Các Bậc Cấu Trúc Phân Tử Protein

--- Bài mới hơn ---

  • Các Bậc Cấu Trúc Của Phân Tử Protein
  • Review: Cấu Trúc Bậc 2 Của Protein
  • Protein Và Cấu Trúc Của Protein
  • Chức Năng Và Sự Biến Tính Của Protein
  • Khái Niệm Và Cấu Trúc Enzyme
  • Peptide là một chuỗi nối tiếp nhiều amino acid (số lương ít hơn 30). Với số lượng amino acid lớn hơn, chuỗi được goi là polypeptide. Mỗi polypeptide có hai đâu tận cùng, một đầu mang nhóm amine tự do, đâu kia mang nhóm carboxyl tự do. Protein được dùng để chi đơn vị chức năng, nghĩa là một cấu trúc phức tạp trong không gian chứ không phải đơn thuần là một trinh tự amino acid. Chuỗi polypeptide có thể uốn thành cấu trúc hinh gậy như trong các protein hình sợi hay cấu trúc khối cầu như trong các protein dạng cầu hay một cấu trúc gồm cả hai dạng trên. Môt protein có thể được hinh thành từ nhiều chuỗi polypeptide.

    Người ta thường phân biệt cấu trúc của phân tử protein thành bốn bậc:

    Cấu trúc bậc một là trinh tự sắp xếp các gốc amino acid trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc này đươc giữ vững nhờ liên kết peptide (liên kết cộng hóa tri). Vi mỗi một amino acid có gốc khác nhau, các gốc này có những đặc tính hóa học khác nhau, nên một chuỗi polypeptide ở các thời điểm khác nhau có những đặc tính hóa học rất khác nhau. Tuy nhiên, về tổng quát thì tất cả các chuỗi polypeptide được xây dựng một cách có hệ thống từ các nhóm nguyên tử CO, CH và NH. Sự xây dựng có hệ thống này là cơ sở để tạo nên cấu trúc bậc hai.

    Lần đầu tiên năm 1954 F. Sanger người đầu tiên xác định được trình tự sắp xếp của các axit amin trong phân tử insulin. Phân tử insulin gồm hai mạch: mạch A chứa 21 amino acid và mạch B chứa 30 amino acid. Hai mạch nối với nhau bởi hai liên kết disulfua (-S-S-). Công trình này đã đặt cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ông được nhận giải thưởng Nobel 1958.

    Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở gần nhau trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc được làm bền chủ yếu nhờ liên kết hydrogen được tạo thành giữa các liên kết peptide ở kề gần nhau, cách nhau những khoảng xác định. Do cấu trúc bậc 1 gấp khúc một cách ngẫu nhiên dưới các điều kiện sinh học vì các gốc R khác nhau tác động với nhau theo nhiều cách khác nhau nên cấu trúc bậc 2 xếp thành hai nhóm: xoắn alpha và lá phiến . Loại xoắn alpha là sợi ở dạng xoắn ốc, cuộn xung quanh một trục, mỗi vòng xoắn có 3,6 gốc amino acid. Trong cấu trúc này có nhiều liên kết hydro với mức năng lượng nhỏ vì vậy nó đảm bảo tính đàn hồi sinh học.

    Là chuỗi polypeptid được gấp nếp nhiều lần và đưọc ổn định nhờ các liên kết hydro giữa các nguyên tử của các liên kết peptid trong đoạn kế nhau của chuỗi. Trong liên kết này các mạch đã được kéo căng ra – dễ gấp nếp nhưng rất dễ bị đứt khi kéo căng thêm. Cả hai loại cấu trúc này đều tạo nên bởi liên kết hydro giữa các khu vực liên kết peptid của mạch. Nhóm biến đổi R không tham gia vào sự hình thành cấu trúc bậc 2. Cả hai chuỗi có thể cùng có mặt trong phân tử protein.

    Ví dụ : Chuỗi và β trong cấu trúc Hb trong hồng cầu.

    Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, là dạng cuộn lại trong không gian của toàn chuỗi polypeptide.

    Nhiêu chuỗi polypeptide trong cơ thể sống tồn tại không phải ở dạng thẳng mà gấp khúc và qua đó mà tạo nên cấu trúc không gian ba chiều. Tuy nhiên, cấu trúc này hoàn toàn xác định, chủ yếu là do trình tự các amino acid và môi trường. Khi một chuỗi polypeptide tách ra khỏi ribosome sau khi tổng hợp và được thải ra trong tế bào chất như là môi trường tạo hình thì nó hình thành nên cấu trúc tự nhiên rất nhanh, đăc biệt đối với cấu trúc hình cầu, mang lại cho protein những đặc tính sinh lý quan trọng. Có thể do chuyển động nhiệt của các chuỗi polypeptide mà các nhóm của các gốc amino acid tiếp xúc với nhau, dẫn đến có thể kết hợp với nhau.

    Cấu trúc bậc 3 đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của các nhóm R trong mạch polypeptit. Các gốc R phân cực hay ion hóa có khuynh hướng quay ra ngoài (ưa H2O) , các gốc R không phân cực có xu thế vùi vào trong (kỵ nước).

    Cấu trúc bậc 3 giữ được hằng định, bởi lực hút giữa các gốc phân cực hay ion hóa của nhóm chuỗi bên (R). Lực hút của các gốc trên với các phân tử H2O bao quanh hay giữa các liên kết hóa trị giữa các nhóm bên của chuỗi

    Trong nhiều protein hinh cầu có chứa các gốc cysteine, sự tạo thành các liên kết disulfite giữa các gốc cysteine ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, làm cho chuỗi bi cuộn lại đáng kể. Các liên kết khác, như liên kết Val der Waal, liên kết tĩnh điện, phân cực, kỵ nước và hydrogen giữa các mạch bên của các gốc amino acid đều tham gia làm bên cấu trúc bậc 3, như protein hinh cầu. Cấu trúc hình cầu của protein được gọi là cấu trúc bậc ba, là cấu trúc của enzyme.

    Là tương tác không gian giữa các chuỗi của các phân tử protein gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide hình cầu . Mỗi chuỗi polypeptide này được gọi là một “tiểu đơn vị”. Sự kết hợp giữa các phân tử này chủ yếu là do liên kết hydrogen và kỵ nước mà không có cầu disulfit hoặc bất kỳ liên kết hóa trị nào giữa các tiểu đơn vị. Bằng cách này hai phân tử xác định có thể kết hợp với nhau tạo thành một dimer. Hemoglobin là một điển hình của protein có cấu trúc bậc 4, được tạo nên từ hai chuỗi với mỗi chuỗi có 141 gốc amino acid và hai chuỗi với mỗi chuỗi là 146 gốc amino acid.

    Cấu trúc của một hoặc nhiều chuỗi polypeptide có ý nghĩa quan trọng đối với độ hòa tan và chức năng của chúng. Cấu trúc protein được hiểu là sự sắp xếp của những chuỗi riêng lẻ hoặc nhiều chuỗi . Chúng phụ thuộc nhiều vào độ pH của môi trường. Protein và chuỗi polypeptide hoà tan tốt khi những nhóm ưa nước hướng ra phía ngoài, nhóm kỵ nước hướng vào bên trong. Khi một protein thay đổi cấu trúc thì những nhóm kỵ nước quay ra ngoài, protein mất khả năng hòa tan trong nước, ví dụ trường hợp kết tủa không ở dạng tinh thể của protein sữa trong môi trường chua.

    Lactic acid đươc sản sinh do vi khuẩn làm giảm pH sữa, làm thay đổi protein sữa. Nhiêu nhóm kỵ nước được hướng ra bên ngoài, protein mất khả năng tan trong nước. Vi vậy, việc thường xuyên duy trì giá tri pH trong tế bào chất rất quan trọng, vi chi có như vậy chức năng hoạt động của các enzyme trong tế bào chất mới đươc đảm bảo.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Mua Pin Điện Thoại Ở Đâu Uy Tín? Mách Bạn Sự Lựa Chọn Hoàn Hảo
  • Xả Pin Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Tránh Chai Pin
  • Xả Pin Điện Thoại Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Chuẩn
  • Cấu Trúc Và Hoạt Động Của Pin Mặt Trời
  • Pin Điện Mặt Trời Trong Suốt Và Ý Tưởng “cá Nhân Hóa Năng Lượng”
  • Review: Cấu Trúc Bậc 2 Của Protein

    --- Bài mới hơn ---

  • Protein Và Cấu Trúc Của Protein
  • Chức Năng Và Sự Biến Tính Của Protein
  • Khái Niệm Và Cấu Trúc Enzyme
  • Vai Trò Của Protein Trong Cuộc Sống Nhom306Sh Ppt
  • Bài Tiểu Luận Phương Pháp Tạo Cấu Trúc Gel Của Các Protein Trong Các Thực Phẩm Giàu Protein
  • Dạng α-helix

    Mô hình chuỗi polypeptide xoắn của Pauling và Corey đưa ra nhiều cách để xác định từ bộ khung đến sự cân đối tuần hoàn trong cấu trúc đó, được phát hiện qua các dữ liệu nhiễu xạ của protein sợi α-keratin. Trật tự đơn giản nhất và ưa nhìn nhất là cấu trúc xoắn phải được gọi là α-helix.

    Cách đơn giản để nhớ chuỗi xoắn phải khác chuỗi xoắn trái như thế nào là bằng cách nắm cả 2 bàn tay đặt phía trước bạn với ngón cái hướng lên trên và các ngón còn lại nắm vào. Mỗi ngón cái cho biết hướng dịch mã và các ngón kia nắm lại cho biết hướng xoắn.

    Pauling và Corey đã biết tầm quan trọng của liên kết Hydrogen định hướng cho nhóm phân cực như CPO và NOH của liên kết peptide. Chúng đều là kết quả thí nghiệm của William Astbury, năm 1930 ông đã chỉ đạo nghiên cứu đầu tiên về tia X. Astbury đã chứng minh rằng protein cấu tạo lên tóc và lông (protein sợi α-keratin) có cấu trúc cân đối 5.15 đến 5.2 A 0 (angstrom – 0.1 nm).

    Cấu trúc này tự quay quanh nó mỗi vòng có chiều cao là 5.4 A 0. Nên chúng ta nói rằng chuỗi xoắn α có chiều cao là 5.4 A 0 tương ứng khoảng 3.6 amino acid mỗi vòng, ví dụ mỗi chuỗi xoắn có 36 amino acid thì gồm 10 vòng. Sự phân chia amino acid dọc theo trục xoắn là 5.4/3.6 hay độ cao (độ dày) là 1.5 A0 Superscript text cho mỗi amino acid.

    Cấu trúc này được bền vững hóa nhờ liên kết hydrogen gắn với nguyên tử nitrogen tích điện âm của liên kết peptide và nguyên tử carbonyl oxygen tích điện âm của amino acid thứ 4 trên vùng tận cùng của amino acid của liên kết peptide. Bên trong chuỗi helix, mỗi liên kết peptide (trừ liên kết kề với 2 đầu của chuỗi) tham gia vào liên kết peptide đó. Mỗi vòng liên tiếp của chuỗi helix chứa 3 đến 4 liên kết hydrogen. Tất cả liên kết hydrogen đó tạo nên tính ổn định cho cấu trúc chuỗi xoắn helix.

    Một chuỗi helix cũng chứa amino acid dạng L hoặc D. Tuy nhiên tất cả các phần còn lại phải là đồng phân lập thể; một amino acid D sẽ gây trở ngại cho cấu trúc thường lệ chứa các amino acid L và ngược lại. Trong tự nhiên, amino acid L có thể tạo dạng xoẵn trái và phải, nhưng dạng xoắn trái không thấy xuất hiện ở protein sợi.

    • Mỗi nhóm chính C=O và N-H sẽ tạo liên kết hydrogen với một liên kết peptide cách 4 amino acid (ví dụ, Oi với Ni+4). Điều này tạo một sự tuần hoàn, trật tự vững chắc.

    • Bề mặt peptide khá song song với trục xoắn và sự lưỡng cực trong chuỗi có thứ tự, ví dụ tất cả nhóm C=O có cùng hướng và tất cả nhóm N-H xếp theo hướng khác. Các chuỗi bên hướng ra ngoài trục và thường hướng về phía amino acid cuối.

    Tất cả các amino acid có góc phi và psi âm, tương ứng đặc trưng cho giá trị -60 độ và -50 độ

    Không phải tất cả polypeptide có thể tạo nên cấu trúc xoắn bền vững. sự tương tác giữa các chuỗi bên amino acid có thể làm bền hóa hoặc mất ổn định cấu trúc này. Ví dụ, nếu một chuỗi polypeptide có một đoạn dài mang Glu, đoạn này sẽ không hình thành dạng xoắn ở pH=7. Nhóm carboxyl tích điện âm gần kề với Glu còn lại sẽ đẩy nhau mạnh ngăn cản sự hình thành chuỗi xoắn. Vì một nguyên nhân tương tự, nếu có nhiều Lys và/hoặc Arg mang nhóm R tích điện dương ở pH=7, chúng sẽ đẩy nhau và ngăn cản sự hình thành cấu trúc xoắn. Các amino acid khác như Asn, Ser, Thr và Cys có thể làm mất sự ổn định của chuỗi xoắn nếu chúng gần nhau trong chuỗi.

    Sự xoắn cuộn của chuỗi xoắn xảy ra giữa một chuỗi amino acid và phần dư 3 chuỗi (đôi khi là 4) nằm cách xa vùng kia. Amino acid tích điện dương thường thấy cách 3 amino acid so với tích điện âm, cho phép sự hình thành một cặp ion. 2 amino acid thơm thường nằm ở vị trí giống nhau hình thành tương tác kỵ nước, và một số amino acid ức chế sự hình thành dạng xoắn alpha là Pro và Gly.

    Yếu tố cuối cùng ảnh hưởng đến sự bền vững của chuỗi xoắn là sự đồng nhất của các amino acid nằm gần điểm cuối của mỗi đoạng xoắn. Mỗi liên kết peptide tồn tại 2 cực điện. Các cực này liên kết với nhau thông qua liên kết hydrogen của chuỗi xoắn, dẫn đến mạng lưới lưỡng cực dọc theo chiều dài của chuỗi. 4 amino acid nằm cuối cùng của chuỗi không tham gia vào liên kết hydrogen. Cực âm và cực dương của vùng lưỡng cực chính tại nhóm amino và carbonyl gần đầu tận cùng amino và carbonyl tương ứng. Vì thế, các amino acid thường thấy ở đầu tận cùng amino của đoạn xoắn, nơi có tương tác bền với cực dương của đoạn xoắn lưỡng cực; amino acid tích điện dương ở đầu tận cùng amino ít bền vững. Điều ngược lại xảy ra ở đầu tận cùng của đoạn xoắn.

    Có 5 mối liên hệ khác ảnh hưởng đến sự bền vững của chuỗi xoắn: 1) lực đẩy tĩnh điện (lực hấp dẫn) giữa các amino acid liền kề với nhóm R tích điện, 2) cấu hình của nhóm R kề bên, 3) sự tương tác giữa nhóm R của 3 hoặc 4 amino acid riêng biệt, 4) sự hiện diện của Pro và Gly, 5) sự tương tác giữa amino acid ở cuỗi đoạn xoắn và điểm lưỡng cực vốn có của chuỗi xoắn. Kiểu cấu thành chuỗi xoắn trên phụ thuộc vào sự đồng nhất và trình tự của amino acid bên trong đoạn xoắn.

    Đa số các vòng xoắn trong protein cầu bị cong và méo một chút so với mô hình chuẩn của Pauling và Corey. Sự cong méo này do một số yếu tố sau:

    • Việc đóng gói các vòng xoắc ốc bị vùi ngăn cản các yếu tố cấu trúc bậc 2 trong lõi protein.

    • Proline gây ra sự cong méo khoảng 20 độ so với trục, bởi vì proline không thể tạo nên chuỗi xoằn α tuần hoàn do sự cản trở của cấu trúc không gian có tính chu kỳ của chuỗi đã ngăn nguyên tử N và ngăn cản nó hình thành liên kết hydrogen. Janet Thomas đã chỉ ra rằng proline làm cho 2 liên kết hydrogen trong chuỗi xoắn bị phá vỡ khi nhóm NH của amino acid kế tiếp cũng bị ngăn không cho hình thành liên kết hydrogen. Vòng xoắn chứa proline thường dài bởi vòng xoắn ngắn chứa proline thường bị làm mất ổn định bởi sự xuất hiện của proline. Proline thường tác động nhiều trong vùng mở rộng của chuỗi polypeptide.
    • Khả năng hòa tan. Vòng xoắn bị lộ thường có xu hướng tránh xa vùng hòa tan. Do nhóm C=O lộ ra ngoài có xu hướng dễ hòa tan để gia tăng năng lực của liên kết hydrogen, ví dụ xu hướng tạo liên kết H để hòa tan cũng như tạo nhóm NH. Điều này làm gia tăng sự uốn của trục xoắn.

    Dạng này rất hiếm, cấu trúc này là một dạng xoắn khác biệt nhưng chúng thường ngắn và xuất hiện ở vùng cuối của chuỗi xoắn α thường. Tên 3 10 nghĩa là có 3 aminoacid ở mỗi vòng và 10 nguyên tử vây quanh nhau thành một vòng kín tạo bởi liên kết H (chú ý là nguyên tử H cũng tham gia vào nhóm này). 3 liên kết của chuỗi chính nằm giữa các amino acid bị chia cắt bởi 3 amino acid nằm dọc chuỗi (ví dụ, O i đến N i+3). Theo danh pháp này thì mô hình của Pauling và Corey là chuỗi xoắn 3.6 13, lưỡng cực của chuỗi xoắn 3 10 không có trật tự như dạng chuỗi xoắn α, ví dụ nó là cấu trúc ít bền vững hơn và là chuỗi có ít sự liên hợp.

