Bài giảng Hóa sinh – Chương 7: Cấu trúc acid amin và protein

Chương 7

Cấu trúc acid amin và protein

Nội dung

Đại cương

Acid amin

Peptide

Protein

1. ĐẠI CƯƠNG

Là enzym giữ nhiệm vụ xúc tác các quá

trình chuyển hóa

Được cấu tạo bởi nhiều acid amin kết hợp

với nhau bằng liên kết peptide

Đại cương Protein là thành phần cơ bản của tế bào, là nguyên liệu cần thiết để tổng hợp những thành phần cấu trúc của cơ thể

protein

Peptide: là phân tử gồm 2 đến vài chục acid amine (dưới 50) nối với nhau bằng các liên kết peptide

Protein: là phân tử gồm từ 50 tới cả ngàn

acid amine nối với nhau bằng liên kết peptide

Đại cương Acid amin: là đơn vị cấu tạo nhỏ nhất của

2. ACID AMIN

và protein

20 acid amin “chuẩn” có 8 aa thiết yếu + 2 aa bán thiết yếu

Cấu tạo hóa học sản phẩm thủy phân cuối cùng của peptide

Cấu tạo hóa học

Không thiết yếu

Thiết yếu

Valine Leucine Isoleucine Phenylalanine Threonine Tryptophan Methionine Lysine Histidine Arginine

Alanine Asparagine Aspartic acid Cysteine Glutamic acid Glutamine Glycine Proline Serine Tyrosine

Phân loại

Acid amin

Gốc R

Tính phân cực

Mạch thẳng

Mạch vòng

Phân cực

Không phân cực

Trung tính

Có nhân thơm

Acid

Chứa dị vòng

Kiềm

Acid amin mạch thẳng

Trung tính

Acid amin mạch thẳng

Trung tính

Acid amin mạch thẳng

Acid

Acid amin mạch thẳng

Kiềm

Acid amin mạch vòng

Có nhân thơm

Acid amin mạch vòng

Dị vòng

 Nhân imidazol

 Nhân indol

Acid amin không phân cực

không điện tích

Acid amin phân cực

điện tích âm

điện tích dương

Acid amin phân cực

Selenocysteine là acid

Pyrrolysine là acid amin

amin thứ 21

thứ 22 (codon stop UAG mã hóa cho Pyrrolysine)

Acid amin thứ 21 & 22

Acid amin hiếm gặp trong protein (dẫn xuất của aa thường gặp)

 Trong collagen và một số

 Trong globulin của tuyến

protein thực vật  4-hydroxy proline  5-hydroxy lysine

giáp  Monoiodotyrosine  Diodotyrosine

Các acid amin không gặp trong protein

ở dạng tự do hay kết hợp dẫn xuất của aa thường gặp

 Dùng serin làm tiêu chuẩn so sánh  aa dạng L khi –NH2 ở bên trái  aa thường gặp dạng L

Hóa học lập thể

isoleucine và arginine có vị đắng

Tính quang hoạt (trừ glycin) do có C bất đối xứng

Tính chất vật lý Dễ tan trong nước, tùy thuộc vào cấu trúc gốc R Thường có vị ngọt kiểu đường, leucine không vị,

Tyrosine,

tryptophan và phenylalanine (240-280 nm) Cystein hấp thụ yếu ở 240 nm Các acid amine khác hấp thụ ở 220 nm

Phần lớn các

protein đều chứa tyrosine  định lượng protein ở 280 nm

Phổ hấp thụ

3 dạng ion

 Ion lưỡng cực  Cation  Anion

Tính lưỡng tính

 aa dạng ion lưỡng cực

nhiều nhất

 cation và anion ít nhất và

bằng nhau

 tổng điện tích = 0

 𝑝𝐻𝑖 =

𝑝𝐾1+𝑝𝐾2 2

pH đẳng điện (pHi)

Chức α-amin Nhóm carboxyl 2 nhóm chức –NH2 và –COOH Gốc R

Tính chất hóa học

Phản ứng với acid Nitrơ (HNO2)

 định lượng N2 của acid amin

Chức α-amin

schiff)

 định phân acid amin trong nước tiểu bằng NaOH

Chức α-amin Phản ứng với aldehyl (phản ứng tạo base

(PƯ Sanger)  trong mt kiềm yếu, DNFB + nhóm amin tự do tạo dẫn xuất 2,4 dinitrophenyl acid amin (DNP-aa)

 xác định các aa cuối của chuỗi peptide

Chức α-amin Phản ứng với 2,4 dinitrofluorobenzen (DNFB)

Edman)

 xác định amin N cuối của chuỗi polypeptide

Chức α-amin Phản ứng với phenylisothiocyanat (PITC) (PƯ

Phản ứng khử nhóm carboxyl

 tạo thành alcol α-amine

nhóm carboxyl

Phản ứng khử carboxyl (decarboxyl hóa)

 tạo thành amin

nhóm carboxyl

PƯ Ninhydrin

 định tính hay định lượng aa (trong sắc ký và điện di)

nhóm chức –NH2 và –COOH

hóa và halogen hóa

 –OH của serine và threonine có thể tham gia PƯ ester

hóa

 –OH phenol của tyrosine cho phản ứng đặc hiệu với

thuốc thử Millon (HgNO3/HNO3 đđ) cho màu đỏ cam

gốc R gốc R có những nhóm chức khác nhau, cho PƯHH khác nhau  quyết định các phản ứng đặc hiệu của acid amin  –COOH và –NH2 cho PƯ tạo muối  –SH của Cysteine cho PƯ oxi hóa khử  nhân thơm của phenylalanine và tyrosine cho PƯ nitro

