Chuong iv- protein (2)

CHƯƠNG 4
PROTEIN - Cấu trúc bậc II, bậc III, và bậc IV
Nội dung
Các liên kết ảnh hưởng đến cấu trúc protein
Trình tự acid amin trong cấu trúc của protein
Cấu trúc bậc II của protein
Sự cuộn lại của protein và cấu trúc bậc III
Tương tác giữa các tiểu đơn vị và cấu trúc bậc IV
Cấu trúc domain của protein
Các liên kết yếu
van der Waals: 0.4 - 4 kJ/mol
Liên kết hydro: 12-30 kJ/mol
Tương tác tĩnh điện: 20 kJ/mol
Tương tác kị nước: <40 kj>Tương tác ion giữa
Lys-NH3+ và -OOC-Glu
Vai trò của trình tự acid amin trong cấu trúc của protein
Tất cả thông tin cần thiết cho sự cuộn lại (folding) của chuỗi peptide để có cấu trúc “tự nhiên” đều nằm trong cấu trúc bậc I
Sự hồi tính của protein
C.B. Anfinsen và F. White, 1960`s:
Gây biến tính ribonuclease (RNase A) và xác định điều kiện cần thiết để enzyme phục hồi cấu trúc và chức năng (phản biến tính hay hồi tính - renaturation)
Ribonuclease
4 cầu nối S-S
β-mercaptoethanol khử cầu nối disulfide
Ở dạng biến tính enzym bị
mất hoạt tính
Enzyme hồi tính khi cho vào 1 lượng rất ít (trace) b-mercaptoethanol
Cấu trúc bậc II
Các dạng cấu trúc bậc II được ổn định bởi các liên kết hydro

Xoắn alpha
Các kiểu xoắn khác
Gấp nếp beta
Vòng beta (beta turns / beta bends / tight turns)
Beta bulge
Cấu trúc bậc II: Xoắn alpha
Được đề nghị bởi Linus Pauling và Robert Corey năm 1951
Được xác định trong cấu trúc của keratin bởi Max Perutz
Là thành phần tồn tại phổ biến trong cấu trúc protein
Được ổn định nhờ các liên kết hydro nội phân tử hình thành giữa các gốc acid amin trong chuỗi peptide
Xoắn alpha (a helix)
Cấu trúc xoắn  là xoắn phải




Mặt phẳng của các liên kết peptid nằm song song với trục xoắn.
Các đơn vị lập lại là các vòng đơn với 3.6 gốc amino acid.
Moment lưỡng cực của liên kết peptid lan truyền qua các liên kết hydro
 toàn bộ chuỗi xoắn cũng mang tính lưỡng cực
Sơ đồ liên kết Hydrogen
Mô hình của xoắn α
Cấu trúc bậc II: Gấp nếp b
Được đề nghị bởi Linus Pauling và Robert Corey năm 1951
Có hai loại gấp nếp - : SONS SONG và ĐỐI SONG
Được giữ ổn định nhờ các liên kết hydrogen nội phân tử, hình thành giữa các phần nằm gần nhau của chuỗi polypeptid
Các đơn vị lặp lại là 6.5 Ao cho song song,và 7.0 Ao cho đối song, kiểu liên kết hydrogen cũng khác nhau
Gốc R- của 2 acid amin gần nhau nhô ra khỏi cấu hình zig-zag theo chiều ngược nhau (nằm ở hai phía của gấp nếp b)
Song song (parallel)
• Thường trong cấu trúc lớn (nhiều hơn 5 chuỗi)
• Không có sự phân bố đặc biệt của các nhóm -R kỵ nước và ưa nước
Đối song (anti-parallel)
• Nhỏ hơn
• Có sự xen kẽ giữa các nhóm -R kỵ nước nên các gốc kỵ nước sẽ nằm cùng một phía của gấp nếp b
N’
C’
N’
C’
Fibroin trong tơ tằm: gồm nhiều gấp nếp b đối song
Có sự xen kẽ giữa Gly và (Ser, Ala)
 Tơ tằm tuy mềm dẻo nhưng không kéo căng được
Mô hình của cấu trúc
gấp nếp β
Cấu trúc bậc II: Vòng b
Cho phép chuỗi peptide chuyển hướng trong không gian
Trong vòng b, nguyên tử O trong nhóm carbonyl của aa (i) sẽ liên kết hydro với proton trong nhóm amide của aa (i+3)
Liên kết peptid của hai amino acid bên trong vòng không tham gia tạo liên kết hydro nội phân tử
Glycine và proline thường xuất hiện trong vòng  vì:
G rất nhỏ và linh động
P luôn trong trạng thái sẵn sàng tạo dạng cis- thích hợp cho cấu trúc tạo vòng chặt chẽ.
Vòng  thường tìm thấy trên bề mặt của protein
Vòng b giúp cho xoắn a và gấp nếp b ở gần nhau trong cấu trúc của protein hình cấu (globular protein)
Cấu trúc protein hình cầu cuộn không chặc chẽ, gần 1/3 các gốc AA trong vòng ở vị trí chuỗi polypeptid chuyển hướng ngược lại
Cấu trúc vòng β (β-turn)
Sự tham gia của các acid amin trong các cấu trúc bậc II của protein
Cấu trúc bậc ba: Các kiểu cấu trúc chung của các protein dạng cầu
-hairpin
-motif