    Dạng β-sheet

    Pauling và Corey đưa ra mô hình về cấu trúc đối xứng của protein sợi β-keratin. Trong dạng cấu trúc polypeptide này không có dạng xoắn ốc. thay vì thế, nó có dạng zigzag hơn là xoắn α. Amino acid trong cấu trúc đối xứng β các góc Φ và Ψ có giá trị dương. Giá trị đặc trưng của Φ là -140 độ và Ψ là 130 độ. Ngược lại, amino acid của xoắn thì cả 2 góc này mang giá trị âm. Một vùng của polypeptide mà các amino acid tồn tại dạng đối xứng sẽ là dạng sợi β và các sợi này liên kết với nhau thông qua liên kết H để tạo thành phiến.

    Trong một phiến beta với 2 hoặc nhiều hơn 2 chuỗi polypeptide chạy dọc nhau và được liên kết theo một phương thức chung bởi liên kết hydrogen giữa các nhóm CO và NH của chuỗi chính. Vì vậy tất cả các liên kết hydrogen trong phiến alpha là tạo bởi các đoạn khác nhau trong chuỗi polypeptide. Sự đối ngược này với dạng xoắn alpha nơi mà tất cả liên kết hydrogen gồm yếu tố giống ở cấu trúc bậc 2. Nhóm R (các chuỗi bên) của các amino acid “láng giềng” trong điểm chuỗi beta ngược hướng.

    Cấu trúc protein-phiến: Pauling và Corey dự đoán một cấu trúc lặp lại bậc 2, trật tự phân tử lặp-conformation. Trong dạng đối xứng (conformation), bộ khung của chuỗi polypeptide được mở rộng thành dạng zigzag hơn là dạng xoắn. Các chuỗi polypeptide zigzag có thể được sắp xếp kế tiếp nhau tạo thành cấu trúc một loạt các nếp gấp-gọi là phiến (sheet); liên kết hydrogen được tạo bởi các đoạn kề nhau của chuỗi polypeptide. Các chuỗi polypeptide trong một phiến có thể song song hoặc đối song (cùng hoặc ngược hướng amino – carboxyl tương ứng). Cấu trúc này khá giống nhau, mặc dù đoạn lặp lại ở cấu trúc song song là ngắn hơn (6.5 A0, ở cấu trúc đối song là 7A 0) và kiểu liên kết hydrogen khác nhau.

    Một vài cấu trúc prptein giới hạn nhiều loại amino acid xuất hiện trong sheet. Khi hai sheet hoặc nhiều hơn được bao phủ gần nhau trong protein, nhóm R của các amino acid trên bề mặt phải tương đối nhỏ. Keratin-fibroin lụa và fibroin ở mạng nhện chứa nhiều Gly và Ala, 2 amino acid này có nhóm R nhỏ nhất. Quả thật, trong fibroin lụa Gly và Ala đan xen các phần lớn của trình tự.

    Trong phiến beta song song, tất cả các sợi chạy cùng một hướng, trong khi đó trong các phiến đối song, chúng chạy ngược hướng nhau. Trong phiến hỗn hợp, một vài sợi song song và một số khác đối song nhau.

    Trong mô hình cổ điển của Pauling và Corey, phiến beta song song ít có sự uốn xoắn nên liên kết hydrogen giữa các sợi yếu hơn.

    Các phiến beta rất phổ biến trong các protein hình cầu, và hầu hết gồm ít hơn 6 chuỗi. Độ rộng của phiến beta 6 chuỗi khoảng 25 A0. Không có kết quả nào ở dạng song song và đối song được quan sát thấy, nhưng phiến song song có ít hơn 4 chuỗi là rất hiếm, có thể điều này ảnh hưởng đến sự bền vững của chúng. Phiến này có xu hướng một là tất cả song song nhau hoặc tất cả đối song nhau, còn dạng hỗn hợp không xuất hiện.

    Phiến beta song song ít xoắn hơn dạng đối song và luôn bị chôn vùi. Ngược lại, phiến đối song có thể thấy sự xoắn rõ rệt hơn (twisting và beta-bulbe) và dễ hòa tan hơn. Điều này có nghĩa là phiến đối song bền vững hơn dạng song song cái mà luôn có định hình ổn định liên kết hydrogen và thực tế là ít khi thấy dạng phiến song song.

    Vòng ngược (reverse turns)

    Một vòng ngược là vùng của chuỗi polypeptide có liên kết hydrogen tử một nhóm CO ở chuỗi chính với nhóm NH cũng ở chuỗi chính trong 3 amino acid (ví dụ Oi đến Ni+3). Vùng xoắn bị loại khỏi định nghĩa này và vòng giữa sợi beta tạo một lớp đặc biệt được gọi là vòng kẹp tóc beta (beta-hairspin). Vòng ngược rất phổ biến trong protein hình cầu và thường thấy ở bề mặt của phân tử. người ta cho rằng các vùng này hoạt động như là trung tâm hoạt động trong quá trình gấp cuộn protein.

    Vòng ngược được chia thành các lớp dựa trên góc phi ( và psi ( của amino acid ở vị trí i+1 và i+2. Loại I và loại II nếu trong hình dưới là dạng vòng phổ biến nhất, sự khác nhau chính giữa chúng là sự tồn tại hướng của liên kết peptide giữa các amino acid ở (i+1) và (i+2).

    Góc xoắn giữa amino acid (i+1) và (i+2) trong 2 loại nằm trong các vùng khác nhau của đồ thị Ramachadran.

    Chú ý rằng phần (i+2) của loại II nằm trong một vùng đồ thị Ramachandran có thể chỉ thấy ở Glycine. Từ sơ đồ của vòng này, nó có thể thấy được đó là phần (i+2) có một chuỗi bên. Vì thế, phần (i+2) trong vòng ngược loại 2 gần như luôn là glycine.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Các Bậc Cấu Trúc Của Phân Tử Protein
  • Các Bậc Cấu Trúc Phân Tử Protein
  • Mua Pin Điện Thoại Ở Đâu Uy Tín? Mách Bạn Sự Lựa Chọn Hoàn Hảo
  • Xả Pin Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Tránh Chai Pin
  • Xả Pin Điện Thoại Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Chuẩn
  • Các Bậc Cấu Trúc Của Phân Tử Protein

    --- Bài mới hơn ---

  • Review: Cấu Trúc Bậc 2 Của Protein
  • Protein Và Cấu Trúc Của Protein
  • Chức Năng Và Sự Biến Tính Của Protein
  • Khái Niệm Và Cấu Trúc Enzyme
  • Vai Trò Của Protein Trong Cuộc Sống Nhom306Sh Ppt
  • Protein là một polymer mà monomer của nó là các amino acid. Các amino acid này liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Về mặt cấu trúc và các dạng tồn tại trong không gian của các protein có khác nhau, hiện người ta phân biệt 4 loại cấu trúc của protein:

    Bậc I Bậc II Bậc III Bậc IV

    Hình 1: Các bậc cấu trúc của protein

    a. Cấu trúc bậc I

    Cấu trúc bậc I của protein là thành phần và trình tự sắp xếp của các gốc amino acid trong mạch polypeptide.

    Hiện nay, cấu trúc bậc I của nhiều protein đã được thiết lập. Đa số các protein có số gốc amino acid giữa 100 và 500, nhưng cũng có nhiều protein có số lượng gốc amino acid lớn hơn nhiều.

    b. Cấu trúc bậc II

    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, cấu trúc bậc II 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 liên kết peptide ở kề gần nhau, cách nhau những khoảng xác định. Theo Pauling và Cori (1951) cấu trúc bậc II của protein bao gồm 2 kiểu chính là xoắn α và phiến gấp nếp β.

    Xoắn α Liên kết

    Hydro

    Gấp nếp β

    Hình 2: Các dạng cấu trúc bậc II của protein

    – Cấu trúc xoắn α: Khi nghiên cứu về cấu hình không gian của protein , Linus và Robert Corry đã chứng minh rằng, chuỗi polypeptide có cấu tạo xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn gồm 3,6 gốc amino acid (18 gốc amino acid sẽ tạo được 5 vòng xoắn). Khoảng cách giữa các vòng xoắn là 5,4A 0 (1,5A 0 cho mỗi amino acid). Các gốc bên của các amino acid không tham gia trực tiếp vào việc tạo thành mạch polypeptide đều hướng ra ngoài. Góc xoắn là 26 0. Có thể xoắn αphải và xoắn αtrái (ngược chiều kim đồng hồ).

    Cấu tạo xoắn được giữ bền vững nhờ liên kết hydro, các liên kết hydro được hình thành tối đa giữa các nhóm -CO của liên kết polypeptide này với nhóm -NH của liên kết nhóm peptide thứ 3 kề nó.

    Cấu trúc xoắn αcủa protein có độ bền rất cao và rất phổ biến trong các protein, tuy nhiên số lượng vòng xoắn αtrong mỗi protein phụ thuộc vào số lượng và trình tự sắp xếp các amino acid trong protein đó. Một số amino acid không có khuynh hướng tham gia cấu tạo xoắn, ngược lại, một số khác lại đóng vai trò chủ đạo trong việc hình thành cấu tạo xoắn.

    Một số kiểu cấu tạo xoắn khác cũng được xác định như cấu tạo xoắn 3 10. Theo kiểu xoắn này, trong mỗi vòng xoắn có 3 gốc amino acid . Cấu tạo xoắn α x và α y thì có 4,4 và 5,2 gốc amino acid trong 1 vòng xoắn. Các dạng cấu tạo xoắn này ít gặp hơn cấu tạo xoắn α.

    – Cấu trúc gấp nếp β: là cấu trúc hình chữ chi, tương tự như tờ giấy gấp nếp. Mặt liên kết peptide nằm trên mặt phẳng gấp nếp (mặt phẳng tờ giấy), các gốc bên R của các amino acid có thể nằm ở trên hoặc ở dưới mặt phẳng gấp nếp. Các mạch polypeptide nằm kề nhau liên kết với nhau bằng liên kết hydro giữa nhóm -CO của mạch này với nhóm -NH của mạch kia. Khoảng cách trên trục giữa hai gốc amino acid kề nhau là 3,5A 0 (ở xoắn α).

    c. Cấu trúc bậc III

    Cấu trúc bậc III là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau trong mạch polypeptide, là dạng cuộn lại trong không gian của toàn mạch polypeptide (hình dạng chung của chuỗi polypeptide). Trong thực tế, nhiều protein có cấu trúc bậc III dạng hình cầu. Nguyên nhân làm cho các phân tử protein có thể cuộn lại thành hình cầu là do sự tương tác của các nhóm bên (gốc R) của amino acid. Do sự tương tác này mà cấu trúc bậc II đều đặn bị biến dạng, dẫn đến hình thành cấu trúc bậc III. Như vậy, ở cấu trúc bậc III, chuỗi polypeptide có những vùng có cấu trúc bậc II xác định, có những vùng có cấu trúc gấp nếp β và những vùng xoắn ngẫu nhiên làm cho phân tử cuộn lại có dạng hình cầu. Myoglobin là một protein có cấu trúc bậc III được Kendrew xác định bằng phương pháp chụp nhiễu xạ tia X.

    Đặc điểm quan trọng trong cấu trúc bậc III là sự hình thành những vùng kỵ nước do các gốc bên không phân cực của các amino acid hợp thành. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng, cấu trúc bậc III được giữ vững và ổn định chủ yếu do sự tương tác kỵ nước và liên kết hidro.

    Ngoài ra, người ta cũng tìm thấy liên kết disulfur (-S-S) ở một số protein có cấu trúc bậc III, song sự hình thành cầu disunfua không phải là lực chủ đạo làm cho mạch polypeptide cuộn lại, mà nó được hình thành ngẫu nhiên khi các nhóm -SH của các gốc amino acid trong chuỗi polypeptide đã cuộn lại nằm kề nhau.

    Cầu disunfua đóng vai trò giữ vững và ổn định cấu trúc bậc III. Phần lớn các protein hình cầu có cấu trúc bậc III, có các gốc amino acid kỵ nước quay vào trong, còn các gốc amino acid ưa nước phân bố trên bề mặt.

    d. Cấu trúc bậc IV

    Biểu thị sự kết hợp của các chuỗi có cấu trúc bậc III trong phân tử protein. Hay nói cách khác, những phân tử protein có cấu trúc từ 2 hay nhiều chuỗi protein hình cầu, tương tác với nhau trong không gian tạo nên cấu trúc bậc IV. Mỗi một chuỗi polypeptide đó được gọi là một tiểu đơn vị (subunit), chúng gắn với nhau nhờ các liên kết hydro, tương tác VanderWaals giữa các nhóm phân bố trên bề mặt của các tiểu đơn vị để làm bền cấu trúc bậc IV.

    Myoglobin Hemoglobin

    Hình 3: Cấu trúc bậc III của myoglobin và bậc IV của hemoglobin

    --- Bài cũ hơn ---

  • Các Bậc Cấu Trúc Phân Tử Protein
  • Mua Pin Điện Thoại Ở Đâu Uy Tín? Mách Bạn Sự Lựa Chọn Hoàn Hảo
  • Xả Pin Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Tránh Chai Pin
  • Xả Pin Điện Thoại Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Chuẩn
  • Cấu Trúc Và Hoạt Động Của Pin Mặt Trời
  • Cấu Trúc Không Gian Bậc 2 Của Protein Được Duy Trì Bởi:

    --- Bài mới hơn ---

  • Download Cau Tao Hoa Hoc Cua Protein (Bac Ba)
  • Kiểm Tra Hki De Thi Hki Sinh 10 Tn 2022 2022 Doc
  • Đề Kiểm Tra 1 Tiết Giữa Kỳ I Môn Học: Sinh Học 10
  • Giải Sinh Lớp 10 Bài 5: Protêin
  • Nêu Cấu Trúc Không Gian Của Prôtêin
  • Chủ đề :

    Hướng dẫn Trắc nghiệm Online và Tích lũy điểm thưởng

    CÂU HỎI KHÁC

    • Trước khi đi vào mạch gỗ của rễ, nước và các chất khoáng hòa tan luôn phải đi qua tế bào chất của tế bào nào sau đây?
    • Ở lúa, gen A quy định thân cao, a quy định thân thấp, B quy định hạt tròn, b quy định hạt dài.
    • Khi nói về cơ chế dịch mã ở sinh vật nhân thực, có bao nhiêu phát biểu nào sau đây là đúng;
    • Ở lúa gen A quy định thân cao, a-thân thấp B chín sớm, b chín muộn các gen liên kết hoàn toàn trên một cặp nhiễm sắc thể tương đồng.
    • Cho các nhận định sau về hệ sinh thái nhân tạo và hệ sinh thái tự nhiên:
    • Ở một loài thực vật gen A quy định cây cao, gen a quy định cây thấp, gen B quy định lá chẻ, gen b quy định lá nguyên, gen D quy định có tua gen d quy định không tua.
    • Có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng về quá trình hình thành loàiI.
    • Câu 8: Quần xã nào sau đây có lưới thức ăn phức tạp nhất?
    • Các nguyên tố hóa học có trong thành phần hóa học của phân tử ADN là:
    • Một ADN có A = 450, tỷ lệ A/G = 3/2. Số nucleotit từng loại của ADN là
    • Ở cà chua A quy định quả đỏ, a quy định quả vàng. Phép lai Aa × AA cho tỷ lệ kiểu hình ở F1 là
    • Trong các phát biểu sau, có bao nhiêu phát biểu đúng khi nói về thể dị đa bội ?
    • Trong số các cặp cơ quan sau, có bao nhiêu cặp cơ quan phản ánh nguồn gốc chung của các loàiI.
    • Trong các nhận định sau, có bao nhiêu nhận định đúng về các cá thể động vật được tạo ra bằng công nghệ cấy truyền phôi.
    • Nhân tố sinh thái nào khi tác động lên quần thể sẽ bị chi phối bởi mật độ cá thể của quần thể?
    • Loài động vật nào sau đây có dạ dày 4 ngăn?
    • Một cơ thể có kiểu gen (Aafrac{{Bd}}{{bD}})Nếu hai cặp gen Bb và Dd liên kết hoàn toàn với nhau thì khi giảm phân, số loại giao tử có thể tạo ra là:
    • Ở một loài thực vật, gen A quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với a quy định hoa trắng.
    • Ở một loài màu sắc hoa do 2 cặp gen (Aa và Bb) không cùng locus tương tác bổ sung hình thành nên.
    • Ở một loài thực vật, cho giao phấn cây hoa trắng thuần chủng với cây hoa đỏ thuần chủng thu được F1 có 100% cây hoa đỏ.
    • Con người đã ứng dụng hiểu biết về ổ sinh thái vào bao nhiêu hoạt động sau đây?I.
    • Khi nói về quá trình phát sinh sự sống trên Trái đất, kết luận nào sau đây là đúng?
    • Khi nói về độ đa dạng của quần xã sinh vật, kết luận nào sau đây không đúng?
    • Cấu trúc không gian bậc 2 của protein được duy trì bởi:
    • Cơ thể có kiểu gen AaBbDdEE khi giảm phân cho ra số loại giao tử là
    • Nồng độ glucose trong máu được giữ ổn định nhờ tác dụng của bao nhiêu loại hormone trong số những loại hormone sau đây?
    • Ở người nhóm máu A được quy định bởi các kiểu gen: IAIA, IAIO; nhóm máu B được quy định bởi các kiểu gen IBIB, IBIO; nhóm máu AB được quy định bởi các kiểu gen IAIB; nhóm máu O được quy định bởi kiểu gen IOIO.
    • Có bao nhiêu quan hệ sau đây cả 2 loai đều có lợi nhưng không nhất thiết phải sống chung?
    • Xét cá thể có kiểu gen (frac{{Ab}}{{aB}}{rm{Dd}}) .
    • Theo thuyết tiến hóa hiện đại, nhân tố nào sau đây có thể làm thay đổi đột ngột tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể
    • Phát biểu nào sau đây về tuổi và cấu trúc tuổi của quần thể là không đúng?
    • Ở một loài thực vật, trong kiểu gen nếu có mặt hai alen trội (A, B) quy định kiểu hình hoa đỏ;
    • Cho gà trống lông sọc, màu xám giao phối với gà mái có cùng kiểu hình.
    • Xét phép lai ♂aaBbDdEe × ♀AaBbDdee.
    • Ở một loài thực vật, alen A quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen a quy định hoa trắng; alen B quy định quả tròn
    • Xét một gen có 2 alen: A quy định hoa đỏ, a quy định hoa trắng.
    • Sự di truyền một bệnh P ở người do 1 trong 2 alen quy định
    • Ở ruồi giấm, alen A quy định thân xám trội hoàn toàn so với alen a quy định thân đen;
    • Ở ngô, tính trạng chiều cao do 3 cặp gen Aa, Bb và Dd nằm trên 3 cặp NST khác nhau tương tác theo kiểu cộng gộp,

