David L. Nelson and Michael M. Cox

LEHNINGER PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Sixth Edition

BÀI. 3 AMINO ACID-PEPTID-PROTEINS

© 2016 PGS.TS. BÙI VĂN LỆ

Một vài chức năng protein

3.1. Các acid amin

Acid amin (Aa) thường được tìm thấy là thành phần của protein (20 Aa) được cấu tạo bởi một nhóm α-carboxyl, một nhóm α-amino và một nhóm R đặc biệt được thay thế trên nguyên tử α-carbon.

side chain

H

R

N

H

C

a carbon C

OH

H

O

carboxyl group -COOH

amino group -NH2

Nguyên tử α-carbon của tất cả các acid amin (ngoại trừ glycine) là bất đối xứng và do đó các acid amin có thể tồn tại ở hai dạng đồng phân lập thể (L;D).

Đồng phân lập thể của amino acid

Chỉ có dạng đồng phân L với cấu hình liên quan đến cấu hình tuyệt đối của phân tử L-glyceraldehyde chuẩn là được tìm thấy ở protein.

Các amino acids dạng D được tìm thấy ở một số peptide nhỏ,bao gồm một vài peptide của vách tế bào vi khuẩn và một vài loại kháng sinh (như penicillin)

D-Glu D-Ala

Acid amin được chia thành 5 nhóm dựa vào tính phân cực và điện tích (ở pH 7) của các nhóm R.

Two cysteines can form a cystine, also called a disulfide bond

Cách gọi tên acid amin

Những acid amin không thông dụng khác cũng xảy ra hoặc là ở dạng cấu tạo của protein (thông qua các biến đổi của các acid amin thông thường sau quá trình tổng hợp protein) hoặc ở dạng chất biến dưỡng tự do. Caùc acid amin naày thường thấy trong ñôøi soáng sinh vaät nhöng khoâng tìm thaáy trong protein. Moät vaøi daãn suaát cuûa acid amin taïo thaønh sau khi daây polypeptid ñöôïc toång hôïp nhö: Hai acid amin 4-hydroxyproline vaø 5-hydroxylysin laø caùc caáu töû quan troïng cuûa collagen, protein phoå bieán nhaát trong caùc moâ lieân keát. Acid g-carboxyglutamate coù moät goác cuûa amino acid noái vôùi calcium tìm thaáy trong prothrombin (protein ñoâng maùu). Söï phosphoryl hoùa cuûa amino acid chöùa hydroxyl cuûa Serine, Threonine vaø Tyrosine thöôøng duøng trong caùc hoïat

selenocystein (Sec), which is now accepted as the 21st amino acids.

Sợi collagen trong mô liên kết

Chu trình Urea

Dạng không ion và Zwitterionic của acd amin

nhóm R không

amino acid) hóa các ion là

Các acid amin có 1 nhóm amino, 1 nhóm carboxylic và (monoamino bị các acid diprotic monocarboxylic (+H3NCH(R)COOH) ở pH thấp và tồn tại nhiều dạng ion khác nhau khi pH tăng. Các acid amin có nhóm R có khả năng ion hóa sẽ có thêm các dạng ion phụ tùy thuộc vào pH của môi trường và pKa của nhóm R

Các acid amin thay đổi tính chất acid - base của chúng và có các đường cong chuẩn độ đặc trưng

3.2. Các peptide và protein

Các acid amin có thể được kết hợp đồng hóa trị thông qua các liên kết peptide để tạo thành peptide và protein. Protein có thể là các chuỗi peptide rất dài khoảng từ 100 đến hàng ngàn acid amin. Tuy nhiên, có một số peptide tìm thấy trong tự nhiên chỉ có vài acid amin

A tripeptide

The sequence is always shown with N-terminus on the left

Mặc dầu cơ cấu peptid ít phức tạp hơn ptotein nhưng nó có

TD1: -Glutathione (g-glutamyl-L-cysteinylglycine) là một tripeptid được tìm thấy trong hầu hết sinh vật nó có nhiều chức năng sinh học quan trọng như tổng hợp protein, DNA, trong dược phẩm, tham gia trong biến dưởng môi trường độc và vận chuyển amino acid. Một tính chất của nhóm SH trong glutathion như là một tác nhân khử (GSH). Glutathion bảo vệ tế bào tránh sự phân hủy của oxi hóa bởi phản ứng với các tác chất như peroxides (R-O-O-R là sản phẩm của dinh dưởng O2). Trong tế bào hồng cầu hydrogen peroxide (H2O2) oxid hóa Fe 2+ của Hemoglobin để tạo thành ion Fe 3+ (ferric), methemoglobin là một sản phẩm của phản ứng nầy không thể kết nối với O2. Glutathione bảo vệ trở lại sự tạo thành methemoglobin bởi khử H2O2 trong một phản ứng xúc tác bởi enzym glutathione peroxidase. 2GSH + H2O2 -> GSSG+ 2 H2O. Do sự hiện diện của tỉ lệ cao GSH:GSSG trong tế bào, glutathione là một tác nhân khử quan trọng nội tế bào.

một vài chức năng sinh học.

