CHUONGII- ACID AMIN

CHƯƠNG 2
Acid amin
Nội dung
Acid amin - Đơn vị cấu trúc của protein
Tính lưỡng tính (acid - base) của acid amin
Các phản ứng hóa học của acid amin
Cấu trúc lập thể của acid amin
Phổ hấp thu ánh sáng của acid amin
Đơn vị cấu trúc của protein là acid amin
Cấu trúc của acid amin
Phân tử acid amin có cấu trúc tứ diện bao gồm:
1 nguyên tử carbon bất đối xứng (trừ glycine)
Một nhóm amin (a-NH2 )
Một nhóm carboxyl ( a-COOH )
Một nhóm –R
Một nguyên tử hydro
Cấu trúc tứ diện
Đồng phân quang học của acid amin
Tất cả acid amin (trừ glycine) đều chứa nguyên tử carbon bất đối xứng (Ca)
Dựa vào danh pháp D, L của hợp chất đường (glyceraldehyde) , mỗi acid amin có hai đồng phân quang học là D-acid amin và L-acid amin
Trong tự nhiên các acid amin tồn tại chủ yếu ở dạng L
Phổ hấp thu ánh sáng của acid amin
Tất cả các acid amin đều hấp thu ánh sáng trong vùng hồng ngoại
Chỉ có Phe, Tyr và Trp (3 acid amin chứa nhân vòng thơm) hấp thu tốt ở vùng tử ngoại (UV)
Độ hấp thu ở bước sóng 280 nm là chỉ tiêu được dùng trong nghiên cứu sinh học phân tử về protein và DNA
Các acid amin có thể liên kết với nhau qua
liên kết peptide
Liên kết hình thành giữa nhóm carboxyl của acid amin này với nhóm amin của acid amin kia, tách ra một phân tử nước
Liên kết peptide
Liên kết dạng trans (oxy của nhóm carbonyl và hydro của nhóm amide ở hai phía của liên kết)
Có 40% tính chất của liên kết đôi
Độ dài liên kết 0.133 nm (ngắn hơn liên kết đơn 0.145 nm nhưng dài hơn liên kết đôi 0.125 nm)
6 nguyên tử tham gia liên kết nằm trên cùng một mặt phẳng
N mang điện dương, O mang điện âm
R H
| |
........N-Ca-C=N+....
|
O-
R H
| |
........N-Ca-C-N......
||
O
The Coplanar Nature of the Peptide Bond
6 nguyên tử của nhóm peptide nằm trên cùng một mặt phẳng
Chuỗi peptide
R1 H R2 H R3 H Rn
| | | | | | |
H3+N-Ca-C-[N-Ca-C]-N-Ca-C....N-Ca-COO-
|| || ||
O O O
Các gốc –R là nhóm chức năng (chuỗi bên) của mỗi acid amin
 Là nhóm phân loại acid amin
Các acid amin liên kết với nhau tạo thành chuỗi peptide
Có bao nhiêu acid amin ?
Có 20 loại acid amin phổ biến: Dựa vào gốc R phân ra các nhóm như sau:
Không phân cực : A, P, I, L, M, V
Phân cực, không tích điện : C, N, Q, G, S, T
Acid (tích điện dương) : D, E
Base (tích điện âm) : H, K, R
Nhân vòng thơm : F, W, Y

Tên của acid amin:
Alanin Histidin Tryptophan
3 chữ cái: Ala His Trp
1 chữ cái: A H W
A. Aliphatic R- Groups

B. Aromatic R-Groups

Polar uncharged R-group
Basic R- groups
Acidic R-groups
Các acid amin “không phổ biến”
Là các acid amin được biến đối về mặt hóa học sau khi tạo thành protein hoặc các thành phần không phải protein:
Hydroxylysine, hydroxyproline trong collagen
Carboxyglutamate trong protein làm đông máu
Các acid amin được phosphoryl hóa trong các phân tử tín hiệu
5-hydroxylysine
4-hydroxyproline
e-N-methyllysine
g-carboxyglutamic acid
Phosphoserine, -threonine, -tyrosine
e-N-acetyllysine
Các phản ứng/dẫn xuất quan trọng của các nhóm R
Cysteine:
-SH + -SH --> -S-S-
Cầu nối disulfide (Cys-Cys = cystine); liên kết trong một chuỗi hoặc giữa các chuỗi polypeptide với nhau

Serine, threonine, and tyrosine:
-OH --> phosphoryl hóa
phản ứng sinh hóa rất quan trọng trong tế bào

Lysine:
-NH3+ --> acetylation, methylation, ubiquitination
 các chuỗi peptide có nhánh
Sự ion hóa của acid amin
Tính lưỡng tính của acid amin
Sự phân ly của acid amin
Sự phân ly của nhóm carboxyl
H2A+ + H2O  HA0 + H3O+
Ka1 = [ HA0 ] [ H3O+ ]
_________________________
[H2A+ ]


