Hoá sinh công nghiệp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Khoa khoa học tự nhiên và xã hội
Bộ môn sinh học
Bài giảng: HOÁ SINH HỌC
Chương 4. Protein

Người soạn: SV Nguyễn Anh Thu


Thái Nguyên - 2007
I. D?C DI?M C?U T?O C?A
PROTEIN (Pr)
I.1.Protein là gì?
- Pr là các polymer phân tử lượng lớn chủ yếu gồm L-α axit amin kết hợp với nhau bằng liên kết peptit tạo thành chuỗi polypeptit.









- Thành phần hoá học chính trong phân tử Pr bao gồm: C, H, O, N.
Ngoài ra, một số Pr còn có lượng nhỏ S , P,Fe, Cu, Mn, Ca…
Trong đó: C từ 50-55%
O từ 21-24%
N từ 15-18%
H từ 6,5-7,3%
S từ 0-0,24%

I.2. Đơn vị cấu tạo cơ sở của Pr
I.2.1. Cấu tạo của axit amin
Công thức cấu tạo tổng quát của các aa:

Trạng thái của các acid amin trong dung dịch
I.2.2. Ký hiệu Phân loại acid amin
I.3. Các loại liên kết trong phân tử Pr
I.3.1. Liên kết peptit

I.3.2. Liên kết hydro

Các dạng liên kết hydro
Liên kết hydro trong phân tử Protein
I.3.3. Liên kết Disulfide

I.3.4. Liên kết cầu muối

I.3.5.Tương tác giữa các nhóm không phân cực
Các nhóm không phân cực như:
- gốc phenyl (C6H5) của Phe
- nhóm - CH3 của Ala
- nhóm -CH2-CH-(CH3)2 của leucin.
Tương tác với nhau bằng liên kết kỵ nước và lực Van der Walls
II. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA Pr
II.1.Cấu trúc bậc 1
Cấu trúc bậc một của protein là số lượng và trình tự sắp xếp của các aa tạo thành mạch polypeptit. Các aa trong chuỗi polypeptit được nối với nhau bởi liên kết peptit (liên kết cộng hoá trị).
Cấu trúc bậc 1 của Lizozyme
Cấu trúc bậc 1 của insulin ở người
II.2.Cấu trúc bậc 2

Cấu trúc bậc 2 của protein là cấu trúc là cấu trúc chu kì của chuỗi polipeptit.
Năm 1951, Pauling và Corey đã đưa ra 2 kiểu cấu trúc bậc 2 chính của chuỗi polipeptit là cấu trúc xoắn α và cấu trúc gấp nếp β.
Là cấu trúc mạch polipeptit xoắn chặt lại tương tự lò xo, những nhóm peptit
(-CO-NH-) và Cα tạo thành phần bên trong (lõi) của xoắn còn các mạch bên (nhóm R) của các gốc aa quay ra phía ngoài.

* Cấu trúc xoắn α:
Mô hình cấu trúc xoắn α của Pauling và Corey
Hemoglobin
Myoglobin
* Cấu trúc phiến gấp nếp β
Trong cấu trúc phiến gấp nếp β các đoạn mạchpolipeptit thường duỗi dài ra không cuộn xoắn chặt như xoắn α.
Cấu trúc phiến gấp nếp β của Fibroin.
* Cấu trúc xoắn collagen
Tropocolagen gồm 3 mạch polipeptit bện vào nhau thành một cuộn xoắn bậc cao. Mỗi mạch tạo bởi các đoạn lặp lại của tripeptit-glyxin-prolin-prolin.
Cấu trúc collagen
Là sự sắp xếp vừa xoắn vừa gấp khúc một cách dày đặc và phức tạp của chuỗi polipeptit.
II.3. Cấu trúc bậc 3

