giáo trình hóa sinh động vât

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
nguyÔn v¨n kiÖm (Chủ biên)
nguyÔn v¨n k×nh , nguyÔn v¨n mïi



Ho¸ sinh §éng vËt

Animal Biochemistry

Hμ néi
Hμ néi Hμ néi
Hμ néi -

-2005
20052005
2005

Lời nói đầu
Lời nói đầuLời nói đầu
Lời nói đầu








Tất cả các qúa trình sinh trởng, phá
Tất cả các qúa trình sinh trởng, pháTất cả các qúa trình sinh trởng, phá
Tất cả các qúa trình sinh trởng, phát triển hay sự tiến triển của bệnh

t triển hay sự tiến triển của bệnh t triển hay sự tiến triển của bệnh
t triển hay sự tiến triển của bệnh
tật đều diễn ra trong tế bo. Đảm nhiệm đợc những chức năng ấy, cơ thể sống
tật đều diễn ra trong tế bo. Đảm nhiệm đợc những chức năng ấy, cơ thể sống tật đều diễn ra trong tế bo. Đảm nhiệm đợc những chức năng ấy, cơ thể sống
tật đều diễn ra trong tế bo. Đảm nhiệm đợc những chức năng ấy, cơ thể sống
có các phân tử đặc biệt nh protein, saccharide, lpipide, nớc v cả acid
có các phân tử đặc biệt nh protein, saccharide, lpipide, nớc v cả acid có các phân tử đặc biệt nh protein, saccharide, lpipide, nớc v cả acid
có các phân tử đặc biệt nh protein, saccharide, lpipide, nớc v cả acid
nucleic v. v. Các phân tử ny l những viên gạch tạo nên tế bo,
nucleic v. v. Các phân tử ny l những viên gạch tạo nên tế bo, nucleic v. v. Các phân tử ny l những viên gạch tạo nên tế bo,
nucleic v. v. Các phân tử ny l những viên gạch tạo nên tế bo, mô, v các
mô, v các mô, v các
mô, v các
cơ quan của cơ thể với mức chuyên hoá tinh vi đặc biệt, đảm bảo cho cơ thể tồn
cơ quan của cơ thể với mức chuyên hoá tinh vi đặc biệt, đảm bảo cho cơ thể tồn cơ quan của cơ thể với mức chuyên hoá tinh vi đặc biệt, đảm bảo cho cơ thể tồn
cơ quan của cơ thể với mức chuyên hoá tinh vi đặc biệt, đảm bảo cho cơ thể tồn
tại v phát triển một cách bình thờng .
tại v phát triển một cách bình thờng .tại v phát triển một cách bình thờng .
tại v phát triển một cách bình thờng .




Hoá sinh động vật đợc xuất bản lần ny với mục đích phục vụ chủ yếu
Hoá sinh động vật đợc xuất bản lần ny với mục đích phục vụ chủ yếu Hoá sinh động vật đợc xuất bản lần ny với mục đích phục vụ chủ yếu
Hoá sinh động vật đợc xuất bản lần ny với mục đích phục vụ chủ yếu
cho các bạn đọc của ngnh chăn nuôi thú y ở các trờng
cho các bạn đọc của ngnh chăn nuôi thú y ở các trờng cho các bạn đọc của ngnh chăn nuôi thú y ở các trờng
cho các bạn đọc của ngnh chăn nuôi thú y ở các trờng nông nghiệp v các
nông nghiệp v các nông nghiệp v các

nông nghiệp v các
ngnh có liên quan. Các vấn đề đều đợc cập nhật tới năm 2004.
ngnh có liên quan. Các vấn đề đều đợc cập nhật tới năm 2004.ngnh có liên quan. Các vấn đề đều đợc cập nhật tới năm 2004.
ngnh có liên quan. Các vấn đề đều đợc cập nhật tới năm 2004.




Sách gồm 10 chơng đề cập tới hầu hết các nội dung của sinh học phân
Sách gồm 10 chơng đề cập tới hầu hết các nội dung của sinh học phân Sách gồm 10 chơng đề cập tới hầu hết các nội dung của sinh học phân
Sách gồm 10 chơng đề cập tới hầu hết các nội dung của sinh học phân
tử về vấn đề cấu trúc v quá trình chuyển hoá vật chất cấu tạo nên cơ thể
tử về vấn đề cấu trúc v quá trình chuyển hoá vật chất cấu tạo nên cơ thể tử về vấn đề cấu trúc v quá trình chuyển hoá vật chất cấu tạo nên cơ thể
tử về vấn đề cấu trúc v quá trình chuyển hoá vật chất cấu tạo nên cơ thể
sống, nh protein, acid nuclei
sống, nh protein, acid nucleisống, nh protein, acid nuclei
sống, nh protein, acid nucleic, các quá trình phiên mã v giải mã ADN, quá
c, các quá trình phiên mã v giải mã ADN, quá c, các quá trình phiên mã v giải mã ADN, quá
c, các quá trình phiên mã v giải mã ADN, quá
trình chuyển hoá, hấp thu các chất trong cơ thể, quá trình tổng hợp ATP, việc
trình chuyển hoá, hấp thu các chất trong cơ thể, quá trình tổng hợp ATP, việc trình chuyển hoá, hấp thu các chất trong cơ thể, quá trình tổng hợp ATP, việc
trình chuyển hoá, hấp thu các chất trong cơ thể, quá trình tổng hợp ATP, việc
tạo v sử dụng năng lợng cho các hoạt động sống. Sự điều ho các quá trình
tạo v sử dụng năng lợng cho các hoạt động sống. Sự điều ho các quá trình tạo v sử dụng năng lợng cho các hoạt động sống. Sự điều ho các quá trình
tạo v sử dụng năng lợng cho các hoạt động sống. Sự điều ho các quá trình
trao đổi chất hay sự kháng lại các tác nhân gây bệnh.
trao đổi chất hay sự kháng lại các tác nhân gây bệnh.trao đổi chất hay sự kháng lại các tác nhân gây bệnh.
trao đổi chất hay sự kháng lại các tác nhân gây bệnh.

Nội dung của cuốn sách còn chứa đựng nhiều khía cạnh khoa học có
Nội dung của cuốn sách còn chứa đựng nhiều khía cạnh khoa học có Nội dung của cuốn sách còn chứa đựng nhiều khía cạnh khoa học có
Nội dung của cuốn sách còn chứa đựng nhiều khía cạnh khoa học có
tính thời sự nh sự hon thiện v định c của các chuỗi polypeptide
tính thời sự nh sự hon thiện v định c của các chuỗi polypeptide
tính thời sự nh sự hon thiện v định c của các chuỗi polypeptide
tính thời sự nh sự hon thiện v định c của các chuỗi polypeptide sau khi đợc
sau khi đợc sau khi đợc
sau khi đợc
tổng hợp. Đây l cơ sở của bệnh lý học ở mức phân tử, tế bo.
tổng hợp. Đây l cơ sở của bệnh lý học ở mức phân tử, tế bo.tổng hợp. Đây l cơ sở của bệnh lý học ở mức phân tử, tế bo.
tổng hợp. Đây l cơ sở của bệnh lý học ở mức phân tử, tế bo.




Hoá sinh động vật với nội dung hiện hữu của
Hoá sinh động vật với nội dung hiện hữu củaHoá sinh động vật với nội dung hiện hữu của
Hoá sinh động vật với nội dung hiện hữu của nó cũng có thể l ti liệu
nó cũng có thể l ti liệu nó cũng có thể l ti liệu
nó cũng có thể l ti liệu
tham khảo hữu ích cho các sinh viên thuộc các trờng khoa học cơ bản, các
tham khảo hữu ích cho các sinh viên thuộc các trờng khoa học cơ bản, các tham khảo hữu ích cho các sinh viên thuộc các trờng khoa học cơ bản, các
tham khảo hữu ích cho các sinh viên thuộc các trờng khoa học cơ bản, các
trờng s phạm, các trờng y, dợc học.
trờng s phạm, các trờng y, dợc học.trờng s phạm, các trờng y, dợc học.
trờng s phạm, các trờng y, dợc học.

