cấu trúc, chức năng và các loại protein quan trọng trong cuộc sống

Tài liệu nghiên cứu toàn bộ cấu trúc, chức năng và các loại protein trong cuộc sống. Về cấu trúc chúng ta sẽ thấy cấu trúc bậc 1, 2, 3,4. Các chức năng quan trọng của protein. Cách thanh lọc và tách chiết protein. Sơ lượt về lịch sử nghiên cứu protein. Các loại protein cần cho sự sống như emzim, hemoglobin...

Protein Structure and Function - An Overview

Pharmaceutical Biochemistry I Cấu trúc và chức năng Protein – Tổng quan hóa sinh dược I

Instructor: Patrick M Woster, Ph.D.

Người hướng dẫn: Tiến sĩ Patrick M Woster

Reading Assignment: Berg, Chapter 2,3 and 7

Protein Structure and Function

Cấu trúc và chức năng Protein

Proteins play crucial roles in almost every biological process They are responsible in one form or another for a

variety of physiological functions including:

Protein đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các quá trình sinh học Chúng thể hiện các khả năng khác nhau trong một hình thức này hoặc hình thức khác cho một loạt các chức năng sinh lý như:

Enzymatic catalysis - almost all biological reactions are enzyme catalyzed

Protein enzyme: Xúc tác enzyme - hầu như tất cả các phản ứng sinh học đều có enzyme xúc tác

Enzymes are known to increase the rate of a biological reaction by a factor of 10 to the 6th power!

Enzyme được biết là tăng tỷ lệ phản ứng sinh học với hệ số 10 đến số mũ 6!

There are several thousand enzymes which have been identified to date

Có hàng ngàn enzym đã được xác định cho đến nay

Binding, transport and storage - small molecules are often carried by proteins in the physiological

setting (for example, the protein hemoglobin is responsible for the transport of oxygen to tissues)

Protein vận chuyển: Bó buộc, vận chuyển và lưu trữ - - các phân tử nhỏ thường được thực hiện bởi các protein trong môi trường sinh lý (Ví dụ: Protein hemoglobin có nhiệm vụ vận chuyển oxy đến các mô)

Many drug molecules are partially bound to serum albumins in the plasma

Nhiều phân tử thuốc bị ràng buộc một phần trong các huyết thanh albumin trong huyết tương

Molecular switching - conformational changes in response to pH or ligand binding can be used to control cellular processes

Chuyển đổi phân tử - những thay đổi về cấu hình để đáp ứng với độ pH hoặc ràng buột ligand cóthể được sử dụng để kiểm soát các quá trình tế bào

Coordinated motion - muscle is mostly protein, and muscle contraction is mediated by the sliding

motion of two protein filaments, actin and myosin

Phối hợp chuyển động - cơ chủ yếu là protein, và co cơ được thực hiện bởi chuyển động trượt

của hai sợi protein là actin và myosin.

Structural support - skin and bone are strengthened by the protein collagen

Hỗ trợ cấu trúc - da và xương được tăng cường bởi collagen protein

Immune protection - antibodies are protein structures that are responsible for reacting with specific

foreign substances in the body

Bảo vệ miễn dịch - kháng thể là cấu trúc protein có nhiệm vụ phản ứng với các chất lạ đặc biệt trong cơ thể

Generation and transmission of nerve impulses - some amino acids act as neurotransmitters, which

transmit electrical signals from one nerve cell to another

Cảm nhận và truyền xung thần kinh - một số axit amin hoạt động như chất dẫn truyền thần kinh,truyền tín hiệu điện từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác

In addition, receptors for neurotransmitters, drugs, etc are protein in nature

Ngoài ra, các thụ thể dẫn truyền thần kinh, thuốc, v.v… là protein trong tự nhiên

An example of this is the acetylcholine receptor, which is a protein structure that is embedded in

postsynaptic neurons

Một ví dụ về điều này là thụ thể acetylcholine, là một cấu trúc protein được gắn vào các tế bào thần kinh postsynaptic

Control of growth and differentiation - proteins can be critical to the control of growth, cell

differentiation and expression of DNA

Kiểm soát sự tăng trưởng và sự khác biệt - protein có thể là yếu tố quan trọng để kiểm soát sự phát triển, sự phân hóa tế bào và sự biểu hiện của ADN

For example, repressor proteins may bind to specific segments of DNA, preventing expression and

thus the formation of the product of that DNA segment

Ví dụ, các protein ức chế có thể liên kết với các phân đoạn ADN cụ thể, ngăn chặn sự biểu hiện

và do đó hình thành nên sản phẩm của phân đoạn ADN đó

Also, many hormones and growth factors that regulate cell function, such as insulin or thyroid

stimulating hormone are proteins

Ngoài ra, nhiều hormone và các yếu tố tăng trưởng điều chỉnh chức năng của tế bào, chẳng hạn như insulin hoặc hormon kích thích tuyến giáp là protein

There are a total of 20 amino acids which are used to make up proteins (some modified or otherwise unusual

amino acids exist that we will discuss later in the course)

Có tổng cộng 20 axit amin được sử dụng để tạo ra protein (một số axit amin biến đổi hoặc khác thường tồn tại mà chúng ta sẽ thảo luận sau này trong khóa học)

In solution at physiological pH (7.4), amino acids undergo an acid-base reaction to form zwitterions.

