Giáo trình Sinh hóa (Nghề: Khoa học cây trồng - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: SINH HĨA
NGÀNH, NGHỀ: KHOA HỌC CÂY TRỒNG
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định Số:…./QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày… tháng… năm
2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2017


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Sinh hóa được phát sinh từ sự phát triển sinh lý học và hóa hữu cơ. Sinh
hóa là môn khoa học nghiên cứu cơ sở phân tử của sự sống: về thành phần
cấu tạo và chuyển hóa của các chất trong cơ thể sống.
Giáo trình này nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản, làm
nền tảng để sinh viên có cơ sở đi sâu học tập, nghiên cứu về mơn sinh hóa,
cung cấp kiến thức để sinh viên dễ dàng tiếp thu các kiến thức sinh học khác
như sinh lý, di truyền, vi sinh…..
Giáo trình gồm 7 chương
- Chương 1: Protein
- Chương 2: Acid nucleic

- Chương 3: Enzyme
- Chương 4: Vitamin
- Chương 5: Glucid và trao đổi glucid
- Chương 6: Lipid và trao đổi lipid
- Chương 7: Sự trao đổi acid amin và protei
Đây là cuốn giáo trình được biên soạn cơng phu, nhưng chắc chắn khơng tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
đồng nghiệp và các độc giả.
Xin chân thành cảm ơn.

Đồng Tháp, ngày 26 tháng 5 năm 2017
Chủ biên
Trương Thị Mỹ Phẩm


MỤC LỤC
Trang

Chương 1.

Protein ............................................................................................ 01

1.1. Protein và vai trò sinh học của chúng................................................................... 01
1.1.1. Khái niệm về protein .......................................................................................... 01
1.1.2. Vai trò sinh học của protein ............................................................................... 01
1.1.3. Thành phần nguyên tố và thành phần cấu tạo................................................... 03
1.2. Các acid amin......................................................................................................... 03
1.2.1. Khái niệm............................................................................................................ 03
1.2.2. Các acid amin có trong protein.......................................................................... 04
1.2.3. Một số tính chất của acid amin .......................................................................... 07

1.3. Cấu tạo của phân tử protein .................................................................................. 09
1.3.1. Liên kết peptid .................................................................................................... 09
1.3.2. Các bậc cấu trúc của protein .............................................................................. 10
1.3.2.1. Cấu trúc bậc 1 .................................................................................................. 10
1.3.2.2. Cấu trúc bậc 2 .................................................................................................. 11
1.3.2.3. Cấu trúc bậc 3 .................................................................................................. 11
1.3.2.4. Cấu trúc bậc 4 .................................................................................................. 11
1.4. Phân loại Protein.................................................................................................... 11
1.4.1. Phân loại theo hình dạng.................................................................................... 11
1.4.2. Phân loại theo thành phần hóa học .................................................................... 12
1.5. Tính chất của protein ............................................................................................. 13
1.5.1. Tính chất lý học .................................................................................................. 13
1.5.2. Tính lưỡng tính ................................................................................................... 14
1.5.3. Sự biến tính của protein ..................................................................................... 15
1.5.4. Các phản ứng đặc trưng ..................................................................................... 15
Chương 2.

Acid nucleic .................................................................................... 18

2.1. Khái niệm ............................................................................................................... 18
2.2. Thành phần hóa học của acid nucleic................................................................... 18
2.2.1. Đường pentose .................................................................................................... 18


2.2.2. Các base (base pirimidin và base purin) ........................................................... 19
2.2.3. Acid phosphoric.................................................................................................. 21
2.2.4. Các nucleoside .................................................................................................... 21
2.2.5. Các nucleotid ...................................................................................................... 22
2.3. Cấu tạo của acid nucleic........................................................................................ 23
2.3.1. Liên kết diestephosphoric giữa các mononucleotid trong chuỗi polynucleotide

................................................................................................................. 23
2.3.2. Cấu trúc bậc 1 của phân tử acid nucleic............................................................ 24
2.3.3. Cấu trúc bậc 2 của phân tử acid nucleic............................................................ 25
2.4. Sơ đồ phân giải acid nucleic ................................................................................. 25
2.5. Tổng hợp acid nucleic trong tế bào ...................................................................... 30
2.5.1. Sự nhân đôi DNA ............................................................................................... 30
2.5.2. Sự tổng hợp RNA ............................................................................................... 33
Chương 3.

