ ị ổ ố ệ

d ươ ng và đi n tích âm trên t p h p phân t b ng nhau ệ ậ ợ ử ằ

pK1 carboxylic acid = 2

pK2 nhóm amino = 10

pI = (pK1+ pK2)/2

Lysine

Danh pháp Protein

• Peptides: 2 – 50 amino acids

• Proteins: >50 amino acids

• Amino acid có nhóm α-amino t do: amino-terminal hay N-terminal (đ u N) ự ầ

• Amino acid có nhóm α-carboxyl t do: carboxyl-terminal hay C-terminal residue ự (đ u C) ầ

• Mã 3 ch cái: Met-Gly-Glu-Thr-Arg-His ữ

• Mã 1 ch cái: M-G-E-T-R-H ữ

S hình thành liên k t Peptide ự ế

Enzyme và hóa ch t làm đ t ấ ứ

Đ ườ ng cong tr ng thái acid-base ạ

c a m t Tetrapeptide ủ ộ

+H3

N-Glu-Gly-Ala-Lys-COO-Proteins có pIs

Protein: c u trúc và ch c năng ấ ứ

Thu t ng ậ ữ

• C u hình: s s p x p trong không gian c a các nguyên t trong phân t protein ấ ự ắ ế ủ ử ử

• C u hình t nhiên: c u hình c a protein có ch c năng ấ ự ấ ủ ứ

Phân l ai Protein ọ

• Protein đ n gi n: g m ch amino acid ơ ả ồ ỉ

• Protein liên h p: ch a các nhóm khác nh : ion kim l ai, co-factors, lipids, carbohydrate… ợ ứ ư ọ

Ví d : Hemoglobin – Heme ụ

• M t chu i polypeptide: ộ ỗ monomeric protein

• Nhi u chu i polypeptide: ề ỗ multimeric protein

• Homomultimer: m t l ai chu i polypeptide ộ ọ ỗ

• Heteromultimer: nhi u l ai chu i ề ọ ỗ polypeptide khác nhau

(Vd: Hemoglobin: heterotetramer g m 2 ồ chu i alpha và 2 chu i beta) ỗ ỗ

Phân l ai Protein ọ

4 b c c u trúc protein ậ ấ

C u trúc b c 1 ấ ậ C u trúc b c 2 ấ ậ

C u trúc b c 3 ấ ậ C u trúc b c 4 ấ ậ

Liên k t không hóa tr có vai trò quan tr ng ế ị ọ

trong vi c hình thành c u trúc protein ệ ấ

• van der Waals: t ươ ng tác (hút và đ y) gi a các phân t (0.4 - 4 kJ/mol) ẩ ữ ử

• Liên k t hydrogen: liên k t y u gi a 2 phân t phân c c trong đó nguyên t H liên k t v i nguyên ế ế ế ữ ử ự ử ế ớ

t đi n tích âm g n (12-30 kJ/mol) ử ệ ở ầ

• T ươ ng tác k n ỵ ướ c : <40 kJ/mol

C u trúc b c 1 ấ ậ xác đ nh c u trúc b c ị ấ ậ

2,3,4

• B nh thi u máu h ng c u hình li m: thay đ i m t amino acid trong hemoglobin d n đ n b nh: ệ ế ồ ầ ề ổ ộ ẫ ế ệ

β-globin c a Hb: glutamic acid ủ valine

•S aa/vòng: 3.6 ố

Helix quay ph i ả

Amphipathic Alpha-Helices

+

M t m t c a chu i helix (ph n t i màu) ch a h u ộ ặ ủ ỗ ầ ố ứ ầ

nh aa k n ư ỵ ướ c Hai chu i Two amphipathic helices ỗ

liên k t nhau thông qua t ế ươ ng tác k n ỵ ướ c

• C u trúc Beta-sheets hình ấ

thành do nhi u chu i beta liên ề ỗ

k t m t bên ế ở ặ

• Các chu i có th song song ỗ ể

cùng hay ng ượ c h ướ ng nhau

• C u trúc beta song song ng ấ ượ c

h ướ ng b n h n ề ơ

C u trúc b c 2: Beta ấ ậ

M ng beta ả

• Liên k t m t bên luân phiên h ế ặ ướ ng lên và xu ng so v i m t ph ng m ng beta ố ớ ặ ẳ ả

