HÓA học AMIN và PROTEIN ppt _ HÓA SINH

Bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất”; https:123doc.netusershomeuser_home.php?use_id=7046916. Slide hóa sinh ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa sinh bậc cao đẳng đại học chuyên ngành Y dược

HÓA HỌC ACID AMIN VÀ PROTEIN

Bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất

có tại “tài liệu ngành dược hay nhất”;

https://123doc.net/users/home/user_home.php?

use_id=7046916

MỤC TIÊU

1 Phân loại và viết được công thức của 20 acid amin thường gặp

trong phân tử protein.

2 Trình bày được nguyên tắc phân tích một hỗn hợp acid amin

bằng phương pháp sắc ký trên giấy, sắc ký trao đổi ion, điện đi trên giấy.

3 Mô tả được các dạng liên kết trong cấu trúc của peptid và

protein, các bậc cấu trúc và tính đặc hiệu của protein.

4 Liệt kê được một số peptid có hoạt tính sinh học.

5 Trình bày được các bước xác định thứ tự của các acid amin trong

chuỗi polypeptid.

6 Trình bày được phân loại và các chức năng của protein.

1- ĐẠI CƯƠNG

PROTEIN

Hợp chất hữu cơ, trọng lượng phân tử cao

Cấu tạo bởi nhiều acid amin nối với nhau bằng liên kết peptid

Chứa 4 loại nguyên tố : C, H, O, N, có thể có S, P

Phân biệt:

ACID AMIN : đơn vị cấu tạo nhỏ nhất của protein

PEPTID : từ 2 đến vài chục (< 50) acid amin M < 6000 (theo qui ước)

Protein đơn giản (Protein thuần = Holoprotein)

Protein phức tạp (Protein tạp = Héteùroprotein) : có thêm nhóm ngoại trong phân tử (lipid, glucid, acid nucleic… )

2.1- Cấu tạo hóa học

2.2.1.1- Acid amin trung tính: (acid monoamin

2.2.1.2-Acid amin acid (acid monoamin dicarboxylic)

Có 1 nhóm amin và 2 nhóm carboxyl (4aa)

Acid aspartic (Asp)

Asparagin (Asn)

Acid glutamic (Glu)

- Glutamin (Gln)

2.2.1.3-Acid amin kiềm (acid diamin monocarboxylic)

Có 2 nhóm amin và 1 nhóm carboxyl (2aa)

2.2.2.2- Acid amin chứa dị vòng:

H

Selenocystein ( acid L- - amin )

Tìm thấy trong một số protein

Một nguyên tử selen thay cho nguyên tử S trong cấu tạo của cystein

Do selenocystein được kết hợp vào phân tử protein trong quá trình phiên dịch nên nó thường được xem như là

“acid amin thứ 21”

OH

NH2HSe

Selenocystein

-Gặp tại trung tâm hoạt động của một số ít enzym như

những enzym có tác dụng phân hủy các peroxyd ở động vật và một số it vi khuẩn Củng tìm thấy trong một số

enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa của các hormon steroid

- Nhu cầu hàng ngày khoảng vài microgam

- Selenocystein không có trong protein thực vật hay nấm

men

-Selenocystein không được mã hóa bởi bộ ba mật mã như

20 acid amin chuẩn thường gặp trong phân tử protein.

-Trong quá trình STH protein, selenocystein được vận

chuyển bởi 1 ARNt đặc hiệu (ARNt Sec)

-Anticodon của ARNt Sec nhận biết được một codon stop

trên ARNm codon (UGA) và như vậy selenocystein được gắn vào chuỗi polypeptid.

“Acid amin thứ 22” : Pyrrolysin

H

O

N

CH3

-Trong quá trình STH protein, Pyrrolysin được vận chuyển bởi 1 ARNt đặc hiệu (ARNt Pyl)

- Anticodon của (ARNt Pyl) nhận biết được một codon stop trên ARNm codon (UAG) và như vậy Pyrrolysin được gắn vào chuỗi polypeptid.