Enzyme ........................................................................................... 37

3.1. Khái niệm ............................................................................................................... 37
3.2. Cấu tạo ................................................................................................................. 37
3.2.1. Bản chất protein của enzyme ............................................................................. 37
3.2.2. Enzym một và hai thành phần ........................................................................... 38
3.2.3. Trung tâm hoạt động của enzyme ..................................................................... 39
3.3. Cơ chế tác dụng của enzyme................................................................................. 41
3.4. Tính đặc hiệu của enzyme..................................................................................... 44
3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme ................................... 46
3.5.1. Nhiệt độ ............................................................................................................... 46
3.5.2. pH ........................................................................................................................ 46
3.5.3. Nồng độ cơ chất và nồng độ enzyme ................................................................ 47
3.5.4. Chất hoạt hóa và chất kìm hãm ......................................................................... 51
Chương 4

Vitamin ........................................................................................... 55

4.1. Khái niệm ............................................................................................................... 55
4.2. Các vitamin tan trong nước................................................................................... 55
4.2.1. Thiamin (vitamin B1) ......................................................................................... 55

4.2.2. Riboflavin (vitamin B2)...................................................................................... 56
4.2.3. Pyridoxin (vitamin B6) ....................................................................................... 57
4.2.4. Cobalamin (vitamin B12) .................................................................................... 58
4.2.5. Ascorbate (vitamin C) ........................................................................................ 58
4.3. Các vitamin tan trong chất béo ............................................................................ 59
4.3.1. Retinol (vitamin A) ............................................................................................ 59
4.3.2. Calciferol (vitamin D) ........................................................................................ 60
4.3.3. Tocopherol (vitamin E) ..................................................................................... 61
4.3.4. Phylloquinon và menoquinon (vitamin K) ..................................................... 61
Chương 5

Glucid và trao đổi glucid ............................................................... 63

5.1. Khái niệm ............................................................................................................... 63
5.2. Monosaccharide ..................................................................................................... 63
5.3. Disaccharide........................................................................................................... 66
5.4. Polysaccharide ....................................................................................................... 67
5.4.1. Tinh bột ............................................................................................................... 67
5.4.2. Cellulose.............................................................................................................. 68
5.4.3. Glycogen ............................................................................................................. 69
5.5. Tổng hợp glucid..................................................................................................... 69
5.5.1. Pha sáng trong quang hợp .................................................................................. 69
5.5.2. Pha tối trong quang hợp ..................................................................................... 77
5.6. Phân giải glucid ..................................................................................................... 80
5.6.1. Q trình đường phân......................................................................................... 80
5.6.2. Lên men yếm khí ................................................................................................ 85
5.6.3. Hơ hấp háo khí – Chu trình Krebs..................................................................... 87
Chương 6

Lipid và trao đổi lipid .................................................................... 93

6.1. Khái niệm chung về lipid ...................................................................................... 93
6.2. Lipid đơn giản........................................................................................................ 93
6.2.1. Glycerid............................................................................................................... 93
6.2.2. Sáp (Cerid) .......................................................................................................... 95
6.2.3. Sterid ................................................................................................................... 96


6.3. Lipid phức tạp ........................................................................................................ 99
6.3.1. Phospholipid ....................................................................................................... 99
Chương 7 Sự trao đổi acid amin và protein ......................................... ........ 108
7.1. Sự tổng hợp acid amin......................................................................................... 108
7.1.1. Sự khử NO3 .......................................................................................................108
7.1.2. Các đường hướng tổng hợp acid amin ............................................................ 108
7.1.3. Các đường hướng giải độc NH3....................................................................... 109
7.2. Sự phân giải các acid amin ................................................................................. 112
7.2.1. Khử cacboxyl hóa.............................................................................................112
7.2.2. Khử amin hóa ................................................................................................... 112
7.3. Sự trao đối protein ...............................................................................................114
7.3.1. Sự tổng hợp protein .......................................................................................... 114
7.3.2. Sự phân giải protein ......................................................................................... 114

i


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơn học: SINH HĨA
Mã mơn học: CNN226

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
- Vị trí: Khuyến nơng là mơn học kỹ năng chuyên ngành bắt buộc, được bố trí sau
khi người học đã học xong chương trình các mơn học chung và các mơn học cơ
sở.
- Tính chất: đây là một trong những môn học kỹ năng quan trọng, giúp sinh viên
hiểu về các hoạt động khuyến nông và các kỹ năng cần thiết trong hoạt động
khuyến nông.
Ý nghĩa và vai trị: Giáo trình này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản
nhất về nông Khuyến nông, kỹ thuật tổ chức và quản lý các chương trình khuyến
nơng nhằm giúp sinh viên sau khi ra trường có thể nắm được các kỹ năng cần thiết
để xây dựng và quản lý chương trình khuyến nơng một cách hiệu quả nhất
Mục tiêu của mô đun:
- Về kiến thức:
+ Hiểu được khuyến nơng là gì, các hoạt động của khuyến nơng
+ Biết được phương pháp tiếp xúc với nông dân như thế nào để nơng dân
có cảm tình và đạt hiệu quả cao trong công việc
+ Biết các nguyên tắc thuyết phục nông dân hành động và biết cách tổ chức
những buổi tập huấn, hội họp
+ Nắm bắt được các cách thiết kế bài giảng, áp phích, bảng lật, tờ bướm.
- Về kỹ năng:
+ Thực hiện các nguyên tắc để lấy thiện cảm với nơng dân
+ Xây dựng được bài thuyế trình và thực hiện thuyết trình trước nơng dân
đạt hiệu quả tốt
+ Thực hiện tổ chức những buổi hội thảo, tập huấn cho nông dân
+ Thiết kế được các bảng lật, bài báo cáo sinh động, dễ hiểu.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện tính cẩn thận, ham học hỏi.
+ Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết cơng việc, vấn đề
phức tạp trong điều kiện làm việc thay đổi, chịu trách nhiệm cá nhân và
trách nhiệm đối với nhóm.

ii


Nội dung của mơ đun:

Thời gian (giờ)
Số
TT

Tên bài, mục

Tổng
số

Thực
hành, thí
Lý
nghiệm, Kiểm tra
thuyết
thảo luận,
bài tập

1

Chương 1: Protein

1

1

2

Chương 2.

