chuyên đề “protein đại phân tử sinh học thiết yếu trong tế bào

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
“Thành phần hóa học của tế bào” là một nội dung cơ bản, làm cơ sở cho việc nghiên
cứu cấu tạo, chức năng của các thành phần cấu tạo tế bào cũng như các cấp tổ chức
sống cao hơn. Một nội dung quan trọng trong nghiên cứu thành phần hóa học của tế bào
đó là nghiên cứu cấu trúc và chức năng của các đại phân tử sinh học. Trong đó, protein
là nhóm chất hữu cơ có trong cơ thể với hàm lượng lớn nhất (Chiếm trên 50% khối
lượng khô của tế bào) và có vai trò đặc biệt quan trọng. Tuy nhiên, những kiến thức về
protein được giới thiệu trong sách giáo khoa mới dừng ở mức cơ bản, cơ sở. Để hỗ trợ
cho việc học tập, nghiên cứu chuyên sâu hơn của học sinh chuyên, giáo viên cần thiết
phải làm sáng tỏ hơn một số nội dung liên quan đến cấu tạo, đặc tính, chức năng của
protein và ứng dụng của chúng trong thực tiễn; đồng thời hướng dẫn học sinh một số
nội dung thực hành hóa sinh liên quan trong định tính, định lượng protein và một số axit
amin. Từ đó khơi dậy ở học sinh niềm say mê nghiên cứu khoa học cũng như có kĩ năng
thực hành nhằm tiếp cận với yêu cầu của thi học sinh giỏi hiện nay. Vì thế tôi viết
chuyên đề “protein – đại phân tử sinh học thiết yếu trong tế bào ”. Đây là kiến thức về
protein mà người dạy chuyên yêu cầu ở học sinh dưới góc nhìn của protein- một thành
phần hóa học quan trọng cấu tạo nên tế bào.
2. Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài nhằm định hướng cho học sinh nghiên cứu đầy đủ hơn về cấu
trúc, tính chất, chức năng của protein. Từ hiểu biết về cấu tạo sẽ hiểu rõ hơn về tính
chất, từ hiểu rõ về tính chất sẽ hiểu sâu hơn về chức năng của chúng, đồng thời biết tiến
hành thí nghiệm cũng như giải thích hiện tượng thí nghiệm trong các phản ứng nhận
biết, định tính, định lượng protein.

1


NI DUNG
I. cấu tạo phân tử protein

1. Thành phần nguyên tố của protein
Mọi phân tử protein đều chứa các nguyên tố C, O, N, H; một số còn chứa S. Tỉ lệ
phần trăm khối lợng các nguyên tố này trong phân tử protein là:
Thành phần nguyên tố trong phân tử protein
Cacbon (C)
Oxi (O)
Nitơ (N)
Hiđro (H)
Lu huỳnh (S)

% khối lợng trong phân tử
50 55
21 24
15 18
6.5 7.3
0 0.24

Ngoài các nguyên tố trên, một số protein còn chứa một lợng rất ít các nguyên tố khác
nh: photpho, sắt, kẽm, đồng, mangan, canxi,
2. Axit amin
Protein l mt hp cht i phõn t c to thnh t rt nhiu cỏc n phõn l cỏc
axit amin. Thuỷ phân hoàn toàn phân tử protein, chủ yếu thu đợc các L--axit amin.
Trong phân tử các axit amin này, nguyên tử C ở vị trí so với nhóm cacboxyl kết hợp
với nhóm amin, nguyên tử H và gốc R. Công thức cấu tạo chung nh sau:

Axit amin c cu to bi ba thnh phn: mt l nhúm amin (-NH 2), hai l nhúm
cacboxyl (-COOH) v cui cựng l nguyờn t cacbon trung tõm ớnh vi 1 nguyờn t
hyro v nhúm bin i R quyt nh tớnh cht ca axit amin. Ngi ta ó phỏt hin ra
2

c tt c 20 axit amin và 2 amit tơng ứng trong thnh phn ca tt c cỏc loi protein
khỏc nhau trong c th sng. Cỏc axit amin c lit kờ y di bng sau:
Tờn axit amin Vit tt
Glycine

Gly

Alanine

Ala

Valine

Val

Leucine

Leu

Isoleucine

Ile

Methionine

Met

Tớnh cht

Khụng phõn cc, k nc

Phenylalanine Phe
Tryptophan

Trp

Proline

Pro

Serine

Ser

Threonine

Thr

Cysteine

Cys

Tyrosine

Tyr

Asparagine

Asn

Glutamine

Gln

Aspartic acid

Asp

Glutamic acid Glu
Lysine

Lys

Arginine

Arg

Histidine

His

Phõn cc, a nc

Tớch in (axit)

Tớch in (baz)

Cỏc axit amin c phõn nhúm theo tớnh cht chui bờn ca chỳng. Cỏc axit amin
axit cú chui bờn, núi chung tớch in õm do cha nhúm cacboxyl thng phõn li (ion

húa) pH t bo. Cỏc axit amin bazo cú chui bờn, núi chung tớch in dng. (Thut
ng ny ch xột n cỏc nhúm trờn chui bờn). Vỡ chỳng tớch in nờn cỏc chui bờn
axit, bazow u a nc.
Theo cấu tạo, các axit amin thờng gặp trong phân tử protein còn đợc chia thành các
nhóm:
Nhóm
Các axit amin trung tính mạch
không vòng
Các hiđroxyl axit amin mạch

Các axit amin
Glixin, alanin, valin, lơxin,
izolơxin
Xerin, treonin
3

Đặc điểm
Mạch thẳng, có 1 nhóm amin, 1
nhóm cacboxyl trong phân tử.
Mạch thẳng, có 1 nhóm amin, 1


không vòng
Các axit amin chứa lu huỳnh
mạch không vòng

Xistein, metionin

Các axit amin và amit của chúng

Axit asparaginic, axit glutamic

Các axit amin kiềm

Acginin, lizin, histiđin

Iminoaxit

Prolin

Các axit amin thơm và dị vòng
thơm.