Các tác giả tuy đã có nhiều cố gắng về nội dung v cách trình by. Song
Các tác giả tuy đã có nhiều cố gắng về nội dung v cách trình by. Song Các tác giả tuy đã có nhiều cố gắng về nội dung v cách trình by. Song
Các tác giả tuy đã có nhiều cố gắng về nội dung v cách trình by. Song
chắc thiếu sót trong cuốn sách ny l
chắc thiếu sót trong cuốn sách ny lchắc thiếu sót trong cuốn sách ny l
chắc thiếu sót trong cuốn sách ny l khó tránh khỏi. Vì vậy chúng tôi mong
khó tránh khỏi. Vì vậy chúng tôi mong khó tránh khỏi. Vì vậy chúng tôi mong
khó tránh khỏi. Vì vậy chúng tôi mong
rằng sau khi sử dụng cuốn sách ny, sẽ đợc độc giả góp nhiều ý kiến bổ ích
rằng sau khi sử dụng cuốn sách ny, sẽ đợc độc giả góp nhiều ý kiến bổ ích rằng sau khi sử dụng cuốn sách ny, sẽ đợc độc giả góp nhiều ý kiến bổ ích
rằng sau khi sử dụng cuốn sách ny, sẽ đợc độc giả góp nhiều ý kiến bổ ích
để cuốn sách ngy cng hon thiện hơn.
để cuốn sách ngy cng hon thiện hơn.để cuốn sách ngy cng hon thiện hơn.
để cuốn sách ngy cng hon thiện hơn.





H nội, tháng 12 năm 2004
H nội, tháng 12 năm 2004 H nội, tháng 12 năm 2004
H nội, tháng 12 năm 2004

Các tác giả
Các tác giả Các tác giả
Các tác giả












Mục lục
Trang
mở đầu

Sinh hoá học v vai trò của sinh hoá học

TS. Nguyễn Văn Kiệm
1

Chơng I
Protein

PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm
3
1.

Khái niệm và chức năng của protein 3
2.
Cấu tạo của protein 4
2.1.
Axit amin - đơn vị cấu tạo nên protein 4
2.2.
Cấu trúc bậc I của protein 10
2.3
Cấu trúc bậc II của protein 12
2.4
Cấu trúc bậc III của protein 14
2.5
Cấu trúc bậc IV của protein 17
3.
Cắt và sửa đổi protein tạo nên khả năng mới 17
4.
Bốn mức cấu trúc của protein 22
5.
Sequence amino axit chuyên hoá cấu trúc không gian của protein 23
6.
Sự gắn đặc hiệu và những thay đổi cấu trúc là cơ sở của tác động protein 26
7.
Đặc tính lý hoá của protein 28
8.
Phân loại protein 29

Chơng II

Axit nucleic và cơ chế di truyền tế bào

PGS.TS. Nguyễn Văn Mùi, TS. Nguyễn Văn Kiệm

34
1.
Khái niệm về axit nucleic 34
2.
Cấu trúc của axit nucleic 34
2.1.
Mononucleotit 34
2.2.
Dinucleotit 42
2.3.
Cấu trúc bậc I của axit nucleic 43
2.4.
Cấu trúc bậc II của axit nucleic 45
2.5.
Cấu trúc bậc III và siêu cấu trúc của axit nucleic 49
3.
Phân loại axit nucleic 49
4.
Phức hợp axit nucleic -protein 54
5.
Sự phân giải axit nucleic 56
6.
Sự tổng hợp axit nucleic 59


Chơng III
ENzyme

PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm
71
1.
Khái niệm về enzyme 71
2.
Bản chất của enzyme 71
3.
Trung tâm hoạt động của enzyme 72
4.
Chất phối hợp của enzyme 74
5.
Đặc điểm hoạ tính của enzyme 83
6.
Tên gọi và phân loại enzyme 84
7.
Cơ chế xúc tác của enzyme 86
8.
Động học enzyme 91
9.
Ví dụ về phản ứng xúc tác của enzyme 94
10.
Enzyme điều hoà 96

Chơng IV
Sinh hoá hormone

TS. Nguyễn Văn Kiệm
98
1.
Đại cơng về hormone 98

2.
Phân loại hormone 102
3.
Cơ chế tác dụng của hormone 104
3.1.
Hai nguyên lý cơ bản về tác dụng của hormone 104
3.2.
Cơ chế tác dụng của hormone 105
3.2.1.
Cơ chế tác dụng lên màng 106
3.2.2.
Cơ chế tác dụng lên gen 113
4.
Một số hormone và vai trò của chúng 117
4.1.
Adrenalin và Noradrenalin 117
4.2.
Glucagon 118
4.3.
Insulin 119
4.4.
Tốc độ trao đổi chất cơ bản và hormone tuyến giáp 123

Chơng V
Trao đổi vật chất và năng lợng

PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm
126
1.
Trao đổi vật chất là gì? 126

2.
Trao đổi năng lợng 129
2.1.
Sinh vật sống bằng năng lợng gì? 129
2.2.
Sự hô hấp mô bào 130
2.3.
Quá trình phosphoryl hoá 137

Chơng VI
Gluxit và quá trình chuyển hoá gluxit

PGS.TS. Nguyễn Văn Mùi, TS. Nguyễn Văn Kiệm
142
1.
Khái niệm và vai trò về gluxit 142

2.
Phân loại gluxit 143
3.
Tiêu hoá, hấp thu và dự trữ gluxit ở động vật 144
3.1.
Tiêu hoá, hấp thu tinh bột 144
3.2.
Sinh tổng hợp glycogen 146
3.3.
Sự phân giải glycogen 148
3.4.
Sự tiêu hoá và hấp thu chất xơ 151
4.

Sự chuyển hoá trung gian của glucose 154
4.1.
Khái quát về sự chuyển hoá glucose 154
4.2.
Cách phân giải yếm khí glucose ở mô bào động vật - Quá trình đờng phân 154
4.3.
Quá trình lên men rợu etylic 169
4.4.
Sự lên men vi sinh vật tạo thành các sản phẩm có giá trị thơng mại 170
4.5.
Các monosaccharide khác có thể đi vào con đờng đờng phân 170
5.
Sự oxy hoá glucose trong điều kiện có đủ oxy 172
5.1.
Oxy hoá theo vòng Krebs 173
5.2.
Các con đờng thứ cấp của sự oxy hoá glucose 192
6.
Sự điều hoà trao đổi gluxit 198
7.
Một số bệnh do rối loại trao đổi đờng 202

Chơng VII
Lipid và sự chuyển hoá lipid

TS. Nguyễn Văn Kiệm
204
1.
Đại cơng về lipid 204
2.

Một số đặc điểm về tiêu hoá, hấp thu, vận chuyển và dự trữ lipid ở động vật 205
3.
Sự phân giải triglyceride 209
4.
Sự hình thành và chuyển hoá thể xeton 216
5.
Tổng hợp axit béo và triglyceride 220
6.
Sơ lợc về vai trò và sự chuyển hoá các dạng lipoide 225
7.
Điều hoà quá trình chuyển hoá lipid 227

Chơng VIII
Trao đổi protein

PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm
228
1.
ý nghĩa của sự chuyển hoá protein ở động vật
228
2.
Đặc điểm của trao đổi protein ở động vật 228
3.
Tiêu hoá và hấp thu protein 229
4.
Sự chuyển hoá trung gian của axitamin 233
4.1.
Phản ứng khử amin 233
4.2.
Phản ứng chuyển amin 235

4.3.
Phản ứng khử carboxyl 236
5.
Sự thối rữa prtein ở ruột già do vi khuẩn 239
6.
Sự bài tiết các chất cặn b chứa nitơ 240
6.1.
Sự vận chuyển amiac trong cơ thể 240
6.2.
Sự tổng hợp và bài tiết ure (vòng ornitin) 241
6.3
Sự bài tiết axit uric 242
7.
Sự chuyển hoá của các protein phức tạp 244

7.1.
Sự chuyển hoá của hemoglobin 244
7.2.
Rối loạn chuyển hoá hemoglobin 245
8.
Quá trình sinh tổng hợp protein 246
8.1.
ý nghĩa của quá trình
246
8.2.
Sinh tổng hợp theo khuôn mẫu 247
8.3
Tổng hợp protein ở ty lạp thể 261
8.4.
Điều hoà tổng hợp protein 261

