Giáo trình Hoá sinh học - Mai Xuân Lương

172 trang ngocly 4440

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hoá sinh học - Mai Xuân Lương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_hoa_sinh_hoc_mai_xuan_luong.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hoá sinh học - Mai Xuân Lương

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT F 7 G GIAÙO TRÌNH HOAÙ SINH HOÏC GS.TS. MAI XUAÂN LÖÔNG 2001
Hoaù sinh hoïc - 1 - MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC - 1 - MÔÛ ÑAÀU - 5 - CHÖÔNG 1. AMINOACID VAØ PROTEIN - 10 - I. AMINOACID - 10 - 1. Caáu taïo - 11 - 2. Hoaït tính quang hoïc - 13 - 3. Tính chaát löôõng tính. - 14 - 4. Caùc phaûn öùng hoùa hoïc ñaëc tröng - 16 - II. PEPTIDE - 19 - III. TÍNH CHAÁT CUÛA LIEÂN KEÁT PEPTIDE - 21 - IV. CAÙC LIEÂN KEÁT THÖÙ CAÁP TRONG PHAÂN TÖÛ PROTEIN. - 21 - V. CAÁU TRUÙC CUÛA PROTEIN - 23 - 1.Caáu truùc baäc moät - 23 - 2. Caáu truùc baäc hai. - 23 - 3. Caáu truùc baäc ba. - 25 - 4. Caáu truùc baäc boán - 25 - VI. TÍNH CHAÁT CUÛA PROTEIN. - 26 - 1. Tính chaát löôõng tính. - 26 - 2. Hoaït tính quang hoïc - 26 - 3. Tính hydrate-hoùa. - 26 - 4. Söï bieán tính cuûa protein - 27 - 5. Caùc phaûn öùng maøu ñaëc tröng. - 28 - 6. Hoaït tính vaø chöùc naêng sinh hoïc cuûa protein. - 28 - VII. PHAÂN LOAÏI PROTEIN. - 29 - VIII. PHAÂN GIAÛI PROTEIN - 31 - IX. PHAÂN GIAÛI AMINOACID. - 32 - 1.Chuyeån amin hoùa - 32 - 2. Desamin hoùa - 33 - 3. Decarboxyl hoùa - 34 - 4. Soá phaän cuûa ammoniac vaø chu trình urea. - 34 - 5. Dò hoùa aminoacid vaø chu trình acid tricarboxylic. - 35 - X. SINH TOÅNG HÔÏP AMINOACID - 36 - 1.Khöû nitrate vaø coá ñònh nitô. - 36 - 2. Amin hoùa khöû - 37 - 3. Toång hôïp caùc aminoacid thöù caáp. - 37 - XI. SINH TOÅNG HÔÏP PROTEIN - 38 - 1. Caùc yeáu toá caàn thieát cho sinh toång hôïp protein vaø caùc giai ñoaïn cuûa quaù trình naøy. - 38 - 2. Ñieàu hoøa sinh toång hôïp protein; moâ hình operon vaø lyù thuyeát ñieàu hoøa cuûa Jacob vaø Monod - 41 - GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 2 - CHÖÔNG 2. EMZYME - 45 - I. CAÙC BIEÅU THÖÙC DUØNG TRONG ENZYME HOÏC - 45 - II. BAÛN CHAÁT HOÙA HOÏC CUÛA ENZYME. - 45 - III. ÑOÄNG HOÏC CUÛA CAÙC PHAÛN ÖÙNG ENZYME. - 47 - IV. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA pH LEÂN HOAÏT TÍNH ENZYME. - 50 - V. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA NHIEÄT ÑOÄ LEÂN HOAÏT TÍNH ENZYME. - 51 - VI. HOAÏT HOÙA ENZYME. - 51 - VII. ÖÙC CHEÁ ENZYME - 52 - VIII. TÍNH ÑAËC HIEÄU CUÛA ENZYME - 57 - IX. DANH PHAÙP VAØ PHAÂN LOAÏI ENZYME - 58 - X. HEÄ THOÁNG MULTIENZYM VAØ VAI TROØ CUÛA ENZYME ÑIEÀU HOØA - 59 - XI. ISOENZYME - 61 - CHÖÔNG 3. KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ TRAO ÑOÅI CHAÁT - 63 - I. ÑOÀNG HOÙA VAØ DÒ HOÙA - 63 - II. CAÙC HÌNH THÖÙC VAÄN CHUYEÅN NAÊNG LÖÔÏNG TRONG TRAO ÑOÅI CHAÁT. - 65 - III. NAÊNG LÖÔÏNG SINH HOÏC VAØ CHU TRÌNH ATP - 66 - IV. VAÄN CHUYEÅN NAÊNG LÖÔÏNG TRONG CAÙC PHAÛN ÖÙNG OXY HOÙA – KHÖÛ - 70 - CHÖÔNG 4. GLUCID - 73 - I. MONOSACHARIDE (MONOSE) - 73 - 1. caáu taïo - 73 - 2. Tính chaát hoùa hoïc - 77 - II. OLIGOSACCHARIDE. - 80 - 1.Disacchride - 80 - 2.Trisaccharide. - 81 - 3.Tetrasaccharide. - 81 - III. POLYSACCHARIDE (POLYOSE) - 81 - 1.Homopolisaccharide. - 82 - 2.Heteropolysaccharide - 85 - IV. PHAÂN GIAÛI POLYSACCHARIDE - 88 - 1.Phaân giaûi tinh boät vaø glycogen - 88 - 2.Phaân giaûi caùc polysaccharide khaùc. - 90 - V. CHUYEÅN HOÙA TÖÔNG HOÃ GIÖÕA