Hóa học protid

Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/Y_online.html

http://mientayvn.com/Y_online.html

HOÙA HOÏC PROTID

MUÏC TIEÂU BAØI HOÏC

Vieát coâng thöùc cuûa 20 acid amin thöôøng gaëp

trong phaân töû protein

Trình baøy ñöôïc caùc tính chaát cuûa acid amin: tính

tích ñieän, tính chaát vaät lyù vaø hoaù hoïc

Neâu ñöôïc teân moät soá peptid coù chöùc naêng sinh

hoïc

Trình baøy ñöôïc caùc lieân keát vaø caùc baäc caáu truùc

cuûa protein

Trình baøy ñöôïc caùc tính chaát cuûa protein: khueách

taùn, tích ñieän, hoaø tan vaø keát tuûa, bieán tính.

PROTEIN LAØ GÌ?

Protein laø ñaïi phaân töû polymer do caùc phaân

töû acid amin (monomer) noái vôùi nhau baèng

lieân keát peptid. Trình töï cuûa caùc acid amin do

gen quyeát ñònh.

Protein coù nhieàu chöùc naêng theå hieän trong

caùc vai troø: caáu truùc, xuùc taùc, vaän chuyeån,

vaän ñoäng, dinh döôõng vaø döï tröõ, baûo veä, ñieàu

hoøa … hoaït ñoäng cuûa cô theå.

PROTEIN

Acid amin (-amino acid)

Peptid

Protein

PROTID

ACID AMIN – Caáu truùc

Acid amin

* moät nhoùm amin (-NH2)

* moät nhoùm carboxyl (-COOH)

cuøng gaén vaøo carbon

* moät chuoãi beân (-R).

Acid amin ñöôïc veõ

* - N ôû beân traùi

* - C=O ôû beân phaûi

Goác R


-Amino acid


Trong thieân nhieân coù khoaûng 300 AA

Trong protein/sinh vaät coù 20 AA

(ñoù laø caùc -amino acid)

Moät soá AA khoâng phaûi laø -amino acid:

-alanin, -aminobutyric acid…

ACID AMIN – Ñoàng phaân

Tröø glycin, taát caû AA

khaùc ñeàu coù carbon

baát ñoái

(Carbon naèm ôû vò trí

trung taâm baát ñoái )


Trong protein chæ chöùa L--amino acid


D, L döïa vaøo D- vaø L- glyceraldehyd

(L: levorotatory; D: dextrorotatory)

ACID AMIN – Phaân loaïi

Döïa vaøo chuoãi beân (-R)

Khoâng phaân cöïc

Phaân cöïc vaø khoâng tích ñieän

Phaân cöïc vaø tích ñieän


AA khoâng phaân cöïc – hydrophobic – water fearing


AA khoâng phaân cöïc – hydrophobic – water

fearing


AA phaân cöïc – khoâng tích ñieän

(chuoãi beân chöùa caùc nhoùm phaân cöïc khoù ion hoùa)


AA phaân cöïc – khoâng tích ñieän

(chuoãi beân chöùa caùc nhoùm phaân cöïc khoù ion hoùa)


AA phaân cöïc vaø tích ñieän aâm ôû pH cô theå

(chuoãi beân chöùa nhoùm carboxyl)


AA phaân cöïc, tích ñieän döông ôû pH cô theå

(chuoãi beân chöùa nhoùm amin)


Moät soá AA ñaëc bieät

• Hydroxylysine, hydroxyproline - collagen

• γ-Carboxyglutamate - prothrombin

• 3-Monoiodotyrosine, 3,5-diiodotyrosine, T3, T4 -

hormon giaùp traïng vaø caùc tieàn chaát

• Citrullin, ornithin - sinh toång hôïp ure


Vai troø cuûa (R) / AA trong chuoãi polypeptid

Voøng imidazole (His, trong Hb, Mb)

Chöùc –OH (Ser, Thr), –SH (Cys)

Cysteine-SH + HS-Cysteine <-----> Cysteine-S-S-Cysteine

–COO-, –NH

3

+ cuûa (R) caùc AA acid hay base…

Ñoùng vai troø quan troïng trong hình thaønh caáu truùc, tham

gia caùc nhoùm trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzym


Vai troø cuûa caùc AA trong chuoãi polypeptid

AA kî nöôùc khoâng töông taùc trong moâi tröôøng

nöôùc, chieám phaàn lôùn beà maët phía trong phaân töû

protein. Loaïi naøy khoâng bò ion hoùa, khoâng taïo LK

hydro.