Phenilalanin, tirozin, triptophan

nhóm cacboxyl và 1 nhóm
hiđroxyl trong phân tử.
Tạo thành cầu đisunfua trong
phân tử protein.
Có 1 nhóm amin, 2 nhóm
cacboxyl trong phân tử. ở pH
sinh lí chúng tích điện âm nên
còn đợc gọi là aspactat và
glutamat để nhấn mạnh tính axit
của chúng. Amit hoá nhóm
cacboxyl ở mạch bên của chúng
tạo thành các amit tơng ứng là
asparagin và glutamin.
Acginin và lizin tích điện âm
còn histiđin có tính bazơ yếu ở

pH = 7.
Nhóm amin bậc 1 ở cacbon
anpha kết hợp với mạch bên tạo
thành vòng pirolidin nên prolin
chứa nhóm amin bậc 2.
Có chứa vòng thơm trong phân
tử.

Nhúm 1: cỏc axit amin cú gc R khụng phõn cc k nc, thuc nhúm ny cú 6 axit
amin: Gly (G), Ala (A), Val (V), Leu (L), ILe (I), Pro (P)

Nhúm 2: cỏc axit amin cú gc R l nhõn thm, thuc nhúm ny cú 3 axit amin: Phe (F),
Tyr (Y), Trp (W)

4


c) Nhóm 3: các axit amin có gốc R bazơ, tích điện dương, thuộc nhóm này có 3 axit
amin: Lys (K), Arg (R), His (H)

Nhóm 4: các axit amin có gốc R phân cực, không tích điện, thuộc nhóm này có 6 axit
amin: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Met (M), Asn (N), Gln (Q)

Nhóm 5: các axit amin có gốc R axit, tích điện âm, thuộc nhóm này có 2 axit amin: Asp
(D), Glu (E)
5


Ngoài các axit amin trên, trong phân tử protein còn chứa dạng hiệu chỉnh của các
axit amin. Ví dụ colagen có chứa hiđroxiprolin, hiđroxilizin, protrombin có chứa

cacboxiglutamat, nhiều protein khác aminobutiric có vai trò truyền xung thần kinh, Dglutamat có trong thành tế bào nhiều vi khuẩn, D-alanin trong ấu trùng 1 số sâu bọ.
Bờn cnh ú, mt s loi sinh vt nhõn tht n bo, trong h gen ti th, lp th
hoc nh b ba mó kt thỳc c dch mó thnh 2 loi axit amin him l pyrrollysine
v selenocystein, chng t trong quỏ trỡnh tin húa, chn lc t nhiờn ó tỏc ng
duy trỡ mt h thng mó di truyn cú tớnh u vit v ph bin nh ngy nay. S cú mt
ca 2 loi axit amin ny, dự him gp nhng cng l lớ do nhiu ti liu núi rng cú hn
20 loi axit amin cu to nờn cỏc phõn t protein.
Trong số 20 axit amin cấu tạo nên các protein có một số axit amin mà cơ thể ngời và
động vật không thể tự tổng hợp đợc, phải đa từ ngoài vào qua thức ăn gọi là các axit
amin không thay thế. Các axit amin không thay thế là: Val, Leu, Ile, Met, Thr, Phe, Trp
và Lys. Đối với trẻ em cần thêm 2 axit amin nữa là Arg và His.
3.Các bậc cấu trúc của protein

6


3.1.Cấu trúc bậc I của phân tử protein
Cấu trúc bậc I là trình tự sắp xếp của các axit amin trong chuỗi polipeptit. Cấu trúc
này đợc giữ vững nhờ liên kết peptit giữa các axit amin. Cu trỳc bc mt ca protein cú
vai trũ ti quan trng vỡ trỡnh t cỏc axit amin trờn chui polypeptit s th hin tng
tỏc gia cỏc phn trong chui polypeptit, t ú to nờn hỡnh dng lp th ca protein v
do ú quyt nh tớnh cht cng nh vai trũ ca protein. S sai lch trong trỡnh t sp
xp ca cỏc axit amin cú th dn n s bin i cu trỳc v tớnh cht ca protein. S
khỏc nhau v thnh phn, s lng v trt t sp xp cỏc axit amin to nờn s a dng
ca protein, t ú to nờn tớnh a dng ca sinh gii.
Liên kết peptit đợc tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm cacboxyl của axit amin
này với nhóm amin của axit amin khác, loại đi 1 phân tử nớc.
7