CAÙC MONOSE. - 90 - 1.Trao ñoåi (vaän chuyeån) caùc nhoùm glycosyl cuûa glycosylphosphate: - 90 - 2.Epimer hoùa: - 90 - 3.Oxy hoùa hexose vaø decarboxyl hoùa thaønh pentose: - 91 - VI. GLYCOLYS - 91 - VII. CHU TRÌNH PENTOSOPHOSPHATE - 95 - VIII. OXY HOÙA HIEÁU KHÍ GLUCID. - 96 - 1.Decarboxyl hoùa oxy hoùa acid pyruvic. - 96 - GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 3 - 2. Chu trình acid tricarboxylic (Chu trình Krebs) - 97 - 3. YÙ nghóa cuûa chu trình acid tricarboxylic. - 98 - 4. Caùc phaûn öùng buø ñaép. - 99 - IX. PHOSPHORYL HOÙA OXY HOÙA. - 99 - X. QUANG HÔÏP - 103 - 1. Phöông trình toång quaùt cuûa quang hôïp - 103 - 2. Khaùi nieäm veà tích chaát hai giai ñoaïn cuûa quang hôïp. - 104 - 3. Vai troø cuûa naêng löôïng aùnh saùng ñoái vôùi quang hôïp - 105 - 4. Cô sôû caáu truùc cuûa quang phosphoryl-hoùa. - 111 - 5. Coá ñònh CO2 trong pha toái cuûa quang hôïp - 113 - CHÖÔNG 5. LIPID - 117 - I. ACID BEÙO. - 117 - II.CAÙC ESTER CUÛA GLYCEROL. - 119 - 1.Lipid trung tính. - 119 - 2.Phosphatide - 122 - 3.Glycerogalactolipid vaø glycerosulfolipid - 123 - III. XPHINGOLIPID VAØ GLYCOLIPID. - 124 - IV. SAÙP - 125 - V. STEROL VAØ STEROID. - 126 - VI. SAÉC TOÁ QUANG HÔÏP. - 127 - 1.Chlorophyll. - 127 - 2. Caroteneoid - 128 - 3. Phycobilin. - 130 - VII. VITAMIN TAN TRONG LIPID - 131 - 1.Vitamin A. - 131 - 2.Vitamin D. - 132 - 3. Ubiquinone vaø plastoquinone. - 134 - VIII. PHAÂN GIAÛI LIPID - 135 - 1.Phaân giaûi lipid trung tính - 135 - 2.Oxy-hoùa acid beùo - 136 - 3. Theå cetone. - 142 - 4. Söû duïng lipid döï tröõ cho muïc ñích sinh toång hôïp. Chu trình glyoxylate. - 143 - IX. SINH TOÅNG HÔÏP ACID BEÙO - 144 - 1. Sinh toång hôïp acid beùo no - 144 - 2. Sinh toång hôïp acid beùo khoâng no - 146 - X. SINH TOÅNG HÔÏP TRIACYLGLYCERIN - 148 - XI. SINH TOÅNG HÔÏP GLYCEROPHOSPHOLIPID VAØ GLYCEROGALACTOLIDID. - 149 - XII. SINH TOÅNG HÔÏP SPHYINGOLIPID VAØ GLYCOLIPID. - 150 - XIII. SINH TOÅNG HÔÏP STERINE. - 151 - GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 4 - CHÖÔNG 6. NUCLEOTIDE VAØ ACID NUCLEIC - 153 - I. NUCLEOTIDE - 153 - II. POLYNUCLEOTIDE - 159 - III. ADN, NHIEÃM SAÉC THEÅ VAØ MAÄT MAÕ DI TRUYEÀN. - 160 - IV. ARN - 167 - 1.ARN thoâng tin (mARN) - 167 - 2. ARN vaän chuyeån (tARN) - 168 - 3. ARN ribosome (rARN) - 171 - V. PHAÂN GIAÛI ACID NUCLEIC - 172 - 1. Taùc duïng cuuûa exo- vaø endonuclease - 172 - 2. Taùc duïng cuûa acid vaø kieàm. - 174 - 3. Phaân giaûi nucleotide vaø nucleoside. - 174 - 4. Phaân giaûi pentose vaø base nitô. Caùc pentose tieáp tuïc chuyeån hoùa theo con ñöôøng chuyeån hoaù chung cuûa glucide - 174 - GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 5 - MÔÛ ÑAÀU LOGICH PHAÂN TÖÛ CUÛA VAÄT THEÅ SOÁNG VAØ NHIEÄM VUÏ CUÛA HOÙA SINH HOÏC Hoùa sinh hoïc coù theå ñöôïc xem nhö hoùa hoïc cuûa caùc vaät theå soáng. Moïi vaät theå soáng ñeàu ñöôïc caáu taïo töø nhöõng phaân töû voâ sinh song laïi coù nhöõng tính chaát raát ñaëc bieät maø theá giôùi voâ sinh khoâng coù. Ñoù laø: - Tính phöùc taïp vaø möùc ñoä toå chöùc cao. Trong caáu truùc phöùc taïp ñoù chöùa voâ soá caùc hôïp chaát hoùa hoïc vôùi caùc kieåu caáu truùc khaùc nhau. Trong khi ñoù moâi tröôøng xung quanh laø hoãn hôïp voâ traät töï cuûa caùc hôïp chaát khaù ñôn giaûn; - Moãi boä phaän taïo thaønh cuûa cô theå soáng (cô quan, moâ, teá baøo, caùc caáu truùc döôùi teá baøo vaø caùc phaân töû hoùa hoïc khaùc nhau) ñöôïc phaân coâng thöïc hieän caùc chöùc naêng