Acid nucleic

1

1

3

Chương 3.

Enzyme

2

2

4

Chương 4

Vitamin

12

4

5

Kiểm tra

6

Chương 5
glucid

7

Chương 6
lipid

8
9

8

1
Glucid và trao đổi

1

15

3

12

6

3

8

Chương 7 Sự trao đổi acid amin
và protein

5

3

2

Ơn thi

1

1

10 Thi/kiểm tra kết thúc mơn học

1

1

Cộng

45

Lipid và trao đổi

iii

14

28

3


C

ương I

h

PROTEIN
1. Viết được công thức cấu tạo của 20 acid amin thường gặp trong phân tử
protein.
2. Phân loại acid amin, biết được liên kết trong cấu trúc của protein.
3. Mô tả được 4 bậc cấu trúc và phân loại protein
4. Trình bày được tính chất của protein
1.1. Protein và vai trò sinh học của chúng
1.1.1. Khái niệm về protein
Protein là một nhóm các hợp chất đại phân tử sinh học, cùng với
polysaccharide, lipid và acid cnucleic, tạo nên các hợp phần chủ yếu của cơ thể
sống. Một cách cụ thể, protein là các polymer được tạo nên từ các trình tự xác định
các amino acid. Protein là hợp chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ

thể sống. Về mặt số lượng, protein chiếm không dưới 50% trọng lượng khô của tế
bào. Từ lâu người ta đã biết rằng protein tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể
sinh vật. Ngồi vai trị là thành phần chính trong cấu trúc của tế bào và mơ, protein
cịn có nhiều chức năng phong phú khác quyết định những đặc điểm cơ bản của sự
sống như sự truyền đạt thơng tin di truyền, sự chuyển hố các chất. Thật vậy, các
enzyme, các kháng thể chống lại bệnh tật, các hormon dẫn truyền các tín hiệu trong
tế bào, ... đều có bản chất là protein. Ngày nay, khi hiểu rõ vai trò to lớn của protein
đối với cơ thể sống, người ta càng thấy rõ tính chất duy vật và ý nghĩa của định
nghĩa thiên tài của Engels P.: “Sự sống là phương thức tồn tại của những thể protein”.
Với sự phát triển của khoa học, vai trò và ý nghĩa của protein đối với sự sống ngày
càng được khẳng định. Cùng với acid nucleic, protein là cơ sở vật chất của sự sống.
1.1.2. Vai trò sinh học của protein
 Tạo hình
Ngồi các protein làm nhiệm vụ cấu trúc như vỏ virus, màng tế bào, cịn gặp
những protein thường có dạng sợi như: sclerotin có trong lớp vỏ ngồi sâu bọ;

1


fibrolin của tơ tằm, nhện; collagen, elastin của mô liên kết, mơ xương. Collagen
đảm bảo cho độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết.
 Xúc tác
Hầu hết tất cả các phản ứng xảy ra trong cơ thể đều do các protein đặc biệt
đóng vai trị xúc tác. Những protein này được gọi là các enzyme. Mặc dầu gần đây
người ta đã phát hiện được một loại RNA có khả năng xúc tác q trình chuyển hố
tiền RNA thơng tin (pre-mRNA) thành RNA thông tin (mRNA), nghĩa là enzyme
không nhất thiết phải là protein. Tuy nhiên, hầu hết các phản ứng diễn ra trong các
cơ thể sống đều được xúc tác bởi các enzyme có bản chất protein. Bởi vậy, định
nghĩa có tính chất kinh điển: enzyme là những protein có khả năng xúc tác đặc hiệu
cho các phản ứng hoá học, là chất xúc tác sinh học vẫn có ý nghĩa đặc biệt quan

