HÓA học PROTEIN

̶ Ứng dụng: xây dựng phương pháp điện di để phân tách các hỗn hợp acid amin... Phản ứng với aldehyl phản ứng tạo base Schiff̶ Nhóm –NH2 được khóa lại bằng chức imin → phân tử aa chỉ còn

HÓA HỌC PROTEIN

I Đại cương protein

• Protein là một polymer sinh học

II Acid amin (aa)

2 Phân loại

 Thành phần cấu tạo: Gốc R và số –COOH, -NH 2

• Acid monoamin monocarboxylic

+ Gly, Ala, Leu, Ileu, Val, Ser, Thr

+ Cys, Met _ aa chứa lưu huỳnh

+ Ser, Thr _ aa chứa -OH

• Acid monoamin dicarboxylic: Asp, Glu

• Acid diamin monocarboxylic: Lys, Arg

• Amid của acid amin: Asn (Asparagin), Gln (Glutamin)

• Acid amin vòng: Phe, Tyr, His, Trp, Pro

Glutamic acid

Glu; E

Tryptophan (Trp) (W)

• aa không thay thế:

• aa thay thế:

 2 loại acid amin mới:

+ Acid amin thứ 21: Selenocystein

+ Acid amin thứ 22: Pyrrolysine

 Tính hòa tan

̶ Dễ tan trong nước

VD: Gly Ala Leu

̶ Không tan hoặc ít tan trong alcol, ete (trừ Pro, hydroxyprolin)

̶ Tan trong acid và kiềm loãng (trừ Tyr)

 Vị

̶ Có vị ngọt trừ Leu (không vị), Ileu và Arg (có vị đắng)

̶ Muối natri của Glu có vị ngọt kiểu đạm → dùng làm gia vị

 Tính quang hoạt

̶ Các aa (trừ Gly) đều có C* bất đối xứng

̶ Gọi số C* là n thì số đồng phân lập thể có được là 2 n

• Đa số các aa chỉ có 1 C*

• Riêng Thr và Ileu có 2 C*

̶ Các aa không hấp thụ trong vùng ánh sáng thấy được (400-700nm)

̶ Tyr, Trp, Phe hấp thụ mạnh ở vùng UV (240-280nm)

̶ Phần lớn các protein đều chứa tyrosin→ Định lượng

protein ở λ=280nm

4 Tính lưỡng tính của acid amin

̶ aa có nhóm -COOH, -NH 2 → có tính lưỡng tính

̶ Tùy pH môi trường→ aa thể hiện tính acid hay tính base

+ OH -

̶ Trong môi trường nước, aa tồn tại ở 3 dạng: cation, ion lưỡng cực, anion

R-CH-COOH R-CH-COO- R-CH-COO-

̶ pH môi trường thay đổi → Nồng độ các ion cũng thay đổi

Cation Ion lưỡng cực Anion

• Môi trường có pH mà tại pH này tổng điện tích của aa bằng 0, aa không di chuyển trong điện trường → Môi trường có pH đẳng điện hay còn gọi là pI (điểm đẳng điện)

• Mt có pH > pI: aa dạng anion chiếm tỷ lệ lớn, aa di chuyển trong điện trường về phía cực dương

• Mt có pH < pI: aa dạng cation chiếm tỷ lệ lớn, aa di chuyển trong điện trường về phía cực âm

̶ Ứng dụng: xây dựng phương pháp điện di để phân tách các hỗn hợp acid amin

Ví dụ:

Dùng dung dịch đệm pyridin/ acid acetic/ nước có

pH=3,9 để chạy điện di trên giấy một hỗn hợp gồm:

+ aa kiềm

+ aa trung tính

+ Acid glutamic (pI = 3,12)

+ Acid aspartic (pI = 2,77)

Sau thời gian 90 phút, ngắt dòng điện, Hỏi:

+ Các acid amin tích điện gì?

+ Chạy về điện cực nào?

Sodium dodecyl sulfate

(SDS)

Mercaptoethanol

b Phản ứng với aldehyl (phản ứng tạo base Schiff)

̶ Nhóm –NH2 được khóa lại bằng chức imin → phân tử aa chỉ còn lại chức –COOH

̶ Ứng dụng: để định phân acid amin trong nước tiểu bằng NaOH (phương pháp Sorensen)

c Phản ứng với 2,4 dinitrofluorobenzen (DNFB)

̶ Trong môi trường kiềm yếu, DNFB tác dụng với nhóm amin

tự do → 2,4 dinitrophenyl acid amin (DNP-aa) màu vàng

̶ Ứng dụng: để xác định acid amin N cuối của chuỗi peptid

Phản ứng Sanger

d Phản ứng với phenylisothiocyanat (PITC)

̶ Dẫn xuất phenylthiohydantoin không màu, dễ tách và phân

định bằng sắc ký

̶ Ứng dụng: để xác định acid amin N cuối của chuỗi peptid

Phản ứng Edman

a Phản ứng khử nhóm carboxyl

̶ Tạo thành alcol α-amin (tác nhân khử là NaBH4)

 Hóa tính của nhóm carboxyl

b Phản ứng khử carboxyl (decarboxyl hóa)

̶ Mỗi decarboxylase chỉ tác dụng chuyên biệt với 1 hoặc 1 nhóm giới hạn aa

Decarboxylase

→Phản ứng màu đặc trưng của aa ( phản ứng với ninhydrin )