Quá trình này lặp đi lặp lại tạo ra chuỗi polipeptit. ở 1 đầu của chuỗi polipeptit là
nhóm amin tự do, đầu kia là nhóm cacboxyl tự do.
Nh vậy, cấu trúc bậc I là trình tự duy nhất các axit amin. T 20 loi axit amin kt hp
vi nhau theo nhng cỏch khỏc nhau to nờn vụ s loi prụtờin khỏc nhau (trong cỏc c
th ng vt, thc vt c tớnh cú khong 1014 1015 loi prụtờin). Mi loi prụtờin
c trng bi s lng, thnh phn v trỡnh t sp xp cỏc axit amin trong phõn t. iu
ú gii thớch ti sao trong thiờn nhiờn cỏc prụtờin va rt a dng, li va mang tớnh
cht c thự.
Nếu tính theo xác suất, 1 chuỗi polipeptit gồm n axit amin thì sẽ có 20n cách tạo
chuỗi. Mỗi phân tử protein có thể chứa từ 50 đến vài nghìn axit amin. Tất nhiên, cấu trúc
bậc I chính xác của protein đợc xác định không phải bởi sự liên kết ngẫu nhiên các axit
amin mà bởi thông tin di truyền.
* Lu ý: Chui polypeptit l c s cu trỳc bc I ca protein. Tuy nhiờn, khụng phi
mi chui polypeptit u l protein bc I. Nhiu chui polypeptit ch tn ti dng t
do trong t bo m khụng to nờn phõn t protein. Nhng chui polypeptit cú trt t
axit amin xỏc nh thỡ mi hỡnh thnh phõn t protein.
* Tầm quan trọng của việc xác định cấu trúc bậc I của phân tử protein:
- Là bớc đầu tiên quan trọng để xác định cơ sở phân tử hoạt tính sinh học và tính chất
hoá lí của protein.
- Là cơ sở xác định cấu trúc không gian của phân tử protein, ví dụ dự đoán sự định vị
cầu đisulfua.
- Là yếu tố góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lí phân tử. Ví dụ bệnh hồng
cầu lỡi liềm là do gốc axit amin Glu ở vị trí thứ 6 trong chuỗi của hemoglobin A (bình
thờng) bị thay thế bằng Val.
- Cấu trúc bậc I là phiên bản dịch mã di truyền. Vì vậy, cấu trúc này nói lên quan hệ
họ hàng và lịch sử tiến hoá của thế giới sống.
8


- Việc xác định đợc cấu trúc bậc I là cơ sở để tổng hợp nhân tạo proein.

3.2. Cấu trúc bậc II của phân tử protein
H của nhóm -NH- luôn ở vị trí trans so với O của nhóm cacboxyl, nhng nhóm peptit
có cấu hình phẳng. Mặt khác, khoảng cách giữa C với N trong liên kết peptit là 1,32 A 0,
nằm giữa khoảng cách giữa C và N của liên kết đơn (1,49 A0) và liên kết đôi (1,27 A0).
Vì vậy liên kết peptit có 1 phần tính chất của liên kết đôi: không có sự tự quay quanh
liên kết này. Ngợc lại, khả năng quay tự do xung quanh các liên kết nối nhóm peptit với
C anpha là rất mạnh làm mạch peptit có khuynh hớng hình thành cấu trúc xoắn.
Cấu trúc bậc II của phân tử protein là kết quả do các liên kết hiđro giữa các phần lặp
đi lặp lại của bộ khung của chuỗi polipeptit (không phải là chuỗi bên của axit amin).
Cú 2 kiu cu trỳc chớnh l xon v phin gp np .

-Cu trỳc xon ( helix): on mch polipeptit xon cht li, nhng nhúm peptit (CO-NH-), C to thnh phn bờn trong (lừi) ca xon, cỏc mch bờn (nhúm R) ca cỏc
gc axit amin quay ra phớa ngoi. Liên kết hiđro đợc tạo thành giữa nhóm cacboxyl của
1 liên kết peptit với nhóm NH của một liên kết peptit thứ t sau nó (cách nhau 3 axit
amin) trên cùng một mạch polipeptit.
Trong cu trỳc xon , c mi nhúm CO-NH- cú th to 2 liờn kt hidro vi 2
nhúm CO-NH- khỏc. Cỏc liờn kt hidro c to thnh vi s lng ti a, bo m
bn vng ca cu trỳc .

9


Theo mô hình của Paulin và Cori, trong cấu trúc xoắn giữa 2 gốc acid amine kế tiếp
nhau có khoảng cách dọc theo trục xoắn là 1,5A0 và góc quay 1000; 1 vòng xoắn có 3,6
gốc axit amin, có chiều cao tương ứng là 5,4 A0.
Chiều của vòng xoắn có thể là xoắn phải hoặc xoắn trái. Xoắn α trong phân tử protein
thường là xoắn phải.
- PhiÕn gÊp nÕp β (β sheet): Cấu trúc phiến gấp β tìm thấy trong fiborin của tơ, nó
khác với xoắn α ở một số điểm như sau:
+Đoạn mạch polipeptit có cấu trúc phiến gấp β thường duỗi dài ra chø không cuộn