Protein đầu tiên được John, Kendrew mô tả cấu trúc bậc 3 chi tiết là Myoglobin (Mb) vào năm 1957.
Myoglobin
II.4. Cấu trúc bậc 4
Là cấu trúc phân tử Pr chứa từ 2 chuỗi polipeptit trở lên liên kết với nhau thành phức hợp Pr lớn hơn.
Cấu trúc Hemoglobin
Cytochrome c
III. Chức năng của protein
1: Vai trò vận chuyển
2: Vai trò xúc tác
3: Vai trò dinh dưỡng và dự trữ
4: Vai trò vận động
5: Vai trò cấu trúc, chống đỡ cơ học
6: Vai trò bảo vệ
7: Vai trò điều hoà
8: Các vai trò khác
III.1. Vai trò vận chuyển
Những protein của máu và huyết thanh gắn và vận chuyển các phân tử đặc biệt hoặc các ion từ cơ quan này đến cơ quan khác cuả cơ thể gọi là protein vận chuyển
Một số protein gắn trên màng tế bào có nhiệm vụ vận chuyển các chất vào và ra khỏi tế bào
Có một số protein có khả năng vận chuyển các chất đặc biệt: transferin vận chuyển sắt, lipoprotein vận chuyển lipit…
Hemoglobin: chất có vai trò vận chuyển oxy trong cơ thể
Protein vận chuyển qua màng tế bào
Bơm ion Na-K
III.2. Vai trò xúc tác
Protein đặc biệt có hoạt tính xúc tác gọi là các enzym
Hầu hết các phản ứng hoá học trong hệ thống sinh học đều được xúc tác bởi enzym
Các enzym luôn thể hiện vai trò của nó là làm tăng tốc độ phản ứng hoá học lên hàng triệu lần
Sơ đồ phản ứng enzym
III.3. Vai trò dự trữ và dinh dưỡng
Trong hạt của cây trồng chứa những protein dinh dưỡng cần cho sự nảy mầm và phát triển. Các protein của hạt đã được nghiên cứu kỹ như glutein, zein, gliazin của lúa mì, ngô lúa…
Ovalbumin chiếm phần lớn protein của lòng trắng trứng, casein phần lớn protein của sữa đều là protein dự trữ và dinh dưỡng
Trong cơ thể của một vài vi khuẩn, thực vật và động vật đã tìm thấy protein chứa sắt là ferritin đó là dạng dự trữ sắt của cơ thể
III.4. Vai trò vận động
Một số protein giúp cho tế bào và tổ chức có lực để co rút, để thay đổi hình dạng hoặc chuyển động.
sự co cơ được thực hiện bởi sự chuyển động trượt của hai loại sợi protein là myosin và actin, chúng là thành phần chủ yếu của cơ và xương và nhiều tế bào của tổ chức khác.

sự co cơ được thực hiện bởi sự chuyển động trượt của hai loại sợi protein là myosin và actin, chúng là thành phần chủ yếu của cơ và xương và nhiều tế bào của tổ chức khác.
Tubulin là protein được cấu tạo từ những microtubulin, những microtubulin này nằm trong tập hợp protein co rút của lông và roi (của tinh trùng và của vi khuẩn…) để đẩy các tế bào chuyển động.
Sự chuyển động của các chromosome trong quá trình phân bào cũng nhờ hệ thống protein co rút.
Trung tử và lông roi
III.5. Vai trò cấu trúc của protein
Nhiều protein có tác dụng như là những sợi chống đỡ hoặc bao phủ có tác dụng làm bền vững hoặc bảo vệ cấu trúc sinh học của tế bào.
Trong tất cả các tế bào sống protein có vai trò quan trọng trong thành phần cấu trúc của tế bào, tạo nên tính đặc thù cho từng tế bào và các bào quan dưới tế bào.
colagen
Sơ đồ màng tế bào
Protein trong CT màng nhân
Protein trong cấu trúc của NST
III.6. Vai trò bảo vệ của protein
Nhiều protein bảo vệ các tổ chức chống lại sự xâm nhập của các chất lạ hoặc các tác nhân có hại.
Fibrinogen và thrombin là các protein của máu có tác dụng làm đông máu khi thành mạch bị tổn thương.
Một số protein như: nọc rắn, độc tố của vi khuẩn, độc tố của cây có tác dụng phòng thủ.
Fibrinogen
III.7. Vai trò điều hoà của protein
Một số protein có chức năng điều hoà phải kể đến các hormon: insulin, các hormon tuyến yên …
Những protein điều hoà khác như: điều hoà sinh tổng hợp enzym, sinh tổng hợp ARN và AND có trong quá trình phân chia tế bào của procaryota và eucaryota
Tác dụng cuả insulin
III.8. Các vai trò khác của protein
Ngoài các vai trò trên protein còn có vai trò đặc biệt trong quá trình nhận các kích thích của tế bào thần kinh qua chất thụ thể, hoặc nhạy cảm với ánh sáng:
các rhodopsin có trong tế bào hình gậy của võng mạc mắt …

