giáo trình sinh hóa học động vật trong chăn nuôi thú y

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 -2005




Lời nói đầu
Tất cả các qúa trình sinh trởng, phát
phát triển hay sự tiến triển của bệnh
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
nucleic v. v. Các phân tử ny l những viên gạch tạo nên tế bo, mô, v các
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 .
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 nông nghiệp v các
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
tử về vấn đề cấu trúc v quá trình chuyển hoá vật chất cấu tạo nên cơ thể
sống, nh protein, acid nucleic,
nucleic, 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
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.

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 sau khi đợc
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 nó cũng có thể l ti liệu
tham khảo hữu ích cho các sinh viên thuộc các trờng khoa học cơ bản, các
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
chắc thiếu sót trong cuốn sách ny l 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
để cuốn sách ngy cng hon thiện hơn.

H nội, tháng 12 năm 2004

Các tác giả




Mục lục
Trang
mở đầu

Sinh hoá học v vai trò của sinh hoá học

1

TS. Nguyễn Văn Kiệm
Chơng I

3

Protein
PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm

1.
2.
2.1.
2.2.
2.3
2.4
2.5
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Khái niệm và chức năng của protein
Cấu tạo của protein
Axit amin - đơn vị cấu tạo nên protein
Cấu trúc bậc I của protein
Cấu trúc bậc II của protein
Cấu trúc bậc III của protein
Cấu trúc bậc IV của protein
Cắt và sửa đổi protein tạo nên khả năng mới
Bốn mức cấu trúc của protein
Sequence amino axit chuyên hoá cấu trúc không gian của protein
Sự gắn đặc hiệu và những thay đổi cấu trúc là cơ sở của tác động protein
Đặc tính lý hoá của protein

Phân loại protein
Chơng II

3
4
4
10
12
14
17
17
22
23
26
28
29
34

Axit nucleic và cơ chế di truyền tế bào
PGS.TS. Nguyễn Văn Mùi, TS. Nguyễn Văn Kiệm

1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
3.
4.

5.
6.

Khái niệm về axit nucleic
Cấu trúc của axit nucleic
Mononucleotit
Dinucleotit
Cấu trúc bậc I của axit nucleic
Cấu trúc bậc II của axit nucleic
Cấu trúc bậc III và siêu cấu trúc của axit nucleic
Phân loại axit nucleic
Phức hợp axit nucleic -protein
Sự phân giải axit nucleic
Sự tổng hợp axit nucleic

34
34
34
42
43
45
49
49
54
56
59

Chơng III

71

ENzyme
PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

Khái niệm về enzyme
Bản chất của enzyme
Trung tâm hoạt động của enzyme
Chất phối hợp của enzyme
Đặc điểm hoạ tính của enzyme
Tên gọi và phân loại enzyme
Cơ chế xúc tác của enzyme
Động học enzyme
Ví dụ về phản ứng xúc tác của enzyme
Enzyme điều hoà

71

71
72
74
83
84
86
91
94
96

Chơng IV

98

Sinh hoá hormone
TS. Nguyễn Văn Kiệm

1.
2.
3.
3.1.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.

Đại cơng về hormone
Phân loại hormone
Cơ chế tác dụng của hormone
Hai nguyên lý cơ bản về tác dụng của hormone
Cơ chế tác dụng của hormone
Cơ chế tác dụng lên màng
Cơ chế tác dụng lên gen
Một số hormone và vai trò của chúng
Adrenalin và Noradrenalin
Glucagon
Insulin
Tốc độ trao đổi chất cơ bản và hormone tuyến giáp
Chơng V

98
102
104
104
105
106
113
117
117
118
119
123

126

Trao đổi vật chất và năng lợng

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

1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.

Trao đổi vật chất là gì?
Trao đổi năng lợng
Sinh vật sống bằng năng lợng gì?
Sự hô hấp mô bào
Quá trình phosphoryl hoá
Chơng VI

126
129
129
130
137

142

Gluxit và quá trình chuyển hoá gluxit

1.

Khái niệm và vai trò về gluxit

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

142


2.
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
5.
5.1.
5.2.
6.
7.