Phân loại dựa vào tính phân cực và không phân cực của gốc R

Glutamin Glycin Histidin

-Ngồi 20 acid amin thường gặp, còn có 1 số acid amin hiếm gặp trong phân tử protein (dẫn xuất của các acid amin thường gặp)

Môt số các acid amin hiếm gặp trong phân tử protein

I

4-hydroxy-prolin 5-oxy lysin

Monoiodo tyrosin Diiodo tyrosin

β-Alanin Acid γ -aminobutyric

Một số các acid amin không gặp trong phân tử protein

Đồng phân lập thể

Sự sắp xếp của 4 nhóm liên kết với carbon bất đối

Có các dạng đồng phân lập thể (cấu hình L hay D) của acid amin

Đối với glucid glyceraldehyd làm tiêu chuẩn Đối với aa serin làm tiêu chuẩn gọi tên

Dạng đồng phân D và L của serin

-C*-H

Các aa/ protein : đều là L-acid amin

D-aa chỉ gặp ở thành tế bào của một số vi sinh vật (D-glutamic ở vỏ vi khuẩn B subtilus)

Các aa tổng hợp : ở dạng tiêu truyền (D,L aa)

H2N

CH2OH

NH2CH2OH

-D và L biểu thị dạng cấu trúc, không chỉ chiều quay của ánh sáng phân cực

- Dạng D và L của cùng một aa có góc quay đặc hiệu bằng nhau và trái dấu

H3

2.4- Tính chất lý học của acid amin

2.4.1- Tính hòa tan

Dễ tan trong nước ( tùy thuộc vào cấu trúc của gốc R)

Không, hoặc ít tan trong cồn

Không tan trong ete (prolin và hydroxy prolin tan /cồn và ete)

2.4.2-Vị

Vò ngọt kiểu đường

Leucin không vị, Ile và Arg có vị đắng

Muối Na của acid glutamic có vị ngọt kiểu đạm

2.4.3- Tính quang hoạt

Các aa đều có (trừ glycin) 2.4.4- Phổ hấp thu

2.5- Tính lưỡng tính của acid amin:

Nhóm carboxyl –COOH : thể hiện tính acid Nhóm amin – NH2 : thể hiện tính baz

Acid amin có tính lưỡng tính

-Môi trường kiềm: aa phân ly như một acid và thành

Trong dung dịch nước: aa bao giờ cũng có 3 dạng ion Cation

pH môi trường thay đổi : nồng độ các ion thay đổi

pHi : điểm đẳng điện

Ion lưỡng cực nhiều nhất, cation và anion ít nhất và bằng nhau

Tổng điện tích của các aa = 0 aa không di chuyển trong điện trường

pH môi trường > pHi (kiềm hơn so với pHi)

aa vẫn có 3 dạng ion, anion chiếm tỷ lệ lớn

aa di chuyển về phía cực dương

pH môi trường < pHi (acid hơn so với pHi)

aa vẫn có 3 dạng ion, cation chiếm tỷ lệ lớn

aa di chuyển về phía cực âm

Ưùng dụng: điện di các acid amin

Ví dụ: điện di hỗn hợp acid amin với dd đệm pyridin/acid acetic/ nước có pH = 3,9

Điện di đồ thu được

Giải thích:

Ở pH = 3,9 các aa kiềm và trung tính có pHi > 3,9

tích điện dương và chạy về cực âm

Ở pH = 3,9 aa acid có pHi < 3,9 tích điện âm và chạy về cực dương

Acid aspartic có pHi = 2,77 nên chạy xa hơn acid

glutamic có pHi = 3,12

Cách tính pHi của các acid amin:

pHi : pH trung bình giữa các giá trị pKa của các

-Đối với acid amin acid hay acid amin kiềm

-Ví dụ pHi của acid aspartic

-pHi cũng là pH trung bình giữa các giá trị pKa của

nhóm R-COOH (pK1) hoặc NH3+ (pK2) và của gốc R (pK3)

2.6-Tính chất hóa học của acid amin

2.6.1.2-Phản ứng với Aldehyd (phản ứng tạo baz Schiff) -Phản ứng trên chức amin của aa