9.
Sự hoàn thiện phân tử protein sau khi đợc tổng hợp 264
10.
Sự biến đổi một số protein xuất ngoại 265
11.
Sự gluxit hoá protein 266
12.
Các protein đi vào ty lạp thể 268
13.
Các protein nhân tế bào 269

Chơng IX
Miễn dịch học

PGS.TS Nguyễn Văn Kình
270
1.
Hệ thống miễn dịch của cơ thể 270
1.1.
Hệ thống miễn dịch tế bào 270
1.2.
Hệ thống miễn dịch thể dịch 273
1.3.
Hệ thống miễn dịch là hệ thống tự dung nạp 274
2.
Cấu trúc và vai trò của kháng thể (immunoglobulin) 275
3.
Kháng thể đơn dòng 282
4.
Vị trí gắn kháng nguyên của kháng thể 282

5.
Sự phát sinh tính đa dạng của kháng thể 284
6.
Các chuỗi nhẹ
287
7.
Sự lắp ráp các gen chuỗi nặng 287
8.
Protein RAG1 và RAG2 289
9.
Đột biến dinh dỡng 289
10.
Sự loại trừ alen đảm bảo cho kháng thể có tính đặc hiệu cao 290
11.
Sự chuyển đổi tự dạng liên kết màng đến dạng tiết của một kháng thể 290
12.
Sự chuyển lớp immunoglobulin của các tế bào B 291
13.
Receptor tế bào T 292
14.
Phức hợp hoà hợp tổ chức chính 294
15.
Hệ thống bổ thể 297
16.
Vaccine của hiện tại và tơng lai 303

Chơng X
Sự vận chuyển chất qua màng

PGS.TS Nguyễn Văn Kình

305
1.
Những nét đại cơng về màng tế bào 305
2.
Thành phần hoá học của màng tế bào 305
3.
Sự vận chuyển các chất qua màng 307
4.
Sự vận chuyển tích cực qua lớp tế bào

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 1
MỞĐẦU
HOÁ SINH HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA HOÁ SINH HỌC
Hoá sinh học là môn học cơ sở, có nhiệm vụ nghiên cứu sự sống về mặt hoá học trên hai
phương diện:
Nghiên cứu về cấu tạo, thành phần hoá học, tính chất lý hoá, chức năng sinh học của các
chất trong cơ thể sống: máu, cơ, não, sinh dịch
Nghiên cứu về sự chuyển hoá của các thành phần cấu tạo nên cơ thể sống, đó là sự trao
đổ
i vật chất (TĐVC) ở trong cơ thể, là các quá trình chuyển hoá, sự biến đổi của các chất, sự
tổng hợp, phân giải từ những sản phẩm chuyển hoá tạo nên những chất cấu tạo nên cơ thể.
TĐVC giữa cơ thể sống và môi trường gồm nhiều mặt, nhiều quá trình có liên quan chặt chẽ
với nhau, để dễ hiểu người ta tách chúng ra thành từng quá trình như trao đổi protein, trao đổi
lipid, trao
đổi đường
Từ hoá sinh lần đầu tiên được nhà hoá học Đức Carl Neuberg (1903) đề xuất từ hai chữ
hoá và sinh ( Biochemistry, Bio: là sự sống).
Hoá sinh được hình thành từ sự phát triển của các môn hoá học và sinh học vào cuối thế
kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, dựa vào sự tiến bộ của các ngành khoa học vật lý, hoá phân tích
với các công trình như tổng hợp được ure (Waller, 1828), vai trò của diệp lục trong quang hợp

(Timirazep, 1843 – 1920), chất xúc tác sinh học của Enzyme (Kirgop, Pasteur, Buchner)
Sang thế kỷ XX nhi
ều phát minh về hoá sinh được ghi nhận, năm 1926 Enzyme có bản chất
protein được xác định, ATP được chiết xuất (Fiske và Subbarow, 1929), Hans Krebs (1937)
tìm ra chu trình acidxidric. Năm 1944, Avery, Maclesa và Mac Carty chỉ ra DNA là cơ sở của
sự di truyền mởđầu cho hoá sinh di truyền. Kennedy và Lehninger (1950) tìm ra sự hô hấp tế
bào sản sinh ra ATP ở ty thể. Emil Fischer (1953) đã xác định được toàn bộ thứ tự các acid
amin trong cấu trúc bậc I của Insuline. Jemes Watson và Francis Crick (1954) đã tìm ra cấu
trúc của DNA. Năm 1961 Nirenberg và Matthei đã tìm ra được chuỗi poli U mã hoá cho Phe.
Song song với việc tìm ra cấu tạo, vai trò và thành phầ
n hoá học của sự sống, hoá sinh
cũng khám phá được nhiều cơ chế hoá học cụ thể của từng khâu quan trọng nhất trong quá
trình trao đổi vật chất của cơ thể như sự hô hấp tế bào, hoạt động xúc tác của Enzyme, cơ chế
quang hợp của cây xanh, cơ chế tiêu hoá hấp thu ởđộng vật, cơ chế vận chuyển qua màng,
Cùng những năm 60 của thế kỷ XX Jacob và Monod đã tìm ra sựđ
iều hoà gen tổng hợp
protein và một loạt các quá trình sinh tổng hợp purin, acid amin, glucid, lipid lần lượt được
sáng tỏ Ngày nay với sự hoàn thiện về kỹ thuật xác định trình tự DNA và việc áp dụng tự
động hoá và tin học hoá đã cho phép giải mã toàn bộ thể gen (genome) của nhiều loài sinh
vật.
Hoá sinh có vai trò quan trọng trong toàn bộ lĩnh vực phát triển sinh học. Nhờ sự phát
triển nhanh chóng và những phát kiến do hoá sinh mang lại mà nhiều cuộc “cách mạng”
trong sinh học
đã bùng nổ, đã giải quyết được nhiều vấn đề lớn cho yêu cầu của con người
như vấn đề bệnh tật của con người và vật nuôi, vấn đề gây đột biến gen đã tạo nên hàng loạt
cây trồng có tính kháng sâu bệnh, có năng suất đột biến để giải quyết vấn đề lương thực và
thực phẩm.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 2
Hoá sinh đã giữ vai trò là công cụ quan trọng trong sự phát triển của sinh học phân tử và

hàng loạt các ngành hoá sinh ra đời như hoá sinh miễn dịch, công nghệ hoá sinh, hoá sinh lâm
sàng
Hoá sinh cũng là cơ sở của hàng loạt các ngành như di truyền học, dược học, nhân và
tạo giống gia súc, dinh dưỡng học
Sinh vật biến đổi gen hay là sinh vật chuyển gen (genetically modified organisms -
GMO) là một bản anh hùng ca (epic event) của thời đại và có một ý nghĩa vô cùng to lớn
trong lĩnh vực Sinh học. Ngoài tính chính xác trong việc thêm đặ
c tính mới, sự chuyển gen
hay sự biến nạp gen còn cho phép xoá bỏ ranh giới giữa các giống, loài nghĩa là vượt qua
được “hàng rào tự nhiên” trong công tác tạo giống. Đây là một vấn đề chưa từng có trong
lịch sửứng dụng các nghiên cứu Hoá sinh học.
Trong khuôn khổ của ngành chăn nuôi-thú y, những kiến thức mà hoá sinh mang lại sẽ
giúp cho những nhà chăn nuôi và bác sĩ thú y không những hiểu biết cơ bản về hiện tượng
sống, b
ản chất của quá trình trao đổi vật chất trong cơ thể, cơ chế và những nguyên nhân gây
nên bệnh tật để từđó có thể chủđộng đề xuất các biện pháp tác động nhằm tăng năng suất
và chất lượng các sản phẩm thịt, sữa, trứng đồng thời có biện pháp phòng chống bệnh cho vật
nuôi để nâng cao được hiệu quả trong ngành.


Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 3
CHƯƠNG I
CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN
1. khái niệm và Chức năng của protein.
1.1. Khái niệm: Protein - đi từ chữ Proteios của Hy Lạp nghĩa là "tầm quan trọng số
một". Một từ của Jửns J. Berselius năm 1938 để nhấn mạnh tầm quan trọng của những phân
tử này.
Về mặt hoá học: Protein là một polyme tự nhiên được cấu tạo từ các monome là các
acid amin.
Về mặt sinh học

: Protein là chất mang sự sống. Điều này đã được Angel viết: “Sự sống
là phương thức tồn tại của các thể protein và phương thức tồn tại này, về thực chất, là sựđổi
mới thường xuyên của các cấu tử hoá học trong những thể protein này”. Thật vậy xét về các
mặt thể hiện của sự sống, chúng ta đều gặp sự tham gia của protein như sự di chuyển trong
không gian c
ủa sinh vật là nhờ chức năng co dãn của protein có dạng sợi, dạng cầu trong tơ cơ
đó là miozin và actin. Sự tiêu hoá, chuyển hoá các chất là nhờ các protein enzyme. Sự tự vệ
của cơ thể là nhờ protein loại bạch cầu, các kháng thể
Protein có trong tất cả các loại tế bào với tỷ lệ khác nhau (% so với khối lượng vật chất
khô): lúa: 6-12, ngô: 9-13, đậu tương: 29-50, gan: 57, xương: 28, cơ vân: 80
1.2. Chức năng của protein: Protein giữ vai trò rấ
t quan trọng trong tất cả các quá
trình sinh học. Ý nghĩa đáng kể của chúng được thể hiện qua các chức năng sau đây:
Tạo hình: Protein là thành phần cấu tạo của các tế bào, kể từ siêu khuẩn đến các tế bào
có nhân, các mô, các sinh dịch
Xúc tác sinh học: đó là vai trò của các enzyme-một loại protein đặc biệt, dưới tác dụng
của chúng, giúp cho các phản ứng hoá sinh học xẩy ra.
Điều hoà chuyển hoá: đó là các protein hormone, giúp cho các phản ứng trong tế bào
xảy ra đúng chiều hướng, đúng cường độ mà cơ thểđòi hỏi.
Vận chuyển các chất: Ví dụ Hb vận chuyển khí, Transferin vận chuyển sắt, Xytocrom
vận chuyển điện tử
Chức năng co duỗi, vận động: sự vận động của cơ thể là nhờ chức năng co dãn của
protein miozin và actin trong tơ cơ
Chức năng bảo vệ cơ thể
: là nhờ các kháng thể, các bạch cầu. Các kháng thể là các
protein đặc hiệu cao, nó nhận biết và kết hợp với các chất lạ như virus, vi khuẩn và các tế bào
từ các cơ thể khác. Vì thế protein giữ một vai trò sinh tử trong việc phân biệt giữa mình (self)
và không phải mình (nonself).
Trợ giúp cơ học (Mechanical support). Sự kéo căng của da và xương là do collagen-
một protein sợi

Phát xung và vận chuyển các xung thần kinh. Sựđáp ứng của các tế bào thần kinh đố
i
với một kích thích đặc hiệu được thực hiện qua trung gian các protein tiếp nhận (Receptor).
Chẳng hạn như Rhodopsin là một protein nhạy cảm với ánh sáng trong các tế bào hình que ở

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 4
võng mạc. Các protein Receptor cũng có thểđược tạo ra bởi các phân tử nhỏđặc hiệu chẳng
hạn như Acetylcholine, nó đáp ứng cho sự vận chuyển xung thần kinh ở các synaps (khoảng
không giữa tế bào thần kinh và các các mô bào khác).
Kiểm soát sự sinh trưởng và biệt hoá. Sự kiểm soát thông tin di truyền là cần thiết để
sinh trưởng và biệt hoá có trật tự của tế bào. Chỉ có một phần nhỏ genome của một tế bào là
được biểu hiện
ở một thời điểm nào đó. Ở vi khuẩn, các protein kìm hãm là các yếu tố kiểm
soát quan trọng các đoạn đặc hiệu "im lặng" của DNA của một tế bào. Ở các cơ thể có tổ chức
cao hơn, sự sinh trưởng và biệt hoá được kiểm soát bởi các protein yếu tố sinh trưởng. Chẳng
hạn, yếu tố sinh trưởng thần kinh hướng dẫn sự hình thành mạng lưới neuron. Hoạt tính của
các tế bào khác nhau trong các cơ thểđa tế bào được điều phối bởi các hormone. Chẳng hạn
như Insuline và hormone tuyến giáp đều là protein. Như vậy, protein hoạt động trong các tế
bào như là các cảm thụ quan (sensor) kiểm soát dòng năng lượng và các quá trình khác.
Cung cấp năng lượng: khi bị phân giải 1 gam protein cung cấp cho cơ thể 4,1 kcal.
2.
Cấu tạo của protein
Protein được cấu tạo từ các nguyên tố hoá học phổ biến trong tự nhiên và theo một tỷ lệ
là (% khối lượng protein):
C: 50-54%; O: 20-23%; H: 6-7%; N ≈ 16%. Ngoài ra còn có S, P, Fe,
Ở protein cấu trúc là cơ sở của chức năng, nên việc tìm hiểu về cấu trúc của chúng là
vấn đề số một. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và từđó cũng có hàng loạt các phương
pháp, phương tiện và đi đôi với chúng là hàng loạt các phát hiện mới trong cấu trúc của
protein như cấu trúc của các hormone, các enzyme, các kháng thể và đặc biệt là cấu trúc
DNA

Trước hết phải hiểu được đơn vị cấu tạo nên mọi loại protein đó là các acid amin.
2.1. Acid amin- đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein
2.1.1. Định nghĩa
Acid amin-đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein, là những monome để tạo nên chất polyme
protein. Công thức chung của acid amin là:
R

CH

NH
2
COOH
Trong cấu tạo của acid amin ta thấy có một nhóm carboxyl mang tính acid, một nhóm
amin mang tính kiềm nằm ở vị trí Carbon α (nguyên tử Carbon có tên là α bởi vì nó đứng kế
cận nhóm Carboxyl) nên còn có tên là α-aminoacid, một nguyên tử Hydrogen và một nhóm R
có bản chất khác nhau. Nhóm R được biểu thị như là một chuỗi bên. Gốc R khác nhau và tạo
nên các acid amin khác nhau. Trong tự nhiên người ta đã tìm được 250 loại acid amin nhưng
protein trong cơ thể sinh vật mặc dù khác nhau cũng chỉ chứa trong số 20 loại acid amin nhất
định mà thôi.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 5
Các acid amin trong dung dịch pH trung tính chủ yếu ở dạng lưỡng cực (Zwidterions)
hơn là dạng các phân tử không ion hoá. Trong dạng lưỡng cực của acid amin thì nhóm amin ở
dạng (-NH
3
+
) và nhóm Carboxyl bị phân ly (- COO
-
). Trạng thái ion hoá của một acid amin
thay đổi theo pH. Trong dung dịch acid (pH =1) nhóm Carboxyl không bị ion hoá (- COOH)

và nhóm amin lại bị ion hoá (- NH
3
+
).
C COOH
NH
2
R
H
C
COO-
NH
3
+
R
H
(Dạng không Ion hoá) (Dạng Ion lưỡng cực hoặc Zwidterion)
Trong dung dịch kiềm (pH =11), nhóm Carboxyl bị ion hoá (- COO
-
) và nhóm amin lại
không bị ion hoá (-NH
2
). Đối với Glycine, pK của nhóm Carboxyl là 2,3 và của nhóm amin là
9,6. Nói một cách khác, là điểm giữa của sự ion hoá thứ nhất ở pH 2,3 và sự ion hoá thứ hai ở
pH 9,6.
Khối tứ diện của 4 nhóm bao quanh nguyên tử carbon α tạo nên hoạt tính quang học
trên các acid amin. Hai dạng hình ảnh đối diện qua gương được gọi là đồng phân quay cực
trái L và đồng phân quay cực phải D. Chỉ những L acid amin mới tham gia cấu trúc Protein.
Có 20 loại chuỗi bên khác nhau về kích thước, hình dạng, diện tích, khả năng liên kết
Hydrogen cũng như tính phản ứng hoá học thường thấy ở các protein. Thật vậy, các protein

trong tất cả các mẫ
u từ vi khuẩn tới người đều được cấu trúc từ cùng một bộ 20 acid amin.
Những chức năng quan trọng của protein là do tính đa dạng và sự linh hoạt của 20 loại acid
amin này. Chúng ta sẽ khảo sát những phương thức mà điều cơ bản này đã tạo nên cấu trúc
không gian 3 chiều phức tạp để cho protein có thể thực hiện được nhiều quá trình sinh học.
Đơn giản nhất là glycine, nó có đúng một nguyên tử
Hydrogen ở chuỗi bên (Hình 1.1).
Tiếp đó là Alanine, có một nhóm methyl. Các chuỗi bên hydrat carbon lớn hơn (3 và 4 C ) có
ở valine, leucine và isoleucine. Những chuỗi bên lớn hơn này là kỵ nước (Hydrophobic) tức là
nó ghét nước và thích cụm lại. Cấu trúc 3 chiều của các protein hoà tan trong nước được ổn
định bởi sự cụm lại của các chuỗi bên kỵ nước. Hình dạng và kích thước của các chuỗi bên
hydrat carbon này (Hình 1.1) làm cho chúng có thể bao với nhau tạo nên cấu trúc đặc cùng
với các lỗ.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 6