Trong dung dịch ở pH sinh lý (7.4), axit amin trải qua một phản ứng axit-base để tạo thành ion lưỡng tính

In a zwitterion, the + and - charges cancel to give a molecule with a net charge of zero

Trong một ion lưỡng tính , các dấu + và dấu - hủy bỏ để tạo thành một phân tử có điện tích bằng không

However, the pKa values for a typical amino acid (glycine for example) are 9.6 and 2.3 for the amino and

carboxyl groups, respectively

Tuy nhiên, giá trị pKa cho một axit amin đặc trưng (ví dụ glycine) là 9,6 và 2,3 cho các nhóm amin và carboxyl tương ứng

If the pH of an amino acid solution is lowered significantly from 7.4, a species results in which the amine group has a positive charge, while the carboxyl is neutral

Nếu pH của dung dịch axit amin giảm đáng kể từ 7,4, một loạt kết quả trong đó nhóm amin có điện tíchdương, trong khi carboxyl là trung tính

Likewise, If the pH is raised from 7.4, a species results in which the amine group is neutral, while the

carboxyl has a negative charge Thus, the ionization state of amino acids is pH dependent

Tương tự như vậy, nếu pH được tăng lên từ 7,4, một loạt kết quả trong đó nhóm amin là trung tính, trong khi nhóm carboxyl có điện tích âm Do đó, trạng thái ion hóa của các axit amin phụ thuộc vào pH

All amino acids except glycine (R = H) are chiral.

Tất cả các axit amin ngoại trừ glycine (R = H) đều có R là nhóm biến đổi khác nhau

Every amino acid in mammalian systems exists in the L-configuration, where "L" signifies that the amino acid

in Fischer projection is similar to L-glyceraldehyde.

Mỗi axit amin trong hệ thống động vật có vú tồn tại trong cấu hình L, trong đó "L" biểu thị rằng axit amin trong phép chiếu Fischer tương tự như L-glyceraldehyde

This description of stereochemistry is outdated, and is seldom used except in trivial names

Mô tả về lập thể này đã lỗi thời và hiếm khi được sử dụng ngoại trừ các tên thường

However, all natural amino acids are also in the S-configuration, which is determined by assigning priorities

based on the Cahn-Ingold-Prelog rules

Tuy nhiên, tất cả các axit amin tự nhiên cũng nằm trong cấu hình S, được xác định bằng cách gán các

ưu tiên dựa trên các quy tắc Cahn-Ingold-Prelog

As was mentioned above, there are 20 amino acids which are used to make up proteins in mammalian

biological systems

Như đã đề cập ở trên, có 20 axit amin được sử dụng để tạo nên protein trong hệ sinh học của động vật

có vú

The amino acids are amphipathic molecules, meaning that they contain both polar and non-polar functional

groups, and thus have a tendency to form interfaces between hydrophilic and hydrophobic molecules

Các axit amin là các phân tử amphipathic, có nghĩa là chúng chứa cả các nhóm chức cực và không phân cực, và do đó có xu hướng hình thành các giao diện giữa các phân tử ưa nước và kỵ nước

The properties of each amino acid are dictated by the side chain, which can vary in size, shape, charge,

reactivity and ability to hydrogen bond

Các thuộc tính của mỗi axit amin được quyết định bởi nhóm biến đổi R, có thể thay đổi về kích thước, hình dạng, điện tích, khả năng phản ứng và khả năng liên kết hydro

The amino acids are grouped according to the properties of their sidechains, as shown in the figure below

Các axit amin được nhóm lại theo các thuộc tính của các nhóm biến đổi R, như thể hiện trong hình bên dưới

Each amino acid has a standard three letter abbreviation which is used in lieu of a full structure, as seen in

Valine, leucine and isoleucine are hydrophobic aliphatic, and although they can be found anywhere in the

chain, they prefer to cluster in the inside region of a protein, away from water

Valine, leucine và isoleucine là các chất béo kỵ nước, và mặc dù chúng có thể được tìm thấy ở bất cứ nơi nào trong chuỗi protein, nhưng chúng ưa bó trong vùng bên trong của một protein và cách xa nước

This effect causes a significant stabilization of the protein structure

Hiệu ứng này tạo nên sự ổn định đáng kể của cấu trúc protein

There are three aromatic amino acids, phenylalanine (PHE), tyrosine (TYR) and tryptophan (TRP)

Có ba axit amin thơm là: phenylalanine (PHE), tyrosine (TYR) và tryptophan (TRP)

These amino acids have sidechains which contain delocalized pi electrons that can interact with other pi systems

Two of the amino acids are sulfur-containing, namely cysteine (CYS) and methionine (MET)

Hai trong số các axit amin có chứa lưu huỳnh, tên là cysteine (CYS) và methionine (MET)

These amino acids have special properties that will be covered at a later time

Các axit amin có các đặc tính đặc biệt cái mà sẽ được bảo vệ sau này

Finally, there are two hydroxyl-containing amino acids, serine (SER) and threonine (THR)

Cuối cùng, có hai axit amin có chứa hydroxyl là serine (SER) và threonine (THR)

These two amino acids have sidechains which can hydrogen bond to water or to other groups on neighboring macromolecules

Hai amino acid này có các nhóm biến đổi R có thể liên kết hydro với nước hoặc các nhóm khác trên các đại phân tử lân cận

Five of the 20 amino acids are considered hydrophilic, in that they are able to ionize at physiological pH

5 trong số 20 axit amin được coi là ưa nước, trong đó chúng có thể ion hóa ở pH sinh lý

Hai axit amin là asparagine (ASN) và glutamine (GLN) cũng có nhóm amit.