 Hóa tính do 2 nhóm –NH2 , –COOH

Ninhydrin Ninhydrin bị khử

→ Đây là cơ sở để xây dựng phương pháp định tính và định lượng aa

Màu xanh tím

Màu xanh đỏ (tím đỏ)

̶ Các aa nối với nhau bằng liên kết peptid

̶ Nhóm –NH2, –COOH tự do còn lại liên kết với nhóm –NH2, –COOH của aa3 để tạo thành một liên kết peptid mới

→ kéo dài mạch peptid

2 Cấu tạo

̶ Tên thông dụng: Glucagon, insulin,…

̶ Tên hóa học hữu cơ: gọi tên peptid theo các gốc aa

Ví dụ:

+ H2N – Alanyl – Tyroxyl – Aspartyl – Glycin – COOH

+ Ala – Tyr – Asp – Gly hay A - Y - D – G

+ Ala – (Tyr – Asp) – Gly hay A – (Y - D)– G

 Glutathion (G-SH)

Glutathion có gốc -SH:

 Loại hydro→ Dạng oxy hóa G-S-S-G

 Nhận hydro→ Dạng khử G-SH

→ Vai trò vận chuyển hydro trong hệ thống oxy hóa khử

4 Vài peptid có hoạt tính sinh học

+ Oxytocin: là một peptid gồm 9 acid amin

+ Glucagon: là một peptid gồm 29 acid amin

+ Insulin: là một peptid gồm 51 acid amin

Là những peptid do vi khuẩn (nấm) sinh ra

VD: Penicilin, Gramicidin

IV Protein

̶ Là polypeptid khổng lồ được xây dựng từ hàng chục (hàng trăm) gốc acid amin

̶ Liên kết peptid là liên kết cơ bản

̶ Ngoài ra, các liên kết khác:

+ Liên kết hydro + Liên kết S-S, + Liên kết tĩnh điện,…

1 Định nghĩa

2 Cấu trúc

+ Cấu trúc xoắn của mạch

+ Điển hình cho cấu trúc bậc 2

là protein sợi (keratin, …)

+ Sự cuộn xoắn của cấu trúc bậc 2

→ Tạo thành hình dạng phân tử protein

+ Liên kết: peptid, hydro, S-S, tĩnh điện

Bậc 4:

+ Tổ hợp của nhiều tiểu đơn vị cấu trúc bậc 3

+ Mỗi mạch polypeptid cuộn xoắn (cấu trúc bậc 3) gọi

là tiểu đơn vị

Cấu trúc bậc 4 = n × tiểu đơn vị

Hemoglobin

Theo chức năng:

+ Protein xúc tác: enzyme

+ Protein cấu trúc: collagen, elastin

+ Protein vận động: myosin, actin

+ Protein vận chuyển: hemoglobin, myoglobin,

albumin, transferrin

+ Protein điều tiết: Hormon

+ Protein bảo vệ: immunoglobulin, interferon

3 Phân loại

Theo thành phần hóa học:

Protein được chia thành 2 nhóm lớn:

+ Protein đơn giản (holoprotein): albumin, globulin, histon,

+ Protein phức tạp (heteroprotein):

Protein tạp Nhóm ngoại Ví dụ

Nucleo-protein Acid nucleic Nucleohiston Glycoprotein Carbohydrate Immunoglobulin G Chromoprotein Chất màu Hemoglobin

Lipoprotein Lipid β1-lipoprotein Phosphoprotein Acid photphoric Casein

Metaloprotein Kim loại Cytocrom

a Trọng lượng phân tử

̶ Là những phân tử keo có kích thước lớn →

Khuếch tán rất chậm trong dung dịch và không

qua được các màng thẩm tích

4 Tính chất lý hóa

b Độ hòa tan

+ Cấu tạo protein:

+ Nhiệt độ < 50oC: hòa tan đồng biến với nhiệt độ

+ pH: mỗi protein có một pH phù hợp để hòa tan

+ Các chất bổ sung: muối, dung môi (acetone,

ethanol, …), Acid tricloroacetic (TCA) 10%,…

c Biến tính protein

̶ Dưới tác động của lý học, hóa học, sinh học, protein

mất đi tính chất tự nhiên ban đầu gọi là sự biến tính protein

Ứng dụng: tính chất hòa tan và kết tủa

Nguyên liệu giàu protein

Xay nhuyễn Chiết dung dịch Lọc/ly tâm

Protein thô

Nước

Tác nhân kết tủa

e Tính chất hóa học

̶ Protein cho phản ứng với thuốc thử Biuret

DD protein + CuSO 4 /kiềm → tạo phức tím xanh

→ Cơ sở xây dựng phương pháp định lượng protein

̶ Xúc tác của enzym

̶ Vận chuyển: hemoglobin

̶ Sự vận động và phối hợp: actin và myosin

̶ Sự chống đỡ cơ học: collagen, elastin

̶ Sự bảo vệ miễn dịch: globulin

̶ Sự tạo ra và dẫn truyền các xung động thần kinh:

Rhodosin

̶ Điều hòa: hormon

̶ Dự trữ dinh dưỡng: casein, ovalbumin,…

5 Chức năng protein

Mục tiêu

• Phân loại và viết được công thức 20 acid amin

• Tính chất hóa lý của acid amin

• Mô tả bậc cấu trúc và dạng liên kết trong protein

• Liệt kê được một số peptid có hoạt tính sinh học

• Trình bày được phân loại và chức năng protein