BÀI GIẢNG HÓA SINH PHẠM THỊ CẨM VÂN

Phần A: LÝ THUYẾT
Chương I
PROTEIN
MỤC ĐÍCH
1. Viết được công thức cấu tạo của 20 acid amin thường gặp trong phân tử
protein.
2. Phân loại acid amin, biết được liên kết trong cấu trúc của protein.
3. Mô tả được 4 bậc cấu trúc và phân loại protein
4. Trình bày được tính chất của protein
1.1. Khái niệm về protein
Protein là một nhóm các hợp chất đại phân tử sinh học, cùng với
polysaccharide, lipid và acid nucleic, tạo nên các hợp phần chủ yếu của cơ thể sống.
Một cách cụ thể, protein là các polymer được tạo nên từ các trình tự xác định các
amino acid. Protein là hợp chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ thể
sống. Về mặt số lượng, protein chiếm không dưới 50% trọng lượng khô của tế bào.
Từ lâu người ta đã biết rằng protein tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể sinh
vật. Ngoài vai trò là thành phần chính trong cấu trúc của tế bào và mô, protein còn
có nhiều chức năng phong phú khác quyết định những đặc điểm cơ bản của sự sống
như sự truyền đạt thông tin di truyền, sự chuyển hoá các chất. Thật vậy, các
enzyme, các kháng thể chống lại bệnh tật, các hormon dẫn truyền các tín hiệu trong
tế bào, ... đều có bản chất là protein. Ngày nay, khi hiểu rõ vai trò to lớn của protein
đối với cơ thể sống, người ta càng thấy rõ tính chất duy vật và ý nghĩa của định
nghĩa thiên tài của Engels P.: “Sự sống là phương thức tồn tại của những thể
protein”. Với sự phát triển của khoa học, vai trò và ý nghĩa của protein đối với sự
sống ngày càng được khẳng định. Cùng với acid nucleic, protein là cơ sở vật chất
của sự sống.
Vai trò sinh học của protein
Tạo hình
Ngoài các protein làm nhiệm vụ cấu trúc như vỏ virus, màng tế bào, còn gặp
những protein thường có dạng sợi như: sclerotin có trong lớp vỏ ngoài sâu bọ;

1


fibrolin của tơ tằm, nhện; collagen, elastin của mô liên kết, mô xương. Collagen
đảm bảo cho độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết.
Xúc tác
Hầu hết tất cả các phản ứng xảy ra trong cơ thể đều do các protein đặc biệt đóng
vai trò xúc tác. Những protein này được gọi là các enzyme. Mặc dầu gần đây người
ta đã phát hiện được một loại RNA có khả năng xúc tác quá trình chuyển hoá tiền
RNA thông tin (pre-mRNA) thành RNA thông tin (mRNA), nghĩa là enzyme không
nhất thiết phải là protein. Tuy nhiên, hầu hết các phản ứng diễn ra trong các cơ thể
sống đều được xúc tác bởi các enzyme có bản chất protein. Bởi vậy, định nghĩa có
tính chất kinh điển: enzyme là những protein có khả năng xúc tác đặc hiệu cho các
phản ứng hoá học, là chất xúc tác sinh học vẫn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Hiện
nay người ta biết được khoảng 3.500 enzyme khác nhau, trong số đó nhiều enzyme
đã được tinh sạch, kết tinh và nghiên cứu cấu trúc.
Bảo vệ
Ngoài vai trò là chất xúc tác và tạo cấu trúc cho tế bào và mô, protein còn có
chức năng chống lại bệnh tật để bảo vệ cơ thể. Đó là các protein tham gia vào hệ
thống miễn dịch. Đặc biệt nhiều loại protein thực hiện các chức năng riêng biệt tạo
nên hiệu quả miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu. Các protein miễn dịch được
nhắc đến nhiều hơn cả là các kháng thể, bổ thể và các cytokine. Ngoài ra, một số
protein còn tham gia vào quá trình đông máu để chống mất máu cho cơ thể. Một số
loài có thể sản xuất ra những độc tố có bản chất protein như enzyme nọc rắn, lectin,
... có khả năng tiêu diệt kẻ thù để bảo vệ cơ thể.
Vận chuyển
Trong cơ thể động vật có những protein làm nhiệm vụ vận chuyển như
hemoglobin, mioglobin, hemocyanin vận chuyển O2, CO2 và H+ đi khắp các mô,
các cơ quan trong cơ thể. Ngoài ra còn có nhiều protein khác như lipoprotein vận
chuyển lipid, seruloplasmin vận chuyển đồng (Cu) trong máu ... Một trong những

protein làm nhiệm vụ vận chuyển được nhắc đến nhiều nhất đó là hemoglobin.
Vận động

