Protein là nền tảng của mọi quá trình sống.

CHƯƠNG I
ĐẠI CƯƠNG VỀ PROTEIN
ĐỊNH NGHĨA
Protein là hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là
axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi 3 thành phần:
một là nhóm amin (-NH
2
), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là
nguyên tử cacbon trung tâm đính với một nguyên tử hydro và nhóm biến đổi R
quyết định tính chất của axit amin.
Protein là lớp chất bắt buộc phải có ở bất kỳ vật sống nào và có tỷ lệ khá ổn
định. Ví dụ ở gia súc non và người hàm lượng protein khoảng 40 – 45% vật chất
khô. Protein là lớp chất quan trọng bậc nhất của sự sống, là vật mang sự sống.
Protein có trong tất cả các loại tế bào với hàm lượng khác nhau:
Bảng 1.1. Hàm lượng protein trong một số mô động, thực vật
Protein điển hình chứa 200 – 300 axit amin, nhưng một số protein có số axit
amin ít hơn (protein có số lượng axit amin ít nhất gọi là peptit) và một số protein có
số lượng axit amin lớn hơn (protein lớn nhất được biết cho đến nay là titin ở trong
cơ vân và cơ tim chứa tới 26.926 axit amin trong một chuỗi đơn). Đặc điểm lớn
nhất của axit amin là: phân tử có chứa Nitơ (N), khối lượng phân tử lớn.
Mô Protein (% so với khối lượng vật chất khô)
Gan 57
Xương 28
Cơ vân 80
Hạt lúa 6 – 12
Hạt ngô 9 – 13
Đậu nành 29 – 50
1
CHƯƠNG II:
PROTEIN LÀ NỀN TẢNG CỦA SỰ SỐNG
Protein là nền tảng của sự sống vì bản thân nó cũng có Axit Nucleic.

I/ AXIT NUCLEIC
Axit Nucleic là hợp chất tự nhiên cao phân tử mang mã di truyền và thực
hiện mã di truyền ở các sinh vật. Hàm lượng Axit Nucleic trong tế bào khá cao, dao
động trong khoảng 5 – 15% vật chất khô. Trong tế bào có hai loại Axit Nucleic:
axit ribonucleic (RNA) và axit desoxyribonucleic (DNA).
Các đơn phân của Axit nucleic là các nucleotit. Mỗi nucleotit bao gồm hai
thành phần:
Nucleotit = Nucleosit + Axit photphoric.
Tùy theo trọng lượng phân tử của Axit Nucleic mà chuỗi nucleotit có thể dài
ngắn khác nhau. Trong chuỗi nucleotit, các nucleotit sắp xếp theo những trình tự
nhất định tạo nên đặc trưng sinh học của Axit Nucleic, tức là tạo nên các gen di
truyền. Thứ tự các nucleotit thường được xét theo từng bộ ba base. Một codon là
một đơn vị mã di truyền, có chức năng mã hóa cho một axit amin. Axit Nucleic là
bản thiết kế protein và bảng thiết kế này được viết bằng các mã di truyền. Thứ tự
các mã quy định thứ tự các axit amin trong protein, quyết định đặc trưng sinh học
của protein. Mỗi Axit Nucleic trong quá trình hình thành và hoạt động luôn luôn
duy trì vững vàng trình tự các nucleotit. Một rối loạn trong quá trình này dẫn tới rối
loạn tính di truyền, tức là gây nên hiện tượng biến dị.
II/ CẤU TRÚC CỦA PROTEIN
Thành phần nguyên tố của protein (% theo trọng lượng)
C: 50 – 54; O: 20 – 23; H: 6 – 7; N: 15 - 18 (trung bình khoảng 16%); S: 0
- 2,4. Trong một số protein còn chứa P, Fe, I, Co, Zn và một số nguyên tố khác hàm
lượng các nguyên tố này rất thấp nhưng có ý nghĩa rất lớn đối với sự sống. Để tạo
nên trạng thái sống các nguyên tố này trước hết liên kết với nhau tạo nên các axit
amin ( Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine,
2
Tryptophan, Valine, Arginine, Histidine, Cysteine, Glutamine, Glycine, Proline,
Serine, Tyrosine, Alanine, Glutamate, Asparagine, Aspartate)
Axit amin là đơn vị cấu tạo cơ bản của protein. Axit amin là những dẫn xuất
của axit hữu cơ mà trong phân tử một nguyên tử hydro (đôi khi 2) của gốc ankil

được thay thế bởi gốc amin. Công thức chung như sau:

Có thể định nghĩa khác là: axit amin gồm một nguyên tử Cacbon α liên kết với:
• Một nguyên tử Hydro
• Một nhóm Amin
• Một nhóm Carboxyl
• Một trong 20 gốc R, 20 gốc R
khác nhau tạo nên 20 axit amin và
quyết định tính chất đặt trưng của chúng. Axit amin hình bên là Alanin.
Axit amin là monomer cấu tạo nên protein. Trong tự nhiên có khoảng 250 axit
amin nhưng protein của cơ thể sống chỉ chứa 20 axit amin gọi là axit amin sinh
protein (proteinogenic amino acids). Hình dạng và đặc tính của protein được quy
định bởi trình tự và số lượng các axit amin của protein.
-H
+
+ OH
-
R-CH-COOH R-CH-COO
-
R-CH-COO
-
NH
3+
+ H
+

NH
3+
- OH
-

NH
2
Axit Trung tính Kiềm
Trong môi trường trung tính phân tử axit amin mang cả điện tích âm và điện
tích dương
Trong môi trường kiềm axit amin mang điện tích âm
3
R-CH-COOH
NH
2

Trong môi trường axit axit amin mang điện tích dương
Người ta ứng dụng tính lưỡng tính của axit amin để phân tích hỗn hợp axit
amin bằng dòng điện một chiều (phương pháp điện di).
Ở giá trị pH của môi trường mà axit amin có tổng số điện tích âm bằng điện
tích dương (axit amin trung hòa điện), pH đó gọi là điểm đẳng điện của axit amin
(kí hiệu là pI).
Các axit amin trung tính có pI khoảng 5 - 6,5 (hơi axit)
Các axit amin axit tính có pI khoảng 3 (axit rõ rệt)
Các axit amin kiềm tính có pI khoảng > 7 (kiềm)
2.1/ Cấu trúc bậc một của protein
Cấu trúc bậc 1 của protein là sự liên kết giữa các axit amin với nhau thành
chuỗi thông qua liên kết peptit (-CO - NH-), Mạch liên kết này hình thành giữa
nhóm COOH của axit amin trước với nhóm NH
2
của axit amin bên cạnh.
4
Liên kết peptit là liên kết đồng hóa trị rất bền vững (năng lượng phá vỡ liên
kết khoảng 6 - 7kcal/mol). Trong thực tế mạch liên kết peptit rất khó thủy phân
(phải dùng HCl 6N với nhiệt độ ≥ 100

0
C).
Trong chuỗi peptit, các axit amin cứ liên kết với nhau như vậy liên tục. Theo
quy định axit amin đầu chuỗi (bên trái) có nhóm amin tự do gọi là axit amin N tận;
axit amin cuối chuỗi (bên phải) có nhóm cacboxyl tự do gọi là axit amin C tận.
Khoảng cách giữa nhóm -COOH và –NH
2
của các axit amin trong chuỗi polypeptit
được L.Pauling và cộng sự dùng phương pháp nhiễu xạ Rơngen để nghiên cứu.
Cấu trúc bậc một của protein
5
Khi khảo sát chuỗi peptit có hai vấn đề quan trọng: số lượng các axit amin và
trình tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi.
- Số lượng các axit amin: Số lượng các axit amin nhiều hay ít tùy loại protein
và quy định độ dài ngắn, phân tử lượng của chuỗi.
Protein lớn nhất được biết cho đến nay là titin ở trong cơ vân và cơ tim, chứa
tới 26.926 axit amin trong một chuỗi đơn. Các protein phổ biến đặc biệt là các
enzym có khoảng từ 150 - 300 axit amin.
- Trình tự sắp xếp các axit amin: Trình tự của các axit amin trong chuỗi
quyết định cấu trúc không gian của chuỗi và do đó quyết định tính chất, chức năng
sinh học của protein. Trình tự này được quy định bởi tính di truyền, được ghi lại
bằng các đơn vị tạo thành axit nucleic. Với 20 axit amin có thể tạo hơn 2 x 10
19
tổ
hợp, tức là tạo ra rất nhiều protein khác nhau (ngày nay người ta tìm thấy khoảng
10
10
– 10
12
protein ở các cơ thể sống khác nhau). Mỗi tổ hợp có sự sắp xếp các axit

