1
HÓA HỌC PROTEIN
2
I. Đại cương protein
• Protein là một polymer sinh học
Pr = n × acid amin
• Vai trò:
▫ “Tạo hình”: ▫ “Dinh dưỡng”: ▫ “Sinh học”: Hemoglobin, enzym, hormon,…
• Nguồn thu: • Phân biệt:
▫ Acid amin: ▫ Peptid: 2 < n < 50 ▫ Protein: n > 50
3
II. Acid amin (aa) 1. Định nghĩa
Vai trò:
• Là đơn vị cơ bản tạo nên toàn bộ các protein
• Có 20 loại aa và 2 dạng amid
Về mặt hóa học:
Gốc riêng của mỗi aa
Phần chung của aa
4
2. Phân loại
Thành phần cấu tạo: Gốc R và số –COOH, -NH2
• Acid monoamin monocarboxylic
+ Gly, Ala, Leu, Ileu, Val, Ser, Thr
+ Cys, Met _ aa chứa lưu huỳnh
• Acid monoamin dicarboxylic: Asp, Glu
+ Ser, Thr _ aa chứa -OH
• Amid của acid amin: Asn (Asparagin), Gln (Glutamin)
• Acid diamin monocarboxylic: Lys, Arg
• Acid amin vòng: Phe, Tyr, His, Trp, Pro
5
Glutamic acid Glu; E
6
Tryptophan (Trp) (W)
7
Theo giá trị dinh dưỡng:
• aa thay thế:
• aa không thay thế:
8
2 loại acid amin mới:
+ Acid amin thứ 21: Selenocystein
+ Acid amin thứ 22: Pyrrolysine
9
3. Tính chất lý học của acid amin
Tính hòa tan
̶ Dễ tan trong nước
VD: Gly Ala Leu
̶ Không tan hoặc ít tan trong alcol, ete (trừ Pro, hydroxyprolin)
Vị
̶ Tan trong acid và kiềm loãng (trừ Tyr)
̶ 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
10
Tính quang hoạt
̶ Gọi số C* là n thì số đồng phân lập thể có được là 2n
• Đa số các aa chỉ có 1 C*
• Riêng Thr và Ileu có 2 C*
̶ Các aa (trừ Gly) đều có C* bất đối xứng.
11
Phổ hấp thụ
(400-700nm)
̶ Các aa không hấp thụ trong vùng ánh sáng thấy được
̶ Phần lớn các protein đều chứa tyrosin→ Định lượng
̶ Tyr, Trp, Phe hấp thụ mạnh ở vùng UV (240-280nm)
protein ở λ=280nm
12
4. Tính lưỡng tính của acid amin
̶ aa có nhóm -COOH, -NH2 → có tính lưỡng tính
̶ Tùy pH môi trường→ aa thể hiện tính acid hay tính base
+ OH-
13
̶ Trong môi trường nước, aa tồn tại ở 3 dạng: cation, ion
-H+
-H+
R-CH-COOH
R-CH-COO-
+H+
+H+
+
+
R-CH-COO- NH2
NH3
NH3
lưỡng cực, anion.
Cation
Ion lưỡng cực
Anion
̶ pH môi trường thay đổi → Nồng độ các ion cũng thay đổi
14
• 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.
15
16
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?
17
Mercaptoethanol
Sodium dodecyl sulfate (SDS)
18
5. Tính chất hóa học
Hóa tính do chức α-amin
a. Phản ứng với HNO2
̶ Các aa (trừ prolin và hydroxyprolin) đều phản ứng với
̶ Ứng dụng: Xây dựng phương pháp định lượng acid amin
HNO2 giải phóng N2
(phương pháp Van-Slyke)
19
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
NaOH (phương pháp Sorensen)
̶ Ứng dụng: để định phân acid amin trong nước tiểu bằng
20
c. Phản ứng với 2,4 dinitrofluorobenzen (DNFB)
Phản ứng Sanger
̶ Trong môi trường kiềm yếu, DNFB tác dụng với nhóm amin
̶ Ứng dụng: để xác định acid amin N cuối của chuỗi peptid
tự do → 2,4 dinitrophenyl acid amin (DNP-aa) màu vàng
21
22
d. Phản ứng với phenylisothiocyanat (PITC)
Phản ứng Edman
định bằng sắc ký.
̶ Dẫn xuất phenylthiohydantoin không màu, dễ tách và phân
̶ Ứng dụng: để xác định acid amin N cuối của chuỗi peptid
23
Hóa tính của nhóm carboxyl
a. Phản ứng khử nhóm carboxyl
̶ Tạo thành alcol α-amin (tác nhân khử là NaBH4)
24
b. Phản ứng khử carboxyl (decarboxyl hóa)
Decarboxylase
̶ Mỗi decarboxylase chỉ tác dụng chuyên biệt với 1 hoặc 1
nhóm giới hạn aa.