Phân loại gluxit
Tiêu hoá, hấp thu và dự trữ gluxit ở động vật
Tiêu hoá, hấp thu tinh bột
Sinh tổng hợp glycogen
Sự phân giải glycogen
Sự tiêu hoá và hấp thu chất xơ
Sự chuyển hoá trung gian của glucose
Khái quát về sự chuyển hoá glucose
Cách phân giải yếm khí glucose ở mô bào động vật - Quá trình đờng phân

Quá trình lên men rợu etylic
Sự lên men vi sinh vật tạo thành các sản phẩm có giá trị thơng mại
Các monosaccharide khác có thể đi vào con đờng đờng phân
Sự oxy hoá glucose trong điều kiện có đủ oxy
Oxy hoá theo vòng Krebs
Các con đờng thứ cấp của sự oxy hoá glucose
Sự điều hoà trao đổi gluxit
Một số bệnh do rối loại trao đổi đờng
Chơng VII

143
144
144
146
148
151
154
154
154
169
170
170
172
173
192
198
202

204

Lipid và sự chuyển hoá lipid
TS. Nguyễn Văn Kiệm

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Đại cơng về lipid
Một số đặc điểm về tiêu hoá, hấp thu, vận chuyển và dự trữ lipid ở động vật
Sự phân giải triglyceride
Sự hình thành và chuyển hoá thể xeton
Tổng hợp axit béo và triglyceride
Sơ lợc về vai trò và sự chuyển hoá các dạng lipoide
Điều hoà quá trình chuyển hoá lipid
Chơng VIII

204
205
209
216
220
225
227

228

Trao đổi protein
PGS.TS Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Văn Kiệm

1.
2.
3.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
5.
6.
6.1.
6.2.
6.3
7.

ý nghĩa của sự chuyển hoá protein ở động vật
Đặc điểm của trao đổi protein ở động vật
Tiêu hoá và hấp thu protein
Sự chuyển hoá trung gian của axitamin
Phản ứng khử amin
Phản ứng chuyển amin
Phản ứng khử carboxyl
Sự thối rữa prtein ở ruột già do vi khuẩn
Sự bài tiết các chất cặn b chứa nitơ
Sự vận chuyển amiac trong cơ thể
Sự tổng hợp và bài tiết ure (vòng ornitin)
Sự bài tiết axit uric
Sự chuyển hoá của các protein phức tạp

228
228
229
233
233
235
236
239
240
240
241
242
244


7.1.
7.2.
8.
8.1.
8.2.
8.3
8.4.
9.
10.
11.
12.
13.

Sự chuyển hoá của hemoglobin

Rối loạn chuyển hoá hemoglobin
Quá trình sinh tổng hợp protein
ý nghĩa của quá trình
Sinh tổng hợp theo khuôn mẫu
Tổng hợp protein ở ty lạp thể
Điều hoà tổng hợp protein
Sự hoàn thiện phân tử protein sau khi đợc tổng hợp
Sự biến đổi một số protein xuất ngoại
Sự gluxit hoá protein
Các protein đi vào ty lạp thể
Các protein nhân tế bào

244
245
246
246
247
261
261
264
265
266
268
269

Chơng IX

270

Miễn dịch học

PGS.TS Nguyễn Văn Kình

1.
1.1.
1.2.
1.3.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.

Hệ thống miễn dịch của cơ thể
Hệ thống miễn dịch tế bào
Hệ thống miễn dịch thể dịch
Hệ thống miễn dịch là hệ thống tự dung nạp
Cấu trúc và vai trò của kháng thể (immunoglobulin)
Kháng thể đơn dòng
Vị trí gắn kháng nguyên của kháng thể
Sự phát sinh tính đa dạng của kháng thể

Các chuỗi nhẹ
Sự lắp ráp các gen chuỗi nặng
Protein RAG1 và RAG2
Đột biến dinh dỡng
Sự loại trừ alen đảm bảo cho kháng thể có tính đặc hiệu cao
Sự chuyển đổi tự dạng liên kết màng đến dạng tiết của một kháng thể
Sự chuyển lớp immunoglobulin của các tế bào B
Receptor tế bào T
Phức hợp hoà hợp tổ chức chính
Hệ thống bổ thể
Vaccine của hiện tại và tơng lai

270
270
273
274
275
282
282
284
287
287
289
289
290
290
291
292
294
297

303

Chơng X

305

Sự vận chuyển chất qua màng
PGS.TS Nguyễn Văn Kình

1.
2.
3.
4.