Sự phân ly của nhóm amin
HA0 + H2O  A¯ + H3O+
Ka2 = [ A¯ ] [ H3O+ ]
_______________________ [ HA0 ]
Xét trường hợp glycine, gốc R là -H
pKa1 = -logk1
pKa2 = -logk2
Đường chuẩn độ của glycine
pH < pKa1: Toàn bộ ở dạng ion dương
pH > pKa2: Toàn bộ ở dạng ion âm
pKa1 < pH < pKa2 ?
pKa1 = 2.3
pKa2 = 9.6
Xét trường hợp acid glutamic
gốc R là –CH2–CH2–COOH
Phân ly của nhóm a-COOH
Phân ly của nhóm -COOH của gốc R
Phân ly của nhóm a-NH2
Đường chuẩn độ của Acid glutamic
K1
K2
K3
+ ½
0
- ½
+ 1
K1
K2
K3
Đường chuẩn độ của
Lysine
Đối với các acid amin khác
Nhóm alpha carboxyl: pKa # 2
Nhóm alpha amino: pKa # 9
Gốc R:
Arginine (Arg, R): pKa = 12.5
Lysine (Lys, K): pKa = 10.5
Histidine (His, H): pKa = 6.0
Aspartic Acid (Asp, D): pKa = 3.9
Glutamic Acid, Glu, E: pKa = 4.3
Điểm đẳng điện (Isoelectric point – pI)
pI của một acid amin hay một protein là giá trị pH của dung dịch khi acid amin hay protein đó có điện tích tổng (net charge) bằng 0
Khi pH > pI, điện tích tổng của acid amin (protein) là số âm
Khi pH > pI, điện tích tổng của acid amin (protein) là số dương
Kí hiệu điện tích tổng là T
pI = 1/2 (pKa-carboxyl + pKa-amin)
Titration of Glycine
Glycine
pKa1 = 2.3
pKa2 = 9.6
pI = 1/2 (pK1 + pK2) = 5.95
pH < pKa1: Toàn bộ ion dương  T = +1
pH > pKa2: Toàn bộ ion âm  T = -1
pKa1 < pH < pKa2 ?
pKa1 < pH < pI: < ½ ion dương, > ½ Zwitterion
0 < T < + ½
pH = pI: Toàn bộ ở dạng Zwitterion
T = 0
pI < pH < pKa2: > ½ Zwitterion, < ½ ion âm
- ½ < T < 0
pH = pKa1: ½ ion dương, ½ Zwitterion
T = + 1/2
pH = pKa2: ½ Zwitterion, ½ ion âm
T = - 1/2
pI của một số acid amin
Asp, 3.0
Glu, 3.25
His, 7.6 pH 7  Tích 1 ít điện dương
Lys, 9.75
Arg, 10.75
pH 7  Tích điện âm
pH 7  Tích điện dương
Acid glutamic
K1
K2
K3
+ ½
0
- ½
- 1
Sự phân ly phức tạp hơn Glycine vì có thêm nhóm –COOH của gốc -R
pH = pKa1: T = + ½
pH = pI: T = 0
pH = pKa2: T = - ½
pH = pKa3: T = -1
pH của dung dịch acid glutamic là bao nhiêu nếu nhóm a-carboxyl
phân ly hết ¼ ?
Dựa vào phương trình Henderson-Hasselbalch
HA H+ + A-

pH = pKa + log10 [A¯ ]
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
[HA]
Nhóm a-carboxyl có pK = 2
[Glu0] = ¼
[Glu+] = (1 - ¼) = ¾
pH = 2 + log10(1 / 3)

pH = 2 + (-0.477)
pH = 1.523
Xem HA là Glu+
A- là Glu0
Glu+ H+ + Glu0
Lysine
Sự phân ly phức tạp hơn Glycine vì có thêm nhóm –NH2 của gốc -R
pH = pKa1: T = + 1
pH = pKa2 : T = + ½
pH = pI: T = 0
pH = pKa3: T = - ½
+ ½
0
- ½
+ 1
K1
K2
K3
pH của dung dịch lysine là bao nhiêu
nếu nhóm amin của gốc -R
phân ly hết ¾ ?
Nhóm amin của gốc -R có pK = 10.5
[Lys-] = ¾
[Lys0] = (1 – ¾) = ¼
pH = 10.5 + log10(3 / 1)
pH = 10.5 + 0.477
pH = 10.977 = 11.0
Xem HA là Lys0
A- là Lys-
Lys0 H+ + Lys-
Các phản ứng hóa học của
acid amin
Nhóm a-carboxyl tạo nhóm amide và ester
Nhóm a-amin tạo base Schiff và amide
Gốc –R:
Gốc Cystein tạo cầu nối disulfide và có thể bị akyl hóa dễ dàng
Một số gốc acid amin có phản ứng đặc trưng
Base Schiff (đặt tên theo Hugo Schiff) có công thức tổng quát là R1R2C=N-R3
R3 là một gốc alkyl hoặc một nhân vòng thơm (aryl)
Ninhydrin phản ứng với nhóm a-amin tạo hợp chất màu tím; với proline (một imino acid) tạo hợp chất màu vàng
Phản ứng với fluresamine
Phản ứng nhạy hơn ninhydrin và cho sản phẩm phát huỳnh quang.
Độ nhạy cao và không làm ảnh hưởng đến tính chất của protein
Phản ứng với orthophtalaldehyde (OPA)
Phản ứng rất nhạy diễn ra với sự hiện diện của β-mercaptoethanol, có thể phát hiện một lượng rất nhỏ picomol (10-12mol) axit amin ở bước sóng 340 nm