Phản ứng được Sorensen dùng để định phân acid

amin trong nước tiểu

N C S NH C NH CH R

COOH S

N

NH R

S O

2.6.1.4- Phản ứng với phenylisothiocyanat (PITC) =

2.6.2-Hóa tính của nhóm Carboxyl

- Các carboxylase có tính chuyên biệt với 1 aa hay 1 nhóm giới hạn

-Có nhiều các amin loại này trong cơ thể

Tryptophan Tryptamin

-CO2 -CO2 -CO2

2.6.3- Hóa tính do 2 chức NH2 và COOH : phản ứng với Ninhydrin

Ninhydrin + acid amin CO2 + NH3 + aldehyd

O

OH OH

N

H H

H

CH R

NH2

COOH +

2.6.4- Hóa tính của gốc R

Phản ứng tạo muối : nhóm – COOH và NH2

Phản ứng oxy hóa khử : nhóm –SH của cystein

Phản ứng nitro hóa và halogen hóa : nhân thơm của

2.7-Phân tích hổn hợp acid amin Phương pháp sắc ký

Phương pháp điện di

Phương pháp vi sinh vật

2.7.1- Sắc ký trên giấy

Giấy lọc

Hướng di chuyển của dung môi

b

Rf = a/b a: khoảng cách từ điểm xuất phát đến tâm của acid amin muốn xác định

b: khoảng cách từ điểm xuất phát đến tiền tuyến của dung môi

2.7.2- Sắc ký trao đổi ion

Thường dùng cationit gắn Na+

Dung dịch acid (pH=3) của hổn hợp acid amin

Acid amin sẽ tích điện dương, đẩy Na+ ra và kết hợp vào

Dùng dung dịch tách để tách các acid amin ra từng phân đoạn (có sự tăng dần pH và nồng độ NaCl)

3- PEPTID Gồm từ 2 đến vài chục acid amin gắn bởi liên kết peptid

M< 6000

Trong tự nhiên ở dạng tự do có hoạt tính sinh học

(Insulin, peptid kháng sinh) Hoặc là sản phẩm dở dang của protein

3.1- Cấu tạo và danh pháp

3.1.1- Cấu tạo Các aa nối với nhau bằng liên kết peptid

3.1.2- Danh pháp

Di, Tri, Tetra… polypeptid

Gọi theo tên thông dụng : Glucagon, Insulin

Theo danh pháp hóa học

Ví dụ;

H2N-Seryl-Glycyl-Tyrosyl-Alanyl-Leucin-COOH Hoặc dùng ký hiệu: Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

Hay : S-G-T-A-L

Đoạn chưa xác định, được để trong ngoặc

Ala-Gly-(Ala-Ser-Gly)-Tyr

3.2- Các liên kết ảnh hưởng đến cấu trúc của peptid và

N H

O

C

N H

O

-+

Liên kết peptid

-Đặc điểm : nguyên tử oxy của nhóm carboxyl ở vị trí

trans đối với nguyên tử hydro của nhóm NH

-Các nguyên tử trong nhóm peptid đều nằm trên một mặt

phẳng

3.2.2- Các liên kết khác

Có vai trò quan trong trong việc hình thành và duy trì cấu trúc bậc II, bậc III và bậc IV của protein

Đó là các liên kết : disulfur, liên kết hydro, liên kết muối…

3.2.2.1- Liên kết disulfur (S-S)= cầu disulfur

Liên kết đồng hóa trị được tạo thành do sự kết hợp giữa hai phân tử Cystein với nhau, loại đi 2 H

Cys- SH

Cys- SH

Cys-S-S-Cys

+

- Hình thành giửa 2 Cystein/cùng một chuổi polypeptid hoặc giửa 2 Cystein thuộc 2 chuỗi polypeptid khác nhau