Những nét đại cơng về màng tế bào
Thành phần hoá học của màng tế bào
Sự vận chuyển các chất qua màng
Sự vận chuyển tích cực qua lớp tế bào

305
305
307




MỞ ĐẦU
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
đổi 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 nhiều 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 mở đầu 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 phần 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 ở động vật, cơ chế vận chuyển qua màng,
Cùng những năm 60 của thế kỷ XX Jacob và Monod đã tìm ra sự điều 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 …………………………… 1




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 đặc 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 sử ứng 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, bản chất của quá trình trao đổi vật chất trong cơ thể, cơ chế và những nguyên nhân gây
nên bệnh tật... để từ đó có thể chủ động 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 …………………………… 2

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 sự đổi
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 của 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 rất 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 thể đòi 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 collagenmột protein sợi
Phát xung và vận chuyển các xung thần kinh. Sự đáp ứng của các tế bào thần kinh đối
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 …………………………… 3




võng mạc. Các protein Receptor cũng có thể được tạo ra bởi các phân tử nhỏ đặc 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 thể đa 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 từ đó 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

NH2

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 …………………………… 4




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 (-NH3+) 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 (- NH3+).
NH2
H C COOH
R

(Dạng không Ion hoá)

NH3+
H C COOR

(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 (-NH2). 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 mẫu 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 …………………………… 5




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 kể đến kiến tạo protein. Proline thường thấy ở
những chỗ thắt nút của chuỗi protein cuộn, và không ghét nước.
O

C OH
HN

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 (- CH2 -). 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 …………………………… 6




Hình 1.3: Các acid amin thơm.
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 - CH3). 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.

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




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, ở đó 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 ở điều 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 …………………………… 8




O

O

O
H2N

CH

C

OH

CH2
C

O

H2N

CH

C

O
OH

H2N

CH

CH2

CH2

CH2

C

C

OH

H 2N

CH
CH2

O

CH2
C

OH

C

O

NH2

O

NH2

OH

Axit Aspartic

C

Axit Glutamic

Asparagin

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

CH3-CH2-CH2-CH2-CH- COOH
⎜
NH2

CH2- S ⎯ S - CH2
⎜
⎜
CH - NH2
CH - NH2
⎜
⎜

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 …………………………… 9



OH


Bảng 1.1 và 1.2. Giá trị pK của các nhóm Ion hoá và viết tắt của các acid amin
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 chữ đầu 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 trưng của một số ít acid amin là chữ đầu 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 thể động 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 loại sau: Tre, Met, Val, Leu, Ileu, Lyz, Phe, Try, His. Các
acid amin cần thiết này còn phụ thuộc vào lứa tuổi ví dụ ở 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 thể ở 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, H2SO4... với nồng độ 4-6 N đun ở nhiệt độ 1020C 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
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 10




amin và rồi dùng những thông tin này để dự đoán 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.
Chiều dài của liên kết này là 1,32 A0 nó nằm giữa chiều dài liên kết của liên kết đơn (-N
(1,46 A0) và liên kết đôi (=N (1,51 A0). 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 vị peptide cũng có tầm quan trọng tương đương bởi vì nó cho phép protein cuộn lại theo
nhiều cách.
Angstrom (A) - đơn vị đo chiều dài bằng 10-10 met. 1 A0 = 10-10m = 10-8cm = 10-μm =
10-1nm. 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,
Lyz - Val - Tre

Tre - Lyz - Val, Lyz - Tre - Val, Val - Lyz - Tre, Tre - Val - Lyz,

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
lớn. 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 …………………………… 11