xaùc ñònh; - Khaû naêng tieáp nhaän naêng löôïng vaø nguyeân lieäu töø moâi tröôøng vaø bieán hoùa noù ñeå söû duïng cho vieäc xaây döïng vaø duy trì caáu truùc phöùc taïp cuûa mình; trong khi ñoù caùc heä thoáng voâ sinh ñeàu bò phaân huûy neáu chuùng haáp thuï naêng löôïng; - Khaû naêng sinh saûn, töùc töï khoâi phuïc moät caùch chính xaùc ñeå taïo ra töø theá heä naøy ñeán theá heä khaùc nhöõng caù theå gioáng heät nhö mình (neáu traùnh ñöôïc caùc yeáu toá gaây bieán dò). Laø moät boä phaän khoâng theå taùch rôøi cuûa töï nhieân, vaät theå soáng khoâng theå khoâng chòu söï ñieàu khieån cuûa taát caû caùc quy luaät cuûa töï nhieân. Tuy vaäy, ngoaøi nhöõng quy luaät chung cuûa töï nhieân, caùc phaân töû trong cô theå soáng coøn töông taùc vôùi nhau vaø vôùi moâi tröôøng xung quanh treân cô sôû moät heä thoáng caùc nguyeân taéc ñaëc bieät maø ta coù theå goïi chung laø logich phaân töû cuûa vaät theå soáng. Ñoù laø moät heä thoáng nhöõng quy luaät cô baûn xaùc ñònh baûn chaát, chöùc naêng cuûa caùc phaân töû ñaëc bieät maø ta tìm thaáy trong cô theå soáng vaø söï töông taùc giöõa chuùng maø nhôø ñoù cô theå trôû neân coù khaû naêng töï toå chöùc vaø töï khoâi phuïc. Phaàn lôùn caùc thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cô theå soáng laø nhöõng hôïp chaát höõu cô maø trong ñoù carbon toàn taïi ôû daïng coù möùc ñoä khöû cao. Nhieàu phaân töû sinh hoïc coøn chöùa nitô. Hai nguyeân toá naøy ôû theá giôùi voâ sinh ít phoå bieán hôn vaø chæ toàn taïi ôû daïng nhöõng 2- - hôïp chaát ñôn giaûn nhö CO2, N2, CO3 , NO3 v.v Caùc hôïp chaát höõu cô trong cô theå soáng raát ña daïng vaø phaàn lôùn laø cöïc kyø phöùc taïp. Thaäm chí cô theå soáng ñôn giaûn nhaát laø vi khuaån, ví duï Escherichia coli, cuõng ñaõ chöùa tôùi 5000 loaïi hôïp chaát höõu cô khaùc nhau, trong ñoù coù khoaûng 3000 loaïi protein vaø 1000 loaïi acid nucleic. Trong nhöõng cô theå phöùc taïp hôn – ñoäng vaät vaø thöïc vaät – möùc ñoä ña daïng coøn cao hôn nhieàu. Ví duï, trong cô theå ngöôøi coù ñeán 5 trieäu loaïi protein, GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 6 - trong ñoù khoâng moät loaïi naøo gioáng hoaøn toaøn vôùi protein cuûa E. coli, maëc duø moät soá loaïi coù chöùc naêng gioáng nhau. Tuy nhieân duø cho caùc phaân töû sinh hoïc coù ña daïng vaø phöùc taïp ñeán ñaâu, taát caû chuùng ñeàu coù nguoàn goác raát ñôn giaûn: taát caû protein ñeàu ñöôïc hình thaønh töø 20 loaïi aminoacid, toaøn boä acid nucleic – töø 8 loaïi nucleotide chuû yeáu. Nhöõng phaân töû vaät lieäu xaây döïng ñôn giaûn naøy ñöôïc choïn loïc trong quaù trình tieán hoùa ñeå thöïc hieän khoâng phaûi chæ moät maø nhieàu chöùc naêng ñeå ñaûm baûo nguyeân taéc tieát kieäm toái ña. Trong cô theå soáng khoâng theå tìm thaáy moät hôïp chaát naøo maø khoâng ñaûm nhieäm ít nhaát moät chöùc naêng naøo ñoù. Töø nhöõng ñieàu noùi treân coù theå ruùt ra moät quy luaät: Tính ña daïng vaø phöùc taïp cuûa caùc phaân töû sinh hoïc ñeàu coù coäi nguoàn khaù ñôn giaûn: moïi cô theå soáng ñeàu coù nguoàn goác chung vaø ñöôïc taïo neân treân cô sôû tieát kieäm phaân töû. Moät khía caïnh ñaëc bieät khaùc cuûa cô theå soáng laø: baèng caùch naøo cô theå soáng coù theå taïo ra vaø duy trì ñöôïc tính traät töï vaø phöùc taïp cuûa caáu truùc trong khi moïi quaù trình vaät lyù vaø hoùa hoïc, theo ñònh luaät thöù hai cuûa nhieät ñoäng hoïc, ñeàu coù xu höôùng tieán tôùi choã maát traät töï vaø hoãn loaïn, töùc