2


Nhiều protein làm nhiệm vụ vận động co rút như myosin và actin ở sợi cơ,
chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào, ...
Dự trữ và dinh dưỡng
Các protein làm nhiệm vụ dự trữ như casein của sữa, ovalbumin của trứng,
feritin của lách (dữ trữ sắt) v.v... Protein dự trữ này chính là nguồn cung cấp dinh
dưỡng quan trọng cho các tổ chức mô, phôi phát triển.
Dẫn truyền tín hiệu thần kinh
Nhiều loại protein tham gia vào quá trình dẫn truyền tín hiệu thần kinh đối với
các kích thích đặc hiệu như sắc tố thị giác rodopsin ở võng mạc mắt.
Điều hoà
Nhiều protein có khả năng điều hoà quá trình trao đổi chất thông qua việc tác
động lên bộ máy thông tin di truyền như các hormon, các protein ức chế đặc hiệu
enzyme … Một ví dụ điển hình là các protein repressor ở vi khuẩn có thể làm
ngừng quá trình sinh tổng hợp enzyme từ các gene tương ứng.
Cung cấp năng lượng
Protein là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể sống. Khi thủy phân protein,
sản phẩm tạo thành là các amino acid, từ đó tiếp tục tạo thành hàng loạt các sản
phẩm trong đó có các keto acid, aldehyd và carboxylic acid. Các chất này đều bị
oxy hoá dần dần tạo thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng ra năng lượng.
1.2. Cấu tạo protein
1.2.1. Thành phần nguyên tố
Thành phần nguyên tố protein gồm: C, H, O, N, S. Ngoài ra còn có Fe, Zn,
Cu, Mn, Ca với tỉ lệ rất ít. Trong đó:
C: 50-55%

N: 15-18%

O: 20-23%

H: 6.5-73%

1.2.2. Đơn vị cấu tạo cơ sở của protein
Acid amin là đơn vị cơ bản tạo thành chuỗi polypeptide, có 20 L-α-acid amin
thường gặp trong protein.
Acid amin chứa 2 nhóm amin (– NH2) và carboxyl ( – COOH), hai nhóm này
gắn vào vị trí carbon α.

3


NH2
‫ا‬
R – Cα – COOH
‫ا‬
H
Mặc dù có khoảng 300 acid amin hiện diện trong tự nhiên, nhưng có khoảng
20 acid amin tham gia vào cấu tạo protein. Protein nếu được thủy phân hoàn toàn sẽ
cho ra 20 L acid α – amin.
Phân loại acid amin
Dựa theo mạch bên R: mạch thẳng, mạch vòng
Dựa theo tính phân cực (polar) hoặc không phân cực (nonpolar) của gốc R,
acid amin được xếp vào 2 nhóm sau:
Bảng 1.1: Các acid amin có gốc R không phân cực và acid amin có gốc R phân
cực

R không phân cực (nonpolar)

R phân cực (polar)

Alanine

Arginine

Isoleucine

Asparagine

Leucine

Acid aspartic

Methionine

Cysteine

Phenylalanine

Acid glutamic

Proline

Glutamine

Tryptophane

Glycine

Valine

Histidine
Lysine
Serine
Threonine
Tyrosine

Dựa theo đặc tính sinh lý:
+ Acid amin thiết yếu: cơ thể động vật không thể tự tổng hợp được
+ Acid amin không thiết yếu: cơ thể động vật có thể tự tổng hợp được

4


Bảng 1.2: Tên, ký hiệu, công thức cấu tạo của 20 L acid α – amin hiện diện
trong protein
Tên

Ký hiệu

Công thức

Với chuỗi bên là hydrocarbon (aliphatic)
Glycine

Gly (G)

Alanine

Ala ( A)

Valine

Val (V)

Leucine

Leu (L)

Isoleucine

Ile (I)

Với chuổi bên chứa nhóm hydroxyl (OH)
Serine

Ser (S)

Threonine

Thr (T)

Với chuỗi bên chứa nguyên tử lưu huỳnh (S)
Cysteine

Cys (C)
Met (M)

Methionine

5


Với chuỗi bên chứa nhóm acid và amid của nó
Acid aspartic

Asp (D)

Asparagine

Asn (N)

Acid glutamic

Glu (E)

Glutamine

Gln (Q)

Với chuỗi bên chứa nhóm base
Arginine

Arg (R)

Lysine

Lys (K)

Histidine

His (H)

Với chuỗi bên chứa nhân thơm
Histidine

His (H)

Phenylalanine

Phe (F)

Tyrosine

Tyr (Y)

Tryptophan

Trp (W)

Xem ở trên

6


Acid amin
Proline

Pro (P)

1.2.3. Các bậc cấu trúc của protein
Về mặt cấu trúc người ta phân biệt protein gồm bốn bậc: bậc 1, bậc 2, bậc 3 và
bậc 4 (hình. 1.1).