    --- Bài cũ hơn ---

  • Bài 5. Protein 10 Bai 5 Protein Ppt
  • Download Cau Truc Hoa Hoc Cua Protein
  • Câu Hỏi Trắc Nghiệm Protein
  • Cấu Trúc Thuộc Loại Prôtêin Bậc 3 Là Gì?
  • Hỏi Đáp Bài Prôtêin Trong Sinh Học Lớp 10
  • Protein Và Cấu Trúc Của Protein

    --- Bài mới hơn ---

  • Chức Năng Và Sự Biến Tính Của Protein
  • Khái Niệm Và Cấu Trúc Enzyme
  • Vai Trò Của Protein Trong Cuộc Sống Nhom306Sh Ppt
  • Bài Tiểu Luận Phương Pháp Tạo Cấu Trúc Gel Của Các Protein Trong Các Thực Phẩm Giàu Protein
  • Tìm Hiểu Về Gel Protein Và Cơ Chế Tạo Gel
  • Protein (Protit hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là axít amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein.

      Axit amin – đơn phân tạo nên protein

    Protein là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20 axit amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. Các axit amin được liệt kê đầy đủ dưới bảng sau:

      Các bậc cấu trúc của protein

    Người ta phân biệt ra 4 bậc cấu trúc của protein.

    • Cấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypepetide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.
    • Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, Collagen… (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn.
    • Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử… Các liên kết yếu hơn như liên kết hyđro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu.
    • Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hyđro.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Review: Cấu Trúc Bậc 2 Của Protein
  • Các Bậc Cấu Trúc Của Phân Tử Protein
  • Các Bậc Cấu Trúc Phân Tử Protein
  • Mua Pin Điện Thoại Ở Đâu Uy Tín? Mách Bạn Sự Lựa Chọn Hoàn Hảo
  • Xả Pin Là Gì? Hướng Dẫn Cách Xả Pin Điện Thoại Đúng Tránh Chai Pin
  • Protein Màng Cấu Trúc – Chức Năng

    --- Bài mới hơn ---

  • Giải Mã Bí Mật Về Độ Bền Chắc Của Sợi Tơ Nhện
  • Giới Thiệu Plc S7 1200 Siemens Sử Dụng Cho Các Ứng Dụng Vừa Và Nhỏ
  • Độc Đáo Cấu Trúc Nhà Sàn Truyền Thống Của Dân Tộc Thái
  • Nhà Sàn – Nét Đặc Trưng Văn Hóa Của Mỗi Dân Tộc
  • 5 Cách Dùng Từ As Trong Tiếng Anh
  •  KHÁI NIỆM

     Protein trong màng sinh chất chiếm 25 – 75%. Tùy dạng tế bào mà hàm lượng và bản chất protein có thể khác nhau và thực hiện các chức năng rất đa dạng, phong phú: hoạt tính enzyme, vận chuyển các chất qua màng…

    Tùy theo cách sắp xếp của protein trong màng mà chia làm 2 loại protein:

    + Protein xuyên màng

    + Protein rìa màng (bám ở phía ngoài của màng hoặc phía trong màng).

    Protein xuyên màng:

    – Các protein xuyên màng thường liên kết với hydratcacbon tạo nên các glicoproteit nằm ở phía ngoài màng.

    – Những protein này nằm xuyên qua chiều dày của màng và liên kết rất chặt chẽ với lớp kép lipit qua chuỗi axit béo.

    – Phần nằm trong màng là kỵ nước và liên kết với đuôi kỵ nước của lớp kép lipit.

    – Các đầu của phân tử protein thò ra phía rìa ngoài và rìa trong là ưa nước và có thể là tận cùng nhóm amine hoặc carboxyl.

    – Có loại protein xuyên màng 1 lần hoặc nhiều lần

    PROTEIN RÌA MÀNG:

    – Thường liên kết với lớp lipit kép bằng liên kết hóa trị với 1 phân tử photpholipit

    – xếp ở rìa ngoài (rìa tiếp xúc với môi trường ngoại bào), hoặc rìa trong của màng (rìa tiếp xúc với tế bào chất).

    – Các protein rìa ngoài thường liên kết với gluxit tạo nên các glycoproteit.

    – Protein rìa trong thường liên kết với các protein tế bào chất như ankyrin và qua ankyrin liên hệ với bộ xương tế bào tạo nên hệ thống neo màng và điều chỉnh hình dạng tế bào.

    1. CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN MÀNG

    2.1. Chức năng vận chuyển

    2.1.1 Khuếch tán và thẩm thấu

    2.1.2. Vận chuyển nhờ protein chuyên chở

    Hình : Các đồ tả hoạt động của các protein vận chuyển màng

    PROTEIN CHUYÊN CHỞ

    – Bơm protein (pumps):

    Các máy bơm ATP (hay đơn giản là bơm ) là các ATPase sử dụng năng lượng của quá trình thủy phân ATP để di chuyển các ion hoặc các phân tử nhỏ qua một màng chống lại gradient nồng độ hóa học hoặc điện thế gọi là vận chuyển tích cực

    Các máy bơm này duy trì nồng độ ion Ca2+và Na+ ở hầu như tất cả các tế bào động vật so với môi trường, và tạo ra độ pHthấp bên trong các tế bào động vật lysosomes, các tế bào thực vật và lumen của dạ dày.hành năng lượng.

    – Kênh protein (channels):

    Các protein kênh vận chuyển nước hoặc các loại ion cụ thể giảm nồng độ hoặc gradient điện tiềm năng, một phản ứng thuận lợi hăng hái

    Chúng tạo thành một đường dẫn protein dẫn qua màng nhờ đó nhiều phân tử nước hoặc ion di chuyển cùng một lúc, với tốc độ rất nhanh – lên đến 10 8/giây.

    – Protein mang (carriers)

    2.1.2 Cơ chế hoạt động của protein mang

    – Vận chuyển qua các protein mang không có tính chất Enzyme

    Hình thức vận chuyển: thụ động theo lối khuếch tán.

    Chất được vận chuyển: chất hữu cơ có kích thước lớn như glucose, acid amin.

    Cơ chế: chất được vận chuyển gắn vào protein mang làm cho proten mang thay đổi cấu hình và mở ra ở phía bên kia màng. Do lực liên kết giữa các chất được vận chuyển và protein mang yếu nên chuyển động nhiệt của chất được vận chuyển sẽ tách nó ra khỏi protein màng và giải phóng vào phía đối diện.

    VẬN CHUYỂN QUA  CÁC PROTEIN CÓ TÍNH CHẤT ENZYME

    Hình thức vận chuyển: chủ động theo lối sơ cấp

    Chất được vận chuyển: Na+, K+, Ca2+, H+, Cl-

    Cơ chế: protein mang vừa đóng vai trò là chất chuyên chở để chất được vận chuyển gắn vào vừa đóng vai trò là 1 Enzyme thủy phân ATP để lấy năng lượng. Năng lượng đó sẽ làm thay đổi cấu hình của protein mang giúp chúng bơm các chất được vận chuyển qua màng.

    Tốc độ vận chuyển: Khi nồng độ chất được vận chuyển thấp, tốc độ vận chuyển tỉ lệ thuận với nồng độ chất được vận chuyển qua màng. Ở nồng độ cao, sự vận chuyển đạt mức tối đa (Vmax) (bão hòa).

    PHỐI HỢP QUA CÁC PROTEIN CÓ VÀ KHÔNG CÓ TÍNH CHẤT ENZYME

    Hình thức: vận chuyển chủ động theo lối sơ cấp.

    Chất được vận chuyển: glucose, acid amin, và các ion.

    Vận tốc vận chuyển: tương tự vận chuyển chủ động sơ cấp.

    Cơ chế: protein mang thứ nhất có tính chất Enzyme hoạt động theo cơ chế vận chuyển chủ động sơ cấp tạo ra bậc thang của nồng độ ion. Năng lượng dược giải phóng từ bậc thang cho phép protein thứ 2 không có tính chất vận chuyển ion theo bậc thang nồng độ và các chất cùng vận chuyển khác ngược bậc thang nồng độ.

    2.2 Chức năng trao đổi thông tin

     2.2.1 Tiếp nhận thông tin qua màng

    – Trên màng tế bào có protein thụ quan tiếp nhận thông tin → điều chỉnh hoạt động sống

    -Thông tin dưới dạng những tín hiệu hóa học (nội tiết-hormone; cận tiết – tế bào phát thông tin và tế bào nhận thông tin cạnh nhau; tự tiết)

    -Thụ quan là những pro xuyên màng, có đầu ngoài khớp với các phân tử tín hiệu, đầu trong hướng vào môi trường nội bào

    -Cơ chế: phântử tín hiệu + đầu ngoài thụ quan, dẫn đến biến đổi đầu trong làm hoạt động của tế bào thay đổi

    -Ý nghĩa: Thực vật tạo ra tính hướng. Động vật tiếp nhận tín hiệu điều khiển, điều hòa của thần kinh, hormone, nhận biết được chất lạ để sản sinh ra kháng thể đặc hiệu… Các tế bào đứng gần nhau có thể trao đổi thông tin, nhận ra nhau trên cơ sở đó tạo thành mô và cơ quan

    2.2.2 Các chất hòa tan trong nước

    Chất gắn (VD hormone adrenarin) liên kết với thụ quan màng đặc trưng.

    Thông tin được truyền qua chất trung gian là protein G khu trú trong màng kèm với thụ quan (có tên gọi là G bởi vì protein này được hoạt hóa bởi GTP – guanozintriphotphat).

    Hoạt động thu nhận thông tin và truyền thông tin nhờ các thụ quan màng được tế bào điều chỉnh để thích nghi với trạng thái của tế bào cũng như với thay đổi của môi trường.

    2.2.3 Các chất hòa tan trong lipid

    Các chất mang thông tin là các chất hòa tan trong lipid (hormone steroid, vitamin D, retinoid…) sẽ được vận chuyển qua màng vào tế bào chất. Ở đây chúng sẽ liên kết với các thụ quan nội bào tạo thành phức hệ hormone – thụ quan nội bào.

    Phức hệ này sẽ đi vào nhân tế bào và có tác động hoạt hóa các gen.

    Share this:

    Like this:

    Số lượt thích

    Đang tải…

    --- Bài cũ hơn ---

  • Tìm Hiểu Về Gel Protein, Cơ Chế Tạo Gel Protein Trong Công Nghệ Thực Phẩm
  • Serum Silk Fibroin Japan( Giảm Mỡ Thừa))
  • Khám Phá Cấu Tạo Của Sợi Tơ Tằm Tự Nhiên
  • Tìm Hiểu Về Cấu Tạo Pin Điện Thoại
  • Cấu Tạo Pin Mặt Trời Và Sơ Đồ Nguyên Lý Chi Tiết 2022
  • Đại Cương Cấu Trúc Phân Tử Protein

    --- Bài mới hơn ---

  • Cơ Chế Hoạt Động Và Chức Năng Của Protein Màng
  • Tìm Hiểu Về Vùng Nhớ Dữ Liệu Plc Siemens S7
  • Vùng Nhớ Trong Plc S7 1200 : Word Memory, Load Memory, Retentive
  • Các Vùng Nhớ Của Plc S7 – 300
  • Tui Học Lập Trình Siemen Plc–S7
  • Trang chủ   chúng tôi

    Ebook online

    Đọc sách

    ĐẠI CƯƠNG CẤU TRÚC CỦA

    PROTEIN

    Nguyễn Phước Long – Phùng Trung Hùng

    Nguyên lý cơ bản của vấn đề này nằm trong câu nói “Chức năng bắt nguồn từ cấu

    trúc lập thể, và cấu trúc lập thể do chính trình tự amino acid quyết định”. Thực

    tế, chuỗi protein gấp nếp thành các cấu trúc lập thể đặc thù nhờ các phân tử xúc

    tác phức tạp. Cấu trúc này được giữ ổn định bởi nhiều loại tương tác không cộng

    hóa trị giữa các amino acid.

    Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu lần lượt từng bậc tổ chức của protein

    để có thể hiểu sâu hơn cách thức hoạt động của protein trong các phản ứng sinh

    học.

    Cấu trúc bậc 1: Amino acid

    mạch thẳng

    Trong protein, các amino acid gắn kết với nhau thông qua liên kết amide cộng hóa

    trị, liên kết này được gọi là liên kết peptide, chúng tạo thành chuỗi mạch

    thẳng, không phân nhánh. Đôi khi cũng có các liên kết disulfide nối cộng hóa trị

    nối các mạch phụ (nhóm R) lại với nhau. Một đầu của protein có nhóm amin tự do

    (không tạo liên kết) được gọi là đầu N, và đầu kia có nhóm carboxyl tự do gọi là

    đầu C.

    Cấu trúc bậc 1 của protein là sự xếp mạch thẳng một cách đơn giản, kích cỡ được

    tính bằng đơn vị Dalton,. Phân tử khối trung bình qui ước của mỗi amino acid là

    113, do vậy ta có thể dùng giá trị này để ước lượng được số phần tử amino acid

    của một protein và ngược lại.

    Hình 7.1:

    tả cấu trúc thẳng (2D và 3D) của chuỗi polypeptide.

     

    Cấu trúc bậc 2: Thành phần

    tạo thành kiến trúc trung tâm, quan trọng nhất của protein

    Đây là cách sắp xếp không gian bền của các vùng trong chuỗi polypeptide (tạo

    thành cấu trúc bậc 1). Những đoạn này gắn kết với nhau thông qua liên kết

    Hydrogen. Tùy theo trình tự, mỗi chuỗi polypeptide có thể chứa nhiều kiểu cấu

    trúc bậc 2 trên nhiều vùng. Các cấu trúc bậc 2 cơ bản là:

    Xoắn

    α

     

    Hình 7.2:

    tả Xoắn

    α. a) Vòng xoắn ổn

    định nhờ liên kết hydrogen giữa amino acid thứ n và n+4 (chính xác hơn, trung

    bình là 3,6). b) Xoắn phải (right-handed) và góc R hướng ra ngoài (radiating

     

    phiến

    β

     

    Hình 7.3:

    tả cấu trúc phiến β.

     và

    ngoặt

    β

    ngắn (hình chữ U)

    Hình 7.4:

    Mô tả cấu trúc ngoặt

    β (Theo Color Atlas

    of Biochemistry 2ed – Koolman)

    Thuật ngữ cuộn ngẫu nhiên dùng để chỉ các phần có tính linh động cao và không có

    cấu trúc lập thể cố định trong chuỗi polypeptide. Thuật ngữ bất qui tắc ám chỉ

    các phân đoạn polypeptide không tạo thành những cấu trúc trên, nhưng bằng cách

    nào đó có hình dạng bền và xác định.

     

    Có khoảng 60% chuỗi

    polypeptide của protein có dạng xoắn

    α và phiến

    β, phần còn

    lại mang cấu trúc cuộn và ngoặt. Do đó, xoắn

    α và phiến

    β là các thành phần chống đỡ bên trong quan trọng của protein.

     

    Xoắn α là một phân đoạn polypeptide có kiểu gấp nếp, mạch khung xoắn lại. Ở cấu

    trúc này, mọi O của nhóm –CO– của amino acid này 

    sẽ tạo liên kết H với H thuộc nhóm –NH– của amino acid kế cận(trừ đầu tận

    cùng không tạo liên kết với nhau, do vậy tạo cấu trúc dạng chuỗi). Kiểu sắp xếp

    có chu kì này tạo thành cấu trúc xoắn từ đầu amin đến đầu carboxyl vì toàn bộ

    chất cho liên kết hydro có cùng chiều từ trên xuống dưới, 

    cũng do đó mà mỗi vòng xoắn chứa 3,6 amino acid.

