Bài 18. Prôtêin

Chương 1
proteins
1. Đặc tính chung & vai trò sinh học của protein,nguồn protein
Protein là thành phần không thể thiếu của tất cả các cơ thể sinh vật nhưng nó lại có tính đặc thù cao cho từng loài,từng cá thể,từng cơ quan,mô của mỗi cá thể.protein rất đa dạng về cầu trúc và chức năng.Một số chức năng cơ bản:
1.1 Xỳc tỏc
Các protein có chức năng xúc tác cho các phản ứng gọi là enzym. Hầu hết các phản ứng của phản ứng sinh học từ những phản ứng đơn giản nhất đến những pơhản ứng phức tạp nhất đều do enzym xúc tác. Enzym đóng vai trò quan trọng xác định kiểu biến đổi hoá học trong hệ thống sống.
Có một số loại enzym như :
lysozyme
Inducible- enzym cảm ứng
1.2 Vận tải
Một số protein có vai trò như những “xe tải” vận chuyển các chất trong cơ thể.
ví dụ : hêmoglobin kết hợp với oxi và vận chuyển chúng đến khắp các mô và cơ quan trong cơ thể.Hêmoglobin còn có vai trò quan trọng trong vận tải CO2, H+
Hemoglobin
1.3 Chuyển động
Nhiều protein trực tiếp tham gia quá trình chuyển động như: co cơ phải chuyển vị trí nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào, di động của tinh trùng,…
ở động vật có xương sống, sự co cơ vân được thực hiện nhờ chuyển động trượt lên nhau của 2 loại sợi protein : sợi miozin và sợi mảnh chứa protein actin, tropomiozin và troponin.
Protein- actin
Protein- miozin
1.4 Bảo vệ
Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những protein đặc biệt có khả năng nhận biết và bắt nhưng chất lạ xâm nhập vào cơ thể như các protein lạ, virut, vi khuẩn, tế bào lạ. Như vậy các protein như các lính gác nhận biết những vật thể lạ rồi loại trừ ra khỏi cơ thể.
- interferon là những protein do những tế bào động vật có xương sống tổng hợp và tiết ra để chống lại sự nhiễm virut.
Các protein tham gia trong quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu.
Ở một số thực vật có chứa các protein có tác dụng độc đối với các động vật ngay cả ở liều lượng rất thấp. Chúng có tác dụng bảo vệ thực vật khỏi sự phá hại của động vật
Interferon
fibrinogen
1.5 Truyền xung thần kinh
Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh đối với các kích thích đặc hiệu.
Ví dụ : vai trò của sắc tố thị giác rodopxin ở màng lưới mắt
1.6 Điều hoà
Một số protein có chức năng điều hoà quá trình truyền thông tin di truyền, điều hoà quá trình trao đổi chất.
- Protein điều hoà quá trình biểu hiện gen như các protein: reprexo ở vi khuẩn có thể làm ngừng quá trình sinh tổng hợp enzym của các gen tương ứng.
Ở cơ thể bậc cao sự điều hoà hoạt động biểu hiện gen theo 1 cơ chế phức tạp hơn nhưng các protein cũng đóng vai trò quan trọng.
- Các protein có hoạt tính hoocmon, các protein ức chế đặc hiệu enzym đều có chức năng điều hoà nhiều quá trình trao đổi chất khác nhau.
Repressor protein
Repressor protein
1.7 Kiến tạo chống đỡ cơ học
Các protein này thường có dạng sợi như : sclerotin có trong lớp vỏ ngoài của sâu bọ; fibroin của tơ tằm, tơ nhện; colagen, elatin của mô liên kết, mô xương. Colagen bảo đảm độ bền và tính mền dẻo của mô liên kết.
colagen
elatin
1.8 Dự trữ dinh dưỡng
Protein còn là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các axit amin cho phôi phát triển.
Ví dụ : ovabumin trong lòng trắng trứng, gliazin trong hạt lúa mì. Các protein khác như cazein của sữa, feritin ( protein dự trữ sắt) trong lá lách. Tuy nhiên trên thực tế một protein có thể hoàn thành một số chức năng khác nhau.
Nguồn protein. Hàm lượng protein trong các cơ thể sống thay đổi khá nhiều.
Nguồn protein động vật phổ biến là các loại thịt gia súc gia cầm, cá tôm trứng sữa. Các loại động vật khác như cua cáy tép, các động vật thân mềm cũng là những nguồn protein đáng được lưu ý khai thác.
Nguồn protein thực vật quan trọng là hạt các loại đậu, đặc biệt là đậu tương. Các loại bèo dâu, tảo, nấm cũng là những nguồn protein quý giá.
Hàm lượng protein trong một số nguyên liệu động vật và thực vật
2 – CẤU TẠO PHÂN TỬ PROTEIN
2.A – Thành phần nguyên tố của protein
-Tất cả các protein đều chứa các nguyên tố C,O,N,H, một số còn có một lượng nhỏ S. tỷ lệ phần trăm khối lượng của các nguyên tố này trong phân tử protein như sau : C từ 50% -55%; O từ 21% - 24%; H từ 6,5% - 7,3%; S từ o% - 0,24%.
- Ngoài ra còn chứa một số các nguyên tố sau : P, Fe, Cu, Zn,Ca,…
Khối lượng phân tử :
Hêmôglôbin
(Có bản chất là prôtêin)
68000 đvc
Chiều dài :
0,1 micromet
Thành phần cấu tạo của Protein
C: Các bon
H: Hi đrô
O: Ô xi
N: Ni tơ
S: Lưu huỳnh
Prôtêin là hợp chất
đại phân tử
Ví dụ:
Đơn phân của prôtêin là axit amin
2.B. Đơn vị cấu tạo cở của protein là axit amin (acid aminocacboxilic)
2.B.1-Các axit amin trung tinh mạch không vòng.