Hình 1.1: Sơ đồ các bậc cấu trúc của protein
1.2.3.1. Cấu trúc bậc 1
Cấu trúc bậc 1 biểu thị trình tự các gốc amino acid trong chuỗi polypeptide,
cấu trúc này được giữ vững bằng liên kết peptide (liên kết cộng hóa trị). Sự rối loạn
cấu trúc sắp xếp của protein trong liên kết peptide sẽ dẫn đến bệnh lý.
Ví dụ: Bệnh thiếu máu hồng cầu lưỡi liềm
HbA (người bình thường) His – Val – Leu – Tre – Pro – Glu – Glu – Liz
HbS (người bệnh)

His – Val – Leu – Tre – Pro – Val – Glu – Liz

Cấu trúc bậc 1 là phiên bản của mã di truyền, việc xác định được cấu trúc
bậc 1 là cơ sở để tổng hợp nhân tạo protein bằng phương pháp hoá học hoặc bằng
biện pháp công nghệ sinh học.
1.2.3.2. Cấu trúc bậc 2

7


Biểu thị sự xoắn của chuỗi polypeptide, là tương tác không gian giữa các gốc
amino acid ở gần nhau trong mạch polypeptide. Nói cách khác, là dạng không gian
cục bộ của từng phần trong mạch polypeptide. Cấu trúc này được làm bền nhờ các
liên kết hydro được tạo thành giữa các liên kết peptide ở gần nhau.

1.2.3.3. Cấu trúc bậc 3
Biểu thị sự xoắn và cuộn khúc của chuỗi polypeptide thành khối, đặc trưng
cho protein dạng cầu, là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau
trong mạch polypeptide. Trong nhiều protein dạng cầu có chứa các gốc cysteine tạo
nên liên kết disulfur giữa các gốc Cys xa nhau trong mạch polypeptide làm cho
mạch bị cuộn lại. Ngoài ra, cấu trúc bậc 3 còn được giữ vững bằng các loại liên kết
khác như liên kết kị nước, lực Van der Waals, liên kết hydro, liên kết tĩnh điện giữa
các gốc amino acid.
1.2.3.4. Cấu trúc bậc 4
Biểu thị sự kết hợp của các chuỗi có cấu trúc bậc 3 trong phân tử protein.
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 cấu trúc bậc 4. Mỗi một chuỗi
polypeptide đó được gọi là một tiểu đơn vị, chúng gắn với nhau nhờ các liên kết
hydro, tương tác Van der Waals giữa các nhóm phân bố trên bề mặt của các tiểu
đơn vị để làm bền cấu trúc bậc 4.
1.3. Một số tính chất quan trọng của protein
1.3.1. Tính chất lý học
- Phân tử lượng
Có nhiều phương pháp xác định phân tử lượng của protein như phương pháp
hóa học, thẩm thấu, tốc độ lắng, … Protein có phân tử lượng lớn > 10.000. Khái
niệm protein và polypeptide thỉnh thoảng được hiểu giống nhau, tuy vậy
polypeptide có trọng lượng phân tử < 10.000.
- Đặc tính keo
Khi hòa tan, protein tạo thành các dung dịch keo và cho hiện tượng Tindal.
Xung quanh mỗi phân tử protein được bao quanh bằng một lớp dày đặc các phân tử
dung môi, nếu dung môi là nước thì sẽ tạo thành tầng hydrate.