     

    Cơ cấu này do Linus Pauling đề xuất, cách tạo cầu nối Hydrogen này làm cho vòng

    xoắn α bền vững và đồng thời xác định tính chất kị nước của xoắn. Trong dung

    dịch, xoắn ưa nước thường nằm tại bề mặt, nơi chúng có thể tương tác với môi

    trường nước, trong khi các xoắn kị nước thường vùi vào trong lõi của protein gấp

    nếp. Hiện tượng này giải thích tại sao một tổ hợp vòng xoắn α như thụ thể liên

    kết với protein G (GPCR) có thể thay đổi hình dạng sau khi liên kết với ligand.

     

    Phiến β là một phân đoạn ngắn và hầu như trải ra hết cỡ. Trong cấu trúc này,

    liên kết Hydrogen hình thành trong phiến giữa các nguyên tử nằm trên khung những

    mạch β riêng biệt. Các mạch β riêng biệt này có thể cùng nằm trong một chuỗi

    polypeptide và kết nối thông qua những vòng dài hoặc ngắn, hoặc nằm trên các

    chuỗi polypeptide khác nhau. Từ các đặc điểm trên, hai hoặc nhiều mạch β sắp xếp

    kề nhau, tạo thành tấm β hai chiều gần như xếp ly (hoặc gọi là tấm xếp có nếp).

    Liên kết Hydrogen trong mặt phẳng các phiến giữ mạch với nhau và nhóm R gắn phía

    trên hoặc phía dưới mặt phẳng này. Giống như xoắn α, phiến β có tính định hướng

    do chiều liên kết peptide. Do đó, trong phiến xếp, các mạch β sát nhau nằm cùng

    chiều (song song) hoặc ngược chiều (đối song song). Trong một số protein, phiến

    β tạo thành phần nền của hốc gắn hoặc lõi kị nước; ở các protein xuyên màng,

    phiến β cuộn lại tạo thành lỗ trung tâm ưa nước, cho phép ion và tiểu phân tử đi

    qua.

     

    Loại cấu trúc phiến β hiếm gặp trên thụ thể cũng như các kênh ion nhưng lại rất

    phổ biến trong enzyme. Điều đó được giải thích là do lực nối Hydrogen liên phân

    tử trong cấu trúc này tương đối yếu nên tạo ra được sự linh động lớn trong cấu

    trúc lập thể cần thiết cho hoạt động của enzyme.

    Hình 7.5: Các motif cấu trúc

    bậc 2 của protein.(a):

    Bàn tay EF là một motif xoắn-vòng-xoắn chứa hai xoắn nối với nhau qua một vòng

    ngắn có cấu hình đặc biệt và chung cho nhiều protein. Trong protein gắn calcium

    như calmodulin, các nguyên tử Oxygen của 5 amino acid thuộc vòng giàu acid

    aspartate và glutamate cùng một phân tử nước sẽ liên kết với ion Ca2+.(b):

    Motif ngón tay kẽm tồn tại trong nhiều protein gắn DNA giúp điều hòa phiên mã.

    Hai phiến

    β (màu xanh da trời)

    và một xoắn

    α (màu đỏ) giữ ion Zn2+

    thông qua hai gốc cysteine và hai gốc histidine. Hai gốc cysteine luôn nằm tại

    vị trí 3 và 6 trong khi cặp histidine luôn nằm tại vị trí 20 và 24 thuộc motif

    25 gốc này.(c): Motif hai mạch xoắn cuộn song song hình thành từ hai xoắn

    α quấn quanh nhau.

    Tương tác giữa các nhóm R kị nước (màu đỏ và xanh da trời) cách quãng đều, dọc

    theo vùng giáp ranh giữa hai chuỗi làm bền motif này. Mỗi xoắn

    α chứa trình tự lặp

    bộ bảy đặc trưng với gốc kị nước thường nằm tại vị trí 1 và 4 như chỉ ra trong

    hình. Bản chất cuộn xoắn của motif cấu trúc này rõ ràng hơn trong các xoắn cuộn

    dài.

    Cấu trúc bậc 3: Polypeptide

    gấp nếp

    Cấu trúc bậc 3 của protein là cấu hình tổng thể của chuỗi polypeptide hay sắp

    xếp ba chiều của amino acid. Cấu trúc bậc 3 được làm ổn định đa phần bởi các

    tương tác kị nước giữa các nhóm R không phân cực, liên kết H giữa các nhóm R

    phân cực và các liên kết peptide. Các tương tác này tương đối yếu, do vậy cấu

    trúc bậc 3 không cứng nhắc mà luôn dao động nhỏ và liên tục. Biến thiên của cấu

    trúc này quan trọng đối với chức năng và điều hòa của protein nói chung và cấu

    trúc thụ thể nói riêng.

    Dựa vào cấu trúc bậc 3 mà protein có thể được phân loại thành ba loại:

    Protein sợi

     

    Hình 7.6:Minh

    họa cấu trúc bậc 3 của protein sợi.

     

    Protein cầu

    Hình 7.7:

    Minh họa cấu trúc bậc 3 của

    protein cầu

     

     và

    protein xuyên màng

     

    Hình 7.8:

    Minh họa cấu trúc bậc 3 của

    protein xuyên màng

    Protein sợi là phân tử lớn, dài, cứng và thường cấu tạo từ nhiều trình tự ngắn

    lặp lại liên tiếp, tạo thành cấu trúc bậc 3 lặp đơn (xem cấu trúc của collagen).

    Protein sợi thường tụ thành các sợi lớn gồm nhiều protein và chúng không tan

    trong nước, có vai trò lớn trong vận động tế bào.

    Protein cầu thường chứa tập hợp các cấu trúc bậc 2, hòa tan trong nước, gấp nếp

    chặt và không có hình cầu hoàn hảo.

    Protein xuyên màng được nhúng trong lớp phospholipid kép của màng tế bào.

    3 loại protein trên không phải lúc nào cũng được phân định rõ ràng. Một số

    protein cấu thành từ tổ hợp 2 hay cả 3 loại này.

    Các tổ hợp cấu trúc bậc 2 và bậc 3 nhất định được gọi là motif cấu trúc hay kiểu

    gấp nếp. Motif cấu trúc góp phần hình thành cấu trúc tổng thể của toàn bộ

    protein và mỗi loại motif cấu trúc thường thực hiện một chức năng chung trong

    các protein khác nhau (ví dụ với tiểu phân tử hay ion, đặc biệt quan trọng đối

    với thụ thể). Các trình tự bậc 1 mã hóa cho một loại motif nhất định có thể rất

    giống nhau. Hay một motif trình tự chung có thể tạo ra một motif cấu trúc lập

    thể chung. Tuy nhiên, cũng có những trình tự không giống nhau lại có thể gấp nếp

    lại thành những motif cấu trúc chung. Đôi khi các motif trình tự ngắn chứa một

    loại amino acid lớn bất thường (proline, aspartate, glutamate, …) sẽ được gọi là

    miền.

    Nhiều motif cấu trúc sử dụng

    xoắn

    α. Một motif gắn

    calcium phổ biến được gọi là tay EF (EF hand) sử dụng hai xoắn ngắn kết nối với

    nhau qua vùng vòng. Motif này tồn tại trong hơn 100 protein cảm biến dò nồng độ

    calcium trong tế bào. Calcium gắn với nguyên tử Oxygen tại các gốc bảo tồn ở

    vùng vòng phụ thuộc vào nồng độ Calcium và thường gây biến đổi hoạt tính của

    protein. Do đó, nồng độ calcium có thể điều kiển trực tiếp cấu trúc và chứng

    năng của protein. Protein thường sử dụng motif cấu trúc dạng xoắn – ngoặt – xoắn

    (helix – turn – helix) và xoắn – vòng – xoắn cơ sở (basic helix – loop – helix,

    bHLH) để gắn DNA và qua đó điều hòa hoạt tính gene. Ví dụ như cấu trúc dạng ngón

    tay kẽm (zinc finger) nằm trong các protein gắn DNA và RNA có cấu trúc 1 xoắn

    α và 2 xoắn

    β nằm đối song gắn

    với nhau bởi ion Zn2+ giống như ngón tay.

    Ngoài ra còn có các cấu tạo khác như “miền cấu trúc”, “miền chức năng”, … tuy

    nhiên do không nằm trong phạm vi nghiên cứu của đề tài nên không được đề cập ở

    đây.

     

    Cấu trúc bậc 4: Protein kết

    hợp đa phân và tổ hợp thành đại phân tử

     

    Cấu trúc bậc 4 mô tả số lượng và vị trí tương đối của các tiểu phần trong

    protein đa tiểu phần. Các protein đa tiểu phần có thể cấu thành từ nhiều tiểu

    phần:

    Hình 7.9:

    Cấu trúc của insulin.

     

    Đồng nhất hay thuần nhất

    (homomeric)

     

    Hình 7.10:

    Minh họa protein có tiểu phần đồng nhất.

     Hoặc

    dị biệt (heteromeric)

    Hình 7.11:

    Minh họa protein có các tiểu

    phần không đồng nhất (hemoglobin)

    Thông thường, các tiểu phần riêng biệt không có chức năng trừ khi chúng lắp ráp

    thành protein đa tiểu phần. Trong một số trường hợp, protein đa tiểu phần bố trí

    tiểu phần kề nhau theo chuỗi phản ứng cần cho một con đường tế bào và chính điều

    này làm tăng hiệu quả vận hành của chúng. Cấu trúc bậc cao nhất này của protein

    là sự kết hợp các protein thành tổ hợp đại phân tử có kích thước và khối lượng

    lớn (trên 1 Mda và 30-300 nm). Tổ hợp đại phân tử với chức năng cấu trúc bao gồm

    capsid (bao bọc bộ gen của virus) và các bó sợi khung tế bào (hình thành màng tế

    bào chất), hoạt động như bộ máy truyền tin, thực hiện hầu hết các quá trình phức

    tạp trong quá trình truyền tin nội và ngoại bào, … Ví dụ bộ máy phiên mã có vai

    trò tổng hợp RNA thông tin (mRNA) từ khuôn DNA. Bộ máy này chứa RNA polymerase

    (protein đa tiểu phần) và ít nhất 50 thành phần khác, bao gồm các yếu tố phiên

    mã, protein gắn promoter, helicase, …

    Hiệu quả gấp nếp của

    protein: Chaperone & Chaperonin

    Hình 7.12:

    Cấu trúc 3D của Chaperonine

    Các chất biến tính (pH,

    nhiệt độ,

    β-mercaptoethanol …)

    có thể phá hủy các tương tác không cộng hóa trị của protein và làm biến tính

    protein. Dưới những điều kiện biến tính như vậy, entropy tăng khi quần thể đồng

    nhất chứa các phân tử gấp nếp bị mất ổn dịnh và chuyển hóa thành các tập hợp

    chứa nhiều phân tử không gấp nếp (hay biến tính). Tập hợp protein biến tính này

    sẽ tạo thành rất nhiều protein không có hoạt tính sinh học và thực tế chúng cũng

    không tồn tại trong trạng thái tự nhiên (mặc dù theo lý thuyết có tới 8n-1

    cấu hình).

    Lời giải chính xác cho thực tế trên nằm trong tập hợp protein gọi là chaperone.

    Chúng giúp cho protein gấp nếp. Chaperone có vai trò rất quan trọng và có thể

    thấy điều này bởi vì chúng được bảo tổn qua tiến hóa. Có 2 họ chaperone thường

    thấy:

    -         

    Chaperone phân tử gắn và ổn

    định protein chưa gấp nếp hoặc đã phần nào gấp nếp do đó ngăn chặn các protein

    này kết tụ và phân hủy.

    -         

    Chaperonin tạo thành hốc

    gấp nếp nhỏ. Trong hốc này protein chưa gấp nếp bị cô lập, mang lại thời gian và

    môi trường thích hợp để nó gấp nếp chính xác.

    Lý do làm nên tầm quan trọng của chaperone là chúng giúp cho protein chưa gấp

    nếp không bị kết tụ.

    Các protein chưa gấp nếp hoặc mới gấp nếp một phần có khuynh hướng kết tụ thành

    khối lớn và thường không hòa tan trong nước, do vậy protein trong những khối này

    rất khó tách ra để gấp nếp thành cấu hình chính xác. Sự kết tụ này một phần là

    do các mạch nhánh kị nước lộ ra khi chưa kịp vùi vào lõi của protein, những mạch

    nhánh kị nước lộ ra trên các phân tử khác nhau sẽ bám vào nhau do hiệu ứng kị

    nước, do đó thúc đẩy sự kết tụ. Protein mới tổng hợp có nguy cơ bị kết tụ trước

    khi hình thành quá trình gấp nếp. Chaperone phân tử gắn với polypeptide đích

    hoặc tách nó khỏi các protein chưa gấp nếp hoặc mới gấp nếp một phần, nhờ đó

    ngăn chặn sự kết tụ và mang lại thời gian để protein mới sinh gấp nếp chính xác.

    Chaperone phân tử. Chaperone phân tử gồm protein sốc nhiệt (Hsp: heat-shock

    protein). Hsp70 và các thể tương đồng của nó (Hsp70 trong tương bào và chất nền

    ti thể, BiP trong lưới nội chất, DnaK của vi khuẩn). Chúng được xác định lần đầu

    tiên bởi sự xuất hiện nhanh chóng sau khi tế bào chịu sốc nhiệt. Hsp70 và các

    thể tương đồng của nó là những chaperone quan trọng trong mọi sinh vật. Khi gắn

    với ATP, các protein dạng Hsp70 có cấu hình mở, với các hốc kị nước lộ ra và gắn

    tạm thời với vùng kị nước của protein đích chưa gấp nếp. ATP bị thủy phân làm

    chaperone phân tử đóng lại và thúc đẩy protein đích gấp nếp trong đó một phần do

    ngăn các protein không gấp nếp kết tụ. ATP chuyển hóa thành ADP làm biến đổi cấu

    hình chaperone và giải phóng protein đích. Chu trình này được đẩy nhanh hơn bởi

    protein gọi là đồng chaperone Hsp40 ở sinh vật nhân chuẩn. Những đồng chaperone

    này tăng hiệu quả gấp nếp do Hsp70 trung gian của nhiều protein bằng cách kích

    thích thủy phân ATP nhờ Hsp70/DnaK. Nhiều chaperone phân tử được coi là gắn với

    mọi chuỗi polypeptide mới sinh khi chúng đang tổng hợp từ ribosome.

    Chaperonin. Để gấp nếp chính xác, rất nhiều protein mới tổng hợp cũng cần

    chaperonin phụ trợ. Tổ hợp đại phân tử hình trụ lớn này cấu thành từ hai vòng

    oligomer. Hai vòng này có cấu hình chặt (tight) gắn peptide và cấu hình lỏng lẻo

    để giải phóng peptide. Mỗi vòng chaperronin TriC của sinh vật nhân chuẩn chứa 8

    tiểu phần. Cơ chế gấp nhờ GroEL được hiểu kĩ hơn thông qua TriC và trở thành mô

    hình chung. Polypeptide gấp nếp một phần hoặc mất nếp gấp gắn vào khoang của

    GroEL dạng thùng, nơi nó gắn với thành trong và gấp thành cấu hình tự nhiên.

    Trong một bước phụ thuộc ATP, GroEL biến đổi hình dạng và giải phóng protein đã

    gấp nếp. Một protein gọi là đồng chaperonin (GroES) trợ giúp cho quá trình này.

    ATP và GroEL ở trạng thái chặt làm hốc của nó mở rộng gấp hai lần, chuyển dịch

    cân bằng sang trạng thái lỏng và giải phóng peptide. Chú ý rằng thiết kế thùng

    có nắp của GroEL/GroES rất giống với cấu trúc proteasome 26S (tham gia phân hủy

    protein).

    Hình 7.13: Protein gấp nếp

    nhờ Chaperonin.

    Sự gắp nếp chính xác của một số protein phụ thuộc vào các chaperonin như GroEL

    của sinh vật nhân sơ. GroEL là một phức hệ dạng thùng rỗng cấu thành từ 14 tiểu

    phần đồng nhất, trọng lượng phân tử khoảng 60000MW, tổ chức thành hai vòng chồng

    lên nhau. Khi không gắn ATP hoặc gắn ADP, GroEL mang cấu hình đóng chặt và gắn

    với protein không gấp nếp hoặc gấp nếp một phần. ATP gắn vào làm GroEL mở ra,

    giải phóng protein đã gấp nếp.

    Điều hòa chức năng protein:

    Phân hủy protein

    Hầu hết các quá trình trong tế bào xảy ra với tốc độ không đổi và có sự tương

    tác với nhau chặt chẽ để tạo ra hiểu quả tổ chức tối đa cho sự sống.

    Có 3 cơ chế điều hòa hoạt tính protein, đóng vai trò không thể thiếu trong sự

    sống và sự phối hợp hoạt động của protein:

    -         

    Tế bào tăng hoạt giảm mức

    protein tại trạng thái ổn định bằng cách thay đổi tốc độ tổng hợp, tốc độ phân

    hủy hoặc cả hai yếu tố đó.

    -         

    Tế bào biến đổi hoạt tính

    nội tại của protein (ví dụ thay đổi ái lực gắn kết cơ chất, thời gian bất

    hoạt/hoạt hóa, …)

    -         

    Thay đổi vị trí hoặc nồng

    độ của protein trong tế bào hoặc thay đổi một số phân tử khác cần cho hoạt tính

    của protein.