xoắn chặt như xoắn α. Khoảng cách giữa 2 gốc axit amin kề nhau là 3,5A0.
+Liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm –NH- và –CO- trên 2 mạch polipeptit
khác nhau, các mạch này có thể chạy cùng hướng hay ngược hướng với nhau.
Trong phân tử của nhiều protein hình cầu cuộn chặt, còn gặp kiểu cấu trúc "quay- β".
Ở đó mạch polipeptit bị đảo hướng đột ngột. Đó là do tạo thành liên kết hidro giữa
nhóm –CO của liên kết peptit thứ n với nhóm –NH của liên kết peptide thứ n+2.
- Cấu trúc kiểu "xoắn colagen"
Kiểu cấu trúc này tìm thấy trong phân tử colagen. Thành phần axit amin của colagen
rất đặc biệt so với các protein khác: glyxin 35%, prolin 12% tổng số axit amin
trong phân tử. Ngoài ra, colagen còn chứa 2 axit amin ít gặp là hydroxiproline và
hydroxilizin.
Đơn vị cấu trúc của colagen là tropocolagen bao gồm 3 mạch polipeptit bện vào nhau
thành một "dây cáp" siêu xoắn (vì mỗi mạch đều có cấu trúc xoắn).
3 mạch polipeptit trong "dây cáp" nối với nhau bằng các liên kết hidro.
Liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm –NH- của gốc glyxin trên mạch
polipeptit với nhóm -CO- trong liên kết peptit ở trên mạch polipeptit khác. Ngoài
ra các nhóm hydroxyl của hydroxipoline cũng tham gia tạo thành liên kết hydro
làm tăng độ bền của cấu trúc siêu xoắn.
10


3.3. Cấu trúc bậc III của phân tử protein

Trong khi cấu trúc bậc II bao gồm sự tơng tác giữa các thành phần của bộ khung thì
cấu trúc bậc ba là hình dạng chung của chuỗi polipeptit hình thành do sự tơng tác giữa
các chuỗi bên (R) của axit amin.
Cu trỳc bc III c gi vng nhờ cỏc cu disulfua, tng tỏc VanderWaals, liờn
kt hidro, lc ion. Vỡ vy khi phỏ v cỏc liờn kt ny, phõn t dui ra ng thi lm
thay i mt s tớnh cht ca nú, c bit l tớnh tan v hot tớnh xỳc tỏc ca nú.
Một kiểu tơng tác đóng góp vào sự hình thành cấu trúc bậc III là tơng tác kị nớc. Khi

chuỗi polipeptit cuộn để tạo hình dạng chức năng thì các axit amin có chuỗi bên kị nớc
thờng quay vào phía lõi protein. Khi các chuỗi bên không phân cực của các axit amin
nằm cạnh nhau thì tơng tác Van der Waals liên kết chúng lại với nhau. Trong khi đó,
liên kết hiđro giữa các chuỗi bên phân cực và liên kết ion giữa các chuỗi bên tích điện
âm và dơng cũng giúp ổn định cấu trúc bậc III. Tất cả chúng đều là mối tơng tác yếu nhng cộng gộp lại cũng giúp giữ cho protein có hình dạng riêng.
Hình dạng của protein có thể đợc củng cố tiếp nhờ các liên kết cộng hoá trị đợc gọi là
cầu đisulfua. Liờn kt c hỡnh thnh t hai phõn t cystein nm xa nhau trờn mch
peptid nhng gn nhau trong cu trỳc khụng gian do s cun li ca mch oevtid. õy
l liờn kt ng hoỏ tr nờn rt bn vng. Nhng protein cú nhiu liờn kt loi ny cú
tớnh bn nhit, bn húa cht, rt cao.

11


Cấu trúc bậc III đã tạo nên trung tâm hoạt động của phần lớn các loại enzim. Sự thay
đổi cấu trúc bậc ba dẫn đến sự thay đổi hướng xúc tác của enzim hoặc mất khả năng xúc
tác hoàn toàn.
Cấu trúc riêng của protein xác định nó hoạt động như thế nào. Chức năng của protein
phụ thuộc vào khả năng nhận biết và gắn kết với một vài phân tử nào đó khác.
3.4. CÊu tróc bËc IV cña ph©n tö protein
Phân tử protein có cấu trúc bậc IV có thể phân li thuận nghịch thành các tiểu phần
đơn vị. Khi phân li, hoạt tính sinh học của nó bị thay đổi hoặc có thể mất hoàn toàn. Do
tồn tại tương tác giữa các tiểu phần đơn vị nên khi kết hợp với một chất nào đó dù là
phân tử bé cũng kéo theo những biến đổi nhất định trong cấu trúc không gian của
chúng.
Là một trạng thái tổ hợp hình thành từ nhiều tiểu phần protein đã có cấu trúc bậc ba
hoàn chỉnh. Một số protein có xu hướng kết hợp lại với nhau thành những phức hợp,
thành những đại phân tử, không kéo theo sự biến đổi về hoạt tính sinh học.
Rất nhiều trường hợp protein phải tổ hợp lại mới có hoạt tính sinh học. Trong những
trường hợp này, cấu trúc bậc bốn là điều kiện để hình thành nên tính năng mới của

protein.Ví dụ:
- Hemoglobin gồm 4 tiểu phần protein: hai tiểu phần α và hai tiểu phần β. Nếu 4 tiểu
phần tách rời nhau thì mỗi tiểu phần không thể vận chuyển được một phân tử O 2. Khi
kết hợp lại thành trạng thái tetrame tạo thành một khối không gian đặc thù gần như hình
tứ diện thì mới có khả năng kết hợp và vận chuyển khí oxy. Một phân tử hemoglobin
vận chuyển được 4 phân tử oxy.
12