S

S S S

Cys

Cùng 1 chuỗi

Giữa 2 chuỗi

Protein của tóc, lông, móng sừng rất bền vững với các

tác nhân hóa học do chứa tới 12% Cystein

3.2.2.2-Liên kết hydro

lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử hydro thừa điện dương

và nguyên tử oxy thừa điện âm

là liên kết yếu nhưng nhiều,

tác dụng to lớn trong việc hình thành và duy trì cấu trúc không gian của chuỗi polypeptid, đặc biệt là cấu trúc bậc

II của protein

N H

R CH

C O

NH

CH R

C

O

N N C R

H

C

O

C H

R N

H

C O

C N R

H H

C

O

C H

R

C O H N

3.2.2.3-Liên kết muối (liên kết ion)

- lực hút tĩnh điện giữa các nhóm –COO- (của acid amin acid : Glu, Asp) và các nhóm NH3+ (của acid amin kiềm : Lys, Arg)

CH2

C

O O

NH3+

-Các tương tác không phân cực khác : Gốc phenyl của phenylalanin

Nhóm – CH3 của Alanin, Leucin

Nhóm – C2H5 của Isoleucin…

3.4- Cách xác định thứ tự acid amin trong chuổi

polypeptid

3.4.1- Phân tích thành phần acid amin

Thủy phân hồn tồn chuổi polypeptid

HCl N ở 100-120 độ C /10 – 24 giờ

Nhược điểm :

- Tryptophan bị phá hủy hồn tồn

- Serin và threonin bị phá hủy một phần

- Glutamin và asparagin chuyển thành acid glutamic, acid aspartic và NH4+

*Thủy phân bằng kiềm nóng

- Cystein, Serin và Threonin bị phá hủy

- Các acid amin đều bị racemic hóa

- Tryptophan không bị phá hủy

3.4.2- Xác định acid amin N tận của chuổi polypeptid Phản ứng Sanger

DNFB + H2N- peptid DNP-peptid + HF

DNP-peptid

DNP-aa(N tận) + (n-1) aa tự do

So với các DNP-aa mẫu

Thủy phân = HCl ở 100o C

OH- yếu

(n acid amin)

3.4.3- Xác định acid amin C tận của chuỗi polypeptid

Sắc ký so với các alcol -amin mẫu

b- Bằng carboxypeptidase đặc hiệu (cắt đứt liên kết

peptid của aa C tận)

- Sắc ký so với các aa mẫu

3.4.4- Thủy phân polypeptid thành những peptid nhỏ

Cắt các polypeptid thành những peptid nhỏ hơn

Xác định thứ tự của các peptid nhỏ này

Suy ra thứ tự của chuỗi polypeptid

Thường dùng các enzym peptidase đặc hiệu : chymotrypsin, trypsin, pepsin, carboxypeptidase hoặc hố chất.

Tách các đoạn peptid nhỏ (điện di, sắc ký) Xác định thành phần aa, aa C tận, N tận của chúng Tổng hợp để xác định thứ tự của chuỗi polypeptid

3.5- Vài peptid có hoạt tính sinh học

3.5.1-Glutathion G-SH

Gồm Glu-Cys-Gly

-COOH của Glu tham gia vào liên kết peptid với

-NH2 của Cys

Tham gia vào các phản ứng oxy hố khử

Là peptid nội bào phổ biến nhất (có ở tim,gan

thận, phổi,hồng cầu…)

4- PROTEIN Cấu tạo bởi nhiều aa nối với nhau bằng liên kết peptid Ranh giới giữa polypeptid và protid không rõ rệt

M > 6000 (theo qui ước) 4.1- Cấu trúc của Protein

Cấu trúc bậc II :

Biểu thị sự xoắn của chuỗi polypeptid (điển hình là cấu trúc bậc II của protein sợi) Liên kết hydro giữ vai trò quan trọng trong cấu trúc bậc II

Cấu trúc bậc III:

Biểu thị sự xoắn và gấp khúc của chuỗi polypeptid Liên kết disulfur đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc này

Cấu trúc bậc IV :

Biểu thị sự kết hợp của nhiều chuỗi polypeptid có cấu trúc bậc III trong phân tử protein

