Bài 53. Protein

PROTEIN
I. Định nghĩa:
Protein là những đại phân tử được
cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà
các đơn phân là axit amin. Chúng
kết hợp với nhau thành một mạch
dài nhờ các liên kết petide (gọi là
chuỗi polypetide). Các chuỗi này có
thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều
cách để tạo thành các bậc cấu trúc
không gian khác nhau của protein.

Cấu trúc
phân tử
protein
II. PHÂN LOẠI PROTEIN
1. Phân loại dựa vào thành phần hoá học:
Dựa vào thành phần hoá học có thể phân protein thành hai loại
là protein đơn giản và protein phức tạp
Protein đơn giản: là những protein khi thuỷ phân hoàn toàn chỉ
cho hỗn hợp các α –L – amino axit.
Thí dụ: anbumin có trong lòng trắng trứng, sữa, đậu Hà Lan, còn
globulin có trong sữa, lòng đỏ trứng, đậu tương, máu.

- Protein phức tạp: Là những protein khi thuỷ phân hoàn toàn tạo thành không chỉ hỗn hợp α – L- amino axit mà còn có thành phần phi protein(không chứa amino axit ) còn được gọi là nhóm ghép. Tuỳ theo thành phần phi protein, ta có các protein phức tạp sau:
+ Photphoprotein là protein phức tạp được cấu tạo bởi polipeptit vá gốc axit photphoric nhờ liên kết este giữa axit photphoric với các nhóm –OH của amino axit.

hình ảnh về
protein phức tạp
hình ảnh về
protein phức tạp
+ Glicoprotein là protein phức tạp được cấu tạo bởi polipeptit và oligosaccarit hoặc polisaccarit nhờ các liên kết O-glicozit hoặc N – glicozit.
+ Nucleoprotein gồm: đeoxiribonuleoprotein (DNP) và ribonucleoprotein (RNP), là những protein phức tạp được cấu tạo bởi polipeptit và đeoxiribonuleoprotein hoặc axit ribonucleoprotein.
+ Metalổptein là loại protein phức tạp được cấu tạo bởi polipeptit với một số ion kim loại như Fe2+ , Mn2+ , Mg2+ , Ca2+ , nhờ các liên kết trong hợp chất phức.

2. Phân loại theo hình dạng phân tử protein:
Protein hình cầu là những phân tử có dạng hình cầu, tan trong nước như anbumin, globulin.
- Protein hình sợi là những phân tử có dạng hình sợi, không tan trong nước như keratin của tóc, fibroin của tơ tăm
protein
cầu
Protein
sợi
III. Cấu trúc của protein
Thành phần của protein gồm
trên 20 đoạn α- amino axit và
trong đó có khoảng 10 loại
amino axit rất ít gặp. Phân tử
khối của protein rất lớn từ
hàng nghìn đến hàng chục
triệu đvC. P.Henmut Zon lần
đầu tiên đã tổng hợp protein,
đó là insulin có tính chất gần
giống với tính chất của protein
Cấu trúc phân tử insulin
IV. Thuyết cấu trúc của protein
Người ta phân biệt ra 4 bậc cấu trúc của protein:
Cấu trúc bậc 1: Các axit amin được nối với nhau bởi liên kết peptit, hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạnh polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cưôi cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là một trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide.
Cấu
trúc
bậc
1
Cấu trúc bậc 2:
Là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không
gian, chuỗi polypeptit thường không ở dạnh thang mà xoắn lại
tạo nên một cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β được cố
định bởi các lên kết hiđro giữa những axit amin ở gần nhau.
Các protein sợi như keratin, colaren (có trong lông, tóc, móng, sừng ) gồm nhiều xoắn α. Trong khi các protein cấu trúc
có nhiều nếp gấp β hơn.
Cấu trúc xoắn α
Cấu trúc gấp β
Cấu trúc bậc 3:
Các xoắn và phiến gấp có thể
cuộn lại với nhau thành từng
búi có hình dạng lập thể đặc
rưng cho từng loại protein.
Cấu trúc 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 polypeptit.
Cấu trúc bậc 4:
Khi protein có những chuỗi polypeptit phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc 4 của protein các chuỗi polypeptit liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết H2
IV. Khái niệm sự biến tính:
- Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm,khuấy cơ học … hay tác nhân hoá học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng…Các cấu trúc bậc 2 và bậc 4 của protein bị bến đổi nhưng khônh phá vỡ cấu trúc bậc 1 của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu. Đó là hiên tượng biến tính protein, biến tính protein có tính chất sau:
+ Độ hoà tan giảm do làm lộ các nhóm kị nước.
+ Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzym proteaza
+ Mất hoạt tính sinh học ban đầu
+ Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza
+ Tăng độ nhớt nội tại
+ Mất khả năng kết tinh
V. Tính chất vật lí của protein:
1. Tính tan:
Tính tan của protein thay đổi phụ thuộc vào khối lượng, trật tự kết hợp, tương tác giữa chúng và còn phụ thuộc vào dung môi, môi trường, nhiệt độ…Các protein hình sợi như keratin (của móng, sừng), fibroin của tơ tằm hoàn toàn không tan trong nước. Protein hình cầu của anbumin, glubin của sữa và của máu có thể tan trong nước tạo thành dung dịch keo vì trên bề mặt phân tử có nhiều nhóm nguyên tử phân cực tích điện. Tại điểm đẳng điện, protein tan kém nhất nếu thêm axit hoặc kiềm có thể làm tăng độ tan. Một số muối trung tính có ảnh hưởng đến tính tan của porotein. Tính tan của protein tăng khi nồng độ muối thấp, khi nồng độ muối cao gây ra sự kết tủa protein. Ở nhiệt độ thấp, tính tan của protein giảm.


