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

Chương 7 Cấu trúc acid amin và protein 1 Nội dung Đại cương Acid amin Peptide Protein 2 1. ĐẠI CƯƠNG 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 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 Acid amin: là đơn vị cấu tạo nhỏ nhất của 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 2. ACID AMIN Cấu tạo hóa học sản phẩm thủy phân cuối cùng của peptide và protein 20 acid amin “chuẩn” có 8 aa thiết yếu + 2 aa bán thiết yếu Cấu tạo hóa học Valine Leucine Isoleucine Phenylalanine Threonine Tryptophan Methionine Lysine Histidine Arginine Alanine Asparagine Aspartic acid Cysteine Glutamic acid Glutamine Glycine Proline Serine Tyrosine Không thiết yếuThiết yếu Phân loại Acid amin Tính phân cựcGốc R Trung tính Acid Kiềm Phân cực Không phân cực Có nhân thơm Chứa dị vòng Mạch vòngMạch thẳng 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 Acid amin phân cực không điện tích Acid amin phân cực điện tích âm điện tích dương Acid amin thứ 21 & 22 Selenocysteine là acid amin thứ 21 Pyrrolysine là acid amin thứ 22 (codon stop UAG mã hóa cho Pyrrolysine)  Trong collagen và một số protein thực vật  4-hydroxy proline  5-hydroxy lysine  Trong globulin của tuyến giáp  Monoiodotyrosine  Diodotyrosine Acid amin hiếm gặp trong protein (dẫn xuất của aa thường gặp) Các acid amin không gặp trong protein ở dạng tự do hay kết hợp dẫn xuất của aa thường gặp Hóa học lập thể  Dùng serin làm tiêu chuẩn so sánh  aa dạng L khi –NH2 ở bên trái  aa thường gặp dạng L Dễ tan trong nước, tùy thuộc vào cấu trúc gốc R Thường có vị ngọt kiểu đường, leucine không vị, isoleucine và arginine có vị đắng Tính quang hoạt (trừ glycin) do có C bất đối xứng Tính chất vật lý Phổ hấp thụ 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 Tính lưỡng tính 3 dạng ion  Ion lưỡng cực  Cation  Anion pH đẳng điện (pHi)  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 Phản ứng với aldehyl (phản ứng tạo base schiff)  định phân acid amin trong nước tiểu bằng NaOH Chức α-amin Chức α-amin Phản ứng với 2,4 dinitrofluorobenzen (DNFB) (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 phenylisothiocyanat (PITC) (PƯ Edman)  xác định amin N cuối của chuỗi polypeptide Phản ứng khử nhóm carboxyl  tạo thành alcol α-amine nhóm carboxyl Phản ứng khử carboxyl (decarboxyl hóa)  tạo thành amin nhóm carboxyl nhóm chức –NH2 và –COOH PƯ Ninhydrin  định tính hay định lượng aa (trong sắc ký và điện di) 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 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 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 và danh pháp Cấu tạo Danh pháp tên thông dụng (VD: glucagon là 1 peptide có 29 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  Nếu trong chuỗi peptide có đoạn nào đó chưa xác định được thứ tự của các aa thì để trong ngoặc H2N-seryl-glycyl-tyrosyl-alanyl-leucine-COOH Ala-Ser-Phe-Leu hay A-S-F-L Ala-Gly-(Ala-Ser-Gly)-Tyr Tính chất của peptide Tính acid-base  tính chất lưỡng tính  3 dạng ion trong dung dịch  có pHi 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 Bậc 4 ≥ 2 chuỗi polypeptide (bán đơn vị) Các liên kết  Hydro  Van der Waals  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 Phân loại Protein thuần •Albumin •Protamin •Histon •Globulin •Keratin •Prolamin và glutalin •Colagen Protein tạp •Nucleoprotein •Glucoprotein •Cromoprotein •Lipoprotein •Phosphoprotein •Metaloprotein Tính chất lý hóa của protein 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 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 Tính chất lưỡng tính 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 Có thể bị thủy phân (nhờ enzyme hay acid, 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 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 THANK YOU! L.O.G.O 63