Đề tài cấu trúc và tính chất lý hoá của protein

ê
Đề tài:
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT LÝ HOÁ CỦA
PROTEIN
I. CÁC KIỂU LIÊN KẾT TRONG CẤU TRÚC
PROTEIN
II. HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC VÀ CẤU TRÚC
CỦA PHÂN TỬ PROTEIN
III. TÍNH CHẤT LÝ HOÁ CỦA PROTEIN
IV. BIẾN TÍNH PROTEIN
I. CÁC KIỂU LIÊN KẾT TRONG CẤU TRÚC PROTEIN
1.1 Các liên kết cộng hoá trị
a. Liên kết peptide
H
CH
2
OH
-CH-COOH
H
N
CH
3
H
2
N-CH-C
O
CH
3
H
2
N-CH-CO

CH
2
OH
CH-COOH
H
N
OH
Serine
H
2
O
Alanine
AlanylSerine
Liên kết peptid
b. Liên kết disunfua
Sự hình thành cầu disunfua giữa hai phân tử cysteine
Một số liên kết hydro quan trọng trong hệ thống sống
a) giữa hydro của một ancohol và oxy của nước;
b) giữa nhóm carbonyl keto và nước;
c) giữa nhóm peptide trong polypeptide;
1.2.1 Liên kết hydro
D – H + A D – H

A
1.2 Các liên kết yếu làm ổn định cấu trúc protein
2.2.2. Liên kết ion
Là tương tác tĩnh điện giữa hai nhóm có điện
tích ngược dấu.
Trong nhiều trường hợp chất vô cơ, điện tử liên
kết luôn luôn bị hút về phía nguyên tử có độ âm

điện cao hơn gây ra sự phân li cation (nguyên tử
tích điện tích âm) và anion (nguyên tử tích điện
dương)
Ví dụ:
NaCl → Na
+
+ Cl
-
2.2.3. Liên kết Van der Waals
Là các tương tác không đặc hiệu xuất hiện giữa
hai nguyên tử khi chúng tiến lại gần nhau.
Tương tác này không do sự phân phối lệch của
các điện tử giữa hai phân tử mà do các biến
động thoáng qua của đám mây điện tử gây ra sự
phân cực nhất thời trên phân tử.
Liên kết Van der Waals là kết quả của lực hút và
lực đẩy. Hai lực này cân bằng ở một khoảng
cách nhất định, đặc trưng cho từng loại nguyên
tử. Khoảng cách này được gọi là bán kính Van
der Waals. Đây là lực liên kết yếu nhất, với giá trị
chỉ khoảng 1 k cal mol
-1
.
2.2 4. Liên kết kị nước (tương tác kị nước)
Lực thúc đẩy các phân tử không phân cực,
hay các vùng không phân cực của các phân tử
liên kết với nhau thay vì với các phân tử H2O (đẩy
phân tử H2O ra ngoài) được gọi là liên kết kị
nước.
Đây không phải là một lực liên kết đúng nghĩa

mà là khuynh hướng loại trừ các nhóm không
phân cực ra khỏi mạng lưới nước. Còn liên kết
thật sự tồn tại giữa các phân tử không phân cực
là liên kết Van der Waals
II. HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC VÀ CẤU TRÚC CỦA
PHÂN TỬ PROTEIN
2.1 Hình dạng kích thước
Protein có khối lượng phân tử (Mr) tương đối
lớn và thay đổi trong một dải rộng từ hơn 10
nghìn đến hàng trăm nghìn dalton (bảng 4.1).
Các phân tử protein có thể có dạng cầu (kể cả
hình bầu dục) hoặc dạng sợi.
2.2 Cấu trúc bậc nhất
Cấu trúc bậc nhất biểu thị thành phần, trình
tự aa trong phân tử protein mạch thẳng.
Cấu trúc này được giữ vững nhờ liên kết
cộng hoá trị và liên kết peptide.
Cấu trúc bậc nhất của ribonuclesae của bò
* Cấu trúc bậc I của một số protein đã biết
Ngoài một số loại protein đã biết rõ cấu trúc bậc I như
insulin, hiện nay nhiều loại protein khác đã biết được
trình tự các amino acid trong chuỗi polypeptide như:
- ribonuclease là một protein có 124 amino acid, nối
với nhau thành một chuỗi;
- hemoglobin là protein có 4 chuỗi polypeptide, 2
chuỗi α (mỗi chuỗi 141 amino acid) và 2 chuỗi β (mỗi
chuỗi 146 amino acid)
- tripsinogen bò (229 amino acid)
- chimotrypsin bò (229 amino acid)
- alcohol dedhyrogenase ngựa (374 amino acid)