Hình 1.1: Công thức của các acid amin có chuỗi bên béo
Proline cũng có một chuỗi bên nhưng khác với chuỗi bên của các thành viên khác của
acid amin là nó gắn cả với nguyên tử nidrogen và cả nguyên tử carbon α. Cấu trúc chu trình
được tạo thành (Hình 1.2) ảnh hưởng đáng kểđến kiến tạo protein. Proline thường thấy ở
những chỗ thắt nút của chuỗi protein cuộn, và không ghét nước.


HN
COH
O

Proline (Pro, P)
Hình 1.2.
Cấu trúc phân tử Proline

3 acid amin có chuỗi bên thơm (Hình 1 3) là Phenylalanine như tên của nó đã chỉ rõ,
có chứa một vòng phenyl gắn với một nhóm methylene (- CH
2
-). Vòng thơm của Tyrosine
chứa một nhóm Hydroxyl tạo cho Tyrosine ít kỵ nước hơn so với Phenylalanine. Tuy nhiên,
nhóm Hydroxyl này có tính phản ứng ngược lại với các chuỗi bên trơ của các amin acid khác.
Tryptophan có một vòng indole nối với một nhóm methylene; chuỗi bên này có một nguyên
tử nidrogen thêm vào các nguyên tử carbon và hydrogen. Phenylalanine và Tryptophan kỵ
nước cao. Vòng thơm của Phenylalanine, Tryptophan và Tyrosine có chứa mây điện trở ∏
không định vị (delocalized) làm cho chúng tương tác được với hệ thống ∏ khác và với các
điện tử vận chuyển.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 7


Nguyên tử lưu huỳnh có ở chuỗi bên của 2 α-aminoacid (Hình 1.4). Cystein chứa một
nhóm sulfhydryl (- SH) và Methionine chứa một nguyên tử lưu huỳnh trong liên kết Thioester
(- S - CH
3
). Cả 2 chuỗi bên chứa lưu huỳnh đều ghét nước. Nhóm sulfhydryl của Cystein có
tính phản ứng cao. Cystein giữ một vai trò đặc biệt trong cấu hình của một số protein bằng
cách tạo các liên kết disulfide.
Hình 1.4: Các acid amin chứa lưu huỳnh.
Hai acid amin Serine và Threonine có chứa các nhóm Hydroxyl (Hình 1.5). Nhóm
Hydroxyl trên Serine và Threonine làm cho chúng ưa nước hơn và có tính phản ứng hơn
Alanine và Valine. Threonine cũng giống như Isoleucine có chứa 2 trung tâm bất đối. Tất cả
các acid amin khác trong bộ cơ bản 20 trừ glycine đều có 1 trung tâm bất đối (nguyên tử
carbon α). Glycine là chất duy nhất (unique) bất hoạt quang học.
Hình 1.3: Các acid amin thơm.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 8
Hình 1.5: Các acid amin chứa nhóm OH.
Các acid amin có chuỗi bên rất phân cực và làm chúng ưa nước là Histidine, Lysine và
Arginine. Lysine và Arginine tích điện dương ở pH trung tính. Histidine có thể không tích
điện hay tích điện dương, tuỳ thuộc vào môi trường của nó. Histidine thường thấy ở các vị trí
hoạt hoá của Enzyme, ởđó vòng imidazole có thể chuyển đổi giữa các trạng thái để xúc tác bẻ
gãy các liên kết.
Những acid amin kiềm được ghi trong hình (1.6). Các chuỗi bên của Arginine và Lysine
là dài nhất trong số 20 acid amin
Hình 1.6: Các acid amin kiềm tính.
Các acid amin chứa chuỗi bên acid là Aspartic và glutamic. Các acid amin này thường
gọi là Aspartate và glutamate để nhấn mạnh rằng chuỗi bên của chúng gần như luôn luôn tích
điện âm ởđiều kiện pH sinh lý (Hình 1.7). Những dẫn xuất không tích điện của glutamate và
aspartate là glutamine và asparagine.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 9
H
2
NCHC
CH
2
OH
O
C
OH
O
Axit Aspartic
H
2
NCHC

CH
2
OH
O
CH
2
C
OH
O
Axi
t
Glu
t
a
m
ic
H
2
NCHC
CH
2
OH
O
C
NH
2
O
Asparagin
H
2

NCHC
CH
2
OH
O
CH
2
C
NH
2
O
Glutamin
Hình1.7: Các acid amin có tính acid và các amide của chúng.
Ngoài ra còn 2 acid amin có chuỗi bên là nhóm kị nước và có chứa lưu huỳnh là Nor
leucin và Cystin là dẫn xuất của Leucin và Cystein
CH
3
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH- COOH CH
2
- S ⎯ S - CH
2
⎜ ⎜ ⎜
NH
2

CH - NH
2
CH - NH
2

⎜ ⎜
COOH COOH
Hình 1.8.
Cấu trúc phân tử Nor leuxin và Cystin


Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 10
Giá trị pK đặc trưng và cân bằng đối với sự ion hoá chuỗi bên của Arginine, Lysine,
Histidine, Aspartic và Acid glutamic, Cysteine và Tyrosine được ghi trong bảng (1.1). Hai
nhóm khác trong protein: nhóm cuối α amin (α amin terminal) và nhóm cuối α carboxyl (α
carboxyl terminal) có thể bị ion hoá cũng được ghi trong bảng này.
Các acid amin thường được ký hiệu hoặc bằng 3 chữ viết tắt hoặc một chữ tượng trưng
để dễ dàng trong thông tin (bảng 1.2).
Viết tắt của các acid amin là 3 chữđầu tiên tên acid amin trừ trường hợp Acid glutamic
(Glu), Acid apartic (Asp), Asparagin (Asn), Glutamine (Gln) và Isoleucine (Ile), Nor leucin
(Nor leu). Những tượng tr
ưng của một số ít acid amin là chữđầu tiên tên acid amin (tức là G
cho Glycine và L cho Leucine).
2.1.2. Phân loại acid amin.
Phân loại theo hoá học: liên kết thẳng, liên kết vòng; trung tính, acid, base.
Phân loại theo sinh lý (giá trị dinh dưỡng): acid amin là những chất dinh dưỡng cực kỳ
quan trọng đối cơ thể, khi người ta nói đến thức ăn cần có protein tức là cần có các acid amin.
Ở cơ thểđộng vật cao đẳng (người và gia súc) khả năng tự tổng hợp acid amin bị hạn chế,
trong số 20 acid amin cần thiết
để tổng hợp protein thì những động vật đó chỉ tổng hợp được

trên dưới 10 loại. Những acid amin mà cơ thể không tự tổng hợp được người ta gọi là "acid
amin cần thiết", còn những acid amin cơ thể tự tổng hợp được được gọi là "acid amin không
cần thiết". Do khả năng của mỗi loài động vật khác nhau nên số "acid amin cần thiết" cũng
khác nhau, thông thường gồm 9 loạ
i sau: Tre, Met, Val, Leu, Ileu, Lyz, Phe, Try, His. Các
acid amin cần thiết này còn phụ thuộc vào lứa tuổi ví dụở gà con lại cần Gly và Arg, khi
trưởng thành thì lại không cần nữa vì chúng tự tổng hợp được.
Acid amin trong cơ thểở dạng đồng phân quay cực trái (dạng L)
2.2. Cấu trúc bậc I của protein
2.2.1. Định nghĩa: Đây là cách liên kết giữa các acid amin lại với nhau bằng liên kết
peptide để tạo nên chuỗi peptide:

- C - N -
⎜
⎜⎜
⎜⎜
⎜⎜
⎜ ⎜
⎜⎜
⎜
O H
Liên kết peptide là liên kết hình thành bởi nhóm định chức carboxyl của acid amin này
với nhóm định chức amin của acid amin bên cạnh. Đây là liên kết đồng hoá trị nên rất bền
vững, để phá vỡ liên kết này, trong phòng thí nghiệm người ta phải dùng những tác nhân
mạnh như acid HCl, H
2
SO
4
với nồng độ 4-6 N đun ở nhiệt độ 102
0

C kéo dài 24 giờ.
Đặc tính nổi bật của protein là chúng có cấu trúc 3 chiều. Vào những năm cuối 1930,
Linus Pauling và Robert Corey bắt đầu các nghiên cứu các cấu trúc của các acid amin và
peptide. Mục đích của họ là biết được khoảng cách và các gốc liên kết tiêu chuẩn của các acid
Bảng 1.1 và 1.2. Giá trị pK của các nhóm Ion hoá và viết tắt của các acid amin

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 11
amin và rồi dùng những thông tin này để dựđoán cấu trúc của protein. Một trong số các phát
kiến quan trọng là đơn vị peptide cứng và phẳng (Hình1.9). Hydrogen của nhóm amin thay
thế hầu như luôn luôn ở dạng Trans (đối nghịch) với oxy của nhóm carbonyl chỉ trừ liên kết
peptide X-pro (X là gốc bất kỳ), nó có thể là cis (cùng một phía) hoặc Trans. Liên kết giữa
nguyên tử carbon carbonyl và nguyên tử Nidrogen của đơn vị peptide là không tự do để có thể
quay được bởi vì liên kết này có đặc tính riêng.
Chiề
u dài của liên kết này là 1,32 A
0
nó nằm giữa chiều dài liên kết của liên kết đơn (-N
(1,46 A
0
) và liên kết đôi (=N (1,51 A
0
). Ngược lại, liên kết giữa nguyên tử Carbon α và
nguyên tử Carbon Carbonyl lại là liên kết đơn thật sự. Liên kết giữa nguyên tử Carbon α và
nguyên tử Nidrogen peptide cũng là một liên kết đơn thuần khiết. Cuối cùng, có một mức độ
lớn về sự tự do quay xung quanh những liên kết này ở phía đơn vị peptide cứng (Hình 1.9).
Độ cứng của liên kết peptide tạo cho protein có dạng 3 chiều xác định. Sự tự do quay ở phía
đơn v
ị peptide cũng có tầm quan trọng tương đương bởi vì nó cho phép protein cuộn lại theo
nhiều cách.
Angstrom (A) - đơn vịđo chiều dài bằng 10

-10
met. 1 A
0
= 10
-10m
= 10
-8
cm = 10
-
μm =
10
-1
nm. Anders J. Angstrom (1814 - 1874)
Hình1.9.
Cấu trúc một đơn vị peptide.
2.2.2. Đặc điểm của cấu trúc bậc I: có 2 dặc điểm quan trọng là:
Thứ tự sắp xếp trước sau của acid amin trong chuỗi. Ví dụ: có 3 loại: Val, Tre, Lyz sẽ
có các cách sắp xếp sau:
Val - Tre - Lyz, Tre - Lyz - Val, Lyz - Tre - Val, Val - Lyz - Tre, Tre - Val - Lyz,
Lyz - Val - Tre
Như vậy có 6 kiểu và quy luật là 3! = 1.2.3 = 6 kiểu và tạo nên 6 loại peptide khác nhau.
Vậy với 20 loại acid amin thì sẽ có 20! và sẽ tạo ra số lượng các loại protein khác nhau là rất
l
ớn. Chính nhờ khả năng sắp xếp hết sức phong phú này của các acid amin trong chuỗi
peptide mà tuy chỉ có 20 loại acid amin ta thấy thế giới sinh vật hết sức đa dạng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 12
Trong chuỗi, đầu chuỗi bao giờ cũng có nhóm amin tự do, cuối chuỗi có nhóm carboxyl
tự do.
Số lượng các acid amin trong chuỗi làm cho chuỗi peptide dài ngắn khác nhau: 2 acid

amin gọi là đi peptide, 3 gọi là tri peptide, 4-10 gọi là olygopeptide và >10 gọi là polypeptide.
Khối lượng phân tử của chuỗi peptide phụ thuộc vào điều này. Trung bình mỗi chuỗi có
khoảng 150 acid amin ví dụ Insuline có 51 acid amin, glucagon có 19 acid amin
Sự khác nhau của các protein về cấu trúc bậc I tạo nên tính đặc trưng sinh học của
protein từđó quyết định đặc tính, tính trạ
ng của sinh vật. Tính đặc trưng này riêng cho từng
loại protein và được di truyền rất chặt chẽ qua nhiều thế hệ (được mã hoá trong DNA)
2.3. Cấu trúc bậc II của protein
2.3.1. Định nghĩa: Là cách xoắn gọn lại của chuỗi peptide, tạo cho chuỗi peptide những
đoạn xoắn kiểu xoắn α hay gấp nếp β.
Năm 1951 Linus Pauling và Robert Corey giả định có 2 cấu trúc polypeptide là xoắn α
và nếp gấp β. Xoắn α là mộ
t cấu trúc giống như một cái gậy. Chuỗi polypeptide liên kết chính
cuộn chặt lại tạo nên phần bên trong của gậy, còn các chuỗi bên trải rộng ra ngoài trong một
hình xoắn (Hình 1.10). Xoắn α được ổn định bởi liên kết hydrogen giữa các nhóm NH và CO
của chuỗi chính. Nhóm CO của mỗi acid amin tạo liên kết Hydrogen với nhóm NH của acid
amin cách 4 gốc về phía trước (Hình1.10). Trong xoắn α, nhóm CO của gốc n liên kết
Hydrogen với nhóm NH của gốc (n + 4). Như vậy t
ất cả các nhóm CO và NH của chuỗi chính
đều được liên kết Hydrogen. Gốc nọ cách gốc kia 1,5 A
0
dọc theo trục xoắn và góc quay là
100° gồm 3,6 gốc acid amin cho một chu kỳ xoắn. Như vậy các amin acid được trải rộng lại
rất gần về mặt không gian trong xoắn α. Khoảng cách của xoắn α là 1,5 A
0
và khoảng cách
trong một chu kỳ (3,6 gốc) là 5,4 A
0
.
Vòng xoắn có thể là bên phải (Clockwise) thuận chiều kim đồng hồ hoặc bên trái

(counter clockwise) đối kim đồng hồ. Các xoắn α của protein là quay phải. Mức xoắn α của
protein rất rộng từ 0 tới gần 100%. Ví dụ Enzyme tiêu hoá chymotrypsin không có xoắn α.
Ngược lại myoglobin và hemoglobin có tới 75 % là xoắn α. Xoắn α đơn thường có chiều dài
nhỏ hơn 45 A
0
. Tuy nhiên, hai hay nhiều xoắn α có thểđan với nhau để tạo nên những cấu
trúc rất ổn định nó có thể dài đến 1000 A
0
(100nm hay 0,1μm) hoặc hơn. Những xoắn α
(Hình 1.11) thấy ở Myosin và Tropomyosin của cơ, fibrin trong các cục máu và keratin trong
tóc. Các cáp xoắn trong những protein này giữ vai trò cơ học trong việc hình thành những bó
rắn chắc của các sợi như trong lông lợn.
Cấu trúc xoắn α được Pauling và Corey suy diễn khoảng 10 năm trước đây khi họ quan
sát qua cấu trúc tia X của Myoglobin. Sự giải thích về cấu trúc của xoắn α là một bước ngoặt
trong sinh học phân tử b
ởi vì nó chứng minh được rằng cấu trúc của một chuỗi polypeptide có
thểđược dựđoán nếu bản chất các thành phần của nó đã được hiểu một cách chính xác và
tuân theo một nguyên tắc nghiêm ngặt.
Pauling và Corey cũng đã phát hiện một cấu trúc khác là nếp gấp β (gọi là β bởi vì nó
được xác định là cấu trúc thứ hai còn xoắn α là thứ nhất). Nếp gấp β khác nhiều so với xoắn
α. Một chu
ỗi polypeptide trong nếp gấp β gọi là một dây (sợi) β hầu nhưđược duỗi ra hoàn