höôùng veà phía taêng entropy? Cô theå soáng khoâng theå khoâng tuaân theo caùc quy luaät cuûa töï nhieân, töùc chuùng khoâng theå xuaát hieän moät caùch töï phaùt töø söï hoãn loaïn. Noù cuõng khoâng theå taïo ra naêng löôïng töø choã khoâng coù gì, traùi vôùi ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng. Theá nhöng cô theå soáng coù moät tính chaát ñaëc thuø quan troïng laø coù khaû naêng tieáp nhaän naêng löôïng töø moâi tröôøng trong nhöõng ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp suaát cuï theå, bieán hoùa naêng löôïng ñoù thaønh daïng naêng löôïng thích hôïp cho baûn thaân chuùng. Naêng löôïng höõu ích maø cô theå soáng coù theå söû duïng ñöôïc goïi laø naêng löôïng töï do. Ñoù laø phaàn naêng löôïng coù theå taïo ra coâng trong ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp suaát khoâng ñoåi. Phaàn naêng löôïng maø teá baøo thaûi ra moâi tröôøng thöôøng laø ôû daïng nhieät. Ñieàu ñoù goùp phaàn laøm taêng entropy cuûa moâi tröôøng, töùc laøm taêng tính hoãn loaïn cuûa noù. Vaät theå soáng laø nhöõng heä thoáng hôû (theo caùch dieãn ñaït cuûa nhieät ñoäng hoïc), hay nhöõng heä thoáng caùch ly töông ñoái (theo caùch noùi cuûa ñieàu khieån hoïc). Caû hai caùch dieãn ñaït ñeàu coù nghóa laø nhöõng heä thoáng naøy coù söï lieân heä vôùi moâi tröôøng xung quanh, trong ñoù moâi tröôøng caàn cho cô theå soáng khoâng nhöõng nhö nguoàn naêng löôïng maø coøn laø nguoàn vaät lieäu xaây döïng. Ñaëc ñieåm cuûa loaïi heä thoáng naøy laø chuùng khoâng thieát laäp traïng thaùi caân baèng vôùi moâi tröôøng, maëc duø coù theå caûm giaùc raèng cô theå toàn taïi ôû traïng thaùi caân baèng vì khoâng nhaän thaáy coù söï bieán ñoåi khi quan saùt chuùng trong moät khoaûng thôøi gian naøo ñoù. Treân thöïc teá thì khoâng phaûi nhö vaäy. Cô theå soáng chæ coù theå thieát laäp traïng thaùi caân baèng ñoäng vôùi moâi tröôøng, töùc traïng thaùi maø toác ñoä vaän chuyeån vaät chaát vaø naêng löôïng töø moâi tröôøng vaøo heä thoáng caân baèng vôùi toác ñoä cuûa doøng ngöôïc laïi. Nhö vaäy, teá baøo laø moät heä thoáng hôû khoâng caân baèng, moät chieác maùy tieáp nhaän naêng löôïng töï do töø moâi tröôøng ñeå laøm taêng tính traät töï cuûa baûn thaân, ñoàng thôøi laøm taêng entropy cuûa moâi tröôøng. Maùy tieáp nhaän naêng löôïng naøy hoaït ñoäng vôùi hieäu suaát cao GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 7 - hôn nhieàu so vôùi moïi maùy moùc do con ngöôøi saùng cheá ra. Ñoù laø maët thöù hai cuûa nguyeân taéc tieát kieäm cuûa cô theå soáng. – tieát kieäm naêng löôïng. Cô cheá tieáp nhaän naêng löôïng cuûa cô theå soáng ñöôïc xaây döïng töø nhöõng hôïp chaát höõu cô töông ñoái keùm beàn vöõng, nhaïy caûm vôùi nhöõng ñieàu kieän thaùi cöïc nhö nhieät ñoä quaù cao, doøng ñieän quaù maïnh, ñoä pH quaù leäch veà phía kieàm hoaëc acid v.v Toaøn boä heä thoáng soáng, ví duï teá baøo, laø moät heä thoáng ñaúng nhieät. Vì theá chuùng khoâng theå duøng nhieät laøm nguoàn naêng löôïng. Noùi caùch khaùc, teá baøo laø nhöõng chieác maùy hoùa hoïc ñaúng nhieät. Chuùng chæ coù theå thu nhaän naêng löôïng töø moâi tröôøng ôû daïng hoùa naêng, sau ñoù bieán hoùa naêng löôïng naøy ñeå thöïc hieän caùc coâng hoùa hoïc trong vieäc toång hôïp caùc thaønh phaàn cuûa teá baøo, coâng thaåm thaáu trong vieäc vaän chuyeån vaät chaát, coâng cô hoïc trong ñoäng taùc co cô v.v Sôû dó teá baøo coù theå hoaït ñoäng nhö chieác maùy hoùa hoïc ñaúng nhieät laø