Các kiểu hình Protein là cơ sở phân loại protein về mặt cấu trúc
Cơ sở dữ liệu SCOP (Structural Classification Of Proteins):
hệ thống phân loại protein thành 4 loại:
All  (chỉ chứa xoắn )
All  (chỉ chứa gấp nếp  và vòng )
/ (các đoạn - và - nằm xen kẻ hay luân phiên nhau)
 +  (các đoạn - và - nằm tách biệt nhau
All a
Ferritin, là protein dạng xoắn α
Keratin, các chuỗi xoắn a
xoắn lại với nhau
All b
Lectin (hay các protein liên kết với acid béo) có cấu trúc phần lớn các gấp nếp b
a / b
Cấu trúc α/β của protein
a + b
Trình tự acid amin (cấu trúc bậc I) xác định cấu trúc không gian ba chiều của protein

Trong tế bào, các chuỗi polypeptide sau khi được tổng hợp sẽ cuộn lại (folding) hình thành cấu trúc không gian 3 chiều đặc trưng của protein
Cấu trúc bậc ba: Các protein tan trong nước có cấu trúc cuộn lại chặc chẽ với các nhóm kỵ nước nằm sâu trong lòng phân tử
Cấu trúc bậc ba: Các protein tan trong nước có cấu trúc cuộn lại chặc chẽ với các nhóm kỵ nước nằm sâu trong lòng phân tử
Protein trong màng có
cấu trúc ngược lại
Các chuỗi polypeptide có thể
kết hợp nhau thành một phân tử
protein đa đơn vị  Cấu trúc bậc IV
Protein cro của phage λ
Hemoglobin của người
Các mức độ cấu trúc của protein
Cấu trúc bậc IV của Protein
Protein: Cấu trúc bậc V
Cấu trúc domain của protein
Các popypeptid có hơn 100 aa thường cuộn thành 2 hay nhiều đơn vị dạng hình cầu trong phân tử gọi là các DOMAIN
Thường các domain vẫn giữ cấu trúc bậc ba ổn định khi tách các phần còn lại của chuỗi polypeptid
Một tiểu đơn vị của GAPDH thường tạo hai domain:
Một domain có tâm bám với NAD+ (màu đỏ)
Một domain có tâm bám với glyceraldehyde-3-P (xanh lá)
Một số proteins cuộn lại tạo thành các cấu trúc domain chặc chẽ
CD4: the receptor for HIV
Cấu trúc domain của protein
Citrate synthase được tạo thành bởi 2 domain dịch chuyển trong không gian mà không gây biến đổi đáng kể về cấu trúc:
Hình trên: cấu trúc dạng mở
Hình dưới: cấu trúc dạng đóng trong liên kết với cơ chất.
Biến đổi chủ yếu giữa dạng mở và đóng là sự dịch chuyển khoảng cách giữa các domain khoảng 15Ao.