2018-07-13

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 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 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 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 sángbước 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: 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


HÓA HỌC HEMOGLOBIN

1. CẤU TRÚC PHÂN TỬ HEMOGLOBIN
_ Hb = Protein (globin) + nhóm tạp (hem) + 2,3-DPG
_ Hem = protoporphyrin IX + Fe2+

* Protein globin:
– quyết định đặc thù loài
_  Mỗi phân tử gồm 4 chuỗi
_  Mỗi chuỗi có 8 đoạn xoắn
_  Cấu trúc bậc 2

* 2,3 – DPG:
_  Tạo ra trong thoái hóa glucose
_  Nồng độ cao trong hồng cầu
_  Tác dụng: giảm ái lực của Hb với oxy

Hb gồm: 4 tiểu đơn vị
_ Mỗi tiểu đơn vị = 1Hem + 1 polypeptid (α hoặc β)
_ 2,3-DPG: trung tâm của Hb tỷ lệ 1:1
_ Liên kết muối với 2 chuỗi β
_ Cấu trúc bậc 4

2. CÁC LOẠI Hb

* HbA1: α2β2, 98% tổng Hb ở người
_ α: 141 aa
_ β: 146 aa

* HbA2: α2δ2, 2% tổng Hb ở người
•  Điện di: chạy chậm hơn HbA1

* HbF:
•  Thời kỳ bào thai (mới sinh: 80%, 2,3 tháng: 50%, 1 tuổi: <0,5%)

Quá trình sinh tổng hợp Hemoglobin:

3. TÍNH CHẤT CỦA Hb

* Kết hợp với khí:

_ Kết hợp với O2
•  Thuận nghịch
•  Phụ thuộc H+, DPG, CO2, nhiệt độ
•  1 phân tử Hb kết hợp được 4 phân tử O2

_ Kết hợp với CO2: tạo dẫn xuất carbamin
•  HbNH2 + CO2 = HbNHCOOH

_ Kết hợp CO: tạo carboxy hemoglobin
•  HbO2 + CO = HbCO + O2 (ái lực > 210 lần so O2)

* Oxy hóa Hb:
Chất oxy hóa: nitrit, clorat, cyanua
HbFe2+ => MetHbFe3+ + e
MetHb không vận chuyển O2

* Tính chất enzym
AH2 + H2O2 => A + 2H2O

* Tính chất đệm


Bệnh Thalasemia


MYOGLOBIN

1. CẤU TRÚC
_ Protein của cơ, 2%
_ Myoglobin = 1 chuỗi polypeptid (153aa) + 1 hem

2. CHỨC NĂNG
_ Kết hợp với O2
_ Mb + O2 = MbO2
_ Xảy ra ở cả pO2 thấp, vận chuyển O2
_ Phụ thuộc pH, nhiệt độ
_ bình thường: myoglobin huyết thanh thấp
_ Tăng cao trong nhồi máu cơ tim