AA öa nöôùc töông taùc vôùi moâi tröôøng nöôùc, taïo

LK hydro vôùi nöôùc vaø chieám tæ leä lôùn ôû treân beà

maët ngoaøi cuûa protein, hay coù maët ôû caùc trung taâm

hoaït ñoäng cuûa enzym.

ACID AMIN – Ñieän tích

ÔÛ pH trung tính, AA ôû daïng löôõng cöïc

ACID AMIN – Tính chaát

ÔÛ pH trung tính (pH maùu: 7,4; pH noäi baøo: 7,1)

Dipolar (zwitterion)


R-COOH R-COO- + H

+

R-NH3

+ R-NH

2 + H

+

Theo quan nieäm Bronsted thì AA chöùa ít

nhaát 2 nhoùm acid phaân ly yeáu

AA laø acid yeáu coù theå phaân ly nhieàu laàn



Daïng ion hoùa cuûa AA thay ñoåi tuøy theo pH moâi

tröôøng thay ñoåi [C] cuûa caùc daïng ion

Taïi pH moâi tröôøng:

o A+/-

= MAX

o A- = A

+ = MIN

o ÑIEÄN TÍCH = 0

AA khoâng di chuyeån trong ñieän tröôøng

pHi (isoelectric)

(pH ñaúng ñieän)


Taïi pH moâi tröôøng < pHi

AA hoaït ñoäng nhö base

R-CH-COO- R-CH-COOH

NH3

+ NH

3

+

Toàn taïi caû 3 daïng ion A+/-

, A- , A

+

Cation A+ chieám tæ leä nhieàu nhaát

Trong ñieän tröôøng, AA chuyeån veà cöïc (-)

H+


Taïi pH moâi tröôøng > pHi

AA hoaït ñoäng nhö acid

R-CH-COO- R-CH-COO

-

NH3

+ NH

2

Toàn taïi caû 3 daïng ion A+/-

, A- , A

+

Anion A- chieám tæ leä nhieàu nhaát

Trong ñieän tröôøng, AA chuyeån veà cöïc (+)

H+

Ñöôøng chuaån ñoä glycin 0,1M, 25oC

pK1 - COOH

pK2 - NH3

+

ACID AMIN – Tính pI


Acid aspartic

A+ A+/- A+/-/- A-/-

pK1 pK2 pK3

Arginin

A+/+ A+/+/- A+/- A-

pK1 pK2 pK3


Tính chaát vaät lyù

Deã tan trong dung moâi phaân cöïc

Vò ngoït kieåu ñöôøng (natri glutamat: vò

ngoït kieåu ñaïm)

Phoå haáp thuï:


Caùc acid amin khoâng haáp thu aùnh saùng nhìn

thaáy ñöôïc (khoâng maøu), vaø (tröø acid amin thôm

Phe, Tyr, His vaø Trp) haáp thuï aùnh saùng ôû vuøng

tia hoàng ngoaïi

Chæ Phe, Tyr, His vaø Trp haáp thuï ôû vuøng UV

Ño noàng ñoä AA toát nhaát ôû 280 nm

ÖÙng duïng: dd acid amin, nöôùc maém


Tính chaát hoaù hoïc

PHAÛN ÖÙNG DO NHOÙM -NH2 VAØ -COOH

1. Phaûn öùng NINHYDRIN

2. PHAÛN ÖÙNG TAÏO LIEÂN KEÁT PEPTID

PEPTI

D

Teân: Acid glutamic - Glycin - Alanin - Lysin

Kí hieäu ba chöõ: Glu-Gly-Ala-Lys

Kí hieäu moät chöõ: EGAK

PEPTID - Caáu taïo

PEPTID

C

O

N

H

Lieân keát

PEPTID AA1 AA2 AA3 AA4

(Baûn chaát laø LK amid)

PEPTID

Vôùi n AA, coù n-1 lieân keát peptid

Coù 2 ñaàu: N taän vaø C taän

N taän ôû phía beân traùi - ñaàu chuoãi

C taän ôû phía beân phaûi - cuoái chuoãi

Teân goïi theo teân rieâng

Glutathion, glucagon, insulin, ACTH…

PEPTID- tính chaát

Phaân töû peptid coù:

Nhoùm -amin töï do ôû ñaàu N taän

Nhoùm -carboxyl töï do ôû ñaàu C taän

Boä khung: maïch lieân keát peptid

Chuoãi beân: caùc goác R cuûa caùùc AA

Coù tính chaát löôõng tính gioáng AA


Moãi phaân töû peptid coù moät pH

i töông öùng

pH moâi tröôøng > pHi : Peptid tích ñieän (-)

pH moâi tröôøng < pHi : Peptid tích ñieän (+)

Phaûn öùng nhaän bieát lieâân keát peptid (Biuret)

OH-, Cu++ Phöùc tím hoàng Biure

(-CO-NH- )


-NH3

OH-

Cu++ Phöùc tím hoàng Biure


Töông töï vôùi protein

Peptid coù töø 3 AA (2 lieân keát peptid) thì phaûn öùng biuret (+)

PEPTID coù hoaït tính sinh hoïc

Neuropeptid: Coùù maët ôû naõõo boää, aûnh höôûng leân

hoaït ñoäng cuûa TKTW, chuû yeáu do tuyeáân yeâân vaø

vuøøng döôùi ñoài.