Note that 8 of the 20 amino acids have ionizable sidechains

Lưu ý rằng 8 trong số 20 axit amin có các nhóm biến đổi R ion hóa

Arginine, lysine and histidine can have a positive charge, while aspartic acid and glutamic acid can possess a negative charge under physiological conditions

Arginine, lysine và histidine có thể có điện tích dương, trong khi axit aspartic và axit glutamic có thể cóđiện tích âm trong điều kiện sinh lý

It is also possible for serine, tyrosine and cysteine to ionize to a negatively charged species during certain

When two amino acids interact, an equilibrium is set up between unbound amino acids and a species in which

two amino acids are linked, called a dipeptide.

Khi hai axit amin tương tác, một trạng thái cân bằng được thiết lập giữa các axit amin không liên kết vàmột loạt trong đó hai axit amin được liên kết, được gọi là đipeptit

Since this equilibrium favors the unlinked forms of the amino acids, it is clear that formation of a peptide bond requires energy

Vì sự cân bằng này là dấu hiệu của các dạng axit amin không liên kết, rõ ràng là sự hình thành liên kết peptit đòi hỏi năng lượng

When a few amino acids become linked, the protein species is called an oligopeptide, and when many are linked, the species is called a polypeptide.

Khi một vài axit amin trở nên liên kết với nhau thì các loại protein này được gọi là oligopeptide, và khi có nhiều axit amin liên kết hơn thì gọi là polypeptide

Polypeptides are generally between 50 and 2000 amino acids

Chuỗi polypeptide nói chung là chứa khoảng từ 50 đến 2000 axit amin

Their molecular weights are expressed in Daltons, where 1 Dalton is equal to 1 atomic mass unit (the weight of one hydrogen atom) 1000 Daltons is called a kilodalton (kD) Most proteins weigh in between 5500 and

220,000 Daltons

Trọng lượng phân tử của protein được đo bằng đơn vị Daltons, trong đó 1 Dalton bằng 1 đơn vị khối lượng nguyên tử (trọng lượng của một nguyên tử hyđro) 1000 Dalton được gọi là kilodalton (kD) Hầuhết các protein nặng từ 5500 đến 220.000 Dalton

Each peptide chain has two free ends, the amino terminus, which is always drawn on the left by convention, and the carboxyl terminus, which is always drawn on the right

Mỗi chuỗi peptide có hai đầu tự do, đầu cuối amino luôn luôn được vẽ bên trái theo quy ước, và đầu cuối carboxyl luôn luôn được vẽ bên phải

This convention extends to peptide chains expressed using three letter abbreviations

Quy ước này mở rộng đến chuỗi peptide thể hiện bằng cách sử dụng ba chữ viết tắt

Thus, the oligopeptide ALA-GLY-TRP-SER-GLU has an alanine at the amino terminus, and a glutamic acid

The process of converting the sequence of codons into a sequence of amino acids entails transcription (the conversion of a segment of DNA into complimentary mRNA) and translation (the conversion of the mRNA

code into protein)

Quá trình chuyển đổi chuỗi các codon thành một chuỗi các axit amin đòi hỏi sự phiên mã (sự biến đổi của một phân đoạn ADN thành mARN) và sự chuyển đổi (chuyển đổi mã mARN thành protein)

You will learn a great deal more about protein synthesis later in the semester

Bạn sẽ học được nhiều hơn về tổng hợp protein sau này trong học kỳ

Như hình dưới đây, các axit amin có thể tham gia vào các phản ứng xảy ra sau khi chúng được định vị trong một chuỗi peptide.

These reactions are called post-translational modifications, and can be of enormous biological significance

Những phản ứng này được gọi là sửa đổi sau phiên dịch, và có thể có ý nghĩa sinh học rất lớn

One example of a post-translational modification is the crosslinking of two cysteines to form a new amino acid, called cystine

Một ví dụ về một sửa đổi sau phiên dịch là sự liên kết chéo của hai cysteine để hình thành một axit amin mới, được gọi là cystine

This modification most often occurs in extracellular proteins, and can contribute to their three-dimensional structure

Sự biến đổi này thường xảy ra nhất ở các protein ngoại bào và có thể đóng góp vào cấu trúc ba chiều của chúng

There are other post-translational modifications of biological significance, three of which are shown below

Có những sửa đổi sau phiên dịch khác về ý nghĩa sinh học, ba trong số đó được trình bày dưới đây

In some proteins, acetylation of the amino terminus occurs

Trong một vài protein, xảy ra quá trình acetyl hóa đầu amino

This modification greatly decreases protein degradation, since many proteases require an amino terminus to

act

Sự thay đổi này làm giảm đáng kể sự suy thoái protein, vì nhiều protease cần một đầu amino để hoạt động

In structural protein such as collagen, hydroxylation of proline occurs to afford hydroxyproline (HPRO)

Trong cấu trúc protein như collagen, hydroxyl hóa proline xảy ra tạo thành hydroxyproline (HPRO)

Since hydroxyproline has a hydrogen-bonding sidechain, it is used to lend additional strength to the collagen structure, and hence to tendons and other like tissues

Kể từ khi hydroxyproline có một liên kết hyđro, nó được sử dụng để cho tăng thêm sức mạnh cho cấu trúc collagen, và từ đây đến gân và các mô khác

Finally, the amino acids serine, threonine and tyrosine can be phosphorylated within a protein chain.

