học Y: 03 hoá học acid amin-protein & hemoglobin

03 hoá học acid amin-protein & hemoglobin

TS. Trần Huy Thịnh

Mục tiêu

1.  Trình bày được cách phân loại acid amin, viết được công thức cấu tạo của 20 acid amin

2.  Trình bày được các liên kết hóa học trong phân tử protein và các bậc cấu trúc của phân tử protein

3.  Trình bày được tính chất của acid amin và protein

4.  Trình bày được chức năng của protein

5.  Trình bày được cấu trúc của Hb và Myoglobin

6.  Trình bày được những loại Hb ở người bình thường

ĐẠI CƯƠNG

- Protein: phân tử hữu cơ phong phú nhất

- Cơ sở cấu trúc tế bào, mô; cơ sở vật chất của hoạt động sống

-  Gồm 1 hoặc nhiều chuỗi polypeptid

-  Acid amin là đơn vị cấu tạo nên protein

-  Gồm 20 acid amin => tính đa dạng và đặc thù

ánh sáng của đom đóm do Protein Luciferin + ATP (enzym: luciferase)

Hồng cầu chứa: Protein vận chuyển oxy là Hemoglobin

Keratin cấu tạo nên sừng tê giác

HÓA HỌC ACID AMIN

1. CẤU TẠO

-  Gồm –COOH và –NH2 cùng gắn vào Cα

-  Công thức:

R là: H, hydrocarbon, -SH, -OH, -NH2, -COOH

-  Tên acid amin là tên thường gọi (xuất phát từ nguồn gốc tìm thấy đầu tiên)

Ví dụ: asparagine tìm thấy từ măng tây (asparagus), glycine có vị ngọt (glykos – Hy lạp)

-  Viết tắt: 3 chữ cái hoặc 1 chữ cái

Tên acid amin	3 chữ	1 chữ	Tên acid amin	3 chữ	1 chữ
Alanine	Ala	A	Leucine	Leu	L
Arginine	Arg	R	Lysine	Lys	K
Asparagine	Asn	N	Methionine	Met	M
Aspartic acid	Asp	D	Phenylalanine	Phe	F
Cysteine	Cys	C	Proline	Pro	P
Glutamic Acid	Glu	E	Serine	Ser	S
Glutamine	Gln	Q	Threonine	Thr	T
Glycine	Gly	G	Tryptophan	Trp	W
Histidine	His	H	Tyrosine	Tyr	Y
Isoleucine	Ile	I	Valine	Val	V

-  2 quy ước đánh số: C1 có OXH cao nhất

-  ở acid amin có dị vòng: dùng số

-  Đồng phân quang học (trừ glycin không có vì có gốc – R là H).Trong tự nhiênchủ yếu là dạng L

(!) chỉ có đồng phân dạng L tham gia cấu tạo protein

2. PHÂN LOẠI ACID AMIN

* Cách 1: chia 20 acid amin thành 5 nhóm

+ Nhóm 1: R không phân cực (7): Gly (G), Ala (A), Val (V), Leu (L), Ile (I), Pro (P), Met (M)

_  Có khuynh hướng liên kết với nhau thành nhóm trong Protein nhờ tương tác kỵ nước

_  Glycin: đơn giản nhất, R nhỏ nhất – không tham gia vào tương tác kỵ nước

_  Methionin: 1 trong 2 acid amin có chứa S, chứa thioether không phân cực

_  Proline: chuỗi bên béo với 1 cấu trúc vòng riêng biệt. Giảm tính linh hoạt của chuỗi polypeptid ở chỗ chứa Prolin

+ Nhóm 2: R là nhân thơm (3): Phe (P), Tyr (T), Trp (W)

_ Chuỗi bên có nhân thơm, không phân cực, tham gia tương tác không phân cực

_ nhóm -OH của tyrosin tạo liên kết hydro

_ Hấp thụ tia UV – protein hấp thu ánh sáng có bước sóng λ = 280 nm

+ Nhóm 3: R base, (+) (3): Lys (K), Arg (R), His (H)

+ Nhóm 4: R phân cực, không tích điện (5): Ser (S), Thr (T), Cys (C), Asn (N), Gln (Q)

+  Nhóm 5: R acid, (-) (2): Asp (D), Glu (E)

* Cách 2: chia 20 acid amin thành 2 nhóm

_ acid amin mạch thẳng: trung tính, acid và base

_ acid amin mạch vòng: nhân thơm, mạch vòng

(!) acid amin ít gặp: dẫn xuất acid amin (hydroprolin, hydrolysin), ornitin, citrulin