• Có t 2 đ n 15 chu i beta/m ng beta ừ ế ỗ ả

• M i chu i có kh ang 6 amino acids ỗ ỗ ỏ

C u trúc b c 3 ấ ậ

• S cu n g p c a chu i polypeptide b c 2 ự ộ ấ ủ ỗ ậ

• Hình thành ki u c u trúc (motif) và domain c a protein ể ấ ủ

Proteins có c u trúc b c 1 gi ng nhau ấ ậ ố

Cá ngừ 1 G DVA KG K K T F VQ KCAQCHTVE N GG K HKVGPNL W GLFGR KT GQAEGYSYTDANK S K G I VWN Nấm men 1 G SA KKG AT L FKT R C L QCHTVEKGG P HKVGPNL H G I FGR H SGQAEGYSYTDAN IK K N V W D E

Gạo 1 G NP K A G E K I FKTKCAQCHTV D KG A G HK Q GPNL N GLFGR Q SG TTP GYSY S T ANK MAV IW E E

Cá ngừ 61 E TL M EYL E NPKKYIPGTKM I F A G I KK KG ER Q DL V A YLK S ATS

Nấm men 61 N N M S EYL T NPKKYIPGTKM A F G GLKK EK D R N DLI T YLK K A CE Gạo 61 NTL Y D YL L NPKKYIPGTKM V F P GLKK PQ ER A DLI S YLK E ATS

Các ki u ể

chính (Motifs)

S k t h p các Motif t o thành ự ế ợ ạ

Domain

• Domains là các đ n v đ c l p trong c u trúc b c 3 ơ ị ộ ậ ấ ậ

c a protein ủ

• M i domain có ch c năng chuyên bi t ỗ ứ ệ

• T ươ ng tác k n ỵ ướ c là l c nh h ự ả ưở ng chính trên s ự

cu n g p domain ộ ấ

lactate dehydrogenase malate dehydrogenase

C

COO-H2C O

CH HO

COO-CH2COO-

3

CH CH HO

C u trúc b c 4 ấ ậ

•C u trúc b c 4 mô t t ch c các ti u đ n v ấ ậ ả ổ ứ ể ơ ị

(subunit) c a protein (oligomeric protein) ủ

•Bao g m: homo-multimers hay hetero-multimers ồ

α2β2

α2βγ

• Xác đ nh tr ng l ị ọ ượ ng phân t c a protein t nhiên b ng pp s c ký th m qua gel ử ủ ự ằ ắ ấ (gel permeation chromatography)

• Xác đ nh tr ng l ị ọ ượ ng phân t c a t ng ti u đ n v protein (subunit) b ng pp ử ủ ừ ể ơ ị ằ

SDS-PAGE

• Có th dùng thông tin đ xác đ nh thành ph n ti u đ n v ể ể ị ầ ể ơ ị

Ví d : ụ

N u protein t nhiên: 160,000 daltons g m: ế ự ồ

α -Subunit: 50,000 daltons; β -Subunit: 30,000 daltons

Nh v y, protein có th có c u tr c ư ậ ể ấ ứ α2β2

C u trúc b c 4 ấ ậ

• Các ti u đ n v liên k t v i nhau b ng t ể ơ ị ế ớ ằ ươ ng tác không hóa tr (non-covalent ị interactions)