Cuối cùng, các axit amin serine, threonine và tyrosine có thể được phosphoryl hóa trong một chuỗi protein

This modification is often used by the cell to turn on or off a critical biological process

Sửa đổi này thường được sử dụng cho các tế bào để hoạt động hoặc tắt một quá trình sinh học quan trọng

In addition to the post-translational modifications mentioned above, some proteins are synthesized in inactive

forms called pro forms

Ngoài những sửa đổi sau phiên dịch được đề cập ở trên, một số protein được tổng hợp dưới dạng khônghoạt động được gọi là các hình thức chuyên nghiệp

For example, some enzymes are synthesized as inactive proenzymes, and are trimmed by a peptidase to form

the active enzyme

Ví dụ, một số enzyme được tổng hợp thành các proenzyme không hoạt động, và được cắt bởi một

His experiments showed that proteins have a unique amino acid sequence; all molecules of a given protein are

identical, and the sequence of each different protein is unique

Các thí nghiệm của ông cho thấy các protein có một chuỗi axit amin duy nhất; tất cả các phân tử của một protein nhất định là giống hệt nhau, và trình tự của mỗi protein khác nhau là duy nhất

He also showed for the first time that all amino acids in mammalian proteins are in the S-configuration, that the peptide bond is an amide bond, and that amino acids have alpha amino groups and alpha carboxyl groups

Ông cũng đã cho thấy lần đầu tiên rằng tất cả các axit amin trong protein động vật có vú là nằm trong cấu hình S, liên kết peptide là một liên kết amit, và các axit amin có các nhóm alpha amino và các nhóm alpha carboxyl

We now know that proteins are made when a section of DNA is read (a process called called transcription) and a complimentary molecule of RNA is formed

Bây giờ chúng ta biết rằng các protein được tạo ra khi một phần của AND được đọc (một quá trình được gọi là phiên mã) và một phân tử ARN được hình thành

This RNA is then used to specifiy the structure of a given protein through a process called translation

RNA này sau đó được sử dụng để xác định cấu trúc của một protein nhất định thông qua một quá trình được gọi là dịch mã

Thus, the sequence of a protein is encoded in DNA

Do đó, trình tự của một protein được mã hóa trong ADN

The sequence of a peptide is important for other reasons including these:

Trình tự của một peptide là quan trọng vì các lý do khác bao gồm:

Knowledge of a peptide sequence can aid in the determination of the mechanism of action of the protein

Kiến thức về chuỗi peptid có thể hỗ trợ trong việc xác định cơ chế hoạt động của protein

For example, binding areas of a protein often contain hydrogen-bonding amino acids such as serine.

Ví dụ, các vùng liên kết của một protein thường chứa các axit amin có liên kết hyđro như serine

Relationships between amino acids in a protein chain can help to dictate 3 dimensional structure

Mối quan hệ giữa các axit amin trong một chuỗi protein có thể giúp quyết định cấu trúc 3 chiều

For example, when two cysteins crosslink to form a cystine (as described above) a loop is formed in

the peptide chain

Ví dụ, khi hai cysteins liên kết chéo tạo thành một cystine (như mô tả ở trên), một vòng lặp đượchình thành trong chuỗi peptide

Variations in the amino acid sequence of certain proteins can cause disease

Các biến thể trong trình tự axit amin của một số protein nhất định có thể gây bệnh

For example, substitution of a VAL for a GLU at a certain residue of hemoglobin results in a

mutant hemoglobin called hemoglobin S

Ví dụ, thay thế một VAL bởi một GLU tại một dư lượng nhất định của hemoglobin kết quả tạo thành một hemoglobin đột biến được gọi là hemoglobin S

This defect, caused by a genetic mutation, results in the disease sickle cell anemia, since hemoglobin S

cannot carry oxygen as well as regular hemoglobin

Khuyết tật này do đột biến gen gây ra, dẫn đến thiếu máu hồng cầu hình lưỡi liềm, vì

hemoglobin S không thể mang oxy như hemoglobin bình thường

Since hemoglobin has 574 amino acids and a molecular weight of 63 kD, one can conclude that very small variations in struture can have a great effect on biological activity!

Vì hemoglobin có 574 amino acid và trọng lượng phân tử 63 kD, người ta có thể kết luận rằng các biến thể rất nhỏ trong cấu trúc của nó có thể có ảnh hưởng lớn đến hoạt động sinh học!

The peptide bond has unique characteristics which contribute to the overall structure of proteins

Liên kết peptide có các đặc điểm độc đáo góp phần tạo nên cấu trúc tổng thể của protein

The peptide bond itself is rigid, and thus is not free to rotate.