25
Hóa tính do 2 nhóm –NH2 , –COOH
ninhydrin)
→Phản ứng màu đặc trưng của aa (phản ứng với
Ninhydrin bị khử
Ninhydrin
26
Màu xanh tím
Màu xanh đỏ (tím đỏ)
→ Đây là cơ sở để xây dựng phương pháp định tính và định
lượng aa
27
III. PEPTID 1. Định nghĩa
̶ Là những hợp chất gồm 2 đến vài chục acid amin nối
với nhau bằng liên kết peptid.
Peptid = n × a/a
̶ Tùy theo số lượng a/a tham gia trong peptid có tên gọi
• n = 2 → dipeptid
• n = 3 → tripeptid
• n = 4 → tetrapeptid
• …
• n = 8-12→ Oligo-peptid
các peptid như sau:
28
2. Cấu tạo
̶ 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.
29
3. Danh pháp
̶ 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
̶ Tên thông dụng: Glucagon, insulin,…
30
31
32
4. Vài peptid có hoạt tính sinh học
Glutathion (G-SH)
Loại hydro→ Dạng oxy hóa G-S-S-G
Glutathion có gốc -SH:
2G-SH
G-S-S-G
-2H +2H
Nhận hydro→ Dạng khử G-SH
→ Vai trò vận chuyển hydro trong hệ thống oxy hóa khử
33
Peptid hormon
+ Glucagon: là một peptid gồm 29 acid amin
+ Oxytocin: là một peptid gồm 9 acid amin
Peptid kháng sinh
+ Insulin: là một peptid gồm 51 acid amin
VD: Penicilin, Gramicidin
Là những peptid do vi khuẩn (nấm) sinh ra
34
IV. Protein 1. Định nghĩa
̶ Là polypeptid khổng lồ được xây dựng từ hàng chục
(hàng trăm) gốc acid amin.
Protein = n × a/a
̶ 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,…
35
36
2. Cấu trúc
37
2. Cấu trúc
Tính chất sinh học của protein thay đổi
• Thứ tự aa thay đổi • aa khác thay thế
Gồm 4 bậc cấu trúc: Bậc 1: Đơn giản nhất + Là trình tự sắp xếp các aa trong mạch polypeptid + Thay đổi 1 aa:
+ Liên kết trong cấu trúc bậc 1 là liên kết peptid
38
trúc xoắn của mạch
Bậc 2: + Cấu
polypeptid Xoắn α Gấp nếp β
+ Liên kết H đóng vai trò quan
trọng.
+ Điển hình cho cấu trúc bậc 2 là protein sợi (keratin, …)
39
Bậc 3:
+ 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
40
Hemoglobin
41
3. Phân loại
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
42
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
43
4. Tính chất lý hóa
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.
̶
44
b. Độ hòa tan
+ Cấu tạo protein:
• Protein có nhiều nhóm háo nước → tan tốt
• Protein có nhiều nhóm kỵ nước → tan kém
+ Nhiệt độ < 50oC: hòa tan đồng biến với nhiệt độ.
+ pH: mỗi protein có một pH phù hợp để hòa tan
• Nếu pH = pI → Protein sẽ kết tủa
+ Các chất bổ sung: muối, dung môi (acetone,
ethanol, …), Acid tricloroacetic (TCA) 10%,…
45
46
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
̶ Có 2 loại biến tính:
+ Thuận nghịch:
→ Việc chiết xuất và tinh chế cần tiến hành ở điều kiện
thích hợp
+ Không thuận nghịch:
47
Ứng dụng: tính chất hòa tan và kết tủa
Nguyên liệu giàu protein
Xay nhuyễn
Chiết dung dịch
Nước
Lọc/ly tâm
Nước
Tác nhân kết tủa
Sấy
Protein thô
• NaCl •(NH4)2SO4 • Ethanol •Acetone •Propanol •pH = pI •Tanin •Tricloracetic •sulforsalycilic
48
d. Tính chất lưỡng tính
̶ Cấu tạo từ các aa → protein
có tính lưỡng tính.
̶ Ứng dụng: phương pháp
điện di để tách các protein
49
e. Tính chất hóa học
Protein cho phản ứng với thuốc thử Biuret
̶
DD protein + CuSO4/kiềm → tạo phức tím xanh
→ Cơ sở xây dựng phương pháp định lượng protein
50
5. Chức năng 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,…
̶
51
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