Enkephalin (5AA), endorphin (15AA); oxytocin…

Hormon peptid:

Insulin (51AA); glucagon (29AA); gastrin (16AA)…

Peptid khaùng sinh: do vi khuaåån, naám taïïo ra; chöùa caû

L vaøø D AA; chöùa moät soá AA khoâng coù trong protein


Gramicidin S: Val-Orn-Leu-D.Phe-Pro

Pro-D.Phe-Leu-Orn-Val

taùc duïng treân vi khuaån Gram (+), laøm hö maøøng

phospholipid cuûa vi khuaån.

Peptid tham gia heä thoáng oxy hoaù-khöû

Glutathion: glutamyl-cystein-glycin

2 G-SH 2 G-S-S-G -2H

+2H


PROTEIN: Phaân loaïi

Nhieàu heä thoáng phaân loaïi do söï phöùc taïp veà

Caáu truùc - Tính chaát lyù hoùa – Chöùc naêng sinh hoïïc

Döïa vaøo tính hoøa tan: Alb (H2O); globulin (muoái loaõng)

Döïa vaøo hình daïng: Protein sôïi (collagen, elastin…);

Protein caàu (enzym, alb, myoglobin)

Döïa vaøo chöùc naêng: Caáu truùc, vaän chuyeån, xuùùc taùùc…

Döïa vaøo tính chaát vaät lyù: phaân bieät caùc protein gaàn nhau

LP (chylomicron, VLDL, LDL, HDL)



Protein huyeát thanh: Albumin, globulin (1,2,,)

Döïa vaøo tính chaát hoùa hoïc :

Protein thuaàn: chæ chöùa caùc AA

Albumin: pHi 4,6-4,7 – MW 35.000-70.000

Globulin: pHi 5,2-6,8 – MW 90.000-150.000

Histon: pHi 9-11, chöùa nhieàu AA base

Keratin: MW >2trieäu – Chöùa nhieàu cystin

Collagen: thuûy phaân taïo gelatin; MW 350.000


Protein taïp (protein thuaàn + nhoùm ngoaïi)

Nucleoprotein

Cromoprotein

Lipoprotein

Glycoprotein

PROTEIN-Lieân keát

Baûn chaát laø LK amid (LK peptid hôi ngaén hôn LK ñôn khaùc).

Tính chaát LK ñoâi moät phaàn, haïn cheá quay quanh LK

peptid, neân 4 nguyeân töû –CO-NH- naèm treân cuøng moät

maët phaúng

Lieân keát peptid

PROTEIN-Lieân keát peptid

LK peptid khoâng quay

Lieân keát (-N-C) (Phi)

vaø (-CO-C -) (Psi) quay

töï do


Chuoãi polypeptid ñöôïc coi laø coù nhieàu maët

phaúng, coù 2 goùc quay giöõa moãi maët phaúng


Vì aûnh höôûng khoâng gian, Phi vaø Psi quay haïn cheá taïo

caáu hình Trans > Cis taïïo caáu truùùc khoââng gian protein

PROTEIN-Lieân keát disulfid

LK ñoàng hoùa trò giöõa 2 cystein treân 1 chuoãi hay 2

chuoãi khaùc nhau.

Ñoùng vai troø quan troïng trong duy trì caáu truùc baäc III

Khi muoán phaân tích protein phaûi phaù vôõ LK naøy

cystein cystein

S S

cystein

cystein

S

S

PROTEIN-Lieân keát Hydro

Laø löïc huùt tónh ñieän giöõa H thöøa ñieän tích (+) vaø O

(hay N, Cl…) thöøa ñieän tích (-) treân cuøng chuoãi hay caùc

chuoãi khaùc nhau. Trong protein, soá löôïng LK hydro lôùn.