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 từ đó quyết định đặc tính, tính trạng 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 một 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 tất cả các nhóm CO và NH của chuỗi chính
đều được liên kết Hydrogen. Gốc nọ cách gốc kia 1,5 A0 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 A0 và khoảng cách
trong một chu kỳ (3,6 gốc) là 5,4 A0.
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 A0. Tuy nhiên, hai hay nhiều xoắn α có thể đan với nhau để tạo nên những cấu
trúc rất ổn định nó có thể dài đến 1000 A0 (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 bởi vì nó chứng minh được rằng cấu trúc của một chuỗi polypeptide có
thể được dự đoán 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 chuỗi polypeptide trong nếp gấp β gọi là một dây (sợi) β hầu như được duỗi ra hoàn
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 12




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 A0, ngược lại ở xoắn α là 1,5 A0.
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 gấp 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 …………………………… 13

Hình 1.10. Xoắn α

Hình 1.11. Siêu xoắn α.

Hình 1.12. Cấu trúc đối β. Các sợi 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. Đây
là liên kết đồng hoá trị nên tương đối bền vững (W = 4-5Kcal/mol), tuy nhiên số lượng liên
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 14




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 của 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 A0 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 hiện giữa các acid amin còn dư nhóm cacboxyl (-COOH) và nhóm
amin (-NH2 ) trong dung dịch chúng phân ly thành các ion COO- và NH3+.
Liên kết peptide xuất hiện giữa các acid amin còn dư nhóm -COOH và -NH2 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 …………………………… 15




Hình 1.14. Mô hình các liên kết trong cấu trúc bậc III của protein
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 (t0 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 của 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
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 16




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 -NH2, 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 sự ổn 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 hưởng 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 tố ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động là những yếu tố ảnh hưởng tới các liên
kết trong cấu trúc bậc III từ đó ảnh hưởng tới hoạt tính của protein. Trong cơ thể động vật các
yếu tố đó là t0 và độ pH. Ở động vật, nhiệt độ ổn định của cơ thể có những trị số nhất định
(người: 36-37 0C, trâu bò 37-380C, gia cầm 39-410C...), 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 những
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:

P
4ATP

P

4ADP

O-O

O-O
Protein-kinase

O-O
P

Phosphorylase ‘b’ dạng dime

P

Phosphorylase ‘a’ dạng tetrame

2.5.2. Ý nghĩa: đây là cách điều hoà hoạt tính của protein đồng thời tiết kiệm được

nguyên liệu.
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
hợp 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
mới, 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 …………………………… 17




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, một nhóm protein đóng cục do đó dẫn tới sự xuất huyết. Hầu hết các protein,
chẳng hạn như các kháng thể được tiết ra bởi các tế bào đòi hỏi phải có đơn vị carbohydrate
trên các gốc asparagine đặc hiệu. Việc thêm carbohydrate vào làm cho protein ưa nước hơn.
Ngược lại, một protein có thể trở nên ghét nước hơn nếu thêm một acid béo vào nhóm α-amin
hoặc một nhóm sulfhydryl của Cystein.
Nhiều Hormone, chẳng hạn như Adrenalin, đã làm thay đổi hoạt tính của nhiều Enzyme
do sự 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 yếu tố sinh trưởng tác động bằng cách tạo nên sự phosphoryl hoá nhóm
hydroxyl của Tyrosine để tạo nên phosphoTyrosine. Các nhóm phosphate trên 3 acid amin
sửa đổi này có thể bị loại đi, làm cho chúng có thể tác động như sự chuyển đổi nghịch trong
sự điều 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 sự 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 giống 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 Virus1 (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 …………………………… 18




Các chuỗi Polypeptide có thể đảo hướng do sự quay gấp. Nhiều protein có hình cầu,
gọn có sự đảo hướng trong các chuỗi polypeptide của chúng. Nhiều sự đổi hướng được hoàn
tất bởi một yếu tố cấu trúc gọi là sự đổi 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
thể đổi hướng một cách bất ngờ. Sự đổi hướng β thường để nối các sợi β đối song song. Nó
cũng được hiểu như là sự đổi 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%. Hơn 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 A0 nhưng đường kính chỉ 15 A0.
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 A0 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, đó 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 A0.

H×nh 1.17: §¶o h−íng quay cña peptide.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 19