2. Sự kết tủa của protein:
Tính chất của protein thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, sự tích điện cùng dấu của các protein đứng cạnh nhau và phụ thuộc vào mức độ hiđrat hoá. Khi thay đổi các yếu tố trên, thí dụ như trung hoà lớp điện tích của phân tử, loại bỏ lớp vỏ hiđrat hoá… các phân tử protein kết tủa lại với nhau thành khối tách ra khỏi dung dịch, hiện tượng này được gọi là kết tủa của protein.
Rất nhiều hợp chất của phản ứng với protein tạo thành dạng kết tủa không màu, bao gồm các hợp chất sau:
- Các muối kim loại nặng: HgCl2 ,CuSO4 (CH3COO)2Pb (CH3COO)2Zn.
- Các axit: HNO3 axit axetic, axit tricloaxetic
-Các dung môi hữu cơ: ancol etylic, ancol metylic
- Có hai loại kết tủa: kết tuả thuận nghịch và kết tủa bất thuận nghịch.
+ Kết tủa thuận nghịch: sau khi protein kết tủa, nếu loại bỏ tác nhân gây ra kết tủa, protein lại tan trong nước tạo thành dung dịch keo như trước và vẫn vẫn giữ nguyên các tính chất của chúng.
+ Kết tủa bất thuận nghịch: sau khi protein kết tủa, nếu loại bỏ tác nhân gây kết tủa, protein mất khả năng tạo thành dung dịch bền. Kết tủa bất thuận nghịch làm thay đổi tính chất của protein, chẳng hạn globulin tồn tại ở dạng hình cầu, khi đun nóng sẽ đổi thành dạng duỗi ra!
Đun nóng
VI. Tính chất hoá học:
1. Tính chất lưỡng tính:
Giống như amino axit và peptit, protein cũng có tính chất lưỡng tính và điểm đẳng điện, vì trong phân tử còn nhiều nhóm cacboxy và nhóm amino tự do (không tham gia vào sự hình thành liên kết peptit). Điểm đẳng điện của protein nằm trong vùng 4,6 - 6,3.
2. Phản ứng thuỷ phân:
Đun nóng protein trong dung dịch axit hay trong dung dịch kiềm, hoặc nhờ xúc tác enzim, phân tử protein bị phân cắt dần thành các chuỗi polypeptit, thuỷ phân tiếp tục tạo thành hỗn hợp các α-L-amino axit:

3. Phản ứng định tính và định lượng protein:
Phản ứng định tính:
- Phản ứng biure: Protein phản ứng với CuSO4 trong môi trường kiềm cho dung dịch màu xanh tím. Phản ứng biure giúp nhận ra liên kết peptit.
- Phản ứng Xangtoproteic: Protein phản ứng với HNO3 đặc tạo ra kết tủa màu vàng. Thực chất đây là phản ứng nitro hoá nhân thơm có trong proteinnhw phenylalanin, tyrosin, tryptophan.
- Phản ứng ninhiđrin: Protein tác dụng vơi dung dịch ninhiđrin trong nước cho dung dịch màu xanh. Phản ứng này đặc trưng cho α-amino axit có trong phân tử protein.
Phản ứng định lượng:
Bước đầu cho phản ứng buire, sau đó cho thêm thuốc thử Folin-Xiocanto (hỗn hợp axit photphômlipđic và axit photphovonfamic để tạo hợp chất phức màu xanh da trời có bước sóng hấp thụ cực đại ở 750nm. Dự vào cường độ màu của dung dịch để tính hàm lượng protein
VII. Một số protein đơn giản và quan trọng:
1. Protamin và histon: Cả hai loại này đều là protein đơn giản nhất. Chúng khác các protein khác ở chổ đều có tính chất kiềm yếu. Tính kiềm này là do trong phân tử của chúng có lysin,arginin và histiddin chiếm khoảng 80% trong protamin. Protamin có rất nhiều trong tinh trùng, trong trứng của cá…. Tuỳ thao nguồn gốc, protamin có những tên khác nhau, như salnin (từ cá hồi), scombrin (từ cá chày).

cấu trúc protamin
cấu trúc histon
2. Anbumin và globulin:
Những protein được nhiên cứu kĩ nhất là anbunin và globulin. Chúng thường được gặp trong tất cả các mô động, thực vật. Muốn tách anbumin và globulin ra khỏi hỗn hợp thường dung phương pháp kết tủa (dùng muối). Chẳng hạn, ta thường dùng (NH4)2SO4 có nồng độ khác nhau, sau khi thêm amino sunfat đến bão hoà thì globulin kết tủa, lọc tách lấy globulin rồi thêm (NH4)2SO4 đến bão hoà, anbumin sẽ kết tủa. Globulin chứa 3,5% glyxin còn anbumin chứa glyxin ít hơn nhiều.

Anbumin
globulin
3. Glutelin và prolamin (protein thực vật):
Trong các protein có nguồn gốc thực vật, thì glutelin là quan trọng nhất, thường gặp trong các hạt ngũ cốc cùng với prolamin. Prolamin có trong hạt đậu xanh, là thành phần chính củ gluten. Gluten và prolamintan được trong cồn 60-70.

prolamin
4. Các scleoprotein:
Các protein của các mô chống đỡ: mô xương, sụn, gân,
lông, mỡ…có tên chung là proteinoit, đó là các chất giống
protein đơn giản song chúng có vai trò rất quan trọng. Đặc
điểm rõ nhất của chúng là không tan trong nước, trong các
dung dịch muối, trong các axit, bazơ loãng.
NUCLEOPROTEIT V� CROMOPROTEIT

I. NUCLEOPROTEIT V À CẤU TẠO HOÁ HỌC CỦA CHÚNG
Các nucleoproteit đều được cấu tạo bởi các protein đơn giản như prolamin, histon… và các nhóm phi protein là axit nucleic
1. Axit nucleic:
Axit nucleic là
polime sinh học
do nhiều đơn vị
nucleotit kết hợp vớinhau (còn gọi
là polinucleotit)
nhờ các lien kết photphođieste.
Axit nucleic là thành phần quan trọng nhất của nhân tế bào
Các axit nucleic tồn tại dưới dạng kết hợp với protein và dạng kết hợp đó có tên là nucleoprotein hay nucleoproteit.
a. Thành phần cấu tạo:
Axit nucleic chứa các nguyên tố C, H, O, N, P. Phân tử khối của axit nucleic rất lớn khoảng 2.000.000 đến 10.000.000 đvC. Axit nucleic được cấu tạo bởi các monome la nucleotit. Môti nucleotit bao gồm ba thành phần chính:
Gốc bazơ nitơ (dẫn xuất của dị vòng purin hoặc dị vòng pimiriđin
Gốc pentozơ (riborơ hoặc đeoxiribozơ)
Gốc axit photphoric
Ba thành phần này kết hợp với nhau theo tỉ lệ 1 : 1 : 1
Bazơ nitơ
dẫn xuất của purin
dẫn xuất của pirimiđin
Dẫn xuất dị vòng của purin là adenin và guanin có cấu trúc sau:
Adenin
guanin
Dẫn xuất của pimiriđin: thường gặp là xitozin, uraxin và timin
xitozin
uraxin
timin
Gốc pentozơ:
Hai pentozơ có mặt trong thành phần cấu tạo của axit nuclic là
-D-Ribofuranozơ