trọng. Hiện nay người ta biết được khoảng 3.500 enzyme khác nhau, trong số đó
nhiều enzyme đã được tinh sạch, kết tinh và nghiên cứu cấu trúc.
 Bảo vệ
Ngồi vai trị là chất xúc tác và tạo cấu trúc cho tế bào và mô, protein cịn có
chức năng chống lại bệnh tật để bảo vệ cơ thể. Đó là các protein tham gia vào hệ
thống miễn dịch. Đặc biệt nhiều loại protein thực hiện các chức năng riêng biệt tạo
nên hiệu quả miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu. Các protein miễn dịch được
nhắc đến nhiều hơn cả là các kháng thể, bổ thể và các cytokine. Ngồi ra, một số
protein cịn tham gia vào q trình đơng máu để chống mất máu cho cơ thể. Một số
lồi có thể sản xuất ra những độc tố có bản chất protein như enzyme nọc rắn, lectin,
... có khả năng tiêu diệt kẻ thù để bảo vệ cơ thể.
 Vận chuyển
Trong cơ thể động vật có những protein làm nhiệm vụ vận chuyển như
hemoglobin, mioglobin, hemocyanin vận chuyển O2, CO2 và H+ đi khắp các mô,
các cơ quan trong cơ thể. Ngồi ra cịn có nhiều protein khác như lipoprotein vận
chuyển lipid, seruloplasmin vận chuyển đồng (Cu) trong máu ... Một trong những
protein làm nhiệm vụ vận chuyển được nhắc đến nhiều nhất đó là hemoglobin.
 Vận động

2


Nhiều protein làm nhiệm vụ vận động co rút như myosin và actin ở sợi cơ,
chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào, ...
 Dự trữ và dinh dưỡng
Các protein làm nhiệm vụ dự trữ như casein của sữa, ovalbumin của trứng,
feritin của lách (dữ trữ sắt) v.v... Protein dự trữ này chính là nguồn cung cấp dinh
dưỡng quan trọng cho các tổ chức mô, phôi phát triển.
 Dẫn truyền tín hiệu thần kinh
Nhiều loại protein tham gia vào q trình dẫn truyền tín hiệu thần kinh đối

với các kích thích đặc hiệu như sắc tố thị giác rodopsin ở võng mạc mắt.
 Điều hoà
Nhiều protein có khả năng điều hồ q trình trao đổi chất thông qua việc tác
động lên bộ máy thông tin di truyền như các hormon, các protein ức chế đặc hiệu
enzyme … Một ví dụ điển hình là các protein repressor ở vi khuẩn có thể làm
ngừng q trình sinh tổng hợp enzyme từ các gene tương ứng.
 Cung cấp năng lượng
Protein là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể sống. Khi thủy phân
protein, sản phẩm tạo thành là các amino acid, từ đó tiếp tục tạo thành hàng loạt các
sản phẩm trong đó có các keto acid, aldehyd và carboxylic acid. Các chất này đều bị
oxy hoá dần dần tạo thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng ra năng lượng.
1.1.3. Thành phần nguyên tố và thành phần cấu tạo
Thành phần nguyên tố protein gồm: C, H, O, N, S. Ngồi ra cịn có Fe, Zn,
Cu, Mn, Ca với tỉ lệ rất ít. Trong đó:
C: 50-55%

N: 15-18%

O: 20-23%

H: 6.5-73%

1.2. Các acid amin
1. 2.1. Khái niệm
Acid amin là đơn vị cơ bản tạo thành chuỗi polypeptide, có 20 L-α-acid amin
thường gặp trong protein.
Acid amin chứa 2 nhóm amin (– NH2) và carboxyl ( – COOH), hai nhóm này
gắn vào vị trí carbon α.

3

NH2
‫ا‬
R – Cα – COOH
‫ا‬
H
1.2.2. Các acid amin có trong protein
Mặc dù có khoảng 300 acid amin hiện diện trong tự nhiên, nhưng có khoảng
20 acid amin tham gia vào cấu tạo protein. Protein nếu được thủy phân hoàn toàn sẽ
cho ra 20 L acid α – amin.
 Phân loại acid amin
Dựa theo mạch bên R: mạch thẳng, mạch vòng
Dựa theo tính phân cực (polar) hoặc khơng phân cực (nonpolar) của gốc R,
acid amin được xếp vào 2 nhóm sau:
Bảng 1.1: Các acid amin có gốc R khơng phân cực và acid amin có gốc R phân
cực
R khơng phân cực (nonpolar)
Alanine

R phân cực (polar)
Arginine

Isoleucine

Asparagine

Leucine

Acid aspartic

Methionine

Cysteine

Phenylalanine

Acid glutamic

Proline

Glutamine

Tryptophane

Glycine

Valine

Histidine
Lysine
Serine
Threonine
Tyrosine

Dựa theo đặc tính sinh lý:
+ Acid amin thiết yếu: cơ thể động vật không thể tự tổng hợp được
+ Acid amin không thiết yếu: cơ thể động vật có thể tự tổng hợp được

4

Bảng 1.2: Tên, ký hiệu, công thức cấu tạo của 20 L acid α – amin hiện diện
trong protein
Tên

Ký hiệu

Công thức

Với chuỗi bên là hydrocarbon (aliphatic)
Glycine

Gly (G)

Alanine

Ala ( A)

Valine

Val (V)

Leucine

Leu (L)

Isoleucine

Ile (I)

Với chuổi bên chứa nhóm hydroxyl (OH)
Serine

Ser (S)

Threonine

Thr (T)

Với chuỗi bên chứa nguyên tử lưu huỳnh (S)
Cysteine

Cys (C)

Methionine

Met (M)