nhôø chuùng chöùa moät heä thoáng caùc chaát xuùc taùc sinh hoïc goàm haøng ngaøn loaïi enzyme khaùc nhau. Ñoù laø nhöõng phaân töû protein coù khaû naêng xuùc taùc moät caùch ñaëc hieäu moät hoaëc moät soá phaûn öùng xaùc ñònh, laøm cho ôû ñieàu kieän aùp suaát vaø nhieät ñoä bình thöôøng cuûa teá baøo caùc bieán ñoåi hoùa hoïc vaãn coù theå xaûy ra vôùi toác ñoä vaø hieäu quaû raát cao. Nhôø tính ñaëc hieäu cao cuûa enzyme maø haøng loaït caùc phaûn öùng khaùc nhau coù theå xaûy ra ñoàng thôøi trong teá baøo. Tính ñaëc hieäu naøy laø söï theå hieän cuûa moät trong nhöõng nguyeân taéc raát quan troïng cuûa söï soáng – nguyeân taéc boå sung: moãi enzyme chæ coù theå tieáp nhaän cô chaát cuûa mình, töùc nhöõng cô chaát coù caáu taïo phaân töû phuø hôïp vôùi trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme aáy. Giöõa caùc phaûn öùng enzyme khaùc nhau trong teá baøo toàn taïi nhöõng moái lieân heä phöùc taïp. Saûn phaåm cuûa phaûn öùng naøy coù theå laø cô chaát cuûa phaûn öùng kia. Haøng loaït caùc phaûn öùng keá tuïc nhau nhö vaäy laàn löôït xaûy ra ñeå thöïc hieän nhöõng chöùc naêng xaùc ñònh. Nhöõng chuoãi phaûn öùng ñoù coøn coù theå taïo ra caùc maïch nhaùnh ñeå goùp phaàn hình thaønh neân caùc maïng löôùi vôùi nhöõng chöùc naêng sinh hoïc khaùc nhau. Toaøn boä nhöõng maïng löôùi ñoù keát hôïp vôùi nhau taïo neân moät heä thoáng thoáng nhaát caùc quaù trình hoùa hoïc trong teá baøo coù teân goïi laø trao ñoåi chaát. Nhôø moái lieân heä chaët cheõ giöõa caùc phaûn öùng enzyme maø naêng löôïng hoùa hoïc coù theå di chuyeån ñöôïc trong heä thoáng ñaúng nhieät. Naêng löôïng maø cô theå tieáp nhaän ñöôïc töø moâi tröôøng nhôø moái lieân heä naøy coù theå ñöôïc tích luõy laïi baèng caùch phosphoryl-hoùa adenosyldiphosphate (ADP) thaønh adenosyltriphosphate (ATP). Ngöôïc laïi, khi ATP bò phaân giaûi thaønh ADP seõ keøm theo giaûi phoùng naêng löôïng. Nhôø söï lieân heä giöõa caùc phaûn öùng enzyme naêng löôïng ñoù ñöôïc söû duïng ñeå toång hôïp caùc hôïp chaát khaùc nhau hoaëc ñeå thöïc hieän moät coâng naøo ñoù. Moái lieân heä giöõa caùc phaûn öùng enzyme coøn laø cô sôû ñeå taïo ra caùc heä thoáng ñieàu hoøa trong cô theå soáng, taïi ñoù toác ñoä cuûa moät phaûn öùng ñaëc hieäu coù theå ñöôïc ñieàu hoøa nhôø toác ñoä cuûa moät phaûn öùng khaùc. Nhôø cô cheá ñieàu hoøa ñoù moãi phaûn öùng chæ xaûy ra theo chieàu höôùng xaùc ñònh vôùi toác ñoä xaùc ñònh ñuû ñeå teá baøo duy trì traïng thaùi oån ñònh bình thöôøng cuûa mình. Trong nhöõng tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát söï tích luõy cuûa saûn phaåm GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 8 - trung gian (chaát trao ñoåi) vôùi haøm löôïng quaù möùc caàn thieát seõ coù taùc duïng nhö tín hieäu laøm giaûm toác ñoä cuûa chuoãi phaûn öùng taïo ra chuùng. Caùch ñieàu hoøa nhö vaäy ñöôïc goïi laø öùc cheá theo nguyeân taéc lieân heä ngöôïc. Nhöõng enzyme ñöùng ñaàu chuoãi phaûn öùng hoaëc ñöùng taïi ñieåm phaân nhaùnh thöôøng laø nhöõng enzyme ñieàu hoøa, tröïc tieáp bò öùc cheá bôûi saûn phaåm cuoái cuøng. Khaû naêng töï ñieàu hoøa cuûa teá baøo coøn theå hieän ôû choã noù töï ñieàu khieån söï toång hôïp heä thoáng enzyme cuûa mình. Khi teá baøo ñaõ nhaän ñöôïc töø moâi tröôøng moät saûn phaåm caàn thieát naøo ñoù, noù seõ taïm thôøi ñình chæ hoaït ñoäng cuûa heä thoáng enzyme voán caàn thieát ñeå taïo ra saûn phaåm ñoù. Ngöôïc laïi, khi tieáp nhaän töø moâi tröôøng