- Enzym glycogen phosphorylase:
+ trng thỏi khụng hot ng enzym ny dng "b" (dng hai dime tỏch ri nhau).
+ trng thỏi hot ng, hai dime t hp li thnh tetrame (dng "a"). Khi nhu cu gii
phúng glucose gim, tetrame li tỏch thnh hai dime, enzym tr li dng khụng hot
ng.
Tu theo protein m s lng monome cú th thay i t 2,4,6,8 l ph bin, cỏ bit
cú th lờn ti trờn 50 monome.
S hỡnh thnh cu trỳc bc bn to iu kin cho quỏ trỡnh iu tit sinh hc thờm
tinh vi, chớnh xỏc.
4. Các yếu tố ảnh hởng đến cấu trúc của phân tử protein
Hình dạng riêng làm cho mỗi protein có chức năng đặc hiệu. Vy cái gì là yếu tố
chính xác định cấu trúc protein?
Chuỗi polipeptit với trình tự axit amin xác định có thể tự động sắp xếp thành dạng 3
chiều và duy trì hình dạng đó nhờ các mối tơng tác quy định cấu trúc bậc II và bậc III.
Sự cuộn xoắn thờng xảy ra khi protein đợc tổng hợp trong tế bào. Tuy nhiên, cấu trúc
protein cũng phụ thuộc vào điều kiện vật lí và hoá học của môi trờng. Nếu độ pH, nồng
độ muối, nhiệt độ hoặc các yếu tố khác của môi trờng thay đổi thì protein có thể gỡ
xoắn ra và mất đi hình dạng vốn có, sự biến đổi đó đợc gọi là biến tính. Vì bị biến dạng
nên protein biến tính không hoạt động sinh học.
Các tác nhân khác gây biến tính: dung môi hữu cơ, các chất hoá học phá huỷ liên kết
hiđro, liên kết ion và cầu nối đisulfua hoặc nhiệt độ quá cao,

13


Nếu protein biến tính không bị hoà tan, nó thờng có thể phục hồi lại khi các điều kiện
hoá học và vật lí của môi trờng trở lại bình thờng. Hiện tợng này gọi là sự hồi tính của
protein.
5. Sự cuộn xoắn protein trong tế bào
Các nhà khoa học đã phát hiện ra Chaperonin (hay protein chaperon) giúp cuộn xoắn
các protein khác. Ngay trong khi ang c tng hp, si peptit c chapperon bỏm
vo ngn cn liờn kt gia cỏc axit amin ca cỏc si gõy sai lch hoc nh hng n
cu trỳc khụng gian. Hn na, chaperon cú th tng tỏc vi protein duy trỡ cu hỡnh
khụng gian m protein ó cú; nh ú kim soỏt hot tớnh ca protein hoc to thun li
vn chuyn protein v ớch. Ngoi ra, trong mt s trng hp, chaperon ngn cn
nguy c lng ng protein, hoc phc cỏc protein khi nng ca chỳng tng cao trong
t bo cht.
Chaperon cú 2 nhúm:
- Cỏc chaperon phõn t nh Hsp 60 v Hsp70 (heat shock protein) gn v n nh cỏc
protein khụng hoc cun gp 1 phn, nh vy ngn cỏc protein mi tng hp to thnh
phc hp hay b phõn hy.
Hsp70 l h cỏc protein chaperon ph bin trong t bo vi khun cng nh t bo
eukaryot (cú trong t bo cht, li ni cht, ti th, lc lp). Protein Hsp70 cú 2 vựng
chc nng khỏc nhau: vựng phớa u NH 2 cú hot tớnh ATPase, cũn phớa u COOH cú
kh nng tng tỏc vi c cht (protein). Khi liờn kt vi ATP, Hsp70 bỏm vo c cht
v tỏch ra rt nhanh. Tuy nhiờn, khi ATP phõn hy thnh ADP, quỏ trỡnh ny xy ra
chm. Thay i liờn kt ca Hsp70 gia ATP v ADP ph thuc vo 2 protein Hsp40
v GrpE. Hsp40 giỳp phc Hsp70-ATP tng tỏc vi c cht (protein). ATP phõn hy
thnh ADP thay i s gp khỳc ca protein. ADP c thay th bi ATP nh GrpE.
Chu trỡnh s lp li trờn dc chiu di si peptit nhm m bo tớnh chớnh xỏc cho cu
trỳc khụng gian ca protein.
- Chaperonin không xác định cấu trúc cuối cùng của chuỗi polipeptit; thay vào đó

chúng giữ cho chuỗi polipeptit khỏi tác động có hại của môi trờng trong tế bào khi nó
cuộn xoắn tự nhiên.
14


Gần đây, các nhà khoa học đã tìm ra các hệ thống phân tử trong tế bào tơng tác với
chaperonin và kiểm tra xem sự cuộn xoắn có diễn ra đúng hay không.
ii. một số C IM quan trọng của protein
1. Khi lng v hỡnh dng phõn t
Protein cú khi lng phõn t tng i ln v thay i trong mt di rngt hn
mi nghỡn n hng trm nghỡn dalton hoc ln hn na
Hỡnh dng: hỡnh ht, hỡnh bu dc ,hoc hỡnh si.
+ Protein hỡnh cu tan trong nc hc dung dch mui pha loóng, rt hot ng v
mt húa hc. Thuc nhúm ny cú hu ht protein cú hot tớnh xỳc tỏc: albumin,
glubulin, moglobin
+ Protein hỡnh si tng i tr v mt húa hc, ch yu cú chc nng c hc.
VD: -Colagen ca da, xng, sn, gõn,
Karatin ca túc, lụng, múng,
2. S bin tớnh ca protein
Di tỏc dng ca cỏc tỏc nhõn vt lý nh tia cc tớm, súng siờu õm, khuy c hc...
hay tỏc nhõn húa hc nh axit, kim mnh, mui kim loi nng,... cỏc cu trỳc bc hai,
ba v bc bn ca protein b bin i nhng khụng phỏ v cu trỳc bc mt ca nú, kốm

15


theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu. Đó là hiện tượng biến
tính protein. Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau:
- Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bến trong phân tử
protein.

