Bài giảng Hoá học acid amin-Protein & hemoglobin - Trần Huy Thịnh

LOGO Trường Đại học Y Hà Nội Hanoi Medical University HOÁPowerPoint HỌC ACID Template AMIN-PROTEIN & AddHEMOGLOBIN your company slogan TS. Trần Huy Thịnh Dept. of Biochemistry, HMU 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 aa tính đa dạng và đặc thù ĐẠI CƯƠNG a : ánh sáng của đom đóm do Pro Luciferin + ATP (enzym: luciferase) b: Hồng cầu chứa: Pro vận chuyển oxy Hemoglobin c: Keratin cấu tạo nên sừng tê giác HÓA HỌC ACID AMIN Carboxylic group Amino group 1. CẤU TẠO -  Gồm –COOH và –NH2 cùng gắn vào Cα -  Công thức: Prolin α -  R: H, hydrocarbon, -SH, -OH, -NH2, -COOH 1. CẤU TẠO -  Tên aa là tên thường gọi (xuất phát từ nguồn gốc tìm thấy đầu tiên) -  VD: asparagine tìm thấy từ măng tây (asparagus) glycine có vị ngọt (glykos – Hy lạp) -  Viết tắt: 3 chữ cái hoặc 1 chữ cái -  Ví dụ: Alanin (Ala hoặc A) 1. CẤU TẠO Tên aa 3 chữ 1 chữ Tên aa 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 1. CẤU TẠO -  2 quy ước đánh số: C1 có OXH cao nhất -  ở aa có dị vòng: dùng số 1. CẤU TẠO -  Đồng phân quang học (trừ glycin – R: H) -  Tự nhiên: dạng L 1. CẤU TẠO Chỉ có đồng phân dạng L tham gia cấu tạo protein 2. PHÂN LOẠI AA  Cách 1: 20 acid amin: 5 nhóm Nhóm 1: R không phân cực (7): Gly (G), Ala (A), Val (V), Leu (L), Ile (I), Pro (P), Met (M) 2. PHÂN LOẠI .  Nhóm 1:   Có khuynh hướng liên kết với nhau thành nhóm trong Protein nhờ tương tác kỵ nước   Glycin: đơn giản nhất, R nhỏ nhất – ko tham gia vào tương tác kỵ nước   Methionin: 1 trong 2 aa 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 2. PHÂN LOẠI .  Nhóm 2: R nhân thơm (3): Phe (P), Tyr (T), Trp (W) 2. PHÂN LOẠI .  Nhóm 2: .  Chuỗi bên có nhân thơm, ko phân cực, tham gia tương tác không phân cực .  -OH của tyrosin tạo lk hydro .  Hấp thụ UV – protein hấp thu as có λ = 280 nm 2. PHÂN LOẠI .  Nhóm 3: R base, (+) (3): Lys (K), Arg (R), His (H) 2. PHÂN LOẠI Nhóm 4: R phân cực, ko tích điện (5): Ser (S), Thr (T), Cys (C), Asn (N), Gln (Q) 2. PHÂN LOẠI .  Nhóm 5: R acid, (-) (2): Asp (D), Glu (E) 2. PHÂN LOẠI  Cách 2: 20 acid amin: 2 nhóm .  aa mạch thẳng: aa trung tính, acid và base .  aa mạch vòng: aa nhân thơm, aa mạch vòng .  aa ít gặp: dẫn xuất aa (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 pH < pHi < pH 4. PEPTID - aa liên kết peptid -  di, oligo, polypeptid -  C1(-NH2) – đầu N tận :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 LỌAI   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 aa cấu tạo lên .  Protein tạp: nhóm ngoại 4. LIÊN KẾT PEPTID Chuỗi Acid amin Liên kết Peptid - 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 Alpha helix Gấp nếp Beta 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) Liên kết HYDRO 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 3 - 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 NHÂN HEM nước và cầu disulfur bình ổn cấu trúc bậc 3 PHÂN TỬ MYOGLOBIN Cấu trúc bậc - 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 Phân tử Hemoglobin www.themegallery.com Vai trò của Insulin & Glucagon www.themegallery.com 4. TÍNH CHẤT 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. 4. TÍNH CHẤT PROTEIN .  Tính kết tủa: Loại bỏ lớp áo nước và trung hòa điện tích thì protein kết tủa. - Loại bỏ lớp áo nước: - Trung hòa điện tích: .  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 5. 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 .  Hb = P (globin) + nhóm tạp (hem) + 2,3-DPG .  Hem: protoporphyrin IX + Fe2+ 1. CẤU TRÚC PHÂN TỬ .  Protein: globin – quyết định đặc thù loài   Mỗi phân tử gồm 4 chuỗi   Mỗi chuỗi có 8 đoạn xoắn   Cấu trúc bậc 2 1. CẤU TRÚC PHÂN TỬ .  2,3 – DPG   Tạo ra trong thoái hóa glucose   Nồng độ cao trong hồng cầu   Tác dụng: giảm ái lực của Hb với oxy 1. CẤU TRÚC PHÂN TỬ .  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 2. CÁC LOẠI Hb .  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%) 2. CÁC LOẠI Hb Quá trình sinh tổng hợp Hemoglobin 3. TÍNH CHẤT CỦA Hb  Kết hợp với khí:  Kết hợp với O2 •  Thuận nghịch + 0 •  Phụ thuộc H , DPG, CO2, t •  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) 3. TÍNH CHẤT CỦA Hb  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 .  Pro 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, vc O2 .  Phụ thuộc pH, t0 .  BT: Mb huyết thanh thấp .  Tăng cao trong NMCT