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 13
toàn chứ không cuộn chặt như trong xoắn α. Dạng nếp gấp β được ổn định bởi liên kết di
sunfid (- s - s -) liên kết này được hình thành từ 2 nhóm sulfihydryl (-SH) của 2 acid amin Cys
khi chúng ở gần nhau trong không gian. Dạng gấp nếp β có bước xoắn thưa thường có ở
những protein dạng sợi như keratin ở lông, tóc, sừng, móng.
Khoảng cách trục giữa các acid amin kế cận là 3,5 A
0

, ngược lại ở xoắn α là 1,5 A
0
.
Một sai khác nữa là nếp gấp β được làm ổn định bởi các liên kết Hydrogen giữa các nhóm NH
và CO trong các sợi polypeptide khác nhau, trong khi đó ở xoắn α, liên kết Hydrogen là giữa
các nhóm NH và CO trong cùng một sợi. Những chuỗi kề cận trong nếp gấp β có thể chạy
cùng một hướng (nếp β song song) hoặc các hướng đối nghịch (nếp β đối song song) (hình
1.12), ví dụ như các sợi tơ bao gồm chủ yếu các nếp gấ
p β. Gấp β là một cấu trúc có trong
nhiều protein. Những đơn vị cấu trúc này thông thường bao gồm từ 2 đến 5 sợi song song
hoặc đối song song.
.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 14
Hình 1.11. Siêu xoắn α
αα
α.
Hình 1.12.
Cấu trúc đối β
ββ
β. Các sợi β
ββ
β mới tạo thành chạy theo những hướng ngược lại.
2.4. Cấu trúc bậc III của protein
2.4.1. Định nghĩa: Là cách xắp xếp gọn lại trong không gian của chuỗi peptide khi đã
có cấu trúc bậc II.
2.4.2. Các lực nối ổn định cấu trúc bậc III:
Lực disulfid - S - S - liên kết này được hình thành từ 2 nhóm sulfihydryl (-SH ) của 2
acid amin Cys khi chúng ở gần nhau trong không gian khoảng 2 lần đường kính phân tử. Đ
ây

là liên kết đồng hoá trị nên tương đối bền vững (W = 4-5Kcal/mol), tuy nhiên số lượng liên
Hình 1.10. Xoắn α
αα
α

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 15
kết này ít (4-6 liên kết trong 1 phân tử) nên tác dụng ổn định cấu trúc bậc III là không giữ vai
trò quyết định.
Một số protein có chứa liên kết disulfide. Sự liên kết chéo giữa các chuỗi hoặc giữa các
bộ phận của một chuỗi được tạo ra bởi sự oxy hoá của các gốc Cystein disulfide để tạo thành
liên kết disulfide (hình 1.13). Các protein trong nội bào thường thiếu liên kết disulfide, trong
khi đó các protein ngoại bào thường chứa một vài liên kết này. Dẫn xuất củ
a những liên kết
chéo không lưu huỳnh của các chuỗi bên của lysine cũng có mặt trong một số protein. Chẳng
hạn như, các sợi collagen ở mô liên kết làm cho mô này vững chắc, hay là các sợi đông máu
Hình1.13 Cầu Disulfide (-S-S-)được hình thành từ các nhóm SH của Cys trong
Insuline
Có thể nói cấu trúc bậc III của protein chủ yếu ổn định được là nhờ một loạt các liên kết
phụ, có lực nối yếu, nhưng có mặt ở khắp mọi nơi trong phân tử protein. Đó là:
Liên kết Hydro > N H N <. Đây là liên kết xuất hiện trong trường hợp chất có hiện
tượng phân cực, giữa hai nhóm mang điện tích âm có khoảng cách 2-3 A
0
có hydro ở giữa
Liên kết của các nhóm kỵ nước (nhóm không ưa nước, chỉ chứa C, H như: Val, Leu )
nhóm này có tính đẩy nước và bị nước đẩy, trong dung dịch keo khi chúng gần nhau sẽ tạo
thành một đám tạo nên lực liên kết.
Lực Valderval (lực hấp dẫn vi mô): là lực nối xuất hiện giữa các nhóm phân tử khi
chúng nằm gần nhau một khoảng cách bằng 1,5-2 lần đường kính phân tử.
Liên kết ion xuất hiệ
n giữa các acid amin còn dư nhóm cacboxyl (-COOH) và nhóm

amin (-NH
2
) trong dung dịch chúng phân ly thành các ion COO
-
và NH
3
+
.
Liên kết peptide xuất hiện giữa các acid amin còn dư nhóm -COOH và -NH
2
khi chúng
ở gần nhau (số lượng liên kết này cũng rất ít). ( Hình 1.14)

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 16
Đặc điểm của các liên kết này là năng lượng liên kết thấp, nó là liên kết yếu nhưng nó
có mặt ở khắp nơi trong phân tử protein cho nên tác dụng ổn định cấu trúc của nó là rất lớn,
đồng thời do yếu nên dễ chịu ảnh hưởng tác dụng của môi trường (t
0
và pH).
2.4.3. Hệ quả của cấu trúc bậc III:
Trong cấu trúc bậc III có một điều có ý nghĩa quyết định đối với hoạt tính của protein
là thông qua việc hình thành cấu trúc bậc III trong phân tử protein hình thành nên các trung
tâm hoạt động:
Trung tâm hoạt động là yếu tố bắt buộc phải có ở các protein chức năng (enzyme, kháng
thể ), là nơi tiếp xúc giữa protein với đối tượng tác động, là nơi thực hiện các phản ứng hoá
sinh c
ủa protein.
Trung tâm hoạt động được hình thành từ một số acid amin bình thường nằm xa nhau
dọc theo chuỗi peptide, nhưng nhờ có cấu trúc bậc III mà chúng được gần nhau trong không
gian để phối hợp với nhau thực hiện chức năng của protein như trypsinogen ( Hình 1.15)

Hình 1.15: Cấu trúc của trypsinogen
Hình 1.14. Mô hình các liên kết trong cấu trúc bậc III của protein

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 17
Các gốc acid amin thường tham gia vào trung tâm hoạt động là: Cys với nhóm -SH, Ser,
Tyr, Tre với nhóm - OH; Lyz, Arg với nhóm -NH
2
, Glu, Asp với nhóm –COOH, His với
nhóm imidazon.
Có thể nói trung tâm hoạt động của protein có được là nhờ có cấu trúc bậc III và ổn định
được là nhờ sựổn định của cấu trúc bậc III. Vì lý do trên tất cả những yếu tố gì ảnh tới các
liên kết duy trì cấu trúc bậc III đều ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động, ảnh hưởng này có thể
tích cực hoặc tiêu cực đối với chức năng của protein, nếu là ảnh hưở
ng tích cực làm cho
protein thực hiện chức năng thuận lợi hơn ta gọi đó là hiện tượng hoạt hoá protein, ngược lại
nếu là ảnh hưởng tiêu cực làm rối loạn méo mó cấu trúc bậc III, làm cho protein hoạt động
yếu đi, thậm chí không hoạt động, người ta gọi là hiện tượng ức chế hoặc làm tê liệt chức
năng của protein.
Những yếu tốảnh hưởng tới trung tâm hoạt độ
ng là những yếu tốảnh hưởng tới các liên
kết trong cấu trúc bậc III từđó ảnh hưởng tới hoạt tính của protein. Trong cơ thểđộng vật các
yếu tốđó là t
0
và độ pH. Ởđộng vật, nhiệt độ ổn định của cơ thể có những trị số nhất định
(người: 36-37
0
C, trâu bò 37-38
0
C, gia cầm 39-41
0