5


Với chuỗi bên chứa nhóm acid và amid của nó
Acid aspartic

Asp (D)

Asparagine

Asn (N)

Acid glutamic

Glu (E)

Glutamine

Gln (Q)

Với chuỗi bên chứa nhóm base
Arginine

Arg (R)

Lysine

Lys (K)

Histidine

His (H)

Với chuỗi bên chứa nhân thơm
Histidine

His (H)

Phenylalanine

Phe (F)

Tyrosine

Tyr (Y)

Xem ở trên

Trp (W)

6


Tryptophan
Acid amin
Proline

Pro (P)

1.2.3. Một số tính chất của acid amin
1.2.3.1. Tính chất lý học:
Acid amin dễ tan trong dung mơi phân cực như nước và ethanol, không tan
trong các dung môi không phân cực như benzen, ether…
Kết tinh thành tinh thể trắng và bền ở nhiệt độ thường (20-250C)
1.2.3.2. Tính chất hóa học
- Phản ứng với nhóm chức carboxyl (-COOH)
+ Tạo este với rượu (este hóa)
R1 – CH – COOH

+

HO – R2

R1 – CH – COOR2

NH2

NH2

+ Phản ứng khử carboxyl thành alcol bậc I
Khử bởi LiBH
R – CH – COOH
NH2

R – CH – CH2OH
NH2

+ Phản ứng tạo peptide, liên kết peptide
H2N – CH – COOH + H2N – CH – COOH
R1
R2
7

H2N – CH – CO – NH – CH – COOH
R1
R2


+ Phản ứng tạo muối
- H2O

H2N – CH – COOH

+

H2N – CH – COONa

NaOH

R

R

+ Phản ứng với kim loại
H2N

H2N – CH – COOH + Cu++
R1

NH2
‫اا‬
+ H2N – CH – COOH → R1 – CH Cu
HC – R2
‫ا‬
‫ ا ا‬O
‫ا‬
R2
C
C
‫ا‬
‫اا ا‬

O
O O

Độ bền phức hợp tăg theo thứ tự

Mg2+< Mn2+ < Fe2+ < Cd2+ < Co2+ < Zn2+ < Ni2+ < Cu2+
+ Phản ứng khử carboxyl tạo thành amin (nhờ enzyme decarboxylase)
R – CH – COOH

- CO2

R – CH – NH2

NH2
NH2
‫ا‬

H2N – (CH2)3 – CH – COOH

– CO2

Ornithin

H2N – (CH2)4 – NH2
Putresin (tetrametylendiamin)

NH2
‫ا‬

H2N – (CH2)4 – CH – COOH

– CO2

Lysine

H2N – (CH2)5 – NH2
Cadaverin (pentametylendiamin)

Putresin và Cadaverin được tạo nên khi phân giải protein của xác chết (đây là
nguyên nhân trúng độc, thịt ơi)
– Phản ứng với nhóm chức ( – NH2)
+ Phản ứng với acid nito
Các acid amin (trừ proline, hydroproline) đều phản ứng vơi acid nito, tạo
thành oxy acid tương ứng và khí nito. Phản ứng này được Vanslyke dùng để định
lượng acid min bằng cách xác định lượng nito tương ứng thoát ra
R – CH – COOH +
‫ا‬
NH2

R – CH – COOH
‫ا‬
OH

HNO2

8

+ N2 + H 2 O

+ Phản ứng với formaldehyde
Nhóm α – NH bị kìm hãm, do đó ta có thể định lượng acid amin bằng chuẩn
độ nhóm carboxyl ( – COOH ) bằng NaOH chuẩn
R – CH – COOH +

R – CH – COO –
+
‫ا ا‬
N – (CH2OH)2

2H – CH = O

NH2

H+

1.3. Cấu tạo của phân tử protein
1.3.1. Liên kết peptid
Peptide có từ hai đến vài chục amino acid nối với nhau. Chúng có thể được tổng
hợp trong tự nhiên hoặc được hình thành do sự phân giải protein. Trong phân tử
peptide, các amino acid được liên kết với nhau thông qua liên kết peptide (hình
1.1).

Hình 1.1: Sự tạo thành liên kết peptide
Liên kết peptide có độ bền cao bởi cấu trúc của nó có 4 e/, 2e/ thuộc về liên
kết C=O cịn 2e/ thuộc về bộ đôi e/ tự do của nguyên tử N. Liên kết giữa C-N là
liên kết phức tạp. Nó có thể chuyển từ dạng  đến dạng lai (trung gian) là một phần
ghép đơi của liên kết  (hình 1.2). Người ta cho rằng tỷ lệ của liên kết kép này là
khoảng 30% đối với liên kết C-N và 70% đối với liên kết giữa C và O. Ở đầu của
một chuỗi peptide là amino acid có nhóm -amin (-NH2) tự do được gọi là đầu Ntận cùng và đầu kia có nhóm -carboxyl (-COOH) tự do được gọi là đầu C tận

cùng. Liên kết peptide tạo nên bộ khung chính của chuỗi peptide hoặc polypeptide,
cịn các gốc R tạo nên mạch bên của chuỗi.