8

- Áp suất thẩm thấu
Protein hòa tan trong nước tạo nên dung dịch keo có áp suất thẩm thấu gọi là
áp suất keo nhỏ hơn rất nhiều so với áp suất thẩm thấu của dung dịch thật. Áp suất
keo đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển nước cùng các chất dinh dưỡng
và cặn bã qua thành mạch.
- Sự khuyếch tán
Trong dung dịch, protein khuyếch tán chậm. Do chúng có kích thước lớn cho
nên protein không đi qua được các màng bán thấm như màng tế bào, màng
cellophan, … Nếu cho dung dịch protein vào màng bán thấm rồi nhúng vào cốc
nước thì các phân tử có kích thước nhỏ như NaCl đi qua màng bán thấm một cách
dễ dàng, còn protein vẫn nằm lại trong túi. Đây là sự thẩm tích và màng bán thấm
được gọi là màng thẩm tích. Người ta ứng dụng phương pháp này để loại muối khỏi
dung dịch protein.
- Độ nhớt
Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo có độ nhớt khá cao và lớn hơn độ
nhớt của nước. Các loại protein khác nhau thì có độ nhớt khác nhau.
- Sự hấp phụ
Protein có thể hấp phụ các chất khí, lỏng hoặc rắn lên trên bề mặt của chúng.
Nhờ tính chất này mà nhiều protein đóng vai trò là các chất vận chuyển trong cơ
thể. Cơ chế tác dụng của một số loại thuốc hoặc của các chất hóa học cũng được
giải thích dựa trên tính chất hấp phụ của protein.
- Tính lưỡng tính
Phân tử protein gồm nhiều amino acid kết hợp lại với nhau thành một hoặc
nhiều chuỗi polypeptide. Trên mỗi chuỗi polypeptid đều có một nhóm α-NH2 của
amino acid N-tận và một nhóm α-COOH của amino acid C-tận. Ngoài ra, trong
phân tử protein còn có thể có một số nhóm -NH2 tự do của các amino acid kiềm tính
và một số nhóm -COOH của các amino acid acid tính. Trong dung dịch các nhóm NH2 và -COOH này có thể điện li để tạo thành -NH+3 và -COO-. Do đó, protein
cũng có tính lưỡng tính như amino acid và trong dung dịch chúng cũng có thể tồn
tại dưới 3 dạng ion: anion, cation và ion lưỡng cực với các nồng độ khác nhau tùy

9


theo pH của môi trường. Mỗi loại protein cũng có điểm đẳng điện (pI) tương ứng và
tỉ lệ của mỗi dạng ion trong dung dịch phụ thuộc vào pH của dung dịch hòa tan
protein. Nếu pH của môi trường = pI thì protein tồn tại ở dạng ion lưỡng cực nhiều
nhất và protein sẽ không di chuyển trong điện trường. Nếu pH của môi trường > pI
thì anion chiếm nhiều nhất và protein sẽ di chuyển về phía cực dương của điện
trường. Nếu pH < pI thì dạng cation chiếm nhiều nhất và protein sẽ di chuyển trong
điện trường về cực âm. Tính chất này được ứng dụng để tách protein bằng kỹ thuật
điện di, ngoài ra còn được ứng dụng để chiết xuất và tinh chế protein bằng phương
pháp sắc kí trao đổi ion.
- Sự biến tính của protein
Phân tử protein chỉ thể hiện được đặc tính sinh học của nó trong một khoảng
giới hạn nhất định của môi trường. Nếu vượt quá giới hạn đó sẽ làm cho protein bị
mất tính chất ban đầu, mất tính chất sinh học, đó là sự biến tính của protein (giảm
tính tan, tính chất sinh học không còn nữa). Sự biến tính không làm đứt các liên kết
peptid mà chỉ làm đứt các liên kết yếu như liên kết hydro, liên kết muối, … Vì vậy,
cấu trúc không gian của protein bị đảo lộn, các nhóm kị nước quay ra ngoài, các
nhóm ưa nước quay vào trong, sự hydrate hóa bị giảm, các chuỗi polypeptid dễ kết
hợp lại với nhau, do đó độ tan giảm và protein dễ bị đông kết. Ở trong đường tiêu
hóa của động vật, sự biến tính protein giúp cho quá trình tiêu hóa protein diễn ra dễ
dàng hơn. Có hai loại biến tính:
+ Biến tính thuận nghịch
Cấu trúc không gian của phân tử protein bị biến đổi tạm thời và có thể trở lại
trạng thái ban đầu nếu loại trừ nguyên nhân gây biến tính. Một số yếu tố gây biến
tính thuận nghịch như dung môi hữu cơ trung tính (ether, ethanol, aceton, …), một
số muối trung tính ((NH4)2SO4).
+ Biến tính không thuận nghịch
Cấu trúc không gian của phân tử protein bị phá vỡ vĩnh viễn, không tái lập dù

ở điều kiện nào. Các yếu tố gây biến tính không thuận nghịch như acid vô cơ đậm
đặc (HCl, H2SO4, HNO3, …), acid hữu cơ (CCl3-COOH), nhiệt độ cao, …
1.3.2. Tính chất hóa học

10


1.3.2.1. Phản ứng Biurê:
Phản ứng Biure đặc trưng cho liên kết peptid (- CO-NH-), tất cả các chất có
chứa từ 2 liên kết peptit trở lên đều cho phản ứng này.
Trong môi trường kiềm mạnh, liên kết peptid trong phân tử protein phản ứng
với Cu2SO4 tạo phức chất màu tím hoặc tím đỏ.
Sở dĩ ta gọi phản ứng Biure là do chất biure có nhóm – CO – NH – ( giống
như liên kết peptid) và cũng có phản ứng dương tính tạo nên hợp chất màu với
protein