- Khả năng giữ nước giảm.
- Mất hoạt tính sinh học ban đầu.
- Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên
kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza.
- Tăng độ nhớt nội tại.
- Mất khả năng kết tinh.
3. Tính kỵ nước của protein
Do các gốc kỵ nước của các axit amin trong chuỗi polipectit của protein huớng ra
ngoài, các gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kỵ nước. §ộ kỵ nước có thể giải thích
như sau: do các gốc aa có chứa các gốc R- không phân cực nên nó không có khả năng
tác dụng với nước.
VD: nhóm 7 axit amin không phân cực :glysin, alanin, valin, pronin, methionin,
lơxin, isoloxin chúng không tác dụng với nước.
Tính kỵ nước sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính tan của protein.
4. Tính chất của dung dịch keo
Trong môi trường nước, protein kết hợp với nước, trương lên trở thành dung dịch
keo, các phân tử protein trở thành dạng hidrat hóa giúp chúng không bị kết dính với
nhau để trở thành dạng kết tủa.
Khi hoà tan protein thành dung dịch keo thì nó không đi qua màng bán thấm.
Hai yếu tố đảm bảo độ bền của dung dịch keo:
- Sự tích điện cùng dấu của các protein.
16


- Lp v hidrat bao quanh phõn t protein.
Cú 2 dng kt ta: kt ta thun nghch va khụng thun nghch:
- Kt ta thun nghch: sau khi chỳng ta loi b cỏc yu t gõy kt ta thỡ protein vn
cú th tr li trng thỏi dung dch keo bn nh ban u.
- Kt ta khụng thun nghch: l sau khi chỳng ta loi b cỏc yu t gõy kt ta thỡ
protein khụng tr v trng thỏi dung dch keo bn vng nh trc na.

Thực chất thì kết tủa protein cũng chính là biến tính protein.
* ứng dụng các yếu tố kết tủa protein:
- Các yếu tố kết tủa thuận nghịch protein đợc dùng để thu nhận chế phẩm protein. Ngời ta thờng dùng muối trung hoà nh (NH4)2SO4, dung môi hữu cơ nh axeton, etanol và
phải thiến hành kết tủa ở nhiệt độ dới 00C. Muối trung hoà vừa làm trung hoà điện vừa
loại bỏ lớp hiđrat của protein; còn dung môi hữu cơ háo nớc, phá huỷ lớp hiđrat một
cách nhanh chóng.
- Các yếu tố kết tủa không thuận nghịch (biến tính không hồi tính đợc) đợc sử dụng
để loại bỏ protein khỏi dung dịch, làm ngừng phản ứng enzim.
5. Tớnh cht lng tớnh
Axit amin cú tớnh cht lng tớnh vỡ trong axit amin cú cha c gc axit (COO-) v
gc bazơ (NH2) do đó, protein cng cú tớnh cht lng tớnh.
Trong mụi trng axit, s phõn ly ca nhúm axit b kỡm hóm, protein cú tỏc dng nh
mt baz , tớch in + (cation) , chuyn v cc õm trong in trng.
-Trong mụi trng baz , s phõn ly ca nhúm baz b kỡm hóm , protein cú tỏc dng
nh mt acid , tớch in (anion) , chuyn v cc + in trng.
Chớnh nh c im ny m protein tr thnh h m v l h m mnh nht trong
cõn bng ni mụi.

17


1 pH no ú m tng s in tớch dng v in tớch õm ca phõn t protein bng
khụng , phõn t protein khụng di chuyn trong in trng gi l pHi ca protein.
- mụi trng co pH < pH i , protein l mt a cation , s in tớch dng hn s in
tớch õm . pH> pHi , phõn t protein th hin tớnh axit cho ion H+ do ú s in tớch õm
ln hn s in tớch dng , protein l a anion tớch in õm.
- trong mụi trng cú pH = pHi , protein d dng kt t li vi nhau, do ú cú th
s dng tớnh cht ny xỏc nh pH i ca protein cng nh kt ta protein . Mt
khỏc do s sai khỏc v pHi gia cỏc protein khỏc nhau cú th iu chnh pH mụi trng
tỏch cỏc protein ra khi hn hp ca chỳng .