Bản thân liên kết peptide rất cứng nhắc, do đó nó không thể quay tự do được

This rigidity arises because the amide bond is involved in a tautomerization that gives it considerable double

The amide bond, together with the bonds on either side of it that connect to the alpha carbons, are called the

backbone of the protein chain

Các liên kết amit, cùng với các liên kết ở hai bên của nó kết nối với các nguyên tử cacbon, được gọi là xương sống của chuỗi protein

Proteins have a total of four levels of structure, as defined below:

Protein có tổng cộng bốn mức cấu trúc, như được định nghĩa bên dưới:

Primary structure - this term refers to the amino acid sequence of a protein, including cystines that

are formed during crosslinking

Cấu trúc chính - thuật ngữ này đề cập đến trình tự axit amin của một protein, bao gồm cả các cystine được hình thành trong quá trình liên kết chéo

Sequence can dictate three dimensional structure, since amino acid residues need to be in a specific order to foster proper protein folding, and since disulfides must be formed from properly positioned cysteines to afford an active protein

Trình tự có thể bắt buột trong cấu trúc ba chiều, kể từ khi dư lượng axit amin cần phải được theomột thứ tự cụ thể để thúc đẩy sự xếp lại protein thích hợp, và kể từ disulfides phải được hình thành từ cysteines vị trí thích hợp để đủ khả năng một protein hoạt động

An example of primary structure is the hypertensive octapeptide angiotensin II, which has the sequence

Examples of secondary structures are helices and pleated sheets An alpha helix is a tightly coiled,

rodlike structure which has an average of 3.6 amino acids per turn

Ví dụ về cấu trúc thứ cấp là helices và pleated sheets Một xoắn alpha là một cấu trúc dạng cuộn,

có dạng cuộn chặt, có trung bình 3,6 axit amin mỗi lượt

The helix is stabilized by hydrogen bonding between the backbone carbonyl of one amino acid and the backbone NH of the amino acid four residues away

Các xoắn được ổn định bởi liên kết hydro giữa cacbonyl xương sống của một axit amin và NH xương sống của axit amin bốn dư lượng đi.

All main chain amino and carboxyl groups are hydrogen bonded, and the R groups stick out from the structure in a spiral arrangement

Tất cả các nhóm amin và carboxyl chuỗi chính đều được liên kết hydro, và nhóm R được dính ở ngoài cấu trúc trong một sắp xếp xoắn ốc

As seen in the table below, there are several types of alpha helix that arise from the degree of hydrogen bonding in the helix

Như đã thấy trong bảng dưới đây, có một số loại xoắn alpha phát sinh từ mức độ liên kết hydro trong xoắn ốc

Another type of secondary structure, the beta pleated sheet is composed of two or more straight chains that are

hydrogen bonded side by side

Một loại cấu trúc thứ cấp khác, tấm beta bao gồm hai hoặc nhiều chuỗi thẳng được liên kết hyđro cạnh nhau

If the amino termini are on the same end of each chain, the sheet is termed parallel, and if the chains run in the opposite direction (amino termini on opposite ends), the sheet is termed antiparallel (see below left)

Nếu termini amino nằm trên cùng một đầu của mỗi chuỗi, tấm được gọi là song song, và nếu các chuỗi chạy theo hướng ngược lại (amino termini ở đầu đối diện), tấm được gọi là antiparallel (xem bên dưới)

All of the amides are hydrogen bonded except those on the outer strands

Tất cả các amit được liên kết với hydro ngoại trừ các chất bên ngoài

Pleated sheets may be formed from a single chain if it contains a beta turn, which forms a hairpin loop

structure

Các tấm xếp li có thể được tạo thành từ một dây chuyền duy nhất nếu nó chứa một phiên bản beta, tạo thành một cấu trúc vòng kẹp tóc

Often a proline can be found in a beta turn, since it places a "kink" in the chain

Thường thì một proline có thể được tìm thấy trong một phiên bản beta, vì nó đặt một "nút" trong chuỗi

When the beta sheet curves around itself and the outer edges on either side hydrogen bond to one another, it forms a structure called a beta barrel, which is a common structural motif in proteins

Khi bản beta có đường cong xung quanh chính nó và các cạnh bên ngoài ở hai bên liên kết hyđro với nhau, nó tạo thành một cấu trúc gọi là một thùng beta, là một motif cấu trúc phổ biến trong protein

Tertiary structure - tertiary structure refers to the arrangement of amino acids that are far apart in the chain.