Bi n tính Protein (Denaturation) ế

• Denaturation: s phá h y tr ng thái c u hình t nhiên (cu n g p) ự ủ ạ ấ ự ộ ấ

• Nhi t đ th ệ ộ ườ ng đ ượ c dùng đ bi n tính protein ể ế

• Tm = nhi t đ mà 50% protein còn cu n g p/ 50% không còn cu n ệ ộ ộ ấ ộ

Liên k t Disulfides ế

• Làm n đ nh c u hình t nhiên ổ ị ấ ự

• Hình thành sau khi c u hình t nhiên hình thành ấ ự

• Ph bi n các protein ti t ra ngoài t bào ổ ế ở ế ế

• Enzyme Protein disulfide isomerase xúc tác kh các liên k t disulfide không đúng ử ế

C u trúc 3-D / Ch c năng c a ấ ứ ủ

protein

Hemoglobin

• Là nh ng protein v n chuy n oxy ữ ậ ể

• Hemoglobin v n chuy n O ậ ể 2 t ph i đ n ừ ổ ế các mô

• Myoglobin là protein l u tr O ư ữ 2

• O2 liên k t không c ng hóa tr v i heme Fe ế ộ ị ớ ++, đ c n ượ ổ

đ nh nh liên k t Hydro v i nhóm aa Histidine khác ị ờ ế ớ

• Nhóm Heme n m trong h c k n ằ ố ỵ ướ c c a protein globin ủ

Đ ườ ng cong liên k t Oxygen ế

•Mb có đ ườ ng cong liên

Đ ườ ng cong liên k t Oxygen ế

Đ ườ ng cong liên k t Oxygen ế

O 2 g n v i Hb th hi n tính h p ắ ớ ể ệ ợ

tác tích c c ự

• Hb g n v i 4 phân t O ắ ớ ử 2

• Ái l c v i O ự ớ 2 gia tăng khi m i phân t O ỗ ử 2 g n thêm vào ắ

• S tăng ái l c là do thay đ i c u hình ự ự ổ ấ

• D ng Deoxygenated = D ng T (tense) = ái l c th p ạ ạ ự ấ

• D ng Oxygenated = D ng R (relaxed) = ái l c cao ạ ạ ự

O 2 g n v i Hb th hi n tính h p ắ ớ ể ệ ợ

tác tích c c ự

T ươ ng tác Allosteric

• T ươ ng tác Allosteric x y ra khi phân t chuyên bi t g n vào m t protein và đi u ả ử ệ ắ ộ ề

ti t ho t đ ng c a protein đó ế ạ ộ ủ

• Allosteric modulators or allosteric effectors

• G n thu n ngh ch vào v trí khác v i v trí ch c năng hay v trí ho t đ ng ắ ậ ị ị ớ ị ứ ị ạ ộ

• S đi u hòa ho t đ ng x y ra do thay đ i c u hình protein ự ề ạ ộ ả ổ ấ

• 2,3 bisphosphoglycerate (BPG), CO2 và protons là nh ng allosteric effectors c a ữ ủ

Hb g n v i O ắ ớ 2

Hi u ng Bohr ệ ứ

• CO2 tăng làm gi m pH ả

CO2 + H2O <-> HCO3- + H+

• Ở pH th p, m t s amino acid b proton hóa, làm cho Hb chuy n ấ ộ ố ị ể

Bisphosphoglycerate (BPG)

• BPG liên quan đ n s thích nghi v i bi n đ i ế ự ớ ế ổ

môi tr ườ ng đ cao so v i m c n ở ộ ớ ự ướ c bi n ể

• BPG g n v i Hb làm gi m ái l c O2 ắ ớ ả ư

• BPG g n trong h c gi a các ti u đ n v ắ ố ữ ể ơ ị

beta-Hb

• Làm b n c u hình T ề ấ

• Hb thai nhi (α2γ2) có ái l c th p v i BPG, ự ấ ớ

cho phép thai nhi c nh tranh O ạ 2 v i Hb c a ớ ủ

m ( ẹ α2β2) nhau thai ở