6. Khả năng hấp thụ tia tử ngoại của protein
Dung dịch protein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại ở 2 vùng bớc sóng khác nhau là
180-220 nm và 250-300 nm.
* ứng dụng : Định lợng protein đã tinh sạch hoặc để xác định phân tử protein trong
các phân đoạn nhận đợc khi sắc kí tách các protein qua cột.
7. Khả năng kết hợp với các phần không phải là protein
Những protein này đợc gọi là protein phức tạp, khi thu phõn ngoi phn protein n
gin, cũn cú thờm nhúm ghộp (nhóm ngoại). Phần protein trong phân tử protein phức tạp
gọi là apoprotein. Ph thuc vo nhúm ghộp m protein phc tp cú tờn gi tng ng.
Sau õy ta xột tng loi:
Nhóm
protein
phức tạp

Nhó
m
ngoạ
i

Glucoprot
ein
Dn

Đặc điểm

Nơi có

Nhóm ngoại liờn kt vi phn protein bng nhng liờn

Hay gp

kt ng hoỏ tr.

trong c

Glucoprotein cú vai trũ quan trng trong cu to ca
nhiu loi mụ chng v bo v.

th ng
vt
thng

18


xuất

một số glucoprotein có chức năng sinh học quan trọng

của

như hoocmon FSH, prolanA

gluci

chia làm
hai loại:
Mucin: là

d

những
chất
thường
có nhiều
trong
nước bọt,
nước
mắt, dịch
nhờn bao
khớp,
dịch mô
liên kết,
dịch
nang bào,
niêm
dịch.
* Mucoi
d: có
nhiều ở
mô bào
photphat nối với protein bằng mạch este qua nhóm
OH của serin hoặc treonin trong phân tử protein.

Photphop
rotein

Photp Loại protein này thường có tính toan và đóng vai
trò quan trọng trong dinh dưỡng của động vật non.
hat

19

- Casein:
là protein
chủ yếu
của sữa.


Ovoviteli
n trong
lòng đỏ
trứng
- Ictulin
trứng cá.

Chromop
rotein

Một

Đây là những protein mang màu sắc .

-

hay

Phần nhiều chromoprotein tham gia vào các quá trình

Hemoglo

nhiều trao đổi khí.

bin

nguy

-

ên tử

Mioglobi

kim

n

loại
như
Fe,
Mg,
Cu...

Lipoprote
in

Lipit

Có tính hoà tan trong nước, nhưng không hoà tan trong

Trong

các dung môi hữu cơ.

máu

và

Chức năng sinh học của nhóm này gồm nhiều

mô

bào

mặt, nhưng quan trọng nhất là chức năng cấu tạo

có

mấy

vách tế bào và cấu tạo các tiểu khí quan tế bào như ty

chất

lạp thể.

lipoprotei

Người ta cho rằng tính bán thẩm và tính hấp thụ đặc n
hiệu của tế bào là do lớp vỏ lipoprotein quyết định.

trọng
như:

20

quan


Trombop
lastin
(giúp cho
quá trình
đông
máu)
Lipoprot
ein huyết
thanh (có
phần
protein là
globin)
Rodopsin
võng
mạc mắt
là

loại

lipoprotei
n

tham

gia

vào

hoạt
động thị
giác.
- Nội độc
tố

của

nhiều vi
khuẩn
cũng

có

cấu trúc
21


là
lipoprotei
n.
Nucleoprotein có quan hệ trực tiếp đến các quá trình
sống chủ yếu của mọi sinh vật như tính di truyền, biến

Nucleopro Axit
nucle dị, khả năng tổng hợp protein.
tein
ic

ë mäi
sinh vËt
®Òu cã.

iii. Vai trß sinh hỌc cña protein

Loại
protein

Chức năng

Ví dụ
Collagen và Elastin tạo nên cấu trúc sợi rất bền của mô

Protein cấu
trúc

Cấu trúc, nâng đỡ

liên kết, dây chẳng, gân. Keratin tạo nên cấu trúc chắc
của da, lông, móng. Protein tơ nhện, tơ tằm tạo nên độ
bền vững của tơ nhện, vỏ kén

Xúc tác sinh học: Các Enzyme thủy phân trong dạ dày phân giải thức ăn,
Protein

tăng nhanh, chọn Enzyme Amylase trong nước bọt phân giải tinh bột chín,

Enzyme

lọc các phản ứng Enzyme Pepsin phân giải Protein, Enzyme Lipase phân
sinh hóa

Protein

Điều hòa các hoạt

Hormone

động sinh lý

Protein
vận
chuyển

Vận chuyển các
chất

giải Lipid
Hormone Insulin và Glucagon do tế bào đảo tụy thuộc
tuyến tụy tiết ra có tác dụng điều hòa hàm lượng đường
Glucose trong máu động vật có xương sống
Huyết sắc tố Hemoglobin có chứa trong hồng cầu động
vật có xương sống có vai trò vận chuyển Oxy từ phổi
theo máu đi nuôi các tế bào

Protein

Tham gia vào

Actinin, Myosin có vai trò vận động cơ. Tubulin có vai

vận động

chức năng vận

trò vận động lông, roi của các sinh vật đơn bào
22


ng ca t bo v
c th
Protein th
quan

Cm nhn, ỏp
ng cỏc kớch thớch
ca mụi trng

Th quan mng ca t bo thn kinh khỏc tit ra (cht
trung gian thn kinh) v truyn tớn hiu
Albumin lũng trng trng l ngun cung cp axit amin

Protein d D tr cht dinh

cho phụi phỏt trin. Casein trong sa m l ngun cung

tr

cp Acid Amin cho con. Trong ht cõy cú cha ngun

Protein
bảo vệ

dng

protein d tr cn cho ht ny mm
Inteferon do tế bào động vât có xơng sống nhiễm virut
Bảo vệ cơ thể khỏi
tiết ra để chống lại sự nhiễm virut. Các protein tham gia
các tác nhân gây
vào quá trình đông máu. Một số thực vật có chứa các
bệnh của môi trprotein độc đối với động vật để bảo vệ chúng khỏi sự phá
ờng
hại của động vật.

