Công nghệ protein & enzyme doc

GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
Người soạn: Nguyễn Phú Thọ
Bộ môn Công nghệ Sinh học
Khoa NN-TNTN
Tên môn học: Công nghệ protein & enzyme
MSHP: BIT508
Số tín chỉ: 3 (30 lý thuyết; 30 thực hành)
Ngành học: Công nghệ Sinh học

CẤU TRÚC CỦA PROTEIN
Đặt vấn đề
Cấu trúc bậc một
Cấu trúc bậc hai
Cấu trúc bậc ba
Cấu trúc bậc bốn
Tổng kết
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10


Đặt vấn đề
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN
Protein tham gia các
thành phần chức năng
Chức năng ⇔ Cấu trúc
Bệnh lý liên quan
protein chức năng
Nghiên cứu cấu trúc

Dựa vào chức năng
tìm hiểu cấu trúc
Cấu trúc bậc I ⇔ Cấu trúc bậc III


Cấu trúc bậc một
- Acid amin liên kết với nhau bằng liên kết peptide, liên kết
S-S
- Protein có cấu tạo từ 50 and 2000 amino acid
- Oligopeptid hay peptid có chiều dài ngắn hơn
- Trọng lượng một axit amin là 110 dalton
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN
Glu
L
y
s
V
a
l
Val Glu Cys Ala
S
e
r
Cys Leu
G
l
u
Pro
Tyr

Thr
Asn


Sự hình thành liên kết peptit
Liên kết peptit trong khung
màu xám
Một đoạn peptit (SGYAL)
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Trình tự của các đơn phân trong
mạch thẳng cho các cấu trúc có ý
nghĩa khác nhau
Số lượng cấu trúc (S) tùy thuộc
vào số lượng đơn phân tham gia
(N) và chiều dài của chuỗi phân
tử (L) :
S = N
L
Một protein trung bình:
(L=400) có S tuơng đương với
20
400
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Trình tự của các đơn phân trong mạch thẳng cho

các cấu trúc có ý nghĩa khác nhau
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN
Bệnh thiếu máu hồng cấu hình lưỡi liềm,
khi nghiên cứu cấu trúc bậc I của
hemoglobin bình thường và bệnh lý đã xác
định được đó là do gốc amino acid glutamic
ở vị trí thứ 6 trong chuỗi của hemoglobin A
(bình thường) bị thay thế bằng gốc amino
acid valine


Cấu trúc bậc hai
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc bậc hai
1. Xoắn α
Một protein cấu trúc xoắn
α-helix là xoắn phải
Mặt phẳng liên kết peptid nằm
song song với trục xoắn
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc bậc hai
1. Xoắn α
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 hydrogen  là toàn bộ
chuỗi xoắn cũng mang tính lưỡng cực
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc bậc hai
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN
Sơ đồ của liên kết hydro


2. Gấp nếp β
Gấp nếp β- : SONS SONG:
- Giữ ổn định nhờ các liên kết hydrogen nội phân tử
- Các đơn vị lập lại là 6.5A
o
- Nhóm R- của 2 amino acid gần nhau nhô ra khỏi cấu hình zig-zag theo chiều
ngược nhau.
Cấu trúc bậc hai
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


2. Gấp nếp β
Gấp nếp β- : ĐỐI SONS SONG:
- Giữ ổn định nhờ các liên kết hydrogen nội phân tử
- Các đơn vị lập lại là 7A

o
, liên kết hydrogen cũng khác nhau
- Nhóm R- của 2 amino acid gần nhau nhô ra khỏi cấu hình zig-zag theo chiều
ngược nhau.
Cấu trúc bậc hai
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


3. Vòng β
-
Gần 1/3 các gốc AA trong vòng ở vị trí chuỗi polypeptid chuyển theo hướng
ngược lại trong không gian.
- G và P là các amino acid thường
xuất hiện trong vòng β- bởi vì G rất
nhỏ và linh động
- P luôn trong trạng thái sẵn sàng tạo
dạng cis- thích hợp cho cấu trúc tạo
vòng chặc chẽ.
- Vòng β- thường tìm thấy trên
bề mặt của protein.
Cấu trúc bậc hai
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc bậc ba
- Siêu cấu trúc bậc hai
- Là sự sắp xếp ổn định của các thành phần của cấu trúc bậc hai
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME

TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


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 chuổi polypeptid.
Thí dụ: một tiểu đơn vị của
GAPDH thường tạo hai domain
phân biệt rõ ràng: Một domain có
tâm bám bới NAD
+
(màu đỏ), và
một domain có tâm bám với
glyceraldehyde-3-P (xanh lá cây)
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Citrate synthase được tạo thành bởi hai domain dịch chuyển trong
không gian mà không gây biến đổi đáng kể về mặt cấu trúc (hình phía
trái) là cấu trúc dạng mở, và hình bên phải là 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 khoản 15A
o
.

Cấu trúc domain của protein
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc không gian ba chiều của protein
Protein làm thế nào để có cấu trúc không gian ba chiều,
và mối liên quan giữa cấu trúc bậc một và bậc ba ?
Christian Anfinsen vào những năm 1950.
Gây biến tính enzyme RNase A và xác định điều kiện
cần thiết để enzym phục hồi cấu trúc và chức năng
(phản biến tính)
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc không gian ba chiều của protein
Ribonuclease
Thí nghiệm Christian Anfinsen
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc không gian ba chiều của protein
Ở dạng biến tính enzym bị mất hoạt tính
Thí nghiệm Christian Anfinsen
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN

Thêm vào một lượng
nhỏ β-mercaptoethanol
sẽ phục hồi toàn bộ cấu
trúc nguyên thủy ban
dầu của ribonuclease
Cấu trúc không gian ba chiều của protein
Thí nghiệm Christian Anfinsen
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Cấu trúc bậc bốn
Các chuỗi polypeptide có thể kết hợp nhau thành
một phân tử protein đa đơn vị (subunit).
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Hệ thống protein đa đơn vị
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN


Các mức độ cấu trúc của protein
Cấu trúc bậc I
Là trình tự sắp xếp của các amino acid trong phân tử protein, bao
gồm cả liên kết disulfit S–S
Cấu trúc bậc II
Là sự sắp xếp một cách ổn định và cụ thể của các gốc amino acid
tạo nên các kiểu cấu trúc đặc trưng (xoắn α-, gấp nếp β-, vòng β-)

Cấu trúc bậc III
Cấu trúc không gian ba chiều của protein hình thành do sự sắp xếp
của các thành phần cấu trúc bậc II
Cấu trúc bậc IV
Sự sắp xếp của các chuỗi polypeptide (các tiểu đơn vị) trong một
protein đa đơn vị.
Cấu trúc bậc V
Sự sắp xếp của các protein khác nhau (với chức năng khác nhau) tạo
thành nhóm protein hoạt động phối hợp.


Các mức độ cấu trúc của protein
CÔNG NGHỆ PROTEIN & ENZYME
TIẾT 10 - CẤU TRÚC PROTEIN