9


Hình 1.2: Sự tồn tại các dạng của liên kết peptde
1.3.2. Các bậc cấu trúc của protein
Về mặt cấu trúc người ta phân biệt protein gồm bốn bậc: bậc 1, bậc 2, bậc 3 và
bậc 4 (hình. 1.3).

Hình 1.3: Sơ đồ các bậc cấu trúc của protein
1.3.2.1. Cấu trúc bậc 1
Cấu trúc bậc 1 biểu thị trình tự các gốc amino acid trong chuỗi polypeptide,
cấu trúc này được giữ vững bằng liên kết peptide (liên kết cộng hóa trị). Sự rối loạn
cấu trúc sắp xếp của protein trong liên kết peptide sẽ dẫn đến bệnh lý.
Ví dụ: Bệnh thiếu máu hồng cầu lưỡi liềm
HbA (người bình thường) His – Val – Leu – Tre – Pro – Glu – Glu – Liz
HbS (người bệnh)

His – Val – Leu – Tre – Pro – Val – Glu – Liz

10


Cấu trúc bậc 1 là phiên bản của mã di truyền, việc xác định được cấu trúc
bậc 1 là cơ sở để tổng hợp nhân tạo protein bằng phương pháp hố học hoặc bằng
biện pháp cơng nghệ sinh học.
1.3.2.2. Cấu trúc bậc 2
Biểu thị sự xoắn của chuỗi polypeptide, là tương tác không gian giữa các gốc

amino acid ở gần nhau trong mạch polypeptide. Nói cách khác, là dạng khơng gian
cục bộ của từng phần trong mạch polypeptide. Cấu trúc này được làm bền nhờ các
liên kết hydro được tạo thành giữa các liên kết peptide ở gần nhau.
1.3.2.3. Cấu trúc bậc 3
Biểu thị sự xoắn và cuộn khúc của chuỗi polypeptide thành khối, đặc trưng
cho protein dạng cầu, là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau
trong mạch polypeptide. Trong nhiều protein dạng cầu có chứa các gốc cysteine tạo
nên liên kết disulfur giữa các gốc Cys xa nhau trong mạch polypeptide làm cho
mạch bị cuộn lại. Ngồi ra, cấu trúc bậc 3 cịn được giữ vững bằng các loại liên kết
khác như liên kết kị nước, lực Van der Waals, liên kết hydro, liên kết tĩnh điện giữa
các gốc amino acid.
1.3.2.4. Cấu trúc bậc 4
Biểu thị sự kết hợp của các chuỗi có cấu trúc bậc 3 trong phân tử protein.
Những phân tử protein có cấu trúc từ 2 hay nhiều chuỗi protein hình cầu, tương tác
với nhau sắp xếp trong không gian tạo nên cấu trúc bậc 4. Mỗi một chuỗi polypeptide
đó được gọi là một tiểu đơn vị, chúng gắn với nhau nhờ các liên kết hydro, tương
tác Van der Waals giữa các nhóm phân bố trên bề mặt của các tiểu đơn vị để làm
bền cấu trúc bậc 4.
1.4. Phân loại protein
1.4.1. Phân loại theo hình dạng
1.4.1.1. Protein dạng sợi
Có hình dạng dài, thường là hình sợi, chiều dài của phân tử protein sợi lớn hơn
đường kính của nó hàng trăm lần. Protein sợi tương đối bền vững, không tan trong
nước và dung dịch muối loãng, các chuỗi polypeptide của protein sợi nằm dọc theo
một trục thành những sợi dài. Protein sợi là yếu tố cấu trúc cơ bản của mô liên kết ở

11


động vật bậc cao ví dụ collagen ở gân và mô xương, elastin ở mô liên kết đàn hồi,

-keratin ở tóc và da, ...
1.4.1.2. Protein dạng cầu
Có dạng gần như hình cầu hoặc hình bầu dục, chiều dài của phân tử protein
cầu có thể lớn hơn đuờng kính của nó từ 3 đến 10 lần. Protein cầu không bền vững
bằng protein sợi, đa số tan trong dung dịch nước và dễ khuyếch tán, thường có chức
năng hoạt động sống của tế bào như các enzyme, các hormone, các protein vận
chuyển như albumin huyết thanh, hemoglobin ...
1.4.2. Phân loại theo thành phần hố học
Protein gồm hàng trăm, hàng ngàn, thậm chí hàng vạn amino acid nối với
nhau bằng liên kết peptide tạo nên một hoặc nhiều chuỗi polypeptide có cấu trúc
phức tạp. Căn cứ sự có hay vắng mặt của một số thành phần có bản chất khơng phải
protein mà người ta chia protein thành:
1.4.2.1. Protein đơn giản
Protein đơn giản là những phân tử protein mà phân tử của nó gồm tồn
amino acid. Ví dụ, một số enzyme của tụy bị như ribonuclease gồm toàn amino
acid nối với nhau thành một chuỗi polypeptide duy nhất (có 124 gốc amino acid,
khối lượng phân tử 12.640), chymotrypsin gồm toàn amino acid nối với nhau thành
ba chuỗi polypeptide (có 241 gốc amino acid, khối lượng phân tử 22.600), ... Dựa
vào khả năng hòa tan trong nước hoặc trong dung dịch, người ta có thể chia các
protein đơn giản ra một số nhóm nhỏ như:
- Albumin: tan trong nước, bị kết tủa ở nồng độ muối (NH4)2SO4 khá cao (70100%).
- Globulin: không tan hoặc tan ít trong nước, tan trong dung dịch loãng của
một số muối trung tính như NaCl, KCl, Na2SO4, ... và bị kết tủa ở nồng độ muối
(NH4)2SO4 bán bão hoà.
- Prolamin: khơng tan trong nước hoặc dung dịch muối lỗng, tan trong
ethanol, isopropanol 70-80%.
- Glutelin: chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc acid loãng.