- Mỗi chuỗi polypeptid: bán đơn vị

- Liên kết bởi lk hydro, tương tác Van der Waals

Bốn bậc cấu trúc của protein

(a) cấu trúc bậc I ( trình tự các acid amin) (b) cấu trúc bậc II

(c) cấu trúc bậc III

(d) cấu trúc bậc IV

Cấu trúc bậc III của myoglobin

Cấu trúc bậc IV của hemoglobin

4.2-Phân loại protein:

Theo nguồn gốc : động vật hay thực vật Theo chức năng : enzym, hormon, cấu tạo Theo cấu trúc : cầu, sợi

Theo thành phần hố học

* Protein thuần (Holoprotein)

* Protein tạp (Héteùroprotein)

4.2.1-Protein thuần:

Albumin : sữa, trứng, huyết thanh

Globulin: huyết thanh, mô và các dịch sinh vật

Protamin: protein kiềm có trong tế bào trứng

Histon : protein kiềm có trong nhân tế bào động vật

Keratin: protein sợi có chủ yếu trong lông, tóc, móng,

sừng có nhiều cystein

Colagen: protein sợi của mô liên kết

Prolamin và glutelin : protein thực vật, có nhiều trong các hạt

4.2.2-Protein tạp:

Nucleoprotein : một hoặc nhiều phân tử protein + acid nucleic (nucleohiston)

Glucoprotein : nhóm ngoại là glucid hay dẫn xuất của

glucid (mucoprotein với nhóm ngoại là mucopolysaccarid

Phosphoprotein : nhóm ngoại là acid phosphoric

( casein của sữa)

-Metaloprotein : protein có kim loại (Fe, Cu, Zn, Mg…)

(ferritin của gan và lách có 20% Fe 3+

4.3- Tính chất lý hố của protein

4.3.1- Khối lượng phân tử

Là những phân tử keo có kích thước lớn (>0,001m)

Khuếch tán rất chậm trong dung dịch và không qua được các màng thẩm tích

M của protein thiên nhiên ; khoảng vài ngàn cho đến hàng triệu

Xác định khối lượng phân tử protein : siêu ly tâm

phân tách

4.3.2- Biến tính của protein

Biến tính khi chịu những sự thay đổi về tính chất như độ

hồ tan bị giảm, mất đi một số tính chất đặc hiệu

Ví dụ :

- Ñông vón không thuận nghịch của lòng trắng trứng

Hemoglobin biến tính không thể kết hợp với oxy

Biến tính thuận nghịch : khi cấu trúc phân tử có thể trở lại dạng ban đầu

Ví dụ : trypsin ở 90o C và pH=3 sẽ biến tính Làm lạnh nó

sẽ trở lại cấu trúc ban đầu có hoạt tính

Biến tính không thuận nghịch : khi protein không thể trở lại dạng ban đầu

Ví dụ : lòng trắng trứng khi đun sôi

Tác nhân gây biến tính : vật lý, hố học

Ưng dụng

Đề phòng biến tính : chọn điều kiện thích hợp

Bảo quản ở nhiệt độ thấp (0-4 oC) Tốt nhất là dạng

ñông khô

Trong xét nghiệm sinh hố: loại tạp protein bằng các acid như acid tricloracetic, acid sulfosalicylic hay các muối kim loại nặng

4.4- Chiết xuất và tinh chế protein

Phức tạp và khó khăn do dễ bị biến tính Gồm các bước cơ bản sau :

Nghiền nát nguyên liệu

Chiết bằng nước, dung dịch muối

Phân đoạn bằng sắc ký, điện di

Tinh chế

Kiểm tra lại độ thuần nhất và tinh khiết

4.5- Chức năng của protein

Rất phong phú:

Xúc tác của enzym

Vận chuyển và bảo hành (hemoglobin và myoglobin)

Sự vận động và phối hợp (actin và myosin)

Sự chống đở cơ học (collagen, elastin)

Sự bảo vệ miễn dịch (Ig, interferon, fibrinogen)

Sự tạo ra và dẫn truyền các xung động thần kinh

Điều hòa (hormon, protein kìm hãm)

Dự trữ, dinh dưỡng (ovalbumin, ferritin…)