Acid amin cần thiết và không cần thiết

Nonessential	Essential
Alanine	Arginine*
Asparagine	Histidine *
Aspartate	Valine
Cysteine	Lysine
Glutamate	Isoleucine
Glutamine	Leucine
Glycine	Phenylalanine
Proline	Methionine
Serine	Threonine
Tyrosine	Tyrptophan

(!) One way to remember the 9 essential amino acids is with the memonic VF WITH MLK (Very Full With Milk):

V Valine

F Phenylalanine

W Tryptophan

I Isoleucine

T Threonine

H Histidine

M Methionine

L Leucine

K Lysine

3. TÍNH CHẤT

- Tan trong nước, không tan trong ether…

-  _NH2: phản ứng với HNO2

-  _COOH: + kiềm, +alcol

-  Tạo peptid

-  Tính lưỡng cực

4. PEPTID

- acid amin liên kết với nhau bằng liên kết peptid tạo ra các loại: di, oligo, polypeptid

C1(-NH2) đầu N tận phản ứng với Cn(-COOH) đầu C tận

-  Hoạt tính sinh học: vasopressin (tái hấp thu ở ống thận), gastrin (dạ dày- HCl), glucagon

HÓA HỌC PROTEIN

1. PHÂN LOẠI

* Phân loại: Theo hình dạng

_ Protein hình sợi: chiều dài/chiều rộng > 10

_ Protein hình cầu: tỷ lệ này < 10

* Phân loại: Theo cấu tạo

_ Protein thuần: Chỉ do acid amin cấu tạo nên

_ Protein tạp: có nhóm ngoại

2. CẤU TRÚC PROTEIN

* Cấu trúc bậc một của protein là do số lượng, loại và trình tự sắp xếp các acid amin trong chuỗi polypeptid tạo nên.

- Liên kết quyết định cấu trúc bậc 1 là liên kết peptid.

(!) Các protein khác nhau có cấu trúc bậc một khác nhau.

* Cấu trúc bậc hai

Cấu trúc bậc hai của protein là sự sắp xếp trong không gian các nguyên tử tham gia tạo bộ khung của chuỗi polypeptid.

Chuỗi polypeptid có thể xoắn lại tạo hình xoắn alpha (α-helix) hoặc tạo cấu trúc gấp nếp beta

Xoắn alpha và gấp nếp beta là cấu trúc bậc 2 của phân tử protein.

+ Xoắn alpha (Alpha Helix):

- Chuỗi acid amin xoắn lại trong không gian theo hình lò xo

- Liên kết hydro ổn định cấu trúc bậc 2 (-NH của C1 và -CO của C4)

+ Cấu trúc tấm Beta

Chuỗi acid amin gấp lại nhiều lần tạo các chuỗi đối song.

Liên kết H bình ổn cấu trúc gấp nếp

+ cấu trúc bậc ba:

- Tất cả các protein hình cầu có cấu trúc bậc 3.

- Các phân tử protein có cấu trúc bậc 2 bẻ và gập lại tạo cấu trúc không gian 3 chiều hình cầu.

- Myoglobin là protein hồng cầu có trong tế bào cơ. Các liên kết H, liên kết ion, tương tác kỵ nước và cầu disulfur bình ổn cấu trúc bậc 3

+ cấu trúc bậc bốn

- Chỉ các protein có từ 2 chuỗi Polypeptid trở lên mới có thể có cấu trúc bậc bốn.

- Hemoglobin là protein có cấu trúc bậc bốn

- Các liên kết H, liên kết ion, tương tác kỵ nước bình ổn cấu trúc bậc bốn

Vai trò của Insulin & Glucagon

3. TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN

_ Lưỡng tính: tùy pH môi trường protein tồn tại (-), (+) hay trung hòa về điện.

_ pH đẳng điện (pHi) của protein: pH môi trường mà protein ở dạng trung hòa

_ Hòa tan: Protein hình cầu tan trong nước hay dung dịch muối loãng tạo dung dịch keo. Dung dịch keo bền vững nhờ sự tích điện cùng dấu của các tiểu phân keo và lớp áo nước.

_ Tính kết tủa: Loại bỏ lớp áo nước và trung hòa điện tích thì protein kết tủa.

_ Sự biến tính: cấu trúc bậc 2, 3, 4 bị phá vỡ (các liên kết bị phá vỡ trừ liên kết peptid). Thuận nghịch và không thuận nghịch

4. CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

_ Vai trò cấu trúc: collagen, elastin

_ Vai trò xúc tác: enzym

_ Vai trò vận chuyển: Hb, transferin…

_ Vai trò bảo vệ: các Ig, interferon

_ Vai trò vận động: actin, myosin

_ Vai trò điều hòa: sao chép