    Điều hòa quá trình tổng hợp và phân hủy protein là tính chất cơ bản của tế bào:

    -         

    Kiểm soát tổng hợp protein:

    Tốc độ tổng hợp protein được quyết định bởi tốc độ chuyển DNA mã hóa cho protein

    thành mRNA qua quá trình phiên mã cũng như lượng mRNA hoạt động trong tế bào ở

    trạng thái ổn định và tốc độ chuyển mRNA thành protein thông qua quá trình dịch

    mã.

    -         

    Kiểm soát phân hủy protein:

    Protein nội bào có thời gian tồn tại khác nhau, có thể tính bằng phút hoặc suốt

    đời. Thời gian tồn tại của protein được quá trình điều hòa phân hủy protein kiểm

    soát.

    Hình 7.14: Phân hủy protein

    nhờ ubiquitin và proteasome.(a)

    Sau khi polyubiquitin hóa, các protein bị phân hủy trong proteasome. Enzyme E1

    hoạt hóa khi gắn với một phân tử Ubiquitin (Ub) (bước 1). Sau đó E1 chuyển phân

    tử Ub này tới gốc Cystein của E2 (bước 2). Ubiquitin ligase (E3) truyền phân tử

    Ub gắn E2 tới -NH2 trong nhóm R của lysine thuộc protein đích (bước

    3). Các bước 1 và 3 lặp lại dẫn đến nhiều phân tử Ub gắn với protein đích, tạo

    thành chuỗi polyubiquitin (bước 4). Vùng mũ của proteasome nhận biết protein

    đích đã gắn với chuỗi polyubiquitin và sử dụng năng lượng thủy phân ATP để loại

    bỏ các nhóm Ub, khử gấp nếp rồi chuyển protein mất nếp gấp tới buồng phân hủy

    protein nằm trong lõi. Tại đây, protein bị cắt vụn thành các đoạn peptide nhỏ và

    giải phóng ra ngoài (bước 5). (b) Hình ảnh kiến tạo bằng máy tính cho thấy

    proteasome có hình trụ chứa mũ 19S (màu xanh da trời) tại mỗi đầu của vùng lõi

    20S.

     

    Có 2 nguyên lý quan trọng đặc biệt trong phân hủy protein:

    -         

    Thứ nhất là quá trình phân

    hủy các protein có độc tính, gấp nếp hoặc lắp ráp sai hay bị hư hại (sản phẩm

    đột biến gene, …). Theo ước tính, có 30% protein mới tổng hợp đã nhanh chóng bị

    phân hủy do gấp nếp sai hoặc tạo thành một tập hợp có sai phạm trong cấu trúc, …

    -         

    Thứ hai là quá trình phân

    hủy protein có kiểm soát là cơ chế rất hữu hiệu để duy trì nồng độ và hoạt tính

    phụ hợp của các protein, và cho phép thay đổi một cách nhanh chóng hàm lượng của

    chúng khi tế bào đáp ứng với các điều kiện nội sinh hay ngoại sinh thay đổi.

     

    Cơ chế tác động của

    Proteasome và hệ thống Ubiquitin:

    Hình 7.15:

    Cơ chế hoạt động của hệ thống proteasome/ubiquitin. Xem kĩ hơn ở phần nội dung

    Proteasome là một đại phân tử protein có khối lượng 2-2,4 x 106 Da.

    Chúng có dạng hình trụ với lõi xúc tác dạng thùng rỗng (proteasome 20S). Một

    hoặc hai vùng mũ gắn với hai đầu của phần lõi này giúp điều hòa hoạt tính của

    proteasome. Protein này rất quan trọng, do vậy có tới 40% năng lượng tế bào dùng

    để tổng hợp ra nó.

    Dạng proteasome 20S có cấu trúc: Cao khoảng 14,8 nm, đường kính 11,3 n và chứa

    vùng mũ điều hòa có kích thước 19S ở hai đầu. Có một số loại phức hợp mũ điều

    hòa khác nhau. Mũ 19S có 16-18 tiểu phần protein, 6 trong số đó để thủy phân ATP

    (chúng có bản chất là ATPase) để cung cấp năng lượng cho quá trình làm protein

    cơ chất mất gấp nếp và chuyển có chọn lọc chúng đến buồng trong của proteasome.

    Lõi xúc tác của proteasome gồm hai vòng trong và hai vòng ngoài. Hai vòng trong

    có 6 vị trí xúc tác quay vào buồng trong có đường kính khoảng 1,7 nm). Những

    trung tâm hoạt động này có vai trò phân hủy protein. Hai vòng ngoài đóng vai trò

    kiểm soát mức truy cập của cơ chất. Proteasome có thể phân hủy hoàn toàn hầu hết

    mọi protein vì chúng có các trung tâm hoạt động với khả năng phân cắt ngay sau

    các gốc kị nước (vốn tiêu tốn nhiều năng lượng), các gốc acid và base. Cơ chất

    là polypeptide phải đi vào buồng theo khe hở được điều hòa ở trung tâm các vòng

    ngoài. Trong proteasome 26S, mức mở khe do ATPase trong vùng mũ 19S kiểm soát.

    Các sản phẩm peptide ngắn sau khi bị phân hủy dài khoảng 2-24 amino acid thoát

    khỏi buồng và nhanh chóng bị thủy phân tiếp bởi các peptidase trong bào tương,

    cuối cùng chúng hình thành nên từng mono amino acid (Người ta có thể ứng dụng

    chất kiểm hãm chức năng của proteasome để chữa ung thư).

    Ubiquitin có chức năng đánh dấu protein trong bào tương cho quá trình phân hủy

    trong proteasome. Do đó, proteasome có thể “phân biệt” được giữa protein cần

    phân hủy và protein không.

    Ubiquitin là một polypeptide dài 76 amino acid, nó là một hệ cảm biến phức tạp

    quyết định protein nào sẽ bị phân hủy và sau đó sẽ xảy ra quá trình gắn nhiều

    phân tử ubiquitin vào phân tử protein đích. Phần mũ điều hòa 19S của proteasome

    26S sau đó nhận biết protein đã gắn ubiquitin và khử gấp nếp cũng như đưa nó vào

    phân hủy trong proteasome.

    Cơ chế ubiquitin hóa gồm 3 bước như sau:

    1.     

    Kích hoạt enzyme hoạt hóa

    ubiquitin (E1) khi phân tử gắn ubiquitin. Giai đoạn này cần tiêu tốn ATP.

    2.     

    Truyền phân tử ubiquitin

    này tới gốc cysteine của enzyme liên hợp ubiquitin (E2)

    3.     

    Hình thành liên kết peptide

    giữa đầu C của ubiquitine gắn trên E2 và amino acid trong nhóm R của lysine ở

    protein đích. Phản ứng này được xúc tác bởi enzyme ubiquitin-protein ligase

    (E3). Các phản ứng sau đó gắn cộng hóa trị thêm nhiều ubiquitin vào mạch nhánh

    của lysine trong ubiquitin đã gắn vào trước đó để tạo ra một chuỗi polimer

    ubiquitin mạch thẳng.

    Quá trình phân hủy này có tính đặc hiệu bởi vì cơ chất của E3 ligase là yếu tố

    quyết định protein nào sẽ gắn với ubiquitin. Có tới hàng trăm loại E3 ligase của

    tế bào đảm nhận việc polyubiquitin hóa các protein khác nhau. Ngoài ra, phản ứng

    còn có thể bị đảo ngược bởi một số enzyme khử ubiquitine.

    Ngoài chức năng phân hủy protein đích, việc đánh dấu ubiquitin còn có các chức

    năng khác như:

    -         

    Gắn cộng hóa trị một phân

    tử ubiquitin vào lysine trên protein đích.

    -         

    Gắn một ubiquitin vào nhiều

    nơi.

    -         

    Ubiquitin liên kết với đầu

    N của protein đích

    -         

    Polyubiquitin hóa theo liên

    kết của ubiquitin với gốc lysine khác thay vì Lysine 48.

    Các tác động trên ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển protein trong tế bào (ẩm

    bào), kiểm soát sửa chữa DNA và điều hòa quá trình phiên mã, …

    Kiểm soát hoạt tính của

    protein dựa vào khả năng gắn cộng hóa trị của Calcium và GTP vào protein: Công

    tắc dị lập thể

    Công tắc/khóa Ca2+/Calmodulin

    Hình 7.16: Calmodulin biến

    đổi hình dạng khi gắn với Ca2+.

    Calmodulin là protein phân

    bố rộng rãi trong bào tương, chứa bốn vùng gắn với ion calcium trên mỗi tay EF.

    Tay EF là motif xoắn-vòng-xoắn. Khi nồng độ Ca2+ tương bào vào khoảng

    5 x 10-7 M, Ca2+ gắn vào làm biến đổi calmodulin từ dạng

    không gắn quả tạ (a) thành cấu hình với các nhóm R kị nước lộ ra ngoài dung môi

    nhiều hơn. Phức hệ Ca2+/calmodulin này có thể cuốn quanh chuỗi xoắn

    của các protein đích khác nhau (b) và làm thay đổi hoạt tính của chúng.

    Các protein vận chuyển đặc biệt trên màng tế bào thường duy trì nồng độ Ca2+

    tự do trong bào tương rất thấp (một phần mười triệu M). Chúng liên tục bơm Ca2+

    ra khỏi tế bào. Tuy nhiên, nồng độ Ca2+ trong bào tương sẽ có thể

    tăng từ 10 đến 100 lần khi các kênh dẫn ion Ca2+ trong màng tế bào mở

    ra và cho phép Ca2+ chảy ngược từ ngoài vào trong tế bào. Các protein

    gắn Ca2+ đặc biệt cảm thụ sự tăng nồng độ Ca2+ ngoại bào

    đối với hoạt tính của tế bào bằng cách “bật” hoặc “tắt” các protein khác. Năm

    1883, S.Ringer đã chứng minh được sự quan trọng của Ca2+ ngoại bào

    khi ông phát hiện tim chuột sẽ đập hoàn hảo khi nhúng trong dung dịch NaCl pha

    loãng bằng nước cứng giàu Ca2+ nhưng sẽ đập rất yếu và ngừng đập nếu

    dung dịch chỉ có NaCl mà thôi. Có nhiều protein gắn Ca2+ chứa motif

    dạng xoắn – vòng – xoắn/tay EF. Protein tay EF điển hình là Calmodulin – nằm

    trong mọi tế bào nhân chuẩn và có thể tồn tại ở dạng protein đa tiểu phần. Khi

    Ca2+ gắn vào calmodulin (4 vùng gắn) thì tạo thành phức hệ Ca2+/calmodulin

    gắn vào trình tự bảo tồn của nhiều loại protein đích và do đó bật hoặc tắt hoạt

    tính của những proteiin này. Ghi nhận những điều trên, ta thấy rằng calmodulin

    và các protein tay EF tương tự có chức năng như những protein công tắc, phối hợp

    nhịp nhàng với biến thiên nồng độ Ca2+ để điều khiển hoạt tính của

    các protein khác.

    Guanine nucleotide

    Hình 7.17: Công tắc GTPase.

    GTPase có hoạt

    tính khi gắn với GTP. GTP bị thủy phân làm bất hoạt enzyme này. Quá trình được

    thúc đẩy bởi GAP (protein trợ giúp GTPase) và GRS (yếu tố điều hòa quá trình

    truyền tín hiệu protein G); bị kiềm hãm bởi GDI (yếu tố kìm hãm quá trình phân

    ly Guanine nucleotide). GEF (yếu tố trao đổi Guanine nucleotide) chuyển hóa GDP

    thành GTP do đó tái hoạt hóa Enzyme.

    Siêu họ GTPase cũng là một

    công tắc. Enzyme GTPase với khả năng thủy phân GTP thành GDP, chúng chứa protein

    Ras đơn phân và tiểu phần Gα

    của protein G tam phân. Ras và Gα

    có thể gắn với tế bào chất, có chức năng truyền tín hiệu và đóng vai trò quan

    trọng trong quá trình tăng sinh cũng như biệt hóa tế bào. Những thành viên khác

    thuộc họ này thì lại có chức năng tổng hợp protein, vận chuyển protein giữa nhân

    và bào tương, tạo các túi lysosome và dung hợp chúng với màng tế bào tương tác

    đặc hiệu, tái sắp xếp tế bào actin. Chaperone Hsp70 là một ví dụ điển hình về

    công tắc ATP/ADP, có cơ chế tương tự như công tắc GTP/GDP.

    Tất cả các protein công tắc GTPase tồn tại 2 dạng:

    -         

    Hoạt hóa khi gắn với GTP

    với khả năng gắn và điều chỉnh hoạt tính của protein đích.

    -         

    Bất hoạt khi gắn GDP tạo ra

    từ sự thủy phân GTP.

    Tốc độ hoạt tính của công tắc GTPase quyết định thời gian nó tồn tại ở dạng hoạt

    hóa. Do đó hoạt tính của GTP đóng vai trò như đồng hồ hẹn giờ để điều khiển công

    tắc này. Tế bào chứa nhiều loại protein với khả năng điều

    tiết tốc độ nội tại của hoạt tính GTPase trong một công tắc GTPase nhất định.

    Phản ứng Phosphoryl hóa và

    khử Phosphoryl hóa

    Hình 7.18: Điều hòa hoạt

    tính của protein qua công tắc Kinase/phosphatase.

    Chu trình phosphoryl hóa và

    khử phosphoryl hóa protein là cơ chế chung giúp điều hòa hoạt tính protein của

    tế bào. Trong ví dụ này, protein đích (R) có hoạt tính (phía trên) khi bị khử

    phosphoryl hóa và bất hoạt (phía dưới) khi bị khử phosphoryl hóa. Lưu ý rằng đa

    số protein đáp ứng ngược lại với quá trình tương tác của sự phosphoryl hóa này.

    Proten kinase xúc tác phản ứng phosphoryl hóa còn phosphatase có vài trò ngược

    lại. Do tác động trái ngược nhau này của hai loại enzyme trên nên nó đã hình

    thành một công tắc “bật” và “tắt” nhiều loại protein khác nhau. Nhiều loại

    protein kinase và phosphatase đặc hiệu cho các protein đích khác nhau và do đó

    có thể điều hòa nhiều con đường khác nhau.

    Phân cắt protein

    Đây là quá trình mang tính chất không thuận nghịch. Ví dụ như nhiều loại protein

    (ví dụ như insulin) được tổng hợp ở trạng thái tiền chất trước rồi khi ra khỏi

    tế bào, một số liên kết peptide của chúng cần bị thủy phân để tạo thành một

    peptide gấp nếp chính xác. Trong một số trường hợp, polypeptide dài là tiền thân

    của tiền hormone (pprohormone) có thể bị cắt thành các loại hormone có hoạt

    tính. Để không bị phân hủy sai protein trước khi đến ruột non, protease serine

    trong tụy được tổng hợp thành dạng zymogen (tiền enzyme) không có hoạt tính. Lên

    kết peptide gần đầu N của trypsinogen bị phân cắt tạo ra một gốc đầu N mới là

    Ile-16. Nhóm amino acid của Ile-16 này có thể tạo liên kết ion với nhóm carboxyl

    trên nhóm R của acid aspartic nằm trong enzyme. Điều này thay đổi cấu hình của

    enzyme thành trạng thái hoạt hóa với vùng gắn cơ chất mở ra. Trypsin đã kích

    hoạt sau đó có thể hoạt hóa trypsinogen, chymotrypsinogen và các tiền enzyme

    khác. Tương tự nhưng phức tạp hơn nhiều là tầng protease (một protease kích hoạt

    tiền chất đang bất hoạt của protease khác) có thể khuếch đại tín hiệu ban đầu và

    đóng vai trò quan trọng đối với một số hệ thống như hệ thống đông máu chẳng hạn.

    Việc điều hòa cẩn thận các hệ thống như vậy rõ ràng là rất quan trọng do máu

    đông không thích hợp có thể làm tắc hệ thống tuần hoàn gây tử vong hoặc nếu

    không đủ có thể gây chảy máu không ngừng, …

    Một loạt sự ly giải protein hiếm và đáng chú ý được gọi là tự cắt protein, xảy

    ra ở một số sinh vật nhân chuẩn và đa số vi khuẩn. Cơ chế tương đối đơn giản và

    các tính chất như sau:

    -         

    Một phân đoạn ở giữa

    polypeptide bị loại bỏ và hai đầu chuỗi sẽ nối lại.

    -         

    Quá trình này là quá trình

    tự xúc tác, không cần enzyme.

    -         

    Peptide bị cắt tự tách khỏi

    protein theo cơ chế tương tự cơ chế ly giải của một số phân tử RNA khác.

    Điều nhớ là sự tự phân cắt phân tử Hedgehog – một phân tử truyền tín hiệu gắn

    trên màng rất quan trọng đối với một số quá trình phát triển. Chúng ta sẽ tìm

    hiểu phần này kĩ hơn ở các chương sau.

    Sửa lần cuối ngày 31/1/2013

    www.docsachysinh.com 

     

    tri thức khoa học!

     

    Diễn

    đàn Đọc sách Y Sinh


    --- Bài cũ hơn ---

  • Sơ Đồ Hệ Thống Mạng Lan Trong Công Ty
  • Network Topology (Tự Động Vẽ Sơ Đồ Mạng)
  • Xây Dựng Hệ Thống Mạng Doanh Nghiệp Thực Tế (Phần 1)
  • Tổng Quan Về Hệ Thống Mạng, Phân Loại Hệ Thống Mạng
  • Cấu Trúc Và Chức Năng Của Hệ Thống Mạng
  • Cấu Trúc Thuộc Loại Prôtêin Bậc 3 Là Gì?