1.3.2.2. Phản ứng của nhóm với α-amin với foocmaldehid (phản ứng Sorenson)
Đây là phản ứng quan trọng thường dùng để đánh giá mức độ thủy phân
protein. Foocmaldehid phản ứng với nhóm amin tạo thành dẫn xuất metylen của
acid amin.
1.3.2.3. Phản ứng với Nynhidrin:
Phản ứng màu đặc trưng quan trọng để định tính và định lượng acid amin
Tất cả các α-acid amin của protein đều phản ứng với nynhidrin tạo thành hợp
chất màu xanh tím. Phản ứng này rất nhạy, có thể phát hiện được đến microgram
acid amin, vì vậy được dùng nhiều trong phân tích định tính và định lượng acid
amin.
1.3.2.4. Phản ứng Xantoprotein

11

Khi cho acid nitric đậm đặc tác dụng với protein sẽ có màu vàng, phản ứng
này xảy ra do trong phân tử protein có acid amin có vòng thơm (phenylalanine,
tryptophane, tyrosine)

12


CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG
1. Protein là gì? Trình bày câu trúc và chức năng của protein.
2. Liên kết peptide là gì ? Vẽ hình.
3. Phân biệt và kể tên được các acid amin thiết yếu và không thiết yếu ?
3. Trong phân tử protein, liên kết disulfur được tạo thành từ các acid amin nào?
4. Trong phân tử protein, liên kết nào đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc bậc III
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đỗ Đình Hồ, Đông Thị Hoài An, Nguyễn Thị Thảo, Phạm Thị Mai, Trần Thanh

Lan Phương, Đỗ Thị Thanh Thủy, Lê Xuân Trường (2005), Hóa sinh y học, NXB Y
Học, Tp.HCM.
2. Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi và Lê
Doãn Niên (2004), Hóa Sinh Công Nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội.
3. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng (2000), Hóa sinh học, ĐHSP Hà Nội.

13


Chương 2
ACID NUCLEIC
MỤC ĐÍCH
1. Viết được công thức của ribose, deoxyribose, các base purine và pyrimidin

2. Phân biệt được cấu tạo của nucleoside, nucleotide và acid nucleic
3. Trình bày được cấu trúc của DNA và RNA, những điểm khác biệt về cấu
trúc của hai loại phân tử này và quy luật bổ sung đôi base
2.1. Thành phần cấu tạo
2.1.1. Thành phần cấu tạo của mononucleotide
Acid nucleic, vật chất mang thông tin di truyền của các hệ thống sống, là một
polymer được hình thành từ các monomer là nucleotide. Mỗi nucleotide gồm 3
thành phần: nhóm phosphate, đường pentose (là đường 5 carbon) và một base nitơ.
2.1.1.1. Acid phosphoric
Là một acid vô cơ H3PO4, tạo nên tính acid cho acid nucleic, hiện diện cả
DNA và RNA
2.1.1.2. Đường pentose
Đường pentose trong acid nucleic gồm có hai loại là đường deoxyribose và
ribose. Sự có mặt của 2 loại đường này là một trong những đặc điểm để phân biệt
DNA và RNA.
- Đường ribose (C5H10O5), hiện diện ở RNA

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

CH2OH
O

H H
OH

CH2OH
Hình 2.1: D - Ribose

- Đường deoxyribose (C5H10O4), hiện diện ở DNA

14

O

OH
H H
OH


H

C

OH

H

C

H

H

C

OH

H

C

CH2OH
O

O

OH

H H

H H

OH

H

CH2OH
Hình 2.2: D - Deoxyribose

2.1.1.3. Các base có nitơ
Các base nitơ có trong phân tử acid nucleic đều là những dẫn xuất của base
purine hoặc pyrimidine
Base purine
. Các base purine là loại base có nhân purine, gồm adenine (6-amino purine)
và guanine (2-amino, 6-aminopurine)
CH
N
6 5
1
HC 2

3
N

4

9
NH

N

7
8 CH

- Adenin (6-aminopurin)
NH2
N

6 5

1
2

3
N

4

9
NH

7
8

N

- Guanin (6-oxy,2-aminopurin)
OH
N

1

2

H2N

O

6 5
3
N

4

9
NH

7
8

N

HN

cetol
enol

1
2

H2N

Hình 2.3: Base purine: Adenin và Guanin

15

N

6 5
3
N

4

9
NH


Base pyrimidine
Các base nitơ pyrimidine gồm thymine (2,6-dioxy, 5-methylpyrimidine),
cytosine (2-oxy, 6-aminopyrimidine) và uracil (2, 6 dioxypyrimidine)