- glutamate dehdrogenase bò (500 amino acid).
* Tính quy luật trong cấu trúc bậc I của protein
Những protein đồng thể của những loài khác
nhau có một số gốc amino acid tương đối
không đổi ở những vị trí đặc biệt và có những
gốc amino acid thay đổi, nghĩa là ở những loài
khác nhau, các amino acid khác có thể thay thế
cho nhau.
2.3 Cấu trúc bậc II (cấu trúc thứ cấp)
Cấu trúc bậc 2 là sắp xếp không gian bền của
các vùng trong polypeptide.
Cấu trúc bậc 2 được làm bền nhờ các liên kết
hydro, được tạo thành giữa liên kết peptide ở kề
gần nhau, cách nhau những khoảng xác định.
Các cấu trúc bậc 2 cơ sở là xoắn α và phiến β
và đoạn ngoặt β ngắn hình chữ U.
Các cấu trúc bậc 2 cơ sở là xoắn α phiến β và đoạn ngoặt
β ngắn hình chữ U.
Xoắn α
Phiến gấp β
* Xoắn α
Ở cấu trúc dạng này O thuộc nhóm –CO- của mỗi
liên kết peptide tạo liên kết hydro với H thuộc nhóm -NH-
của gốc aa thứ 4 tính từ đầu C.
Xoắn α dài 36 aa sẽ có 10 vòng xoắn và dài 5.4 nm.
Liên kết H trong xoắn α làm mạch khung có dạng trụ
dài, thẳng. Do đó nhóm R của aa quay ra ngoài.
Nhóm amino và carboxyl phân cực đều tham gia liên
kết H nên các nhóm R xác định tính chất kỵ nước hoặc
ưa nước của xoắn riêng proline không nằm trong xoắn α.

=> Xoắn α là cấu trúc điển hình, rất ổn định và phổ biến
nhất trong protein nhưng cũng có những biến thể khác
như xoắn cặp đôi.
* Phiến β
Phiến β chứa các mạch β kết nối theo biên.
Mỗi mạch β là một phân đoạn ngắn (chứa 5 - 8
aa) và hầu như trải ra hết cỡ.
Liên kết H trong phiến β hình thành giữa các
nguyên tử nằm trên khung của những mạch β
riêng biệt nhưng liền kề.
* Đoạn ngoặt β
Gồm 4 aa, nằm trên bề mặt ptotein, tạo thành
đường cong hẹp, uốn khung polypeptide quay
ngược vào trong. Cấu trúc này bền nhờ liên kết H
giữa 2 đầu.
Glycine và proline thường nằm trong đoạn
ngoặt.
Đoạn ngoặt β giúp các protein lớn gập lại rất
gọn có 6 loại đoạn ngoặt xác định. Cấu trúc chi tiết
của chúng phụ thuộc vào sắp xếp tương tác gắn H.
* Phương pháp nghiên cứu cấu trúc bậc 2
- Phổ hồng ngoại
- Phổ tử ngoại - khả biến
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
- Trao đổi H nặng
2.4 Cấu trúc bậc III
Toàn bộ chuỗi polypeptide gấp nếp tạo thành
cấu trúc bậc III.
Cấu trúc này ổn định nhờ tương tác kỵ nước
giữa các nhóm R không phân cực, liên kết H giữa

các nhóm R phân cực và liên kết peptide.
Tính chất hoá học của nhóm R của aa quyết
định cấu trúc bậc 3 của protein.
Dựa vào cấu trúc bậc III có thể chia protein
thành 3 loại: protein sợi, protein cầu và protein
xuyên màng.
* Mô hình gấp nếp giọt dầu
Các aa với mạch nhánh không phân cực, kỵ
nước thường bị cô lập cách xa bề mặt tiếp xúc
nước của protein. Chúng tạo thành lõi trung tâm
không hoà tan trong nước gọi là mô hình giọt dầu
của protein cầu.
2.5 Cấu trúc bậc IV
Vị trí của sự sắp xếp các protein có cấu trúc
bậc 3 trong không gian tạo thành cấu trúc bậc 4
Cấu trúc bậc 4 chỉ đặc trưng cho 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. Mỗi chuỗi polypeptide
đó được gọi là 1 tiểu đơn vị (subunit), chúng gắn
với nhau nhờ các liên kết H, tương tác Van der
waals giữa các nhóm phân bố trên bề mặt của
các tiểu đơn vị để làm bền cấu trúc bậc IV.
Bậc I Bậc II Bậc III Bậc IV
* Phương pháp xác định khối lượng phân tử
protein
- Phương pháp ly tâm siêu tốc
- Phương pháp điện di
- Phương pháp sắc ký lọc gel (lọc sàng
phân tử)

* Tính quy luật trong cấu trúc bậc IV của protein
Các protein có cấu trúc bậc IV, phân tử có
thể được cấu tạo từ hai cho tới hàng trăm tiểu
đơn vị. Tuy nhiên phần lớn các phân tử protein
được cấu trúc từ các tiểu đơn vị đồng nhất hoặc
từ các nhóm tiểu đơn vị giống nhau, vì thế phân
tử protein thường được cấu tạo đối xứng.
Những protein cấu trúc từ các tiểu đơn vị
đồng nhất có một hay một số nhất định kiểu đối
xứng như đối xứng quay tròn hay xoắn ốc. Như
vậy các tiểu đơn vị có thể xếp chồng lên nhau
quanh một hoặc một số trục hay là đường xoắn
ốc.
Hai kiểu đối xứng vòng tròn trong cấu trúc protein
* Tính quy luật trong cấu trúc bậc IV của protein