Rodopxin
(Opxin- 11-cis- retinal)
Luminodopxin
Metarodopxin
Opxin
IV. Tính chất và phân loại protein
IV. 1. Tính chất
Khối lượng và hình dạng
Tính lưỡng tính

Dung dịch keo và sự kết tủa
Dung dịch keo
- Là dung dịch protein khi hòa tan do trên bề mặt phân tử có các nhóm phân cực
- Các phân tử keo không đi qua màng bán thấm
- Độ bền dung dịch keo phụ thuộc
Sự tích điện của phân tử Pr
Mức độ hydrat hóa
Nhiệt độ
Sự kết tủa Pr
Là hiện tượng các phân tử Pr kết tụ lại với nhau tạo thành khối lớn tách khỏi dung dịch
- Yếu tố gây kết tủa: pH, muối trung tính, dung môi hữu cơ, nhiệt độ, …
Các dạng kết tủa
Kết tủa thuận nghịch
Ứng dụng: Tinh sạch Pr
Kết tủa không thuận nghịch
Ứng dụng:
Loại bỏ pr
Ngừng phản ứng enzyme
Khả năng hấp thụ tia tử ngoại
Vùng 180 – 220 nm
Cực đại hấp thụ: 190 nm
Đặc trưng liên kết peptit
Vùng 250 – 300 nm
Cực đại hấp thụ: 280 nm
Đặc trưng axit amin vòng thơm
Các phản ứng dùng định tính và định lượng
Phản ứng của liên kết peptit
VD: phản ứng biure
Phản ứng đặc trưng của gốc axit amin
VD: Phản ứng Foling – Ciocalteau
Phản ứng ninhidrin
Phản ứng của nhóm amin tự do đầu N
VD: Phản ứng với foocmaldehit
Phân loại protein
Protein đơn giản
Dựa vào tính tan
- Albumin
- Globulin
- Prolamin
- Glutelin
- Histon
Protein phức tạp
Chương 5
AXIT NUCLEIC
I. Thành phần cấu tạo
Thành phần nguyên tố
C, H, O, N và P trong đó P từ 8 – 10%
Đơn vị cấu tạo cơ sở: Nucleotit
Bazơ nitric
Pentose
Axit phosphoric
Bazơ nitric
Các bazơ nitric ít gặp
Hypoxantin, Xantin

Ngoài ra: các bazơ nitric ít gặp
5- methyl cytosine, 5- hydroxy methy cytosine, 1- methyl Uracil, …
Pentose
Nucleotit
Ribonucleotit
Thành phần cấu tạo axit nucleic tương ứng
Các nucleotit ít gặp (nucleotit lạ)
Một số dạng AMP
Nucleotit vòng có vai trò điều hòa hoạt độ enzyme, chất trung gian cho hoạt động của hormone
Chức năng của nucleotit
Xây dựng phân tử axit nucleic
Tham gia cấu tạo các coenzyme: NAD, NADP, FAD, CoA
Dự trữ và vận chuyển năng lượng
Điều hòa hoạt độ enzyme
Chất trung gian cho hoạt động của hormone