12

- Histon: là protein có tính kiềm dễ tan trong nước, khơng tan trong dung dịch
amoniac lỗng.
1.4.2.2. Protein phức tạp
Protein phức tạp là những protein mà phân tử của chúng ngồi các amino
acid như protein đơn giản cịn có thêm thành phần khác có bản chất khơng phải là
protein cịn gọi là nhóm ghép (nhóm ngoại). Tùy thuộc vào bản chất của nhóm
ngoại mà người ta chia các protein phức tạp ra các nhóm nhỏ và thường gọi tên các
protein đó bắt đầu từ chỉ bản chất nhóm ngoại:
- Lipoprotein: nhóm ngoại là lipid.
- Nucleoprotein: nhóm ngoại là acid nucleic
- Glycoprotein: nhóm ngoại là carbohydrate và dẫn xuất của chúng.
- Phosphoprotein: nhóm ngoại là phosphoric acid.
- Cromoprotein: nhóm ngoại là hợp chất có màu. Tùy theo tính chất của từng
nhóm ngoại mà có những màu sắc khác nhau như màu đỏ (ở hemoglobin), màu
vàng (ở flavoprotein), ... Nếu nhóm ngoại là kim loại thì protein sẽ có tên gọi chung
là metaloprotein.
1.5. Tính chất của protein
1.5.1. Tính chất lý học
- Phân tử lượng
Có nhiều phương pháp xác định phân tử lượng của protein như phương pháp
hóa học, thẩm thấu, tốc độ lắng, … Protein có phân tử lượng lớn > 10.000. Khái
niệm protein và polypeptide thỉnh thoảng được hiểu giống nhau, tuy vậy
polypeptide có trọng lượng phân tử < 10.000.
- Đặc tính keo
Khi hịa tan, protein tạo thành các dung dịch keo và cho hiện tượng Tindal.
Xung quanh mỗi phân tử protein được bao quanh bằng một lớp dày đặc các phân tử
dung mơi, nếu dung mơi là nước thì sẽ tạo thành tầng hydrate.
- Áp suất thẩm thấu
Protein hòa tan trong nước tạo nên dung dịch keo có áp suất thẩm thấu gọi là

áp suất keo nhỏ hơn rất nhiều so với áp suất thẩm thấu của dung dịch thật. Áp suất

13


keo đóng vai trị quan trọng trong việc vận chuyển nước cùng các chất dinh dưỡng
và cặn bã qua thành mạch.
- Sự khuyếch tán
Trong dung dịch, protein khuyếch tán chậm. Do chúng có kích thước lớn cho
nên protein khơng đi qua được các màng bán thấm như màng tế bào, màng
cellophan, … Nếu cho dung dịch protein vào màng bán thấm rồi nhúng vào cốc
nước thì các phân tử có kích thước nhỏ như NaCl đi qua màng bán thấm một cách
dễ dàng, còn protein vẫn nằm lại trong túi. Đây là sự thẩm tích và màng bán thấm
được gọi là màng thẩm tích. Người ta ứng dụng phương pháp này để loại muối khỏi
dung dịch protein.
- Độ nhớt
Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo có độ nhớt khá cao và lớn hơn
độ nhớt của nước. Các loại protein khác nhau thì có độ nhớt khác nhau.
- Sự hấp phụ
Protein có thể hấp phụ các chất khí, lỏng hoặc rắn lên trên bề mặt của chúng.
Nhờ tính chất này mà nhiều protein đóng vai trị là các chất vận chuyển trong cơ
thể. Cơ chế tác dụng của một số loại thuốc hoặc của các chất hóa học cũng được
giải thích dựa trên tính chất hấp phụ của protein.
1.5.2. Tính lưỡng tính
Phân tử protein gồm nhiều amino acid kết hợp lại với nhau thành một hoặc
nhiều chuỗi polypeptide. Trên mỗi chuỗi polypeptid đều có một nhóm -NH2 của
amino acid N-tận và một nhóm -COOH của amino acid C-tận. Ngồi ra, trong
phân tử protein cịn có thể có một số nhóm -NH2 tự do của các amino acid kiềm tính
và một số nhóm -COOH của các amino acid acid tính. Trong dung dịch các nhóm NH2 và -COOH này có thể điện li để tạo thành -NH+3 và -COO-. Do đó, protein
cũng có tính lưỡng tính như amino acid và trong dung dịch chúng cũng có thể tồn

tại dưới 3 dạng ion: anion, cation và ion lưỡng cực với các nồng độ khác nhau tùy
theo pH của môi trường. Mỗi loại protein cũng có điểm đẳng điện (pI) tương ứng và
tỉ lệ của mỗi dạng ion trong dung dịch phụ thuộc vào pH của dung dịch hòa tan
protein. Nếu pH của mơi trường = pI thì protein tồn tại ở dạng ion lưỡng cực nhiều