    --- Bài mới hơn ---

  • Câu Hỏi Trắc Nghiệm Protein
  • Download Cau Truc Hoa Hoc Cua Protein
  • Bài 5. Protein 10 Bai 5 Protein Ppt
  • Cấu Trúc Không Gian Bậc 2 Của Protein Được Duy Trì Bởi:
  • Download Cau Tao Hoa Hoc Cua Protein (Bac Ba)
  • Chủ đề :

    Hướng dẫn Trắc nghiệm Online và Tích lũy điểm thưởng

    CÂU HỎI KHÁC

    • Tại sao Menđen lại chọn các cặp tính trạng tương phản để thực hiện các phép lai?
    • Cho lai cây hạt vàng với cây hạt xanh, F1 thu được 51% cây hạt vàng và 49% cây hạt xanh. Kiểu gen bố mẹ của phép lai trên như thế nào?
    • Tại sao khi lai hai cơ thể bố mẹ thuần chủng khác nhau về một cặp tính trạng tương phản thì ở F2 phân li theo tỉ lệ trung bình 3 trội : 1 lặn.
    • Khi cho cây cà chua thân cao thuần chủng lai phân tích, kết quả thu được như thế nào?
    • Phép lai tạo ra ở con lai F1 có 2 kiểu hình nếu tính trội hoàn toàn là phép lai nào?
    • Sự di truyền độc lập của các tính trạng được biểu hiện ở F2 như thế nào?
    • Đặc điểm của đậu Hà Lan tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu của Menđen là gì?
    • Hai trạng thái khác nhau của cùng một tính trạng có biểu hiện trái ngược nhau, được gọi là
    • Trên cơ sở phép lai một cặp tính trạng, Menđen đã phát hiện ra điều gì?
    • Ý nghĩa sinh học của quy luật phân li độc lập của Menđen là gì?
    • Kết quả ở F2 có tỉ lệ thấp nhất thuộc về kiểu hình nào trong phép lai về màu hạt và vỏ hạt của Menđen.
    • Tại sao biến dị tổ hợp có ý nghĩa quan trọng đối với chọn giống và tiến hóa?
    • F1 thu được toàn cây thân cao, quả đỏ. Kiểu gen của P có thể phù hợp là kiểu gen nào?
    • Trong 1 gia đình, bố mẹ đều mắt đen nhưng sinh ra 2 người con, một người mắt xanh, người còn lại mắt đen. A trội hoàn toàn so với a. Vậy bố mẹ trên có thể có kiểu gen như thế nào?
    • Yêu cầu bắt buộc đối với mỗi thí nghiệm của Menđen là gì?
    • Những đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh lí của một cơ thể được gọi là gì?
    • Hình thức sinh sản tạo ra nhiều biến dị tổ hợp ở sinh vật là gì?
    • Khi giao phấn giữa cây có quả tròn, chín sớm với cây có quả dài, chín muộn. Kiều hình nào ở đời con lai được xem là biến dị tổ hợp?
    • Các nguyên tố hóa học tham gia trong thành phần của phân tử ADN là gì?
    • Điều nào sau đây là đúng khi nói về đặc điểm của ADN?
    • Chiều xoắn của phân tử ADN là chiều nào?
    • Từ nào sau đây được dùng để chỉ sự tự nhân đôi của ADN?
    • Kí hiệu của phân tử ARN thông tin là gì?
    • Chức năng của tARN như thế nào?
    • Hoàn thành câu sau để được quá trình tổng hợp ARN
    • Đặc điểm chung về cấu tạo của ADN, ARN và prôtêin là gì?
    • Quá trình tổng hợp prôtêin xảy ra ở vị trí nào trong tế bào??
    • Prôtêin thực hiện chức năng chủ yếu ở những bậc cấu trúc nào?
    • Cấu trúc thuộc loại prôtêin bậc 3 là gì?
    • Loại nuclêôtit có ở ARN nhưng không có ở ADN là gì?
    • Đặc điểm nào sau đây thuộc về phân tử ARN?
    • Yếu tố giúp cho phân tử ADN tự nhân đôi đúng mẫu là gì?
    • Nhiễm sắc thể (NST) là cấu trúc có ở đâu?
    • Trong quá trình nguyên phân, có thể quan sát rõ nhất hình thái NST ở vào kì có tên gì?
    • Một khả năng của NST đóng vai trò rất quan trọng trong sự di truyền là gì?
    • Cặp NST tương đồng là gì?
    • Bộ NST 2n = 48 là của loài nào?

    --- Bài cũ hơn ---

  • Hỏi Đáp Bài Prôtêin Trong Sinh Học Lớp 10
  • Trình Bày Đặc Điểm Các Bậc Cấu Trúc Của Phân Tử Prôtêin. Câu Hỏi 301340
  • Câu 1. Nêu Các Bậc Cấu Trúc Của Prôtêin
  • Trình Bày Mối Quan Hệ Giữa Adn Arn Và Protein
  • So Sánh Cấu Trúc Không Gian Của Adn Arn Và Protein(Adn
  • Câu 1. Nêu Các Bậc Cấu Trúc Của Prôtêin

    --- Bài mới hơn ---

  • Trình Bày Đặc Điểm Các Bậc Cấu Trúc Của Phân Tử Prôtêin. Câu Hỏi 301340
  • Hỏi Đáp Bài Prôtêin Trong Sinh Học Lớp 10
  • Cấu Trúc Thuộc Loại Prôtêin Bậc 3 Là Gì?
  • Câu Hỏi Trắc Nghiệm Protein
  • Download Cau Truc Hoa Hoc Cua Protein
  • Câu 1. Nêu các bậc cấu trúc của prôtêin.

    Câu 2. Nêu một vài loại prôtêin trong tế bào người và cho biết các chức năng của chúng.

    Câu 3. Tơ nhện, tơ tằm, sừng trâu, tóc, thịt gà và thịt lợn đều được cấu tạo từ prôtêin nhưng chúng khác nhau về rất nhiều đặc tính. Dựa vào kiến thức trong bài, em hãy cho biết sự khác nhau đó là do đâu?

    Trả lời:

    Câu 1. Prôtêin là đại phân tử hữu cơ được cấu tạo từ các đơn phân là axit amin. Có hơn 20 loại axit amin khác nhau. Số lượng thành phần và trình tự sắp xếp của axit amin khác nhau tạo nên các prôtêin khác nhau và chúng có cấu trúc, chức năng khác nhau. Prôtêin có thể có tối đa 4 bậc

    cấu trúc khác nhau.

    Cấu trúc bậc một: Các axit amin liên kết với nhau tạo nên một chuỗi các axit amin được gọi là chuỗi pôlipeptit. Cấu trúc bậc một của một phân tử prôtêin chính là trình tự sắp xếp đặc thù của các loại axit amin trong chuỗi pôlipeptit đó. Một phân tử prôtêin đơn giản có thể chỉ được cấu tạo từ vài chục axit amin nhưng cũng có những phân tử prôtêin bao gồm nhiều chuỗi pôlipeptit với số lượng axit amin rất lớn.

    – Cấu trúc bậc hai: Chuỗi pôlipeptit sau khi được tổng hợp ra không ở mạch thẳng mà được co xoắn lại hoặc gấp nếp tạo nên cấu trúc bậc

    hai nhờ các liên kết hiđrô giữa các axit amin trong chuỗi với nhau.

    – Cấu trúc bậc ba và bậc bốn: Chuỗi pôlipeptit ở dạng xoắn hoặc gấp lại được tiếp tục co xoắn tạo nên cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng được gọi là cấu trúc bậc ba. Khi một prôtêin được cấu tạo từ một vài chuỗi pôlipeptit thì các chuỗi đơn vị là các chuỗi pôlipeptit lại được liên kết với nhau theo một cách nào đó tạo nên cấu trúc bậc 4. Khi cấu trúc không gian ba chiều của prôtêin bị hỏng thì phân tử prôtêin sẽ mất chức năng sinh học.

    Câu 2. Prôtêin trong cơ thể người có rất nhiều loại (côlagen, prôtêin hêmôglôbin, kháng thể, các enzim, các thụ thể trong tế bào….:

    Côlagen tham gia cấu tạo nên các mô liên kết cấu tạo nên tế bào và cơ thể. Hêmôglôbin có vai trò vận chuyển 02 và C02. Prôtêin histon cấu tạo nên chất nhiễm sắc. Hoocmôn insulin điều hòa lượng đường trong máu. Kháng thể, inteferon bảo vệ cơ thể chống tác nhân gây bệnh.

    Câu 3. Cơ thể sinh vật đều được cấu tạo từ hơn 20 loại axit amin khác nhau. Các axit amin này được sắp xếp khác nhau, thành phần khác nhau và số lượng khác nhau sẽ tạo ra vô số prôtêin khác nhau về cấu trúc và chức năng. Do vậy nên tơ nhện, tơ tằm, sừng trâu, tóc, thịt gà và thịt lợn đều được cấu tạo từ prôtêin nhưng chúng khác nhau về rất nhiều đặc tính.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Trình Bày Mối Quan Hệ Giữa Adn Arn Và Protein
  • So Sánh Cấu Trúc Không Gian Của Adn Arn Và Protein(Adn
  • Trắc Nghiệm Môn Sinh Học 8 Bài 47
  • Lý Thuyết Sinh Học Lớp 8 Bài 47: Đại Não
  • Nếp Nhăn Trên Não Hình Thành Như Thế Nào
  • Kỹ Thuật Phân Tích Cấu Trúc Protein

    --- Bài mới hơn ---

  • Protein Dạng Sợi Là Gì? Phân Loại, Tính Chất Và Cấu Trúc Của Protein
  • Kiến Thức Tổng Hợp Về Protein
  • Cấu Trúc Và Tính Chất Hóa Lý Của Protein
  • Giới Thiệu Về Sợi Được Sản Xuất Từ Tơ Nhện
  • Câu 1, Câu 2, Câu 3 Trang 25 Sinh Học Lớp 10: Prôtêin…
  • Published on