Cấu trúc đại - cấu trúc đại đề cập đến sự sắp xếp của các axit amin nằm cách xa nhau trong chuỗi

Each protein ultimately folds into a three dimensional shape with a distinct inside and outside

Mỗi protein cuối cùng gấp thành một hình dạng ba chiều với bên trong riêng biệt và bên ngoài

The interior of a protein molecule contains a preponderance of hydrophobic amino acids, which tend to

cluster and exclude water

Phần bên trong của một phân tử protein chứa hàm lượng amino acid kỵ nước cao, có xu hướng phân cụm và loại trừ nước

The core is stabilized by Van der Waals forces and hydrophobic bonding

Cốt lõi được ổn định bởi lực Van der Waals và liên kết kỵ nước

By contrast, the exterior of a protein molecule is largely composed of hydrophilic amino acids, which are charged or able to H-bond with water

Ngược lại, bên ngoài của một phân tử protein chủ yếu bao gồm các axit amin ưa nước, được mang hoặc có khả năng liên kết H với nước

This allows a protein to have greater water solubility

Điều này cho phép một protein có độ hòa tan trong nước lớn hơn

A protein will spontaneously fold to preserve the relationships outlined above

Một protein sẽ tự động gấp lại để bảo tồn các mối quan hệ được nêu ở trên

Quaternary structure - protein chains can associate with other chains to form dimers, trimers, and other higher orders of oligomers

Cấu trúc bậc bốn - chuỗi protein có thể kết hợp với các chuỗi khác để tạo thành các dimers, trimers, và các liên kết cao hơn của oligomers

Generally they contain between 2 and 6 subunits which may be chains with the same sequence

(homodimers) or different chains (heterodimers)

Nói chung chúng chứa từ 2 đến 6 tiểu đơn vị có thể là các chuỗi có cùng chuỗi (homodimers) hoặc các chuỗi khác nhau (heterodimers)

Proteins can be associated with membranes, and in fact carry out almost every membrane function.

Protein có thể được kết hợp với màng, và trong thực tế thực hiện hầu như tất cả các chức năng màng tế bào

Interestingly, membrane proteins have special characteristics that allow them to exist in this lipid environment

Thật thú vị, protein màng tế bào có đặc điểm đặc biệt cho phép chúng tồn tại trong môi trường lipid này

Proteins that sit on the inner or outer surface of the membrane are called extrinsic or peripheral, and have a

large percentage of hydrophobic amino acids in the portion of the molecule that is close to the hydrophobic membrane structure

Protein nằm trên bề mặt bên trong hoặc bên ngoài của màng được gọi là ngoại sinh hoặc ngoại vi, và cómột tỷ lệ lớn các axit amin kị nước trong phần phân tử gần với cấu trúc màng kỵ nước

The amino acids on the outer portion of the protein (facing the aqueous environment of the cytoplasm or

extracellular fluid) are mostly hydrophilic, allowing the protein to be compatable with water

Các axit amin ở phần ngoài của protein (đối diện với môi trường nước của tế bào chất hoặc dịch ngoại bào) chủ yếu là ưa nước, cho phép protein tương thích với nước

Proteins can also traverse the membrane, and in this case they are called intrinsic or integral

Protein cũng có thể đi qua màng, và trong trường hợp này chúng được gọi là nội tại hoặc tích phân

The portion of the protein that passes through the membrane is composed of hydrophobic amino acid residues, while the inner and outer portions exposed to water are largely hydrophilic

Phần protein đi qua màng bao gồm dư lượng axit amin kỵ nước, trong khi phần bên trong và bên ngoài tiếp xúc với nước phần lớn là ưa nước

Transmembrane proteins can move laterally in the membrane, but cannot flip-flop

Protein xuyên màng có thể di chuyển ngang trong màng, nhưng không thể lật ngược

Proteins are a unique class of biomolecules, in that they can recognize and interact with diverse substances

Protein là một lớp sinh học duy nhất, ở chỗ chúng có thể nhận biết và tương tác với các chất đa dạng

The contain complimentary clefts and surfaces which are designed to bind to specific molecules

Nó chứa các khe hở và bề mặt được thiết kế để liên kết với các phân tử cụ thể

Often only a single molecule or even a single stereoisomer can bind to a complimentary protein surface

Thông thường chỉ có một phân tử đơn lẻ hoặc thậm chí một chất đồng phân lập thể đơn lẻ có thể liên kết với một bề mặt protein tự do

Once this binding takes place, a complex is formed

Khi sự ràng buộc này xảy ra, một liên kết phức tạp được hình thành

This induces a conformational change which may act as a signal within the cell, or may serve to activate an

enzyme

Điều này gây ra một sự thay đổi hình dạng có thể hoạt động như một tín hiệu bên trong tế bào, hoặc có thể phục vụ để kích hoạt một enzyme

Methods for Protein Isolation and Purification

Phương pháp cô lập và thanh lọc protein

There are a number of experimental procedures which may be used to characterize peptides and larger protein molecules Six of these methods are discussed below:

Có một số quy trình thử nghiệm có thể được sử dụng để mô tả các peptide và các phân tử protein lớn hơn Sáu trong số các phương pháp này được thảo luận dưới đây:

1 Enzymatic cleavage - A peptide chain may be cleaved at specific peptide bonds using enzymes known as peptidases.

Phân tách enzyme - Một chuỗi peptid có thể được tách ra ở các liên kết peptit cụ thể bằng cách

sử dụng các enzyme được gọi là peptidaza

One of the most common peptidases is trypsin, which cleaves a peptide chain on the carboxyl side of a LYS or ARG

Một trong những peptidase phổ biến nhất là trypsin, nó tách một chuỗi peptide ở phía nhóm cacboxyl của LYS hoặc ARG

Thus the sequence PRO-HIS-ARG-GLY-GLY is cleaved to PRO-HIS-ARG and GLY-GLY

Do đó, trình tự PRO-HIS-ARG-GLY-GLY được chia thành PRO-HIS-ARG và GLY-GLY

Another common peptidase is chymotrypsin, which cleaves the chain on the carboxyl side of each aromatic amino acid (TRP, TYR, PHE)