-D-2-Đêoxiribofuranozơ

Nucleozit: được tạo thành từ gốc bazơ nitơ và gốc pentozơ nhờ lien kết N-glicozit
uridin
Adenozin
Nucleotit: Còn được gọi là nucleozit monophotphat, chúng được cấu tạo bởi gốc nucleozit và một gốc axit photphoric nhờ lien kết este tạo giữa H3PO4 với nhóm OH ở C’5 hoăc C’3 của pentozơ
Adenozin-5’-monophotphat (AMP)
Adenozin-3’-monophotphat
Trong phân tử nucleozit monophotphat có thể gắn them một hoặc hai gốc axit photphoric để tạo thành nucleozit điphotphat (NDP) hoặc nucleozit triphotphat (NTP)
Adenozin-5’-điphotphat (5’-ADP)
.
X
A
G
b) Cấu trúc của axit nucleic: Nhiều đơn vị nucleotit kết hợp với nhau nhờ liên kết photphođieste tạo nên axit nucleic
Chuỗi polinuclêotit
Liên kết este được
tạo thành từ
nhóm –OH
của gốc photphat
của một đơn
vị nucleotit với
nhóm –OH
cua gốc pentozơ
của đơn vị nucleotit
kế tiếp
Ta có thể phân biệt hai loại axit nucleic: Axit đeoxiribonucleic
(ADN) và axit
ribonucleic (ARN).
Hai loại này khác nhau
về thành phần pentozơ
trong phân tử,
ADN không có bazơ
dị vòng uraxil
còn ARN không
có dị vòng timin
Axit đeoxiribonucleic (AND):
Axit đeoxiribonucleic là poliđeoxiribonucleozit monophotphat, phân tử khối đạt tới hàng chục triệu đvC. Phân tử AND gồm hai chuỗi polinucleotit có cực trái ngược nhau xoắn song song xung quanh một trục chung
Đường kính của vòng xoắn khoảng 20A0, chiều cao của mỗi vòng xoắn xấp xỉ 34A0, mỗi vòngxoắn của một chuỗi gồm 10 nucleotit.
AND có vai trò quan trọng là chuyển giao các đặc tính di truyền giữa các thế hệ.
Axit ribonucleic (ARN)
Axit ribonucleic
là poliribonucleotit,
thành phần cấu
tạo bao gồm:
+ Pentozơ là ribozơ.
+ Các bazơ nitơ
là anđenin
(A), xitozin (X),
guanin (G)
và uraxin (U),
không có timin (T).
+ Phân tử ARN chỉ có một chuỗi (khác với ADN là hai chuỗi ) nhưng cũng có các vùng có cấu trúc xoắn kép. Trong các vùng xoắn này, các bazơ nitơ cũng xắp xếp cặp đôi giữa A và U, G và X nhờ lien kết hiđro. Vai trò của ARN là truyền những thông tin chứa trong AND đến tế bào chất.

+ ARN khuôn: có chức năng làm khuôn tổng hợp protein (kí hiệu là mARN)

ARN có ba loại:
+ ARN riboxom: giữ vai trò cấu trúc trong quá trình tổng hợp protein (kí hiệu là rARN).

+ ARN vận chuyển: có vai trò vận chuyển các amino axit đã được hoạt hoá đến riboxom để tổng hợp protein
(kí hiệu là tARN).
II. CROMOPROTEIT
Các cromoproteit là những proteit phức tạp được tạo bởi những proteit đơn giản.
Nhóm Cromoproteit quan trọng nhất là các proteit phức tạp có nhóm phụ là pyrol thuộc loại này có các hợp chất của Clorophyn giữ vai trò quan trọng trong việc đồng hoá khí CO2 của cây xanh, hemoglobin của người và động vật làm nhiệm vụ chuyển oxi và CO2
trong máu…
1. Cấu tạo hoá học của hemoglobin:
Hemoglobin cấu tạo nên hồng huyết cầu nên giữ một vai trò quan trọng trong quá trình hô hấp: đó là quá trình chuyển khí từ phổ đến các mô và ngược lại
Hêmoglobin bao gồm các protein là globin và nhóm phi protein là heme. Heme chính là các hợp chất mà trong phân tử có một nguyên tử Fe hoá tri II và bốn vòng pyrol nối với nhau bằng những nhóm metilen. Các phân tử heme có phần cốt là porphin. Cấu tạo của phân tử heme được trình bày ở hình
CAC HINH ANH VE HEMOGLOBIN
Một số cấu trúc của hêmôgrôbin