    1. 1. 1 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẤU TRÚC PROTEIN PHẦN 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN1. Khái Niệm 1.1 Protein 1.1.1 Protein là gì? Tất cả các tế bào sống đều chứa Protein, điều đó có nghĩa là protein là chất cần cho sự sống. Vì người ta cho rằng Protein là thành phần quan trọng nhất trong các vật chất của sự sống, cho nên trong tiếng anh, protein bắt nguồn từ chữ Hy Lạp có nghĩa là “thứ nhất”. Về định nghĩa chính xác Protein là gì, có nhiều cách nói khác nhau, nhưng tự chung lại, đều thống nhất cho rằng: Protein là hợp chất cao phân tử giữ nhiều vai trò nòng cốt trong cơ thể. Hầu hết chúng làm việc trong tế bào đáp ứng yêu cầu của các bào quan và mô trong cơ thể về cấu trúc, chức năng và điều hòa. Protein được chứa trong tất cả các phần của cơ thể của bạn, làn da, cơ bắp, tóc, máu, bộ phận cơ thể, đôi mắt, ngay cả móng tay và xương . 1.1.2 Cấu trúc – chức năng của Protein Theo công trình nghiên cứu :” What is protein” của Georgia C. Lauritzen thuộc đại học Utah State: “Protein được cấu tạo từ các đơn vị nhỏ hơn được gọi là các axit amin. Hiên nay đã phát hiện ra hơn 20 loại axit amin khác nhau. Mỗi phân tử protein bao gồm rất nhiều các axit amin, được sắp xếp theo một trình tự ngẫu nhiên, từ đó tạo ra hàng trăm, hàng nghìn các phân tử protein có cấu trúc khác nhau. Hầu hết các protein là các phân tử lớn có thể chứa hàng trăm axit amin được sắp xếp trong các ngành và các chuỗi”. Trình tự axit amin xác định cấu trúc không gian 3 chiều của protein và chức năng chuyên biệt của chúng. Có 5 loại cấu trúc không gian, ứng với 5 chức năng của Protein như sau: 1
    2. 2. 2* Kháng thể (antibody)Đây là các protein có khảnăng bám vào các phân tửngoại lai như vi khuẩn, virút, sau đó vô hiệu hóachúng để bảo vệ cơ thể.Trong hình bên là cấu trúckhông gian của proteinkháng thể:Immunoglobulin G (lg G). * Enzyme Enzyme xúc tác cho hầu hết các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào. Chúng cũng giúp đỡ hình thành những phân tử mới bằng cách đọc thông tin di truyền lưu trữ trong DNA. Vídụ hình bên: Phenylalanine hydroxylase. 2
    3. 3. 3* Thông tin – Messengerprotein thông tin, như mộtsố loại hormone, truyền tảitín hiệu để phối hợp cácquá trình sinh học giữa cáctế bào, mô, cơ quan khácnhau. Ví dụ: hormone tăngtrưởng (Growth hormone) * Thành phần cấu trúc Những protein này cung cấp cấu trúc và 3
    4. 4. 4nuôi dưỡng tế bào. Trong một phạm vi lớn hơn, chúng còn cho phép tế bào di chuyển. Vídụ: Actin* Vận chuyển-dự trữcác protein này bám vàonhững nguyên tử vàphân tử nhỏ bên trong tếbào và lưu thông trongcơ thể. Ví dụ: Ferritin1.2 Vai trò Protein trong sinh học Như đã nói ở trên, Protein có vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống sinh học nói chung cũng như con người nói riêng. 1.2.1 Vai trò Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là axit amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein. 4
    5. 6. 6 chức. Có 8 axit amin cơ thể không thể tổng hợp được hoặc chỉ tổng hợp một lượng rất ít. Đó là Lyzin, tryptophan, phenynalaninin, lơ – xin, izolơxin, valin, treonin, metionin. Người ta gọi chúng là các axit amin cần thiết. Các axit amin cần thiết này được lấy thông qua protein của thức ăn từ bên ngoài. Tuy nhiên, trong tự nhiên không có loại protein thức ăn nào có thành phần hoàn toàn giống với thành phần axit amin của cơ thể. Do đó để đáp ứng nhu cầu cơ thể cần phối hợp các loại protein thức ăn để có thành phần axit amin cân đối nhất. Giá trị dinh dưỡng một loại protein cao khi thành phần axit amin cần thiết trong đó cân đối và ngược lại. Hầu hết thức ăn có nguồn gốc động vật và thực vất chứa đầy đủ và cân đối các thành phần của các axit amin cần thiết . Tuy nhiên, không có một loại thức ăn nào có đủ tất cả mà cần phải sử dụng một chế độ hỗn hợp nhiều loại thức ăn. Thực phẩm nguồn gốc động vật (thịt, cá, trứng, sữa) là nguồn protein quý, nhiều về số lượng, và cân đối hơn về thành phần và đậm độ axit amin cần thiết cao. Hàm lượng các axit amin cần thiết trong thực phẩm nguồn gốc thực vật (đậu tương, gạo, mì, ngô, các loại đậu khác…) không cao (trừ đậu nành); nhưng cơ thể vẫn phải bổ sung cân đối đấy đủ các loại này. Vì vậy, biết phối hợp các nguồn protein thức ăn hợp lý sẽ tạo nên giá trị dinh dưỡng cao của khẩu phần. Ví dụ gạo, ngô, mì nghèo lizin còn đậu tương, lạc, vừng hàm lượng lyzin cao, khi phối hợp gạo hoặc mì hoặc ngô với đậu tương, vừng , lạc sẽ tạo nên protein khẩu phần có giá trị dinh dưỡng cao hơn các protein đơn lẻ2. Phân tích cấu trúc Protein 2.1 Phân tích cấu trúc Protein là gì? 6
    6. 7. 7Như đã trình bày, mỗi một loại protein với chức năng khác nhau sẽ có một thành phần vàtrình tự axit amin khác nhau, cũng như cấu trúc không gian khác nhau. Chính vì vậy, việcnghiên cứu tìm ra những thông tin này là vô cùng cần thiết trong sinh học. Từ các thông tinđó, chúng ta có thể biết được chính xác protein nào, có chức năng gì, để từ tìm cách tổnghợp nhân tạo protein, hay bố sung protein cần hoặc loại bỏ các protein có hại. Phân tích cấutrúc Protein chính là nhằm mục đích này.Hiện nay, trên thế giới, công tác nghiên cứu về phân tích cấu trúc protein đang rất được đẩymạnh. Hàng loạt các công trình nghiên cứu, các bài báo khoa học được công bố cho phépcon người có cái nhìn sâu và rộng hơn về thế giới sinh học phân tử protein. Và chúng cũngđược ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: y tế, nông nghiệp,…2.2 Các phương pháp phân tíchProtein, tuy được gọi là một “đại” phân tử của thế giới vi mô, tuy nhiên mắt thường củachúng ta sẽ không thể nhìn thấy chúng được. Chính vì vậy, để nghiên cứu những đối tượngnày, cần sử dung những phương pháp đặc hiệu với sự trợ giúp của các phương tiện khoahọc kỹ thuật hiện đại, đó cũng chính là lý do việc phân tích cấu trúc protein chỉ thực sựkhởi sắc trong vài năm trở lại đây, theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật.Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu protein, sau đây xin giớithiệu sơ lược 2 phương pháp hữu hiệu nhất2.2.1 Tinh thể học tia X (X-ray crystallography)William Henry Bragg (1862-1942) là người đi tiên phong trong việc phát triển phươngpháp X-ray. Bragg có vô số hứng thú nghiên cứu, nhưng công trình mang lại tên tuổi choông là một nhà khoa học hàng đầu là tiến bộ mang tính lịch sử của ông trong tinh thể họctia X. Làm việc với người con trai, William Lawrence Bragg, ông đã phát triển một phươngpháp bắn phá các tinh thể với tia X năng lượng cao phát ra bởi những ống chân không đượccấu trúc đặc biệt. Khi tia X đi qua đơn tinh thể, chúng bị nhiễu xạ theo một điều kiện do 7
    7. 8. 8cha con Bragg khám phá ra và do đó suy luận định lượng ra đường đi của chúng. Hình ảnhtia X nhiễu xạ có thể được chụp trên kính ảnh, vì tia X làm phơi sáng các hạt bạc bromidekhi chúng va vào. Bằng cách khảo sát hình ảnh tia X nhiễu xạ bởi những tinh thể khácnhau, Bragg và con trai của ông đã có thể thiết lập một số mối liên hệ toán học cơ bản giữamột cấu trúc tinh thể nguyên tử và hình ảnh nhiễu xạ của nó. Với thành tựu này, , WilliamHenry Bragg và William Lawrence Bragg được tặng Giải Nobel Vật lí năm 1915.2.2.1.1 Sơ lược phương phápCách thông thường để xác định hình dáng một vật là nhìn trực tiếp vào nó. Với các vật rấtnhỏ, như các phân tử, để xác định cấu trúc liên kết giữa các nguyên tử tạo nên phân tử đó,ta cần dùng kính hiển vi để phóng đại chúng lên hàng ngàn tỉ lần. Với khả năng hiện có,kính hiển vị điện tử (electron microscopes) cũng chỉ có thể phóng đại lên cỡ vài tỉ lần. Lído là do giới hạn nhiễu xạ (diffraction limit): để có thể nhìn thấy một vật hoặc phân biệtđược 2 vật điểm thì kích thước tối thiểu của vật hoặc khoảng cách tối thiểu giữa hai vậtđiểm lớn hơn 1/2 lần bước sóng đang sử dụng.Bước sóng của ánh sáng nhìn được vào khoảng vài trăm nanometers còn các nguyên tử thìcó khoảng cách chỉ ở đơn vị hay bước sóng cần thiết để nhìn thấy các nguyên tử là bướcsóng của tia X. Nhưng ta không thể tạo ra kính hiển vi tia X. Vì thế đòi hỏi ta phải dùng cáckĩ thuật mang tính gián tiếp khác. Tia X khi chiếu vào tinh thể sẽ tương tác với các electronhóa tri (valence electron) của các nguyên tử thành phần được phân bố trong không gian.Các electron này sẽ tán xạ (scatter) tia X ra các hướng, tùy vào sự sắp xếp trong không giancủa nguyên tử. [Cái này cũng giống như dùng một đèn pin lớn chiếu vào một cây đèn chùm(chandelier) mà ta không được phép nhìn thấy. Dù không biết cây đèn chùm hình dáng thểnào, nhưng dựa vào bóng phản chiếu (các pattern) ta cũng có thể dự đoán sự sắp xếp củacác mảnh thủy tinh trên cây đèn chùm] Một màn hình sẽ ở phía sau để lưu lại ví trí tán xạ vàcường độ của tia X bị tán xạ. Sau khi có các dữ liệu này rồi, người ta sẽ dùng các công thứctính toán phức tạp để xác định vị trí các electron bao quanh các nguyên tử và từ đó suy ra vịtrí các nguyên tử. Các mẫu nhiễu xạ thu được sẽ có mối quan hệ với vật phát tán các sóng 8
    8. 9. 9chiếu tới nó thông qua một phép toán biển đổi gọi là biến đổi Fourier (Fourier transform).Nếu mật độ các electron (electron density) bao quanh mỗi nguyên tử là một hàm toán học,thì mẫu nhiễu xạ tia X thu được tương ứng là biến đối Fourier của hàm đó. Với tính chất cóthể biến đổi ngược của phép biến đổi Fourier, ta có thể dùng máy tính để xây dựng lại hìnhảnh mật độ electron dựa vào ảnh mẫu nhiễu xạ. PDB (Protein Data Bank) lưu trữ cấu trúcprotein và các phân tử sinh học khác miễn phí sử dụng. Để hiển thị cấu trúc 3D của chúng,ta dùng phần mềm RasMol hay chúng tôi nhiên, một khó khăn gặp phải là nhiễu xạ tia X từ một phân tử thì sẽ cho cường độ thuđược trên ảnh rất yếu và khó phân biệt với nhiễu. Do đó, người ta sử dụng tinh thể. Tinh thểsắp xếp một lượng lớn các phân tử theo một trật tự và hướng giống nhau, nhờ thế các sóngnhiễu xạ sẽ cộng hưởng pha (ở một số hướng) làm tăng cường độ hiển thị lên máy đo. Hiểnnhiên, ở một số hướng khác, các nhiễu xạ này cũng triệt từ nhau. Đó là lí do mà mẫu nhiễuxạ chỉ là mảng các điểm. Vì thế, việc tạo ra một tinh thể tốt đóng vai trò cực kì quan trọngđể thu được hình ảnh có giá trị. Đó là khởi nguồn của kĩ thuật tinh thể học tia X.2.2.1.2 Ưu – nhược điểm phương phápTrước khi có phương pháp tinh thể học tia X: Việc tìm hiểu tinh thể là dựa vào đặc tínhhình học của tinh thể. Để biết được cấu trúc 3D, người ta đo các góc của bề mặt tinh thể sovới các trục tham chiếu tưởng tượng (crystallographic axes) và từ đó cho ra hình ảnh hìnhhọc có tính đối xứng của tinh thể. Hình ảnh 3D này được chiếu lên mặt phẳng dùng phépchiếu lập thể (stereographic projection) để chiếu mặt cầu lên mặt phẳng. Phép chiếu này bảotoàn góc nhưng không bảo toàn diện tích.Phương pháp tinh thể học tia X thì dựa vào máy đo góc (goniometer): Việc xác định trật tựcủa các nguyên tử dựa vào sự phân tích các mẫu nhiễu xạ (diffraction patterns) thu được saukhi chiếu tia X vào tinh thể các chất/phân tử cần phân tích ở dạng rắn tinh thể. Ngoài tia X,người ta còn dùng electron (electron diffraction) hoặc neutron (neutron diffraction) cho mộtsố mục đích đặc biệt. 9
    9. 10. 10Tinh thể học tia X (X-ray crystallography) được ứng dụng nhiều trong sinh học để xác địnhcấu trúc của các đại phân tử như protein, DNA hay RNA. Và các phân tử này phải đượcchuyển về dạng tinh thể. Lí do sử dụng tia X là vì ta không thể nhìn thấy chi tiết một vậtnhỏ hơn nửa bước sóng đang sử dụng. Mà kích thước nguyên tử quá nhỏ, nên phải dùng tiaX vì có bước sóng đủ ngắn để thấy được chi tiết nguyên tử. Tuy nhiên, năng lượng sóng thìtỉ lệ nghịch với bước sóng, nghĩa là bước sóng càng ngắn thì năng lượng càng cao, càng dễphá hỏng mẫu phân tử sinh học. Đó là lí do mà phải chuyển về dạng tinh thể để giảm sự pháhoại của tia X. Tuy nhiên việc phá hoại của tia X là vẫn không thể tránh khỏi, kết quả thuđược cần được xem xét kỹ.2.2.2 Cộng hưởng từ hạt nhân ( NMR )Phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân được tìm ra và phát triển qua nhiều giai đoạn,đặc biệt nhờ các đóng góp của Richard R. Ernst. Năm 1966, khi làm việc chung với mộtđồng nghiệp người Mỹ, Ernst đã phát hiện ra rằng độ nhạy của kỹ thuật cộng hưởng từ hạtnhân (cho đến nay chỉ giới hạn trong việc phân tích số ít hạt nhân) có thể được tăng lênđáng kể bằng cách thay thế các sóng vô tuyến quét chậm thường được dùng trong quangphổ cộng hưởng từ hạt nhân thời đó bằng các xung ngắn cường độ cao. Khám phá của ôngđã cho phép phân tích nhiều loại hạt nhân hơn và các số vật liệu nhỏ hơn.Đóng góp quan trọng thứ nhì của ông vào lãnh vực “phổ học cộng hưởng từ hạt nhân” làmột kỹ thuật cho phép một độ phân giải cao, nghiên cứu “hai chiều” các phân tử lớn hơn sovới trước đây mà quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân đã đạt được. Với các cải tiến củaErnst, các nhà khoa học đã có thể xác định cấu trúc 3 chiều của các hợp chất hữu cơ và vôcơ và các đại phân tử sinh học như các protein; để nghiên cứu sự tương tác giữa các phân tửsinh học và các chất khác như các ion kim loại, nước, và thuốc; để xác định các loại hóachất, và để nghiên cứu tỷ lệ của các phản ứng hóa học. Ông được trao Giải Nobel Hóa họccho công trình đóng góp của ông vào việc phát triển phổ học cộng hưởng từ hạt nhân biếnđổi Fourier và sau đó việc phát triển kỹ thuật “cộng hưởng từ hạt nhân” đa chiều. Các ứng 10
    10. 11. 11dụng nền tảng của cộng hưởng từ hạt nhân cả trong hóa học (phổ học cộng hưởng từ hạtnhân) và y học.(chụp cộng hưởng từ).2.2.2.1 Phương pháp thực hiệnPhương pháp cộng hưởng từ hạt nhân sẽ được trình bày chi tiết ở phần 2.2.2.2.2 Ưu nhược điểm phương phápVới các kỹ thuật phổ NMR, người ta có thể biết được mối liên hệ giữa các proton và carbontrong phân tử. Kết hợp với phổ khối và các thông tin khác người ta có thể xây dựng đượccấu trúc phân tử của hợp chất. Trong khá nhiều trường hợp, chỉ bằng NMR người ta cũngcó thể xác định được cấu trúc và cấu hình lập thể của chất cần phân tích. Do có rất nhiềuthông tin đặc trưng về cấu trúc phân tử, việc sô sánh phổ proton hay carbon một chiều củamột chất với một chất đã biết cho phép xác định một chất một cách tin cậy. Ngày nay, chỉcần lượng mẫu ở mức /mg /hay thấp hơn đã có thể xác định cấu trúc của một chất. Khả năngnày giúp ích rất nhiều trong nghiên cức các tự nhiên, khi mà cá chất rất khó phân lập vàthường chỉ thu được với một lượng nhỏ. Ngoài việc xác định cấu trúc, phổ cộng hưởng từhạt nhân còn được dùng trong định lượng các chất trong phân tích định lượng như cácphương pháp phổ khác. Tuy nhiên, do thiết bị đắt tiền nên cách thức này ít được sử dụng.Việc kết nối cộng hưởng từ hạt hân với các thiết bị sắc ký lỏng có nhiều khó khăn. Tuy vậy,hiện đã có những hệ thống ghép nối HPLC-NMR để phân tích và xác định các chất chiết từdược liệu. Ngoài các phổ kế cộng hưởng từ hạt nhân dùng trong phân tích cấu trúc, kỹ thuậtxác định hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân cũng được sử dụng trong chẩn đoán y khoa.Công nghệ mới này không những cung cấp thông tin về cấu trúc không gian ba chiều củacác phân tử sinh học mà còn cho biết đặc điểm nhiệt động học và từ tính của nó. Điều naycho thấy đây là một công cụ quan trọng cho phép đi sâu tìm hiểu chức năng của các phân tửsinh học ở mức độ phân giải cỡ các nguyên tử trong tương lai. 11
    11. 13. 13trọng sinh hóa nhất định nên xác định cấu trúc ba chiều của tất cả các protein của một hệprotein sẽ cho phép chúng ta hiểu sâu hơn về cấu trúc cũng như chức năng của các proteintrong cơ thể sống. Vì vậy gần đây, một số dự án phân tích cấu trúc protein đã được bắt đầu ởmột vài nơi trên thế giớ như Nhật Bản, châu Âu và Bắc Mỹ (Heinemann, 2000; Terwilliger,2000; Yokoyama và cộng sự, 2000).Xác định cấu trúc ba chiều của protein mất một thời gian. Nó có thể mất vài tháng tùy thuộcvào độ dài của protein. Để tăng tốc độ của sự khám phá của các cấu trúc, các nhà nghiên cứuphối hợp với các phòng thí nghiệm khác để áp dụng phương pháp NMR để phân tích mẫuprotein. Kết quả cho thấy, 16 cấu trúc đã được giải quyết trong sáu phòng thí nghiệm tinh thểkhác nhau và 17 cấu trúc đã được giải quyết trong bảy phòng thí nghiệm NMR khác nhau (Yeeet al, 2003). Số lượng các cấu trúc gần như giống hệt nhau được xác định với tinh thể và NMRcho thấy NMR quang phổ có thể đóng góp đáng kể cho lĩnh vực nghiên cứu cấu trúc protein(Yee et al, 2003).Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một kỹ thuật quang phổ được sử dụng rộng rãi. Sự đa dạngtuyệt vời của quang phổ cho phép xác định cấu trúc ba chiều của các protein. Phần dưới sẽcung cấp một cái nhìn tổng quan về các khái niệm lý thuyết trong phương pháp NMR cũngnhư giới thiệu các bước xác định cấu trúc của một protein bằng phương pháp này.II. Các khái niệm lý thuyết cơ bản trong phương pháp NMR :2.2.1 Những nguyên tắc cơ bản của NMRNMR phân tích dựa trên các tính chất từ của hạt nhân nguyên tử. Các hạt nhân của các nguyêntử tạo ra sự tồn tại của một momen quay riêng cụ thể được gọi là spin I . Spin có giá trị là 0,1/2, 1, 3/2, và như vậy ( I = 0 có nghĩa là không có quay). Trong thực tế, có một hạt cómoment quay khác không sẽ cung cấp cho hạt nhân nguyên tử các thuộc tính của một lưỡngcực từ. Một hạt có spin 1/2 sẽ chịu ảnh hưởng của một từ trường có hai moment từ theo haihướng khác nhau, trong cùng một phương.Ví dụ như proton 1 H, hạt nhân 13 C, 19 F hoặc 31 P cóspin là 1/2 và hai trạng thái spin: 1/2 -1/2. Cho một spin bằng một, chẳng hạn như 13