Một peptidase phổ biến khác là chymotrypsin, phân tách chuỗi peptide ở phía nhóm cacboxyl của mỗi axit amin thơm (TRP, TYR, PHE)

Thus the sequence GLN-SER-PHE-TYR-THR is cleaved to GLN-SER-PHE, TYR and THR

GLY-Do đó, chuỗi GLN-SER-PHE-GLY-TYR-THR được chia ra thành GLN-SER-PHE, GLY-TYR và THR

ASP-2 Electrophoreisis Electrophoreisis refers to the separation of proteins by causing them to move in

an electric field

Trong điện di natri dodecyl sulfate (SDS), protein được xử lý bằng chất tẩy rửa SDS và

mercaptoethanol để làm biến tính chúng và phá vỡ các liên kết disulfide, và sau đó được chứa trong gel

When the electric field is passed through, smaller peptides migrate fastest, as shown in the diagram below:

Khi dòng điện đi qua, các peptit nhỏ hơn sẽ di chuyển nhanh nhất, như thể hiện trong sơ đồ dướiđây:

A second common electrophoreisis procedure is known as isoelectric focusing, because proteins

migrate until they reach electroneutrality

Một phương pháp điện di phổ biến thứ hai được gọi là tập trung đẳng điện, bởi vì các protein di chuyển cho đến khi chúng đạt đến độ điện âm

Consider a protein that has 50 ionizable sidechains, 25 that can be positive and 25 that can be negative

Xem xét một protein có 50 chuỗi bên có thể ion hóa, 25 chuỗi có thể dương và 25 chuỗi có thể âm

The isoelectric point pI is the pH at which the number of positive and negative charges equals zero.

pI điểm đẳng điện là độ pH mà tại đó số lượng các giá trị dương và âm bằng không

At this point, the net charge is zero

Tại đây, điện tích bằng 0

In isoelectric focusing, a polyacrylamide gel is treated with ampholines, which set up a pH gradient

across the length of the gel

Trong tập trung đẳng điện, một gel polyacrylamide được xử lý bằng ampholines, thiết lập độ dốc

pH trên chiều dài của gel

As shown above, each protein will "focus" at the point on the gel where the pH equals its isoelectric point, at which time it stops moving

Như đã trình bày ở trên, mỗi protein sẽ tập trung tại điểm trên gel nơi pH bằng điểm đẳng điện của nó, tại thời điểm đó nó ngừng chuyển động

Since isoelectric focusing is non-denaturing, it can be used to isolate active proteins in their native

form

Kể từ khi tập trung đẳng điện là không biến tính, nó có thể được sử dụng để cô lập các protein hoạt động ở dạng tự nhiên của chúng.

3 The Edman Degradation The Edman degradation refers to a reaction that is used to determine

the sequence of a given peptide

Sự thoái hóa Edman Sự thoái hóa Edman đề cập đến một phản ứng được sử dụng để xác định trình tự của một peptid đã cho

The amino terminus of the peptide is treated with phenyl isothiocyanate, forming a complex, as shown

Note that the R group of the phenylthiohydantoin is the same as the R group of the terminal amino acid

Lưu ý rằng nhóm R của phenylthiohydantoin giống với nhóm R của axit amin đầu cuối

Thus, there are 20 phenylthiohydantoins that can form during the Edman degradation, one for each of the 20 amino acids

Như vậy, có 20 phenylthiohydantoin có thể hình thành trong quá trình thoái hóa Edman, tương ứng với 20 axit amin

Repeated cycling allows for each amino acid in the chain to be identified by isolating its

phenylthiohydantoin

Sự lặp đi lặp lại cho phép mỗi axit amin trong chuỗi được xác định bằng cách cô lập

phenylthiohydantoin của nó

This procedure is carried out rapidly and efficiently by an automated sequencer

Phương pháp này được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả bởi một quá trình tự động

Peptides can also be synthesized by an automated process

Peptide cũng có thể được tổng hợp bằng một quá trình tự động

These peptides are constructed on beads made of polystyrene or some other solid support in a process known as solid phase synthesis.

Các peptide này được chế tạo trên các hạt làm bằng polystyrene hoặc một số chất hỗ trợ rắn khác trong một quá trình được gọi là tổng hợp pha rắn

As shown below the bead is reacted with the carboxyl end of an amino acid in which a protecting group such as N-Boc is in place to keep the amine from reacting prematurely.