*Mt s loi protein úng vai trũ c bit quan trng
- Protein tham gia cu trỳc nhim sc th:
Nhim sc th prokaryote gm chui xon kộp ADN dng vũng, cun li mt cỏch
tinh vi hay siờu xon, tng tỏc vi cỏc phõn t protein. Cỏc protein ny cú chc nng
n nh cu trỳc ca nhim sc th.
VD: E.coli, cỏc protein HU (positive charged & dimeric protein), H-MS ging nh
histon Eukaryote cú vai trũ trong nốn ADN. Cỏc protein khỏc nh IHF (integration
host factor), ARN polymerase v ARN cú vai trũ trong t chc ADN.
Vi khun c khụng cú cỏc protein úng gúi nh HU nhng li cú cỏc protein ging

vi histon hn.
Nhim sc th ca Eukaryote c cu to t si nhim sc (chromatin) l phc hp
gia ADN v protein. Protein ca nhim sc th: Histon v nonhiston (khụng phi l
histon) chim khong 80% trong lng nhim sc th.

23


Protein Histon có thành phần axit amin tích điện dương (bazơ) chẳng hạn như
Arginine, Lysine và Histidine cao. Histon tham gia vào cấu trúc chuỗi nucleosome và
solenoid. Có năm loại protein histon: H2A, H2B, H3, H4 và H1.
Protein Nonhiston có thành phần axit amin tích điện âm (axit) cao. Protein này tham
gia vào đóng xoắn ADN để hình thành các bậc cấu trúc cao hơn, sao chép ADN (ADN
polymerase), phân ly nhiễm sắc thể (protein động cơ trong trung tâm 0 của tâm động)
và tham gia vào quá trình sao mã, điều hoà biểu hiện gen.
Đầu mang nhóm NH2 và đầu mang nhóm COO của histon có các chức năng khác
nhau:
Đầu mang nhóm COO của histon chủ yếu là chịu trách nhiệm về tương tác giữa ADN
và histon.
Đầu mang nhóm NH2 mang tính linh hoạt trong histon (H3 và H2B) giúp gắn kết với
các rãnh nhỏ của ADN, có thể để ổn định tương tác. Các đuôi H4 chứa một tỷ lệ lớn các
axit amin lyseine và được cho là có liên quan trong việc hình thành cấu trúc nhiễm sắc
bậc cao bằng cách gắn vào vùng tích điện khác.
- Albumin và globulin
Là hai loại protein dạng cầu rất phổ biến trong cấu tạo của mô bào động vật và thực
vật. Thành phần gồm hoàn toàn các axit amin trong đó tỷ lệ axit amin có tính axit khá
cao.
Albumin là protein đơn giản phổ biến nhất. Nó tìm thấy ở trong máu, dịch tế bào, dịch
tuỷ sống. Albumin hoà tan trong nước và các dung dịch muối. Albumin thường tạo
thành các phức chất với lipit, axit béo, Axit amin, kháng thể...nên có quan điểm cho

rằng nó giữ vai trò tích cực trong trao đổi vật chất.

24


Globulin hu nh nm cựng vi albumin v rt ph bin trong t nhiờn. Nú cú nhiu
trong mỏu ng vt, trong cỏc c quan, t bo, trong cỏc dch lng ca c th. Globulin
khú tan hoc hon ton khụng tan trong nc, nhng tan trong cỏc dung dch ca mui
trung tớnh, kim, axit. Globulin gm , , . Chớnh y - globulin l ngun gc khỏng th
trong c th.
- Tubulin:
Vi ng c cu to t cỏc phõn t protein tubulin. Cỏc tubulin tn ti dng dimer
c cu to t cỏc monomer v tubulin. Mi ba dimer tubulin bao quanh khoang
trung tõm ca vi ng. Hai u ca vi ng khỏc nhau: mt u dng (+) v mt u õm
(-). Cỏc dimer tubulin cú th c gm thờm vo hay loi ra, thng l vo u +, lm
cho vi ng di ra hay ngn li. iu ny lm thay i nhanh chúng chiu di ca vi ng
v lm cu trỳc ca vi ng linh hot hn. s linh hot v cu trỳc cu vi ng chỳng ta cú
th thy trong cỏc t bo ng vt, ti õy thỡ chỳng cú th lm thay i hỡnh dng ca
t bo.
- Actin:
Vi si cú th xut hin di dng si n, bú hay thnh mt mng li. Chỳng cú
ng kớnh khong 7 nm v cú chiu di khỏc nhau. c cu to t actin, õy l cỏc
protein cú nhiu dng khỏc nhau v cú nhiu chc nng khỏc nhau . Trong vi si ( hay
si actin), cỏc phõn t actin cú v trớ u v cui rừ rng, v cỏc actin ny xp cun
xon. Cỏc v trớ u cui ny nhm kt ni vi cỏc phõn t actin khỏc to thnh chiu
di v cu trỳc xon kộp ca vi si. Quỏ trỡnh polymer húa cỏc actin nhm to thnh vi
si cú th c o nghch (hay monomer húa) v cỏc polymer ny cú th c phõn
ct to thnh cỏc n v actin t do.
iv. các phản ứng thờng dùng để định tính, định lợng axit
amin và protein

1. Phản ứng Biure
25