3. PEPTIDE

hợp chất gồm 2 đến vài chục aa nối với

nhau bằng lk peptide

trọng lượng phân tử ≤ 6000 trong tự nhiên

 dưới dạng tự do có hoạt tính sinh học nhất định (peptide hormone như insuline, peptide kháng sinh)

 hoặc là sản phẩm thủy phân dở dang của

protein

Peptide

Cấu tạo

Cấu tạo và danh pháp

aa)

danh pháp hóa học hữu cơ (gọi theo các gốc aa)

 đầu là aa có -NH2 tự do  lần lượt đến aa cuối có –COOH tự do  nguyên tắc: giữ nguyên tên aa cuối và thay đổi tên các

aa kia bằng gốc –yl

H2N-seryl-glycyl-tyrosyl-alanyl-leucine-COOH

Ala-Ser-Phe-Leu hay A-S-F-L  Nếu trong chuỗi peptide có đoạn nào đó chưa xác định

được thứ tự của các aa thì để trong ngoặc

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

Danh pháp tên thông dụng (VD: glucagon là 1 peptide có 29

Tính acid-base

 tính chất lưỡng tính  3 dạng ion trong dung

dịch  có pHi

Tính chất của peptide

Tính chất hóa học

 α-NH2 của aa N cuối cho PƯ giống như α-NH2

của aa

 α-COOH của aa C cuối cũng cho PƯ aa (khử,

khử carboxyl hóa)

 gốc R của các aa trong chuỗi peptide cho PƯ màu đặc trưng của các aa tự do tương ứng (Tyrosine cho màu đỏ cam với thuốc thử Millon)  Peptide cho phản ứng với đồng sulfat trong môi

trường kiềm (PƯ Biuret) • màu xanh tím (ít aa) • màu tím hồng (nhiều aa)

Tính chất của peptide

4. PROTEIN

Cấu trúc protein

Bậc 1

Bậc 2

Bậc 3

polypeptide (bán đơn vị) Các liên kết  Hydro  Van der Waals  …

Bậc 4 ≥ 2 chuỗi

Theo nguồn gốc: động vật hay thực vật Theo chức năng: enzyme, hormone, cấu tạo, dinh

dưỡng, dự trữ, vận động, bảo vệ, điều hòa…

Theo cấu trúc: cầu, sợi… Theo thành phần hóa học:

 Protein thuần hay protein đơn giản (holoprotein):

chỉ gồm các aa

 Protein phức tạp hay protein tạp (heteroprotein):

còn có các nhóm ngoại

Phân loại

Protein tạp •Nucleoprotein •Glucoprotein •Cromoprotein •Lipoprotein •Phosphoprotein •Metaloprotein

Protein thuần •Albumin •Protamin •Histon •Globulin •Keratin •Prolamin và glutalin •Colagen

Trọng lượng phân tử

 phân tử keo có kích thước lớn (> 0,001 µm)  khuếch tán rất chậm trong dung dịch  không qua được các màng thẩm tích  Trọng lượng phân tử của protein thiên nhiên tìm

thấy vào khoảng ≥ 6000 - hàng triệu

Tính chất lý hóa của protein

Biến tính của protein

 chịu những thay đổi về tính chất như độ hòa tan

bị giảm → mất đi một số tính chất đặc hiệu  cấu trúc không gian của phân tử protein bị phá

vỡ (trừ liên kết peptide)

 Hai loại:

• Biến tính thuận nghịch: khi cấu trúc phân tử của

protein có thể trở lại dạng ban đầu

• Biến tính không thuận nghịch: khi protein không trở

lại trạng thái ban đầu

 Tác nhân:

• Vật lý: nhiệt độ, tia tử ngoại, siêu âm, áp suất cao… • Hóa học: acid, base, muối kim loại nặng…

Tính chất lý hóa của protein

 Mỗi protein có một pHi  Ở một pH mt nhất định, tùy thuộc vào pHi mà tích điện (+)

hay (-)

 di chuyển về phía cực trái dấu trong điện trường.  Ứng dụng

Tính chất lưỡng tính

base ở to cao)  dở dang thành các peptide  hoàn toàn thành các acid amine

PƯ với thuốc thử Biuret  định lượng protein bằng phương pháp so màu

Các gốc aa trong phân tử protein cũng cho

những phản ứng đặc trưng của các aa tự do tương ứng

Tính chất hóa học Có thể bị thủy phân (nhờ enzyme hay acid,

Xúc tác của enzyme Vận chuyển: như Hemoglobin, myoglobin Sự vận động và phối hợp: actin và myosin Sự chống đỡ cơ học: collagen, elastin Sự bảo vệ miễn dịch Sự tạo ra và dẫn truyền xung động thần kinh:

Rhodopsin

Điều hòa: hormone Dự trữ dinh dưỡng

Chức năng