Role of NADPH and glutathione (GSH) in protecting cells against highly reactive oxygen derivatives

TD2: Met-enkephalin và leu-enkephaline dọc theo nhóm peptid gọi là opioid peptid tìm thấy phổ biến trong tế bào thần kinh. Opioid peptid là một phân tử làm giảm đau và mang lại cảm giác dể chịu. Chúng được khám phá sau khi các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng hiệu ứng sinh lý của sự dùng thuốc phiện như là morphine kết quả từ khi chúng nối vối thụ quan tế bào thần kinh cho các phân tử nội sinh. Leu-kephaline và met-kephaline là một pentapeptid chúng chỉ khác nhau ở gốc C-terminal của amino acid.

Các tế bào thường chứa hàng ngàn protein khác nhau, mỗi protein có hoạt tính sinh học khác nhau. Một số protein được cấu tạo từ các chuỗi polypeptide liên kết không đồng hóa trị, được gọi là tiểu đơn vị.

The pentapeptide serylglycyltyrosylalanylleucine Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu or SGYAL

Các protein đơn giản chỉ tạo ra các acid amin khi thủy phân; các protein liên hợp thì chứa một số thành phần phụ khác như một nhóm kim loại hoặc một nhóm hữu cơ prosthetic

3.3. Thao tác với protein

Các protein có thể được tách chiết và tinh sạch dựa trên sự khác nhau về tính chất. Các protein có thể được tủa một cách chọn lọc bằng cách thêm các loại muối. Các phương pháp sắc ký áp dụng sự khác nhau về kích thước, ái lực liên kết, điện tích và các tính chất khác. Những phương pháp này bao gồm trao đổi ion ; lọc gel, và sắc ký lỏng cao áp.

Phương pháp điện di tách các protein dựa vào khối lượng hoặc điện tích. Điện di gel SDS và điện di đẳng điện có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau để thu được kết quả tốt hơn.

Xác định khối lượng protein

Điện di đẳng điện protein (Isoelectric focusing)

Điện di 2 chiều protein

Tất cả các quá trình tinh sạch cần một phương pháp để định lượng hoặc phân tích protein quan tâm trong hỗn hợp nhiều protein khác. Sự tinh sạch có thể kiểm soát bằng các thí nghiệm định hoạt tính.

3.4. Cấu trúc protein: Cấu trúc bậc 1

Sự khác nhau về chức năng của protein là do sự khác nhau trong thành phần và trình tự các acid amin. Một số thay đổi về trình tự có thể xảy ra với một protein đặc biệt có thể ảnh hưởng rất ít hoặc không ảnh hưởng đến chức năng của protein

` Các trình tự acid amin được suy ra bằng cách phân đoạn các polypeptid thành các peptide nhỏ hơn với các tác nhân đã biết để cắt các liên kết peptide đặc hiệu; xác định trình tự acid amin của mỗi phân đoạn bằng quá trình phân giải được tự động hóa Edman ; sau đó sắp xếp các phân đoạn peptide bằng cách tìm ra các trình tự chồng lấp giữa các phân đoạn sinh ra bởi các tác nhân khác nhau. Trình tự protein cũng có thể được suy ra từ trình tự nucleotide của gen tương ứng trong DNA

Direct Protein Sequencing

Breaking disulfide bonds in proteins

9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)

Các protein và peptide ngắn (lên đến khoảng 100 acid amin) có thể được tổng hợp bằng phương pháp hóa học. Peptide được tạo thành , một thành phần acid amin mỗi lần trong khi bị gắn vào giá thể rắn.

Các trình tự protein là một nguồn thông tin dồi dào về cấu trúc và chức năng của protein cũng như sự tiến hóa của sự sống trên trái đất. Các phương pháp tinh vi đang được phát triển để theo dõi sự tiến hóa bằng cách phân tích các những thay đổi chậm trong các trình tự acid amin của các protein tương đồng.