C ), mỗi một mô bào tuỳ theo chức năng
mà có độ pH riêng của mình. Nhiệt độ và độ pH là điều kiện tối ưu của những protein chức
năng.
2.5. Cấu trúc bậc IV của protein.
2.5.1. Định nghĩa: Là cách tập hợp, kết hợp với nhau của một số tiểu phần protein đã
có cấu trúc bậc III tạo nên những tổ hợp phức tạp và qua đó tạo cho phân tử protein có nhữ
ng
đặc tính mới. Ví dụ:
Hb có 4 tiểu phần liên kết với nhau bằng cấu trúc bậc IV theo hình tứ diện đều.
Phân tử enzyme Phosphorylase thực hiện phản ứng phân giải glycogen thành glucose
trong chuyển hoá đường, khi ở trạng thái dime (dạng phosphorylase b) chúng không có hoạt
lực, khi chuyển sang dạng tetrame (dạng phosphorylase a) thì chúng có hoạt lực:
O - O
4ATP
4ADP
O - O
O - O
P
P
P
P
Protein-kinase
Phosphorylase ‘b’ d
ạng dime Phosphorylase ‘a’ dạng tetrame
2.5.2. Ý nghĩa: đây là cách điều hoà hoạt tính của protein đồng thời tiết kiệm được
nguyên li
ệu.
3. Cắt và sửa đổi protein tạo nên các khả năng mới.
Nhiều trong số 20 acid amin có thể bị thay đổi sau khi chuỗi polypeptide đã được tổng
h

ợp nên đã làm tăng thêm khả năng của protein. Ví dụ các amin chót của nhiều protein đã
acetyl hoá,
điều đó làm cho protein tăng sự kháng lại sự phân giải. Ở các collagen tổng hợp
m
ới, nhiều gốc protein đã hydroxyl hoá để tạo hydroxyproline (Hình 1.16). Những nhóm

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 18
hydroxyl được thêm vào đã làm ổn định sợi collagen. Ý nghĩa sinh học của sự sửa đổi này đã
được dẫn ra trong bệnh thiếu vitamin C (Scurvy) nguyên nhân là do sự hydroxyl hoá không
đầy đủ của collagen vì thiếu vitamin C. Các amin acid chuyên biệt khác cũng được tạo ra như
γ
- carboxyglutamate. Khi thiếu vitamin K, sự carboxyl hoá không đủ của glutamate trong
prothrombin, m
ột nhóm protein đóng cục do đó dẫn tới sự xuất huyết. Hầu hết các protein,
ch
ẳng hạn như các kháng thểđược tiết ra bởi các tế bào đòi hỏi phải có đơn vị carbohydrate
trên các g
ốc asparagine đặc hiệu. Việc thêm carbohydrate vào làm cho protein ưa nước hơn.
Ng
ược lại, một protein có thể trở nên ghét nước hơn nếu thêm một acid béo vào nhóm α-amin
ho
ặc một nhóm sulfhydryl của Cystein.
Nhi
ều Hormone, chẳng hạn như Adrenalin, đã làm thay đổi hoạt tính của nhiều Enzyme
do s
ự kích thích phosphoryl hoá của acid amin hydroxyl là serine và Threonine.
Phosphoserine và phosphothreonine là các acid amin
được sửa đổi thường xuyên nhất trong
các protein. Các y
ếu tố sinh trưởng tác động bằng cách tạo nên sự phosphoryl hoá nhóm

hydroxyl c
ủa Tyrosine để tạo nên phosphoTyrosine. Các nhóm phosphate trên 3 acid amin
s
ửa đổi này có thể bị loại đi, làm cho chúng có thể tác động như sự chuyển đổi nghịch trong
s
ựđiều hoà các quá trình của tế bào. Thật vậy, một số gen sản sinh ung thư (oncogene) tác
động bằng cách kích thích sự phosphoryl hoá dư thừa các gốc Tyrosine trên các protein kiểm
soát s
ự tăng sinh của tế bào.
Hình 1.16: Sự sửa đổi các gốc acid amin ở một số protein.
Nhiều protein bị cắt xén sau khi sinh tổng hợp. Chẳng hạn như các Enzyme tiêu hoá
khi được tổng hợp, tiền thân của nó là bất hoạt có thể cất giữ an toàn ở tuỵ. Sau khi được giải
phóng vào đường tiêu hoá, những tiền thân này trở nên hoạt hoá do cắt đi liên kết peptide.
Trong quá trình đông máu, fibrinogen hoà tan chuyển thành fibrin không hoà tan cũng do sự
cắt bớt liên kết peptide. Nhiều hormone polypeptide chẳng hạn như adrenocorticotropin do sự
chẻ nhỏ của một protein tiền thân. Cũng gi
ống như vậy, các protein của poliovirus được tạo
nên do sự xén bớt của một polyprotein tiền thân lớn hơn. Một vài protein chủ chốt của Virus-
1 (HIV-1) gây nên AIDS là do sự cắt xén đặc hiệu của một tiền thân dài hơn.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 19
Các chuỗi Polypeptide có thểđảo hướng do sự quay gấp. Nhiều protein có hình cầu,
gọn có sựđảo hướng trong các chuỗi polypeptide của chúng. Nhiều sựđổi hướng được hoàn
tất bởi một yếu tố cấu trúc gọi là sựđổi hướng β. Trong sự quay này nhóm CO gốc (n) liên
kết Hydrogen với nhóm NH của gốc (n + 3) (Hình 1.17). Như vậy một chuỗi polypeptide có
thểđổi hướng một cách bất ngờ. Sựđổi hướng β thường để nối các sợ
i β đối song song. Nó
cũng được hiểu như là sựđổi hướng hay sự bẻ gập đột ngột.
Xoắn Collagen được ổn định bởi Proline và Hydroxypoline.
Một dạng đặc biệt của xoắn có trong Collagen - thành phần sợi chính của da, xương

gân, sụn và răng. Những protein ngoại bào có chứa 3 chuỗi polypeptide xoắn. Mỗi chuỗi dài
1000 gốc. Trình tự acid amin của collagen rất điều hoà: gần như 1/3 gốc là glycine, proline
chiếm 12%. Hơ
n nữa collagene có chứa 2 acid amin hiếm gặp là Hydroxyproline và
hydroxylusine. Trình tự glycine - Proline - Hydroxyproline (Gly - Pro - Hyp) cũng thường
được tái diễn (Hình 1.18).
Collagen là một phân tử hình que dài khoảng 3000 A
0
nhưng đường kính chỉ 15 A
0
.
Hoạ tiết xoắn 3 (Hình1.18) hoàn toàn khác với xoắn α. Liên kết Hydrogen có trong nội bộ
một sợi. 3 dây cuộn lại với nhau tạo nên cáp siêu xoắn. Khoảng cách trục cho 1 gốc trong siêu
xoắn là 2,9 A
0
và có gần 3 gốc cho một chu trình. 3 dây này có liên kết Hydrogen với nhau.
Chất cho Hydrogen là nhóm NH peptide của gốc glycine và chất nhận hydrogen là nhóm CO
cuả các chuỗi khác. Nhóm Hydroxyl của các gốc Hydroxyproline cũng tham gia trong liên kết
Hydrogen.
Đến bây giờ chúng ta đã hiểu tại sao glycine chiếm 1/3 vị trí trải dài hàng nghìn gốc tạo
nên vùng xoắn của collagen. Phía bên trong của cáp dây 3 này rất chặt. Vì vậy, chỉ có glycine
là có thể vừa khít ở vị trí bên trong này. Vì có 3 gốc cho một chu trình xoắn, cho nên phải có
1/3 gốc trên mỗi dây là glycine.
Khi quan sát sợi collagen ta thấy có vằn ngang, đ
ó là các phân tử Tropocolagen ở các
dẫy kề nhau xếp lệch nhau 1/4 phân tử. Trên cùng một dẫy, giữa phân tử Tropocollagen có
một khớp dài 400 A
0
.
H×nh 1.17

: §¶o h−íng quay cña peptide.