CH
6

N1
HC2

3
N

5 CH

4 CH

Gốc pyrimidin
- Cytosin (2 - oxy, 6 - aminopyrimidin)
NH2

NH2
N

enol

HO

N

cetol
N

O

NH

- Uracin (2,6 - dioxypyrimidin)
O

OH
N
HO

HN

cetol
enol
N

O

NH

- Thymin (5 - metyl uracin)
O

OH
CH3

N
HO

cetol
enol
N

CH3

HN
O

NH

Hình 2.4: Các base pyrimidine: Cytosine, Uracil, Thymine

Các nucleoside

16


Nucleoside là sản phẩm thủy phân không hoàn toàn của nucleic acid.
Nucleoside gồm có hai thành phần là đường pentose và một base nitơ (thuộc purine
hay pyrimidine), nối với nhau bằng liên kết β-N glycoside. Liên kết này thực hiện
giữa C1’ của pentose và N9 của base purine, hoặc C1’ của pentose và N1 của
pyrimidine. Lưu ý khi pentose được liên kết với base, các nguyên tử carbon của nó
được đánh số C1’, C2’, C3’, C4’, C5’

NH2

NH2
N

N

N
N

O
CH2OH

OH

N
N

NH

N
H2O

O
CH2OH

OH

OH

OH

Adenin + Ribose

OH

Adenosine + H2O

Hình 2.5: Liên kết glycoside giữa Adenine và đường ribose
Các nucleotide

Nucleotide cũng là sản phẩm thủy phân không hoàn toàn của nucleic acid.
Nucleotide gồm có ba thành phần: đường pentose, base nitơ và phosphoric acid
(hình 2.6).

17

NH2

NH2
N

N

N
NH

N

O

O

O- - P - O - CH2
O

N

N

O

O

O- - P - O - CH2
O

OH

H

OH

OH

OH

N

Deoxyadenosine 5' - monophosphate
(5' - dAMP)

Adenosine 5' - monophosphate
(AMP)

Hình 2.6: Cấu tạo hóa học của AMP và 5’-dAMP

Các nucleotide có thể phosphoryl hóa để tạo thành di-, tri-phosphonucleotide
NH2
N

O

N
N

N

C

C

C

C

H

H

H

H

CH2O

P

OH

OH

OH

OH OH

O

O

P

O

O

P

OH

O

Adenosine monophosphate (AMP)
Adenosine diphosphate (ADP)
Adenosine triphosphate (ATP)

Hình 2.7: Mối liên hệ giữa AMP, ADP và ATP
2.1.2. Cách liên kết giữa các mononucleotide

Chuỗi có hai đầu, đầu 5’ và đầu 3’, ở dạng tự do hay kết hợp với phosphat.
Nhiều nucleotid kết hợp thành chuỗi polynucletid bằng liên kết 3’, 5’
phosphodiester. Liên kết này được tạo thành giữa gốc phosphat của nucleotide này
(ở vị trí C5’) với nhóm OH của nucleotide kế tiếp (ở vị trí C3’)

18

O-O

P

O

O
CH2 O
H

-O

Base

H

H

O

H

P

H
LK phosphodieste

O

O

CH2 O
H

-O

Base

H

H

O

H

P

H

LK phosphodieste

O

O
CH2 O
H

-O

Base

H

H

O

H

H
LK phosphodieste

P

O

O
CH2 O
H

Base

H

H

OH

H

2.2. Cấu trúc và chức năng của acid nucleic
2.2.1. Cấu trúc

2.2.1.1. Cấu trúc bậc 1 của phân tử acid nucleic

19

H


Cấu trúc bậc 1 biểu thị trình tự sắp xếp các gốc nucletit trong chuỗi
polynucleotit
Đối với DNA

-

Tổng lượng base purine = base pyrimidin

-

Hàm lượng Adenin = Thimin (A=T)

-

Hàm lượng Guanin = Cytosin (G=C)

-

Tổng lượng base G + T = A + C

-

Ngược lại tổng G + X và A + T có thể rất khác nhau.
Đối với RNA

Thành phần Base: A + C = G + U
2.2.1.2. Cấu trúc bậc 2 của phân tử acid nucleic
Đối với DNA

Năm 1953, Watson và Crick đưa ra mô hình cấu trúc của phân tử DNA như sau:
- DNA gồm: 2 chuỗi polynucleotid xoắn với nhau quanh một trục tạo thành
vòng xoắn đôi.
- Hai sợi polynucleotid đối xứng nhau
- Các base của mỗi sợi hướng vào bên trong, base của sợi này liên kết với
base của sợi kia.
- Đường kính, chu kì xoắn, khoảng cách giữa các Nu…
Đối với RNA

Phân tử ARN thường chỉ có 1 chuỗi polynucleotid liên tuc.
Có sự tự xoắn tạo nên cấu trúc bậc 2
A-U, C-G
2.2.2. Chức năng