- Nhóm này gồm 5 axit amin :glixin, alanin, valin, izonoxin. Các axit amin này đều có 1 nhóm amin và 1 nhóm cacboxi    và C.
- Glixin là axit amin duy nhất không chứa cacbon bất đối. 4 axit amin còn lại có mạch bên không phân cực.
alanine
alanine
alanine
valine
valin
valin
lơxin
lơxin
izoloxin
izoloxin
2.b.2. Các hidroxil axit amin mạch không vòng
- Thuộc nhóm này có 2 axit amin là: xerin và treonin. Chúng giống nhóm ở trên ở chỗ chỉ có 1 nhóm amin, 1 nhóm cacboxil và cũng là mạch thẳng nhưng có chứa 1 nhóm .
xerin
xerin
xerin
xerin
treonin
2.b.3. Các axit amin chứa lưu huỳnh mạch không vòng
- Nhóm này gồm 2 axit amin là xistein và metionin. Khi oxi hóa 2 nhóm SH của 2 phân tử xítein tạo thành xistin có chứa cầu ( S S).
- Sự tạo thành disunfua trong phân tử protein ó vai trò quan trọng đối với cấu trúc và chức năng của protein. Khi khử các cầu disunfua trong phân tử protein, thường làm thay đỏi đáng kể cấu trúc và hoạt tính sinh học của chúng.

methionine
2.b.4. Các axit amin và amit của chúng
-Hai axit amin thuộc nhóm này là aspraginic và axit glutamic. Trong phân tử của chúng có một nhóm amin và hai nhóm cacboxil. ở Ph (6-7) các axit amin này tích điện âm, vì vậy chúng cũng được gọi là aspactat và glutamat để nhấn mạnh tinh axit của chúng. Muối natri của axit glutamic là loai gia vị phổ biến có ten thường dùng là mì chính.
- amit hóa các nhóm cacboxil ở mạch bên của aspactat và glutamat tạo thành các nhóm amit tương ứng và asparagin và glutamin.
aspactat
2.b.5. Các axit amin kiềm
Trong 3 axit amin thuộc nhóm này, acginin và lyzin tích điện dương còn histidin chứa nhóm imidazol có tính bazo yếu ph= 7.
2.B.6. Iminoaxit ( prolin)
- prolin cũng có mạch bên là hydrocacbua nhưng khác với tất cả các axit amin khác ở chỗ nhóm amin bậc 1 ở cacbon anpha kết hợp với mạch bên tạo thành vòng pỉolidin. Do đó prolin là một iminoaxit chứa nhóm amin bậc 2.
2.B.7. Các axit amin thơm và dị vòng thơm
Các axit amin thuộc nhóm này là phenilalanin, tirozin và triptophan. Mạch bên của tirozin phân cực manh nhưng chỉ ion hóa rất ít ở ph =7. do có chứa vòng thơm nên các axit amin này có trong một số phản ứng đặc trưng.
2.b.8. Các axit amin ít gặp trong protein
Ngoài các axit amin đã nêu tên trong phân tử một số protein có chứa một số các axit amin khác. Các axit amin này thường là dạng hiệu chỉnh của các axit amin thường gặp đã nêu. Qúa trình hiệu chỉnh thường xảy ra sau khi tổng hợp chuỗi polipeptit được tổng hợp. Ví dụ colagen có chứa hidroxiprolin, hidroxilizin, protrombin có chứa cacboxi- glutamat; nhiều protein khác có chứa photphoxerin.
Các axit amin này có vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của protein tương ứng. Hidroxiprolin làm tăng độ bền của sợi colagen; caboxil hóa glutamat đảm bảo thực hiện vai trò của protrombin trong quá trình đông máu…
2.C- Các bậc cấu trúc của phân tử protein
2.C,1. các bậc cấu trúc

Cấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypepetide. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.

Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, Collagen... (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn

Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide.

Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử... Các liên kết yếu hơn như liên kết hyđro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu.
Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hyđro.

2.C.2. Liên kết peptit giữa các axit amin tạo thành cấu trúc bậc 1 của chuỗi polipeptit
Liên kết peptit (-CO-NH-) được tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm   cacboxyl của 1 axit amin này với nhóm   amin của 1 axit amin khác, loại đi 1 phân tử nước. Sơ đồ phản ứng như sau:
Tên của peptit được quy định như sau: ghep tất cả tên axit amin cấu tạo nên nó theo thứ tự sắp xếp của chúng theo chuỗi polipeptit bắt đầu từ axit amin thứ nhất, những axit amin nào có nhóm cacboxyl tham gia trong liên kết peptit đuôi của nó đổi thành “il”.
Theo cách kết hợp trên các liên kết pêtit nằm trên 1 mạch thẳng ko phân nhánh, có 2 đầu khác nhau gọi là “đầu N” (có nhóm   amin tự do) và “đầu C” (có nhóm   cacboxin tự do). Đánh số thứ tự các gốc axit amin trong chuỗi peptit bắtt đầu từ “đầu N” và thường ký hiệu “đầu N” bằng đấu “+”, “đầu C” bằng dấu “ –”.
a. Một số peptit tự nhiên quan trọng
- Glutation ( tripeptit): g – glutamilxisteilglyxin.
- Cacnozil (dipeptit) : b - alanilhistidin. Cacnozil có nhiều trong cơ của động vật có xương sống, vai trò sinh học chưa được xác định rõ nhưng có thể tham gia trong các quá trình sinh hoá khi cơ hoạt động.
- Oxitozin và vazoprexin : cả 2 peptit này là các noropeptit có cấu trúc hoá học được biết sớm nhất và cũng đã được tổng hpj hoá học.
b. Tầm quan trọng của việc xác định cấu trúc bậc 1 của phân tử protein.
- Là bước đầu tiên quan trọng để xác định cơ sở phân tử, hoạt tính sinh học, và tính chất hoá lý của protein. Là dấu hiệu rõ nhất về sự sai khác giữa protein này và protein khác.
- Là cơ sở xác định cấu trúc ko gian của phân tử protein. Từ những dẫn liệu về cấu trúc bậc 1, trên cơ sở những quy luật hình thành cấu trúc ko gian của phân tử protein, dựa vào cấu trúc ko gian của các protein tương đồng, có thể dự đoán sự định vị cầu disunfua, cấu trúc ko gian của protein nghiên cứu.
- Là yếu tố góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lý phân tử.
Cấc trúc bậc 1 là bản phiên dịch mã di truyền. Vì vậy cấu trúc này nói lên quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hoá của thế giới sống.
Việc xác định được cấu trúc bậc 1 là cơ sở để tổng hợp nhân tạo protein bằng phương pháp hoá học hoặc bằng các biện pháp công nghệ sinh học.
2.C.3. Cấu trúc không gian của phân tử protein
Do cách liên kết giữa các axit amin để tạo thành chuỗi polipeptit như đã nêu trên, trong mạch dài polipeptit luôn lặp lại các đoạn-CO-NH-CRH-
Mạch bên của các axit amin ko tham gia tạo thành bộ khung của mạch, mà ở bên ngoài mạch peptit.
Vì vậy trước khi xét đến cấu trúc ko gian của toàn bộ phân tử protein, ta hãy xét đến sự sắp xếp trong ko gian của các nguyên tử trong liên kết peptit.