Như hình dưới đây các hạt được phản ứng với đầu carboxyl của một axit amin trong đó một nhóm bảo vệ như N-Boc được đặt ra để giữ cho amin khỏi phản ứng sớm

Once the amino acid is attached to the bead, the amino terminus is by treating with acid, and a peptide bond is formed with a second protected amino acid

Một axit amin được gắn vào hạt, đầu cuối amino được xử lý với axit, và một liên kết peptide được hình thành với một axit amin được bảo vệ thứ hai

The coupling of these two amino acids is done in the presence of , which fosters the formation of the amide

Sự kết hợp của hai axit amin này được thực hiện với sự hiện diện của cái mà giúp thúc đẩy sự hình thành amit

The cycle of removal of the protecting group and addition of amino acids is continued until the desired peptide has been formed, and then the peptide is released from the bead using HF

Chu trình loại bỏ nhóm bảo vệ và bổ sung axit amin được tiếp tục cho đến khi peptit mong muốn được hình thành, và sau đó peptit được giải phóng khỏi hạt bằng cách sử dụng HF

4 Ion Exchange Chromatography Ion exchange chromatography seperates proteins based on their

The negative charges on the protein displace the counterion (chloride is shown) and stick to the bead

Các ion âm trên protein thay thế bằng ion khác (clorua được sử dụng) và dính vào hạt

After washing the coulnm, the protein is eluted using another negative ion

Sau khi rửa cột, protein được tách rửa bằng cách sử dụng một ion âm khác

Sodium chloride in a concentration gradient is commonly used, and the more negative charges on a

protein, the better it sticks, and the more NaCl is needed to displace it

Natri clorua trong một gradient nồng độ thường được sử dụng, và nhiều ion âm trên một

protein, tốt hơn cho nó dính, và nhiều NaCl là cần thiết để thay thế nó

A cation exchange column works the same, except that the charge on the bead is negative, and proteins

stick by their positively charged residues

Một cột trao đổi cation hoạt động giống nhau, ngoại trừ việc điện tích trên hạt là âm tính, và các protein dính bởi dư lượng tích điện dương của chúng

5 Affinity Chromatography Affinity chromatography is used to isolate one particular protein from

a mixture, as shown in the figure below

Sắc ký ái lực Sắc ký ái lực được sử dụng để cô lập một protein đặc biệt từ một hỗn hợp, như trong hình bên dưới

An epoxysepharose gel is allowed to react with a ligand that has an affinity for the protein of

interest, and the protein mixture is then added to the column

Một gel epoxysepharose được phép phản ứng với một phối tử có ái lực với protein quan tâm, và hỗn hợp protein sau đó được thêm vào cột

Only the protein that binds to the ligand will stick

Chỉ có protein liên kết với phối tử sẽ dính vào

After washing the column to remove the rest of the protein, the protein of interest is eluted using a salt gradient

Sau khi rửa cột để loại bỏ phần còn lại của protein, protein quan tâm được tách rửa bằng cách sửdụng một muối gradient

6 Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Enzyme-linked immunosorbent assay, or ELISA, depends on the reaction of a predetermined protein with a specific antibody to form a complex.

Xét nghiệm Immunosorbent Enzyme-Linked (ELISA) Xét nghiệm miễn dịch liên kết enzyme, hoặc ELISA, phụ thuộc vào phản ứng của một protein được xác định trước với một kháng thể đặc hiệu để tạo thành phức hợp

This method is extremely sensitive, and can distinguish between two proteins that differ by only one amino acid

Phương pháp này cực kỳ nhạy cảm và có thể phân biệt giữa hai loại protein khác nhau chỉ bằng một axit amin

A serum or blood sample is added to the specific antibody which has been bound to a polymer support,

and the first complex forms

Một mẫu huyết thanh hoặc máu được thêm vào kháng thể cụ thể đã được liên kết với một hỗ trợ polymer, và các hình thức phức tạp đầu tiên

A second antibody, specific for the protein of interest but linked to an enzyme is then added, forming a

complex that is bound to an active enzyme

Một kháng thể thứ hai, cụ thể cho protein quan tâm nhưng liên kết với một enzyme sau đó được thêm vào, tạo thành một phức hợp liên kết với một enzyme hoạt động

The enzyme carries out the conversion of a non-colored or non-fluorescent substrate to a colored or fluorescent product, which is measured

Specific Examples of Protein Structure and Function

Ví dụ cụ thể về cấu trúc và chức năng protein

1 The Renin-Angiotensin-Aldosterone System The renin-angiotensin-aldosterone system is used by the

body to regulate blood pressure (see the figure below)

Hệ thống Renin-Angiotensin-Aldosterone Hệ thống renin-angiotensin-aldosterone được cơ thể sử dụng để điều chỉnh huyết áp (xem hình bên dưới)

In response to lowered blood pressure, the kidney releases the protease renin, which cleaves the inactive, 14 amino acid peptide angiotensinogen to another inactive peptide, the decapeptide angiotensin I.

Để đáp ứng với huyết áp hạ xuống, thận giải phóng protease renin, cái mà không hoạt động, 14 axit amin trong chuỗi peptid angiotensinogen thành chuỗi peptid không hoạt động khác là decapeptide angiotensin I

A second enzyme, angiotensin converting enzyme (ACE), converts this decapeptide to its active form, the octapeptide angiotensin II

Một enzyme thứ hai, men chuyển đổi angiotensin (ACE), chuyển đổi decapeptide này thành dạng hoạt động của nó, octapeptide angiotensin II

Angiotensin II is a potent vasoconstrictor that is about 40 times more potent than norepinephrine at raising vascular pressure

Angiotensin II là một chất co mạch mạnh có hiệu lực mạnh gấp 40 lần so với norepinephrine khi tăng

áp lực mạch máu

In addition, angiotensin II stimulates the release of aldosterone, a steroid hormone that causes the kidney to

reabsorb sodium and water, thus raising blood pressure by an osmotic effect