- Tự tái bản (sao chép, tự sao) → tổng hợp DNA
- Sao mã (phiên mã) → tổng hợp RNA
- Dịch mã (giải mã) → tổng hợp protein

20

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG
1. Acid nucleic là gì? Gồm những loại nào?
2. Acid nucleic và nucleotide khác nhau ở điểm nào?
3. Liên kết phosphodieste là gì? Vẽ hình
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. TS. Đồng Thị Thanh Thu (), Giáo trình sinh hóa cơ bản Phần 1, ĐHKHTN
Tp Hồ Chí Minh.
2. Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi và Lê
Doãn Niên (2004), Hóa Sinh Công Nghiệp, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội.
3. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng (2000), Hóa sinh học, ĐHSP Hà Nội.

21


Chương 3
ENZYME
MỤC ĐÍCH

1. Trình bày được danh pháp, phân loại và những đặc điểm cấu trúc chung
của enzyme
2. Giải thích được cơ chế xúc tác chung của enzyme
3. Phân tích được tính đặc hiệu của enzyme
4. Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme
3.1. Khái niệm

Trong các tế bào của cơ thể sống luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất. Sự
trao đổi chất ngừng thì sự sống không còn tồn tại. Quá trình trao đổi của một chất là
tập hợp các quy luật của rất nhiều phản ứng hoá học khác nhau. Các phản ứng hoá
học phức tạp này có liên quan chặt chẽ với nhau và điều chỉnh lẫn nhau. Enzyme là
các hợp chất có bản chất protein xúc tác cho các phản ứng hoá học đó. Chúng có

khả năng xúc tác đặc hiệu các phản ứng hóa học nhất định và đảm bảo cho các phản
ứng xảy ra theo một chiều hướng nhất định với tốc độ nhịp nhàng trong cơ thể sống.

Chúng có trong tất cả các loại tế bào của cơ thể sống. Enzyme còn được gọi là
chất xúc tác sinh học (biocatalysator) nhằm để phân biệt với các chất xúc tác hoá
học.
Chất xúc tác sinh học là những sản phẩm sinh vật, do tế bào sản xuất ra với
những lượng nhỏ, có tác dụng làm tăng nahnh phản ứng hóa sinh và khi kết thúc
phản ứng chúng vẫn không thay đổi so với trạng thái ban đầu
3.2. Cấu tạo

Enzyme có khả năng và hiệu lực xúc tác rất lớn, có tính đặc hiệu rất cao. Để
đảm bảo cho chức năng của enzyme là chất xúc tác sinh học, cấu trúc của enzyme

phải rất tinh vi và phức tạp.
3.2.1. Bản chất protein của enzym

Trong sự phát triển của hóa sinh học, bước nhảy vọt đã đạt được khi người ta
thực hiện thành công việc tách rút các chất xúc tác sinh học ra khỏi tế bào và nghiên
cứu tính chất của chúng, lúc đó người ta nhận biết rằng enzyme có bản chất protein.

22


Năm 1926, Sumner là người đầu tiên thu được urease ở dạng kết tinh. Cho đến nay
đã có khoảng hơn 150 enzyme được rút ra ở dạng tinh khiết. Trong số các enzyme
đó, một số đã được biết trọn vẹn về cấu trúc bậc I như ribonuclease, trypsin,

chymotrypsin, …
Ngày nay người ta xác nhận rằng, các enzyme chính là nhóm protein quan

trọng. Chúng được hình thành trong tế bào như các protein đơn giản (enzyme một
thành phần) hoặc như các protein phức tạp (enzyme hai thành phần). Trong số các
enzyme thì đa số là enzyme hai thành phần.
Dạng hoạt động của enzyme hai thành phần bao gồm phần protein và phần
không có bản chất protein gọi là nhóm prostetic (nhóm ngoại, nhóm ghép, …)
Enzyme một thành phần là các protein đơn giản thực hiện chức năng xúc tác.
Ví dụ: Ribonuclease A và một số enzyme thủy phân protein và một số enzyme
khác.
3.2.2. Enzym một và hai thành phần

Bên cạnh phần protein thì enzyme hai thành phần còn chứa phần không có bản
chất protein. Người ta gọi phần không phải protein cần thiết bắt buộc đối với hoạt
động của enzyme là nhóm ghép (nhóm ngoại, nhóm thêm, yếu tố phụ, …) và phần

protein vốn liên kết với nhóm đó là apoenzyme, phức hợp của hai thành phần trên là
holoenzyme (enzyme hai thành phần).
Trong trường hợp nhóm ghép là những chất hữu cơ có trọng lượng phân tử bé
được liên kết với phần protein thì nhóm ghép được gọi là coenzyme. Theo cách đó

thì:

Nếu đứng riêng rẽ thì cả coenzyme cũng như apoenzyme đều không có khả năng
xúc tác. Chỉ có lúc nào 2 phần này kết hợp với nhau thì hoạt tính xúc tác của
enzyme mới thể hiện.
Bản chất hóa học của coenzyme rất khác nhau:
- Một số loại này chính là các vitamin. Sự liên quan về chức năng giữa các
vitamin và các coenzyme được giới thiệu ở bảng sau:

23

Bảng 3.1: Sự liên quan về chức năng giữa các vitamin và các coenzyme

Coenzyme

Chức năng

Vitamin tương ứng

NAD, NADP

- Chuyển H+ và e-

PP

FAD. FMN

- Chuyển H+ và e-

B2

Coenzyme A

- Vận chuyển gốc acyl

Pantotenic acid(B3)

- Phân giải háo khí và tổng hợp acid
béo
Thiaminpyro(P)

Thiamine(B1)

- Khử carboxyl hóa
- Chuyển nhóm aldehyd

Pyridoxine(B6)

- Chuyển amine hóa

Pyridoxal(P)

- Khử carboxyl hóa

Các ion kim loại có vai trò cần thiết bắt buộc cho sự hoạt động của enzyme. Các
ion (cation) có chức năng giống với các coenzyme.
Người ta gọi các ion kim loại đó là các coenzyme đơn giản. Các enzyme cần ion
kim loại cho việc thực hiện chức năng của mình được gọi là metalloenzyme. Chức
năng của các ion kim loại nói chung phần nhiều là chúng tạo ra các phức hợp giữa
một nhóm nhất định nào đó của cơ chất và enzyme. Trước tiên các cation tạo phức
“ion kim loại – cơ chất”, sau đó phức hợp này mới phản ứng với enzyme. Các ion
Ca, Cu, Mg, Mn, Mo, Zn, … đều là những ion tham gia trong sự hoạt động của các
enzyme.
Phân loại enzyme

Dựa vào loại phản ứng mà enzyme xúc tác người ta chia enzyme làm 6 loại
(theo đúng trình tự loại số 1→6)
Loại

Tên

Cơ chế phản ứng xúc tác

Phản ứng tổng quát

enzyme
1

Oxydoreductase Oxy hóa khử (cho nhận điện Akh + Box → Aox+ Bkh
tử, hydro, oxy…)

2

Transferase

Chuyển

nhóm

24

hóa

học AB + CD → AC +


(amin, glucosyl, phosphat, BD
acyl, methyl…)
3

Hydrolase

Thủy phân (liên kết este, R1R2
glycoside, peptide, ete…)

4

+

HOH →

R1H + R2OH

Phân cắt (không có nước AB → A + B

Lyase

tham gia)
5

Isomerase

Đồng phân hóa (đồng phân A → B

quang học, hóa học…)
6

Lygase (gồm cả Tổng hợp
Synthetase

A + B → AB

và

synthase)
Trong mỗi loại enzyme trên, mỗi loại lại được chia làm nhiều nhóm, mỗi
nhóm chia thành nhiều phân nhóm, mỗi phân nhóm gồm nhiều enzyme.
Mỗi enzyme được ký hiệu bằng bốn con số: số thứ nhất chỉ loại, số thứ hai
chỉ nhóm, số thứ ba chỉ phân nhóm, số thứ tư chỉ thứ tự cảu bản thân từng enzyme
trong phân nhóm. Trước 4 chữ số có chữ EC (Enzyme Committee: ủy ban enzyme)
3.3. Cơ chế tác dụng của enzym

Hầu như tất cả các biến đổi hóa sinh trong tế bào và cơ thể sống đều được xúc
tác bởi enzyme ở pH trung tính, nhiệt độ và áp suất bình thường, trong khi đa số các
chất xúc tác hóa học khác lại chỉ xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao. Chính nhờ việc
tạo được môi trường đặc hiệu (bởi trung tâm hoạt động của enzyme liên kết với cơ
chất) có lợi nhất về mật độ năng lượng để thực hiện phản ứng mà enzyme có được
những khả năng đặc biệt đã nêu trên.
Trong phản ứng có enzyme xúc tác, nhờ sự tạo thành phức hợp trung gian
enzyme-cơ chất mà cơ chất được hoạt hóa. Khi cơ chất kết hợp vào enzyme, do kết
quả của sự cực hóa, sự chuyển dịch của các electron và sự biến dạng của các liên
kết tham gia trực tiếp vào phản ứng sẽ dẫn tới việc thay đổi động năng cũng như thế
năng, kết quả là làm cho phân tử cơ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đó phản ứng
được thực hiện dễ dàng hơn.

25