    12. 14. 14deuterium2 H hoặc lithium 6 Li, có ba sự định hướng sẽ xảy ra: -1, 0 và +1 (Evans, 1995). Nóichung, có (2I+1) hướng cho một spin chúng tôi mẫu đặt trong một từ trường, mỗi sự định hướng sẽ tương ứng với một mức nănglượng. Đối với các proton có spin là 1/2, có hai mức năng lượng nhất (phân phối Boltzmann)( Hình 2-3 ). Đây là quá trình chuyển đổi giữa các mức và sẽ hình thức hóa hiện tượng cộnghưởng từ hạt nhân (Sanders và Hunter, 1987).Hình 2-3: Mức năng lượng và trạng thái spin hạt nhân của proton khi không có từ trường. Sựkhác biệt hai mức năng lượng là yếu hơn nhiều so với những gì được hiển thị trong hìnhnày. (Hình từ chúng tôi quan sát một tín hiệu, chúng ta phải phá vỡ sự cân bằng giữa hai mức năng lượng. Mẫuphải chịu một từ trường thứ hai được sản xuất bởi một nguồn bức xạ điện từ có xung vuônggóc với trường đầu tiên và được tạo ra bởi nam châm. Do hiện tượng cảm ứng điện từ nên mộtdòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong máy thu cuộn dây (Cavanagh et al, 1996.) ( Hình 2-4 ) . 14
    13. 15. 15Hình 2-4: Ảnh hưởng của từ trường bên ngoài của một mẫu NMR chuyển từ hóa dọc theo x vàtrục y và sự quay do cảm ứng điẹn từ xung quanh trục z. (Sanders, 1987).Như thể hiện trong Hình 2-5 , M dần dần sẽ trở về vị trí ban đầu của nó và song song vớiB o . ( Cavanagh et al, 1996).Hình 2-5: Sự cân bằng trở lại moment từ hóa theo định hướng song song vớiB 0 (www.med.univ-rennes1.fr/cerf/edicerf/BASES/BA004_cv_rb_9.html).Trong thời gian quay trở lại trạng thái cân bằng, các dữ liệu sẽ được ghi lại bằng máy quangphổ NMR. Hạt nhân của protein sẽ cộng hưởng ở tần số khác nhau tùy thuộc vào môi trườngkhác. Các tín hiệu được ghi nhận là một FID (cảm ứng phân rã tự do). Hình 2-6 là một ví dụvề một FID. 15
    14. 16. 16Hình 2-6: Tín hiệu NMR ở dạng tín hiệu tắt dần theo thời gian có tên là FID (cảm ứng phân rãtự do).Những tín hiệu này có chứa tất cả các thông tin cần thiết nhưng rất khó để giải mã chúng. Biếnđổi Fourier giúp chúng ta có thể nhìn thấy tín hiệu này có đồ thị dạng hình sin và là một hàmtheo thời gian (y = f (t)) bằng cách thay đổi nó thành một quang phổ NMR mang chức năngcủa tần số (y = f (?)) ( Hình 2-7 ). Các tần số cộng hưởng sau đó sẽ được phục hồilại(Cavanagh et al, 1996).Hình 2-7: Tín hiệu FID qua phép biến đổi Fourier. (Hình từ chúng tôi 16
    15. 18. 182.2.2.2. Chuẩn bị mẫuCác protein có cấu trúc ba chiều được phân tích bởi NMR phải có nồng độ và môi trường thíchhợp. Nồng độ của protein tinh khiết trong một mẫu cần phải khác nhau từ 0,5 đến 2.0 mM.Các mẫu có thể chứa tạp chất, nhưng không được chứa các proton tạp chất vì sẽ gây ảnhhưởng tới các proton của protein. Muối và ion có thể được tìm thấy trong dung dịch. Một nồngđộ tối thiểu của các muối sẽ cung cấp cho protein một môi trường tương tự như môi trường tựnhiên của nó, nhưng nồng độ quá cao sẽ làm tổn thương nó, vì muối là những yếu tố dẫn điệnvà có thể làm nóng mẫu.Protein có thể ở dạng monomer hoặc polymer và phải được ổn định để có thể duy trì hoạt độngvà giữ vững cấu trúc của nó cho một vài tuần trong điều kiện nhiệt độ cao. Độ pH của mẫu làrất quan trọng để quan sát tất cả các proton của protein. pH thường dao động từ 5 đến 7. pHcao giúp tăng tốc độ trao đổi proton với dung môi.Dung môi được sử dụng thường là nước. 10% D 2 O được thêm vào mẫu để giữ cho phổ kế chỉmột giá trị tần số duy nhất (Cavanagh et al 1996). Thật vậy, mặc cho từ trường thay đổi liêntục từ một giá trị nhỏ, xung được đưa ra liên tục trên D 2 O để điều chỉnh tần số tham chiếu củacác hạt nhân của protein. Tần số cộng hưởng được tham chiếu bởi một lượng nhỏ (0,5 mM)DSS (natri 2,2-dimetyl 2 silapentane-5-sulfonate) được thêm vào mẫu.2.2.2.3. Lấy NMRViệc có được một số quang phổ NMR tạo điều kiện cho việc xác định tần số cộng hưởng củatất cả các hạt nhân của một hợp chất. Tuy nhiên, tần số cộng hưởng của một hạt nhân lại tỉ lệthuận với từ trường. Việc xác định tần số chuyển hóa chất không phải dễ dàng và các thiết bịcũng biện pháp được sử dụng phải có độ chính xác đến ppm (phần triệu) (Cavanagh et al,1996). Như một ví dụ đơn giản, một proton trong một từ trường 14 Tesla (T) ở 600MHz trongkhi trong một từ trường mười lần nhỏ hơn (1,4092 T), ở 60 MHz. Tính toán có thể được thựchiện từ các phương trình 1 . 18
    16. 19. 19Phương trình 1: Phương trình của NMR cơ bản. ᵞ đại diện cho Lamor tuế sai tần số (MHz),B z là từ trường.Các hạt nhân của hợp chất không cộng hưởng ở cùng một tần số. Proton cộng hưởng thôngthường từ 1 đến 12 ppm ( Hình 2-9 ), các nguyên tử cacbon béo thường cộng hưởng giữa 17và 75 ppm và nitơ amit thường giữa 100 và 132 ppm. Tính chất hóa học bị ảnh hưởng bởi môitrường xung quang, chính xác hơn nữa là bởi các hạt nhân và các electron ở gần đó.Hình 2-9: Sự thay đổi hóa tính đối với các loại proton khác nhau. Phổ 1D đã được ghi lại trongnước. FID được biến đổi bởi biến đổi Fourier (Cavanagh et al, 1996). 19
    17. 20. 20Trong quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân nhiều hơn một chiều, các cực đại được hình thànhtrong sự chuyển đổi hóa học của sự tương quan giữa hai hạt nhân. Mối tương quan được ghinhận giữa các hạt nhân của protein có thể chỉ là sự khác nhau của một quang phổ. Họ có thểtạo liên kết giữa một amino acid riêng lẻ hoặc thông qua không gian. Một số NMR giúp phântích cấu trúc mạch, tức là xác định những thay đổi hóa học của các hạt nhân trên chuỗi chính,và các loại quang phổ khác ước tính sẽ cần nhiều hơn để xác định sự thay đổi hóa tính của cácchuỗi bên.Thí nghiệm NMR Homonuclear được dựa trên một loại hạt duy nhất của nguyên tử:proton. Hai loại thí nghiệm được sử dụng đó là COSY và TOCSY (Braunschweiler và Ernst1983) (Cavanagh et al, 1996).Một số axit amin có một spin của riêng mình. Lấy ví dụ cặn alanine. Dư lượng này được đặctrưng bởi nhóm methyl nằm ở Hβ. Trong thực tế, cao điểm này có cường độ lớn hơn gấp balần so với Hα. Do đó, có thể kết hợp một vài nhóm dịch chuyển hóa học cho một loại axitamin, sau đó nó sẽ liên kết các axit amin với nhau. Phổ NOESY cũng là một thử nghiệm NMRhomonuclear. Công cụ để chỉ định một chuỗi là các NOEs và sẽ được trình bày chi tiết hơn ởphần sau nữa.Trong quá trình phân tích các protein lớn hơn, nơi nó là cần thiết để đánh dấu dư lượng, một sốthí nghiệm NMR heteronuclear có quang phổ có thể lên đến bốn lần kích thước mà ta có thểlúc trước.Như đã đề cập ở trên, để xác định cấu trúc của một protein thì ta phải giải mã được tất cả cáchệ thống spin của các axit amin. Tương tác Noe là những tương tác lưỡng cực giữa các protongần đó trong không gian (Cavanagh et al, 1996). Khoảng cách giữa hai nguyên tử hơn kémnhau về cường độ trong tương tác NOE là thấp và thường không vượt quá 5A. Mối quan hệnày là tỷ lệ nghịch và đề cập đến mối quan hệ sau đây.Phương trình 2: Mối quan hệ giữa tương tác Noe và khoảng cách giữa hai proton2.2.2.4. Chuyển đổi quang phổ để phân tíchTín hiệu MNR phát ra phải trải qua một số biến đổi trước khi được phân tích. 20
    18. 21. 21Việc trích xuất dung môi là cách để loại bỏ các tín hiệu từ các dung môi. Nhân tín hiệu fidbằng một phép toán rất nhiều lợi ích phổ. Dự đoán tuyến tính làm tăng thêm các điểm được dựđoán từ các điểm thí nghiệm. Ngoài các phương pháp đã nêu, bạn có thể thêm số không vàocuối của tín hiệu để cải thiện độ phân giải của quang phổ.Biến đổi Fourier chuyển đổi các tín hiệu fid trong phổ tần số ( Hình 2-7 ). Chức năng này đượcthực hiện trên toàn kích thước của một quang phổ. Ưu điểm của phương pháp này là các tínhiệu được thêm vào không gây nhiễu loạn.Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác được sử dụng để nâng cao phổ NMR.2.2.2.5. Kết cấu giới hạn :Các giới hạn khác nhau về cấu trúc như NOE và góc nhị diện rất cần để xác định cấu trúc củaprotein bằng NMR. Các giới hạn của liên kết hydro và các giới hạn khác không được trình bàytrong bài viết này cũng có thể được sử dụng để xác định cấu trúc của protein. a. Giới hạn khoảng cáchNOE hạn chế cung cấp thông tin về khoảng cách giữa các nguyên tử lân cận. Các khoảng cáchnày ít hơn 5A có thể là dư lượng trong nội bộ hoặc liên dư lượng (tuần tự, tầm trung, tầmxa). Thí nghiệm cho 15 N-HSQC-NOESY đã tạo điều kiện để tìm hiểu tương tác giữa proton vàamit gần đó trong không gian. Thí nghiệm 13 C-NOESY-HSQC lại làm rõ những tương tácgiữa tất cả các proton thuộc carbon. Mỗi proton liên kết với carbon của mỗi lượng dư đều cótương tác với tất cả các proton gắn liền với các nguyên tử carbon gần đó trong khônggian. Quang phổ này thường không được quy hoàn toàn bởi vì vài đỉnh thường chồng chéo lênnhau.Sự tương tác giữa hai nguyên tử, đo được cường độ tương tác giúp ta có thể đánh giá đượckhoảng cách của các liên kết trước đó đã đề cập từ phần trước( phương trình 2 ). Việc hiệuchuẩn NOE là cần thiết cho việc tính toán kết cấu. b. Giới hạn của góc nhị diện 21
    19. 22. 22Trong một protein, các liên kết tiếp giáp với các peptit CN có khả năng xoay xung quanh trụccủa chúng. Như vậy, quỹ đạo của một protein trong không gian được xác định bởi một tập hợpmặt phẳng khớp nối với nhau tại cacbon α( Hình 2-16 ).Hình 2-16: Đại diện của một chuỗi polypeptide. Các góc quay về N-Cα là góc Φ và liên kếtxung quanh Ca-C là ΨĐịnh hướng của hai mặt phẳng này được xác định bởi Φ và các góc Ψ. Cũng như khoảng cáchNoe, những góc độ này có thể được sử dụng như các giới hạn cấu trúc.Hai phương phápthường được sử dụng trong NMR để xác định các góc nhị diện. Sử dụng mối quan hệ giữa sựthay đổi hóa học và các cấu trúc thứ cấp (ví dụ như cách tiếp cận Talos) được hiển thịtrong hình 2-17 và cùng với những hằng số khớp nối. 22
    20. 23. 23Hình 2-17: Mối quan hệ giữa sự thay đổi hóa học Cα Cβ và cấu trúc thứ cấp. Con số này đượclấy từ http://spin.niddk.nih.gov/bax/software/TALOS/Talos (Torsion Angle Likelihood Obtained from Shift and sequence similarity)Talos là một hệ thống cung cấp các cơ sở dữ liệu để đánh giá các góc Ψ, Φ từ sự chuyển đổihóa học của năm nguyên tử: Hα, Cα, Cβ, CO, N (Cornilescu et al, 1999.). Talos sử dụng mộtchuỗi ba axit amin trong một protein và so sánh các biến thể của sự dịch chuyển hóa học (tuầntự gấp mẫu) của năm nguyên tử cuối cùng với các biến thể của các tripeptit tương tự như mộtcơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu này hiện chứa thông tin khoảng 20 protein của các cấu trúc nổitiếng đại diện cho khoảng 3000 bộ ba.Talos là một phương pháp thực nghiệm, các giá trị góc là giá trị không chính xác và khôngchắc chắn đối với các đại lượng quan trọng. Talos cho kết quả tốt hơn khi được sử dụng kếthợp với các giá trị hằng số khớp nối. c. Khớp nối các hằng số 23
    21. 25. 25từ 6 đến 8 Hz thì khớp nối không được sử dụng như là một ràng buộc cấu trúc bởi (Cavanaghet al, 1996).Những ràng buộc nhị diện Φ giúp ích cho việc tính toán các cấu trúc protein. Tùy thuộc vàogóc, một khu vực sẽ tạo thành một cấu trúc thứ cấp trong tấm β hoặc xoắn α. Sơ đồRamachandran cho thấy các khu vực và Φ mà tại đó thuận lợi cho việc tạo thành xoắn và cáctấm βHình 2-19: Biểu đồ Ramachandran biểu diễn những vùng giá trị góc nhị diện Φ và Ψ.(Branden và Tooze, 1991). d. Giới hạn liên kết hydro :Liên kết hydro là tương tác tĩnh điện giữa một nguyên tử hydro gắn liền với một nguyên tử cóđộ âm điện cao và một cặp electron tự do nằm trên một nguyên tử (O, S hoặc N) của một 25
    22. 26. 26nhóm khác. Khoảng cách của các liên kết hydro thay đổi từ 2,7 đến 3,1 Å (Văn Holde vàMathews, 1990). Khó khăn của các liên kết hydro có thể được biết đến trong việc đo vận tốctrao đổi của amit khi protein được hòa tan trong deuterium. Deuterium không hiển thị trongNMR quang phổ 1 H do đó cần nhiều thời gian hơn trước khi sự biến mất của đỉnh, proton traođổi dễ dàng hơn với các dung môi nên liên kết hydro cũng dễ hình thành hơn.Có nhiều loại ràng buộc cấu trúc khác có thể được sử dụng để xác định cấu trúc ba chiều củaprotein, nhưng chúng không được sử dụng trong nghiên cứu này.2.2.2.6. Protein động lựcTrạng thái nghỉ là quá trình mà các spin của các hạt nhân trong mẫu trở lại trạng thái cân bằngsau khi được kích thích. Trạng thái cân bằng là trạng thái mà mức năng lượng tương ứng vớimột phân bố Boltzmann. Tỷ lệ nghỉ chịu ảnh hưởng bởi tính chất vật lý và tính năng động củaphân tử đó. Do đó, một nghiên cứu của quá trình nghỉ sẽ cho ta biết các thuộc tính năng độngcủa các phân tử. Để mô tả các đặc tính này, ta cần đo một số thông sốThứ nhất, thời gian nghỉ T1 (đôi khi được gọi là theo chiều dọc hoặc spin mạng) đặc trưng chosự cân bằng năng lượng hạt nhân sau khi kích thích. Trạng thái nghỉ này là do tương tác vớimôi trường. Thời gian nghỉ ngang T 2 (còn gọi là spin-spin) cũng cho phép quay trở lại trạngthái cân bằng, nhưng dọc theo trục x và y (Levitt, năm 2001). Thôngthường, 15 NT 1 và 15 NT 2 được phân tích cho sự năng động của mạch.2.2.2.7. Tính toán của các cấu trúc ba chiềuSự mô phỏng cấu trúc ba chiều được thực hiện bằng cách sử dụng tất cả các thông tin đượcbiết cho đến nay trên protein. Trình tự protein và các ràng buộc cấu trúc đề cập ở trên là nhữngthành phần thiết yếu được sử dụng trong các phần mềm tính toán. Mục đích là để tạo ra mộttập hợp của các cấu trúc phù hợp với các giới hạn thử nghiệm, trong khi vẫn giữ được cấu trúchình học của các axit amin và các chúng tôi là một chương trình được phát triển trong những năm gần đây như chương trình tự độngphân tích các dữ liệu NMR. Nó làm tăng tốc viêc phân tích các dữ liệu thực nghiệm khác bằngcách quy về NOESY quang phổ. ARIA cũng là một hệ thống hiệu chuẩn của Noe (Linge et al,2001). 26
    23. 27. 27Sự mô phỏng các cấu trúc ở nhiệt độ cao cho phép nghiên cứu các cấu trúc đó mà không cầnđưa cả hệ đến nhiệt độ yêu cầu. Phương pháp này cho phép tạo ra cấu trúc để ổn định trướcmọi sự thay đổi nhiệt độ. Các cấu trúc ứng với năng lượng thấp nhất được lưu giữ cho phiênbản kế tiếp.Hình 2-20: Sơ đồ đại diện cho tính toán động học phân tử của các cấu trúc mô phỏng luyệnkim (MDSA) Hình từ chúng tôi một tính toán của cấu trúc ba chiều NMR, các cấu trúc được tạo ra được chồng lên đểxác định chất lượng và độ chính xác. Cấu trúc khác cũng tương tự, cộng với giá trị củaRMSD. RMSD có thể được tính trên mạch, các nguyên tử nặng (C, O, N, S) hoặc các phầnkhác nhau của chuỗi protein. RMSD được tính toán bằng cách sử dụng phương trình sau đây. 27
    24. 28. 28Phương trình 4: Phương trình của RMSD .N là số lượng mẫu. r i và r i ‘ đại diện cho cấu trúc.Các vùng N-cuối và C-cuối của protein thường có cấu cho RMSD cao hơn. Loops (vùng giữahai cấu trúc thứ cấp) thường có một khu vực cao hơn RMSD và có cấu trúc như xoắn α và cáctấm beta.Tài liệu tham khảo : 28
    25. 29. 29http://archimede.bibl.ulaval.ca/archimede/fichiers/21738/http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sonance_magn%C3%A9tique_nucl%C3%A9airehttp://glycobase.univ-lille1.fr/documents/livreRMN.PDFhttp://www.cours-medecine.info/biochimie/structure-proteines.htmlCông cụ hỗ trợ:https://www.google.com.vn/http://translate.google.com.vn/ 29

    --- Bài cũ hơn ---

  • Tìm Hiểu Về Gel Protein Và Cơ Chế Tạo Gel
  • Bài Tiểu Luận Phương Pháp Tạo Cấu Trúc Gel Của Các Protein Trong Các Thực Phẩm Giàu Protein
  • Vai Trò Của Protein Trong Cuộc Sống Nhom306Sh Ppt
  • Khái Niệm Và Cấu Trúc Enzyme
  • Chức Năng Và Sự Biến Tính Của Protein
  • Web hay
  • Links hay
  • Push
  • Chủ đề top 10
  • Chủ đề top 20
  • Chủ đề top 30
  • Chủ đề top 40
  • Chủ đề top 50
  • Chủ đề top 60
  • Chủ đề top 70
  • Chủ đề top 80
  • Chủ đề top 90
  • Chủ đề top 100
  • Bài viết top 10
  • Bài viết top 20
  • Bài viết top 30
  • Bài viết top 40
  • Bài viết top 50
  • Bài viết top 60
  • Bài viết top 70
  • Bài viết top 80
  • Bài viết top 90
  • Bài viết top 100