14


nhất và protein sẽ không di chuyển trong điện trường. Nếu pH của mơi trường > pI
thì anion chiếm nhiều nhất và protein sẽ di chuyển về phía cực dương của điện
trường. Nếu pH < pI thì dạng cation chiếm nhiều nhất và protein sẽ di chuyển trong
điện trường về cực âm. Tính chất này được ứng dụng để tách protein bằng kỹ thuật
điện di, ngồi ra cịn được ứng dụng để chiết xuất và tinh chế protein bằng phương
pháp sắc kí trao đổi ion.
1.5.3. Sự biến tính của protein
Phân tử protein chỉ thể hiện được đặc tính sinh học của nó trong một khoảng
giới hạn nhất định của mơi trường. Nếu vượt quá giới hạn đó sẽ làm cho protein bị
mất tính chất ban đầu, mất tính chất sinh học, đó là sự biến tính của protein (giảm
tính tan, tính chất sinh học khơng cịn nữa). Sự biến tính không làm đứt các liên kết
peptid mà chỉ làm đứt các liên kết yếu như liên kết hydro, liên kết muối, … Vì vậy,
cấu trúc khơng gian của protein bị đảo lộn, các nhóm kị nước quay ra ngồi, các
nhóm ưa nước quay vào trong, sự hydrate hóa bị giảm, các chuỗi polypeptid dễ kết
hợp lại với nhau, do đó độ tan giảm và protein dễ bị đông kết. Ở trong đường tiêu
hóa của động vật, sự biến tính protein giúp cho q trình tiêu hóa protein diễn ra dễ
dàng hơn. Có hai loại biến tính:
- Biến tính thuận nghịch
Cấu trúc không gian của phân tử protein bị biến đổi tạm thời và có thể trở lại
trạng thái ban đầu nếu loại trừ nguyên nhân gây biến tính. Một số yếu tố gây biến
tính thuận nghịch như dung mơi hữu cơ trung tính (ether, ethanol, aceton, …), một
số muối trung tính ((NH4)2SO4).

- Biến tính khơng thuận nghịch
Cấu trúc khơng gian của phân tử protein bị phá vỡ vĩnh viễn, không tái lập
dù ở điều kiện nào. Các yếu tố gây biến tính khơng thuận nghịch như acid vơ cơ
đậm đặc (HCl, H2SO4, HNO3, …), acid hữu cơ (CCl3 -COOH), nhiệt độ cao, …
1.5.4. Các phản ứng đặc trưng
1.5.4.1. Phản ứng Biurê:
Ngoài các phản ứng đặc trưng của các acid amin có trong thành phần đã nêu
ở phần trên. Phản ứng Biure đặc trưng cho liên kết peptid (- CO-NH-), tất cả các

15


chất có chứa từ 2 liên kết peptit trở lên đều cho phản ứng này. Trong môi trường
kiềm mạnh, liên kết peptid trong phân tử protein phản ứng với Cu2SO4 tạo phức
chất màu tím hoặc tím đỏ.
Sở dĩ ta gọi phản ứng Biure là do chất biure có nhóm – CO – NH – ( giống
như liên kết peptid) và cũng có phản ứng dương tính tạo nên hợp chất màu với
protein

1.5.4.2. Phản ứng của nhóm với α-amin với foocmaldehid (phản ứng Sorenson)
Đây là phản ứng quan trọng thường dùng để đánh giá mức độ thủy phân
protein. Foocmaldehid phản ứng với nhóm amin tạo thành dẫn xuất metylen của
acid amin.
1.5.4.3. Phản ứng với Ninhidrin:
Phản ứng màu đặc trưng quan trọng để định tính và định lượng acid amin
Tất cả các α-acid amin của protein đều phản ứng với Ninhidrin tạo thành hợp
chất màu xanh tím. Phản ứng này rất nhạy, có thể phát hiện được đến microgram acid
amin, vì vậy được dùng nhiều trong phân tích định tính và định lượng acid
amin.
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG

1. Protein là gì? Trình bày câu trúc và chức năng của protein.
2. Liên kết peptide là gì ? Vẽ hình.
3. Phân biệt và kể tên được các acid amin thiết yếu và không thiết yếu ?
3. Trong phân tử protein, liên kết disulfur được tạo thành từ các acid amin nào?

16