amin với thứ tự khác nhau, chỉ cần 1 axit amin nào đó trong tổ hợp khác đi thì tính
chất vật lý, hóa học và sinh học của protein cũng thay đổi. Ví dụ: Trong bệnh hồng
cầu hình lưỡi liềm, do đột biến ADN mà ở vị trí số 6 trên chuỗi β polypeptit
của globulin trong hồng cầu là axit glutamic bị thay bằng valin.
Oxytoxin và vasopressin là hai hocmon thùy sau tuyến yên, chúng đều có 9
axit amin, nhưng sắp xếp chỉ khác nhau ở vị trí số 3 và số 8:
Oxytoxin có chức năng làm tăng co bóp cơ trơn tử cung:
Xys - Tyr - Ile - Glu - Asn - Xys - Pro - Leu - Gly - NH
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Vasopressin có chức năng làm tăng huyết áp động mạch, chống lợi niệu:
Xys - Tyr - Phe - Glu - Asn - Xys - Pro - Arg - Gly - NH
2
3 8
Việc phát hiện ra cấu trúc bậc 1 là một thành tựu khoa học rất lớn trong hóa
học protein. Nó là cấu trúc quan trọng nhất quyết định mức độ phức tạp, tính muôn
hình muôn vẻ và hoạt tính sinh học của protein. Nguyên nhân của sự đặc trưng, đặc
6
thù của sinh vật, tức là sự khác nhau về loài, giống, các thể và các bộ phận trong cơ
thể chính là sự khác nhau về cấu trúc và chức năng của protein.
Cấu trúc bậc 1 là yếu tố di truyền hết sức ổn định và đây cũng là minh chứng
chứng minh “Protein là nền tảng của sự sống ”.
Ví dụ: Insulin là 1 polypeptit hocmon bao gồm 51 axit amin, ở các động vật
khác nhau, chúng chỉ khác nhau ở axit amin thứ 8, 9, 10.
8 9 10
Bò: Ala - Ser - Val
Lợn: Tre - Ser - Ile
Cừu: Ala - Gly – Val
Quá trình di truyền ở sinh vật chính là hiện tượng truyền đạt lại cho đời sau
cấu trúc bậc 1 của protein đặc thù cho loài giống. Thiết kế protein được mã hóa qua

tiết kế mã di truyền trong axit nucleic.
2.2/ Cấu trúc bậc hai của protein
Cấu trúc bậc 2 của protein là cấu trúc có chu kỳ của chuỗi polypeptit. Chuỗi
polypeptit được sắp xếp gọn lại trong không gian nhất là trong môi trường sinh vật,
trong mô bào theo những hình thù nhất định, bền vững hơn phù hợp với chức năng
của chúng.
Nhiều protein chứa các đoạn có cấu trúc xoắn α, ví dụ: myoglobin,
hemoglobin... Chuỗi peptit cuộn lại theo hình lò xo, tạo thành các vòng xoắn. Chu
kỳ xoắn là 3,7 axit amin. Chiều dài mỗi vòng xoắn là 5,4A
0
. Chiều xoắn có thể là
xoắn phải hoặc xoắn trái. Các xoắn α thấy ở các protein là xoắn phải (hình 1.1).
Tỷ lệ giữa các đoạn xoắn và không xoắn trong protein chiếm khoảng 45% - 50%
chiều dài của chuỗi peptit. Cũng có khi hai hoặc nhiều cuộn xoắn α bện lại với
nhau như cuộn dây cáp được thấy ở các protein như keratin của tóc, myosin
tropomyosin ở cơ, epidermin của da và fibrin của cục máu đông...
7
Hình 1.1. Cấu trúc xoắn α
Xoắn α được ổn định nhờ những liên kết hyđro.
Liên kết này được hình thành giữa hai nguyên tử
mang điện tích âm có khoảng cách 2 - 3A
0
, nguyên tử
hyđro nằm giữa hai nguyên tử đó. Liên kết hyđro để
tạo xoắn α trong cấu trúc bậc 2 của protein được tạo
thành giữa nhóm = C=O và =N-H. Lúc này các gốc
amit =C=O và =N-H nằm trong một mặt phẳng.
Liên kết hyđro yếu, năng lượng phá vỡ liên kết
khoảng 0,7 - 1,5Kcal/mol song có số lượng lớn nên
xoắn α bền và ổn định.

Liên kết hyđro giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong
tính cơ động, linh hoạt của các phân tử sinh học, của
protein cũng như mô bào.
Cấu trúc gấp nếp β, khác với xoắn α
là ở chỗ nó là dạng tấm. Chuỗi
polypeptit trong gấp nếp β hầu như
duỗi thẳng chứ không phải cuộn lại
hình lò xo như xoắn α. Điều khác
nữa là cấu trúc gấp nếp β được ổn
định bởi các liên kết hyđro giữa các
nhóm =C=O và =N-H trong các
chuỗi polypeptit khác nhau. Cấu trúc
gấp nếp β thường đặc trưng cho
nhiều protein dạng sợi, ví dụ
colagen.
8
Trong cơ thể, xét về cấu trúc bậc 2, protein có thể chia ra làm 3 loại:
- Loại hoàn toàn cấu tạo từ xoắn α
- Loại hoàn toàn cấu tạo từ gấp nếp β
- Loại chứa cả xoắn α và gấp nếp β
2.3/ Cấu trúc bậc ba của protein
Là cấu hình không gian phức tạp của chuỗi polypeptit do sự gấp khúc, cuộn
lại của cấu trúc bậc 2 tạo cho protein có hình thù nhất định đặc trưng cho từng loại
protein và hình thù đặc trưng này được quyết định từ cấu trúc bậc 1. Sự sắp xếp
gọn lại trong không gian của phân tử protein khi đã có cấu trúc bậc 2 này giúp cho
phân tử protein ổn định trong môi trường sống.
9