0xy

H

Quan troïng trong hình thaønh vaø duy trì caáu truùc baäc II

PROTEIN-Lieân keát ion

Laø löïc huùt tónh ñieän giöõa nhoùm –COO-

(Glu, Asp)

vôùi –NH3

+ (Lys, Arg), coøn goïi laø LK muoái

Glu

Lys

COO-

NH3+

PROTEIN-

Töông taùc kò nöôùc giöõa caùc R

Töông taùc giöõa caùc goác khoâng phaân cöïc beân trong

protein (lieân keát Van der WAAls): yeáu, khoâng laø lieân

keát thöïc söï; quan troïng trong duy trì caáu truùc protein.

alanin

valin

R

R

PROTEIN-Löïc Van de Waals

Laø löïc töông taùc giöõa caùc nguyeân töû, phaân töû

khoaûng caùch ngaén

cöïc kyø yeáu

PROTEIN-Vai troø cuûa caùc LK

Caùc AA noái vôùi nhau baèng lieân keát peptid taïo neân

chuoãi polypeptid.

Trình töï caùc AA laø moät daïng thoâng tin quyeát ñònh

caáu truùc cuûa protein.

Caùc töông taùc khoâng hoùa trò (thuoäc goác R) ñoùng

vai troø quan troïng trong caáu truùc cuûa protein.

Caùc AA lieân keát vôùi nhau baèng caùc lieân keát coù ñoä

linh hoaït giôùi haïn ñeå taïo neân caáu truùc ñoäng hoïc 3

chieàu cuûa phaân töû protein.

Chính caáu truùc seõ quyeát ñònh chöùc naêng cuûa protein

PROTEIN-caáu truùc

Vaøo nhöõng naêm 1950, Linus Pauling ñaët teân cho

nhöõng caáu truùc oâng tìm ra nhôø nhieãu xaï tia X laø xoaén

alpha, laù gaáp beta.

Nay theâm moät soá caáu truùc khaùc nhö uoán beta, caáu

truùc collagen…

PROTEIN-caáu truùc baäc 1

Bieåu thò trình töï caùc AA trong chuoãi polypeptid

Vò trí cuûa caùc cystein khaû naêng taïo LK disulfid


Bieåu thò söï töông quan cuûa caùc AA gaàn nhau trong

chuoãi polypeptid

Lieân keát hydro ñoùng vai troø quan troïng

Ba daïng caáu truùc baäc 2 thöôøng hay gaëp

Xoaén (Alpha helix)

Laù gaáp (Beta-Pleated Sheet)

Caáu truùc uoán ( turns)

PROTEIN- xoaén

Caáu truùc hình roi, sôïi polypeptid xoaén quanh truïc

phaân töû taïo phaàn loõi, goác R cuûa AA nhoâ ra ngoaøi

Beàn vöõng nhôø LK hydro, moãi voøng xoaén coù 3,6 AA

Protein nhieàu xoaén

(Hb, Mb)

Protein ít xoaén

(Chymotrypsin)

PROTEIN-xoaén

PROTEIN- xoaén

PROTEIN- Laù gaáp

Chuoãi polypeptid traûi ra coù hình zigzag

Chuoãi polypeptid keá beân cuøng chieàu: song song

Chuoãi polypeptid keá beân khaùc chieàu: ñoái song

Cô caáu beàn laø do lieân keát hydro giöõa caùc chuoãi

peptid baäc I xa nhau

PROTEIN- Laù gaáp

Đối song Song song

PROTEIN- Laù gaáp

PROTEIN- Laù gaáp

A và B: đối song; B và C: song song

PROTEIN- Laù gaáp

PROTEIN-Caáu truùc baäc 2 khaùc

Caáu truùùc uoán : cho pheùp xoắn vaøø laùù gaáp saéép

xeáp

side-by-side (prolin vaøø glycin)

PROTEIN-Caáu truùc baäc 2 khaùc

Xoaén collagen

chöùa nhieààu glycin, prolin

vaøø hydroxyprolin taïo

daïïng ba sôïi gắn vôùi nhau

nhôø LK hydro.


Caáu truùc khoâng gian 3 chieàu trong 1 chuoãi PP.

Coù ñaëc ñieåm:

Coù caùc caáu truùc baäc 2 gioáng hay khaùc nhau

Cuoän laïi taïo thaønh khoái ñaëc chaéc

LK disulfid ñoùng vai troø quan troïng trong

duy trì caáu truùc naøy



Coù töø 2 chuoãi polypeptid baäc 3 trôû leân, taïo

thaønh protein oligomer. Töøng chuoãi PP ñöôïc

goïi laø protomer, monomer, döôùi (baùn, tieåu) ñôn

vò.

Caùc chuoãi PP lieân keát vôùi nhau qua caùc löïc

khoâng ñoàng hoùa trò: lieân keát H vaø lieân keát tónh

ñieän.