H của nhóm- NH- luôn ở vị trí tran so với O của nhóm cacboxyl, nhưng nhóm peptit có cấu hình phẳng, nghĩa là tất cả các nguyên tử tham gia trong liên kết peptit nằm trên cùng 1 mặt phẳng.
Do đặc tính của liên kết giữa C và N trong nhóm peptit như đã nêu nên liên kết peptit “ cứng”, ko có sự tự do quay xung quanh liên kết này. Ngược lại khả năng quay tự do xung quanh các liên kết nối nhóm cacbon anpha ( giưa C và C giữa N và C ) là rất lớn, mạch peptit có khuynh hướng hình thành cấu trúc xoắn
Cấu trúc bậc 1
Cấu trúc bậc 1
a. Cấu trúc bậc 2 của phân tử protein: xoắn a, phiến gấp nếp b và xoắn colagen.
- Cấu trúc xoắn a: đoạn mạch polipeptit xoắn chặt lại, những nhóm peptit, Ca tạo thành phần lõi của xoắn,các mặt bên(nhóm R)của các gốc acid amine quay ra phia ngoài.
Cấu trúc anpha được giữ vững chủ yếu nhờ liên kết Hidro được tạo thành giữa nhóm cacboxyl của 1 liên kết peptit với nhóm -NHcủa liên kết thứ tư sau no trên cùng 1 mach polipeptit.
tất cả các nhóm-CO-,-NH- trong liên kết peptit đều tạo thành liên kết hidro với nhau theo cách trên.
Mặt cắt ngang của xoắn alpha
Xoắn alpha
LK hidro

-Cấu trúc phiến nếp gấp beta tìm thầy trong fibroin của tơ. Cấu trúc phiến beta thường kéo dài chứ ko cuộn xoắn như alpha;liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm-NH- va –CO-trên 2 mạchpolipeptit khac nhau,các mạch này co thể chạy cùng hướng hoặc ngược hướng nhau.
-Cấu trúc kiểu xoắn collagen:kiểu cấu trúc này tìm thấy trong phân tử collagen.thành phần acid amin của nó rất đặc biệt so với các protein khác.
Ngoài các kiểu cấu trúc bậc 2 noi trên,trong phân tử của nhiều protein hình cầu còn có các đoạn mạch ko có cấu trúc xoắn,phần vô định hình cuộn lại hoặc xếp lộn xộn.
b.Cấu trúc bậc 3 của phân tử protein
Kết quả nghiên cứu nhiều protein tan trong nước và protein co hoạt tinh xúc tác cho thấy chúng thường có dạng hinh cầu.Chuỗi polipeptit voi các phần có cấu trúc bậc 2 cuộn chặt lại,các gốc kị nước thương được cuộn chặt lại phía trong,các gốc ưa nước o bề mặ phân tử.
Cấu trúc bậc 3 giữ vững được lá nhờ các cầu đisufua,tương tác vandevan,liên kết hidro,lực ion.
c.Cấu trúc bậc 4 của phân tử protein
Phân tử protein co cấu trúc bậc4 có thể phân li thuận nghịch thành các phần dưới đơn vị.Khi phân li,hoạt tính sinh học của no bi thay đổi hoặc mát hoàn toàn.Do tồn tại tương tác giữa các phần dưới đơn vị nên khi kết hợp với một chất nào đó dù là phân tử bé cũng kéo theo những biến đổi nhất định trong cáu trcú không gian của chúng.
Cấu trúc bậc 2
Cấu trúc bậc 3
Cấu trúc bậc 4
2.c.4.Phương pháp nghiên cứu cấu trúc phân tử protein
Thu nhận protein ở dạng tinh sạch.
Xác định thành phần acid amin của protein.
Xác định trình tự acid amin trong chuỗi polipeptit.
3.Một số tính chất quan trọng của protein
Tính chất của protein phụ thuộc vào thành phần,cấu trúc sắp xếp các đơn phân của nó. Tuy nhiên protein có tính chất khác hoàn tòan với các acid amin, đó là những tính chất phụ thuộc vào liên két peptit,cấu trúc ko gian phân tử lớn của phân tử protein.
3.1. Khối lượng và hình dạng ngoài của protein
Protein có khối lượng phân tử tương đối lớn,hình dạng ngoai cũng rất đa dang.
Các protein hình cầu tan trong nước hợăc dung dich muối loãng,rất hoạt động về mặt hoá học.Thuộc nhóm này chủ yếu là các protein co hoat tinh xúc tác.
3.2.tính chất lưỡng tính của acid amin và protein

Acid amin va protein đều có tính chất lưỡng tính.phân tử amin đồng thời có cả nhóm amin và cacboxyl.trong dung dịch trung tính,acid amin tồn tại chủ yếu ở dạng ion lưỡng cực.Khi đó nhóm cacboxyl bị phân li,nhóm amin bị proton hoá.
trong môi trường pH=1,nhóm cacboxyl ko ion hoá,nhóm amin ở dạng prôtn hoá.khi pH=11,nhóm cacboxyl ion hoa,nhóm amin ko ion hoá.
Thực hiện
Mai Danh Tùng
K49 ĐHSP Sinh
ĐH Tây Bắc