MW cuûa haàu heát caùc protein baäc 4 >50.000 Da.


Hemoglobin (Hb) goàm 4 tieåu ñôn

vò: 2 chuoãi , 2 chuoãi

PROTEIN

Chæ thay ñoåi 1 AA trong phaân töû protein daãn tôùi thay

ñoåi hoaït tính hay chöùc naêng cuûa protein ñoù.

Thí duï: Thieáu maùu hoàng caàu lieàm (Sickle cell anemia)

HbA: X-X-X-X-X-Glu (chuoãi )

HbS: X-X-X-X-X-Val (chuoãi )

laøm thay ñoåi hình daïng cuûa hoàng caàu töø hình dóa thaønh

hình lieàm, giaûm tính ñaøn hoài vaø taêng khaû naêng vôõ

hoàng caàu

PROTEIN

HC hình lieàm

PROTEIN-Tính chaát

Lyù tính

Protein/nöôùc taïo dd keo (1<d<100nm)

Khueách taùn trong dd chaäm

Khoâng qua ñöôïc maøng

baùn thaám

Thaåm tích loaïi muoái


AÙp duïng:

Thaän nhaân taïo

Thaåm phaân phuùc maïc


Protein/nöôùc taïo aùp suaát (p) thaåm thaáu goïi p

keo

P keo <30-40 mmHg nhöng quan troïng trong

vaän chuyeån nöôùc, chaát dinh döôõng vaø saûn phaåm

chuyeån hoùa qua thaønh maïch

Mao ÑM Mao TM Mao maïch

ASTT> ASK ASTT < ASK ASTT = ASK

40 28 16 40 90%

10% Baïch huyeát


Tính chaát acid-base

Gioáng AA vaø peptid, protein/ddòch toàn taïi caû 3

daïng ion P+/-

, P+, P

-. Tuøy pH moâi tröôøng so vôùi pH

i

cuûa protein maø protein tích ñieän (+) hay (-)

ÖÙng duïng ñieän di protein (electrophoresis)

NT: döïa tính chaát tích ñieän ôû pH mt pHi

di chuyeån trong ñieän tröôøng

Ñieän tích

Troïng löôïng

Kích thöôùc…


Ñieän di ñoà

Protein

huyeát

thanh

(serum)

Alb: pHi 4,6 – 5,2

Globulin: pHi 5,2- 6,8


Ñieän di ñoà


Ñieän di ñoà


Hoaø tan vaø keát tuûa

Dd keo beàn vöõng nhôø

Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñoä hoøa tan

pH

Noàng ñoä muoái : muoái trung tính

Noàng ñoä muoái thaáp: taêng ñoä tan (salting in)

Noàng ñoä muoái cao: giaûm ñoä tan, coù theå gaây

tuûa protein (salting out)

Lôùp aùo nöôùc (hydrat hoùa)

Söï tích ñieän cuøng daáu

pH = pHi: ñoä tan thaáp nhaát

pH pHi: ñoä tan gia taêng


ÖÙng duïng

Phöông phaùp dieâm tích: loaïi muoái khoûi dd protein

Dung moâi: Alcol, ceton, amoni sulfat giaûm ñoä tan

Nhieät ñoä: 0oC ñeán 40

oC: ñoä tan taêng

>40oC: ñoä tan giaûm, maát tính beàn vöõng

Tuûa globulin: muoái amoni sulfat baùn baõo hoøa

Tuûa albumin: muoái amoni sulfat baõo hoaø


Söï bieán tính cuûa protein

Protein Bieán tính

To, pH, chaát taåy

Acid maïnh, kim loaïi naëng…

Caáu truùc bò ñaûo loän

Chæ coøn lieân keát peptid

Goác kî nöôùc (R) quay ra ngoaøi

Tính chaát ban ñaàu bò maát

Ñoä tan giaûm, maát tính sinh khaùng nguyeân

Maát hoaït tính sinh hoïc, deã tieâu hoùa

PROTEIN

-Tính chaát

Söï bieán tính thuaän nghòch

Trong moät soá ñieàu kieän nhaát

ñònh, protein bò bieán tính coù theå

trôû laïi daïng ban ñaàu vôùi caáu

truùc, tính chaát vaø chöùc naêng

nguyeân thuûy

Thí duï: ribonuclease


Söï bieán tính khoâng thuaän nghòch

khoâng trôû laïi traïng thaùi ban ñaàu

Thí duï: Loøng traéng tröùng luoäc

ÖÙng duïng

Chieát xuaát, tinh cheá protein (enzym) ñeà

phoøng söï bieán tính (thao taùc to laïnh, ñaûm baûo

pH…)

Science

Hóa học protid