moät cô chaát caàn phaûi ñöôïc tieáp tuïc bieán hoùa, teá baøo seõ ñöa heä thoáng toång hôïp nhöõng enzyme caàn thieát cho söï bieán hoùa ñoù vaøo hoaït ñoäng. Cuoái cuøng, trong soá nhöõng tính chaát kyø dieäu cuûa cô theå soáng, kyø dieäu nhaát laø khaû naêng sinh saûn, töùc khaû naêng taïo ra vôùi möùc ñoä chính xaùc haàu nhö tuyeät ñoái nhöõng caù theå ôû theá heä sau gioáng heät theá heä tröôùc. Hôn theá nöõa, nhöõng sai soùt ñoâi khi xaûy ra trong quaù trình sinh saûn coù theå laøm xuaát hieän ôû theá heä sau nhöõng daïng ñoät bieán khoâng phaûi luùc naøo cuõng coù haïi. Ngöôïc laïi, ñoät bieän laø moät yeáu toá quan troïng goùp phaàn laøm cho cô theå soáng ngaøy caøng hoaøn thieän, laø moät ñoäng löïc cuûa tieán hoùa. Khoù coù theå töôûng töôïng ñöôïc raèng moät khoái löôïng khoång loà thoâng tin di truyeàn caàn ñeå taùi taïo moät cô theå cöïc kyø phöùc taïp laïi coù theå goùi goïn trong nhaân cuûa teá baøo tröùng vaø tinh truøng beù nhoû ôû daïng traät töï cuûa caùc nucleotide trong phaân töû acid deoxyribonucleic (ADN) vôùi troïng löôïng khoâng quaù 6.10-12 gam. Tính chaát kyø dieäu naøy laø heä quaû cuûa söï phuø hôïp veà maët kích thöôùc giöõa maät maõ di truyeàn vôùi nhöõng boä phaän taïo thaønh cuûa phaân töû ADN, töùc cuõng laø heä quaû cuûa tính boå sung veà maët caáu truùc. Nhôø nguyeân taéc boå sung naøy maø moãi phaân töû ADN coù theå laøm khuoân ñeå ñuùc neân phaân töû ADN khaùc trong quaù trình coù teân laø nhaân maõ (replation) hoaëc taïo ra caùc phaân töû acid ribonucleic thoâng tin (mARN) trong quaù trình sao maõ (transcription). Cuõng chính nhôø nguyeân taéc naøy maø mARN coù theå laøm khuoân ñeå “ñuùc” neân caùc phaân töû protein trong quaù trình phieân maõ (translation). Keát quaû laø thoâng tin di truyeàn voán coù caáu truùc “moät chieàu” ôû daïng traät töï nucleotide trong phaân töû ADN ñöôïc bieán thaønh daïng thoâng tin “ba chieàu” ñaëc tröng cho moïi caáu truùc phaân töû vaø treân phaân töû cuûa vaät theå soáng. Traät töï nucleotide trong ADN quyeát ñònh traät töï aminoacid trong caùc phaân töû protein. Moãt traät töï aminoacid ñoù chöùa ñöïng nhöõng moái töông taùc vaät lyù vaø hoùa hoïc phöùc taïp, laøm cho phaân töû protein töï ñoäng taïo ra cho mình nhöõng kieåu caáu truùc khoâng gian oån ñònh vaø ñaëc hieäu, cho pheùp chuùng ñaûm nhaän nhöõng chöùc naêng nhaát ñònh trong heä thoáng caùc quaù trình hoaït ñoâng soáng cuûa teá baøo. Coù theå toùm taét nhöõng nguyeân taéc ñaõ trình baøy treân ñaây cuûa logich phaân töû cuûa vaät theå soáng moät caùch ngaén goïn nhö sau: Teá baøo laø moät heä thoáng ñaúng nhieät coù khaû naêng töï toå chöùc, töï ñieàu khieån vaø töï taùi taïo. Heä thoáng naøy ñöôïc hình thaønh töø moät soá lôùn caùc phaûn öùng voán lieân quan maät thieát vôùi nhau vaø ñöôïc thuùc ñaåy nhôø caùc chaát xuùc taùc höõu cô do baûn thaân teá baøo taïo ra. Moïi hoaït ñoäng cuûa teá baøo ñeàu tuaân thuû moät caùch GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 9 - nghieâm ngaët nguyeân taéc tieát kieäm toái ña veà vaät chaát cuõng nhö veà naêng löôïng vaø thoâng tin. Logich phaân töû cuûa vaät theå soáng hoaøn toaøn khoâng maâu thuaån vôùi baát kyø quy luaät vaät lyù vaø hoùa hoïc naøo cuõng nhö khoâng ñoøi hoûi phaûi phaùt bieåu nhöõng quy luaät môùi. Tuy nhieân, ñieàu quan troïng laø caùc cô cheá cuûa teá baøo soáng vaãn chæ taùc duïng trong phaïm vi cuûa nhöõng quy luaät ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa nhöõng maùy moùc do con ngöôøi taïo ra, song nhöõng phaûn öùng, nhöõng quaù trình xaûy ra trong teá baøo soáng hoaøn thieän hôn nhieàu so vôùi nhöõng chieác maùy töï ñoäng hieän ñaïi nhaát. Con ngöôøi ñang tieán gaàn ñeán choã hieåu bieát ñöôïc moät caùch saâu saéc nguoàn goác vaø söï tieán hoùa cuûa caùc phaân töû sinh hoïc, hieåu ñöôïc ñaày ñuû nhöõng phaûn öùng enzyme keát thaønh caùc quaù trình hoùa hoïc thoáng nhaát trong teá baøo. Vaø khi ñoù con ngöôøi seõ hieåu ñöôïc logich phaân töû cuûa vaät theå soáng xuaát hieän nhö theá naøo vaø chöùng minh ñöôïc nhöõng quy luaät cuûa noù. Hoùa sinh hoïc cuøng vôùi caùc lónh vöïc khaùc cuûa sinh hoïc hieän ñaïi vaø vôùi söï hoã trôï cuûa toaùn hoïc, vaät lyù hoïc, hoùa hoïc ñang höôùng veà muïc tieâu ñaày haáp daãn ñoù trong khi thöïc hieän nhieäm vuï ñaëc thuø cuûa mình laø nghieân cöùu nhöõng ñaëc ñieåm ñaõ ñöôïc moâ taû treân ñaây vôùi caùc möùc ñoä khaùc nhau: cô theå, cô quan, moâ, teá baøo, döôùi teá baøo, phaân töû vaø döôùi phaân töû. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 10 - CHÖÔNG 1. AMINOACID VAØ PROTEIN Protein laø cô sôû cho söï hình thaønh cuõng nhö duy trì caáu truùc vaø chöùc naêng cuûa caùc vaät theå soáng nhôø chuùng coù nhöõng ñaëc ñieåm maø baát kyø moät hôïp chaát höõu cô naøo khaùc cuõng khoâng theå coù ñöôïc. Ñoù laø: - Tính ña daïng voâ cuøng cuûa caáu truùc vaø song song vôùi noù laø tính ñaëc hieäu loaøi raát cao; - Tính ña daïng voâ cuøng cuûa caùc chuyeån hoùa vaät lyù vaø hoùa hoïc; - Khaû naêng töông taùc noäi phaân töû; - Khaû naêng phaûn öùng vôùi taùc ñoäng beân ngoaøi baèng caùch bieán ñoåi caáu hình cuûa phaân töû theo quy luaät nhaát ñònh vaø khoâi phuïc traïng thaùi ban ñaàu sau khi nhöõng taùc ñoäng ñoù khoâng coøn nöõa; - Khuynh höôùng töông taùc vôùi caùc hôïp chaát hoùa hoïc khaùc ñeå taïo neân nhöõng phuùc heä vaø caáu truùc treân phaân töû; - Söï toàn taïi cuûa tính chaát xuùc taùc sinh hoïc vaø caùc hoaït tính sinh hoïc khaùc. Trung bình, trong phaân töû protein coù 50-55% C, 21-24% O, 15-18% N, 6,5-7,5% H, 0-2,4% S, 0-2% P. Trong moät soá protein coøn coù chöùa Fe, Mg, I, Cu, Zn, Br, Mn, Ca v.v Do haøm löôïng nitô trung bình trong protein laø 16% neân ñeå bieát haøm löôïng protein trong maãu phaân tích, ngöôøi ta thöôøng xaùc ñònh haøm löôïng nitô roài nhaân vôùi heä soá 100/16, töùc 6,25. Protein ñöôïc caáu taïo töø 20 loaïi aminoacid khaùc nhau. I. AMINOACID. Aminoacid laø nhöõng acid höõu cô maïch beùo, voøng thôm hoaëc dò voøng coù chöùa ít nhaát moät nhoùm amin (-NH2). Trong töï nhieân coù khoaûng 150 loaïi aminoacid khaùc nhau nhöng chæ coù 20 loaïi trong soá chuùng tham gia caáu taïo neân phaân töû protein. Nhoùm amin trong 20 aminoacid naøy luoân gaén taïi nguyeân töû carbon α-, vì theá chuùng ñöôïc xeáp vaøo nhoùm α-aminoacid. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 11 - 1. Caáu taïo. Döïa vaøo caáu taïo vaø tính chaát cuûa goác R coù theå chia aminoacid thaønh nhöõng nhoùm sau ñaây (baûng 1.1): - Aminoacid chöùa goác R khoâng phaân cöïc hay kî nuôùc; - Aminoacid chöùa goác R phaân cöïc khoâng tích ñieän; - Aminoacid chöùa goác R tích ñieän aâm; - Aminoacid coù goác R tích ñieän döông. Baûng 1.1. Caáu taïo cuûa caùc aminoacid thöôøng gaëp trong protein. Teân goïi Caáu thöùc caáu taïo A. Aminoacid chöùa goác R khoâng phaân cöïc hay kî nuôùc Alanine NH2 (Ala, A) H3C -C-COOH H Valine H3C NH2 CH-C-COOH (Val) H3C H Leucine H3C NH2 HC-CH2-C-COOH (Leu) H3C H Isoleucine NH2 H3C-CH2-CH-CH2-C-COOH (Ile) CH3 H Proline CH2 H2C CH-COOH (Pro) H2C NH Phenylalanine NH2 -CH2-C-COOH (Phe) H Tryptophan NH2 -CH2-C-COOH (Trp) H NH Metionine NH2 H3C-S-CH2-CH2-C-COOH GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 12 - (Met) H B. Aminoacid chöùa goác R phaân cöïc khoâng tích ñieän Glycine NH2 (Gly, G) H -C-COOH H Serine NH2 (Ser, S) HO-CH2 -C-COOH H Baûng 1.1. Caáu taïo cuûa caùc aminoacid thöôøng gaëp trong protein (tieáp theo) Threonine NH2 (Thr, T) H3C-CH -C-COOH OH H Tyrosine NH2 (Tyr, Y) HO CH2-C-COOH H Cysteine NH2 (Cys, C) HS-CH2 -C-COOH H Asparagine O NH2 (Asn, N) H2N-C-CH2 -C-COOH H Glutamine O NH2 (Gln, Q) H2N-C-(CH2 )2-C-COOH H C. Aminoacid chöùa goác R tích ñieän aâm Acid asparaginic NH2 (Asp, D) HOOC-CH2-C-COOH H Acid glutamic NH2 (Glu, E) HOOC-(CH2)2-C-COOH H D. Aminoacid coù goác R tích ñieän döông Lysine NH2 (Lys, K) H2N-(CH2)4-C-COOH H GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 13 - Arginine NH NH2 (Arg, R) H2N-C- (CH2)3-C-COOH H NH2 Histidine -CH2-C-COOH (His, H) N NH H 2. Hoaït tính quang hoïc. Phaân töû cuûa moïi aminoacid tröø glycine ñeàu chöùa ít nhaát moät nguyeân töû carbon baát ñoái, do ñoù laø nhöõng hôïp chaát coù hoaït tính quang hoïc. Chuùng coù theå toàn taïi ôû caùc daïng ñoàng phaân laäp theå D hoaëc L. Tuy nhieân, trong töï nhieân haàu heát aminoacid ñeàu coù daïng L. Cô theå ñoäng thöïc vaät noùi chung chæ coù theå haáp thuï ñöôïc daïng naøy. Caùc daïng ñoàng phaân D vaø L cuûa moät aminoacid coù caáu truùc ñoái xöùng qua göông phaúng. E. Fisher dieãn taû hai daïng ñoàng phaân quang hoïc naøy nhö sau: Theo kieåu dieãn ñaït naøy lieân keát neùt ñaäm laø caùc lieân keát treân maët phaúng naèm ngang höôùng veà phía ngöôøi ñoïc, coøn caùc lieân keát neùt nhoû laø nhöõng lieân keát naèm phía treân (nhoùm –COOH) vaø phía döôùi (goác R) cuûa maët phaúng naøy. Ñeå thuaän tieän hôn, Fisher cuõng ñeà xuaát moät caùch dieãn ñaït khaùc goïi laø coâng thöc hình chieáu, trong ñoù caû 4 hoùa trò cuûa nguyeân töû carbon baát ñoái ñeàu ñöôïc bieåu dieãn baèng caùc gaïch noái neùt nhoû nhö nhau, vò trí cuûa caùc nguyeân töû vaø nhoùm nguyeân töû ñöôïc giöõ nguyeân nhö treân. Ví duï L-alanin ñöôïc bieåu dieãn nhö sau: GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 14 - Hoaït tính quang hoïc cuûa moät chaát lieân quan vôùi caáu truùc baát ñoái cuûa noù, hay noùi caùch khaùc, vôùi vò trí cuûa caùc nguyeân töû trong phaân töû cuûa chaát ñoù. Keát quaû laø moãi daïng ñoàng phaân quang hoïc coù khaû naêng xoay maët phaúng cuûa tía saùng phaân cöïc moät goùc nhaát ñònh sang traùi (-) hoaëc sang phaûi (+). Veà maët ñònh löôïng, hoaït tính quang hoïc ñöôïc theå hieän baèng giaù trò coù teân goïi laø ñoä quay rieâng: Giaù trò naøy phuï thuoäc nhieät ñoä vaø böôùc soùng cuûa tia saùng (thöôøng duøng tia D cuûa natri vôùi λ = 5461ℑ). Trong moãi daõy D hoaëc L ñeàu toàn taïi nhöõng ñaïi dieän coù hoaït tính (+) hoaëc (-) vôùi nhöõng giaù trò ñoä quay rieâng ñaëc tröng. Hoãn hôïp goàm 50% daïng D vaø 50% daïng L cuûa moät aminoacid naøo ñoù ñöôïc goïi laø rasemate. Hoaït tính quang hoïc cuûa hoãn hôïp ñoù baèng khoâng. 3. Tính chaát löôõng tính. Aminoacid coù ít nhaát hai nhoùm coù khaû naêng bò ion-hoùa: nhoùm α-carboxyl vôùi pK naèm giöõa 1,7 vaø 3,0 vaø nhoùm α-amin vôùi pK vaøo khoaûng 10. Trong dung dòch coù pH giöõa 4 vaø 7 aminoacid toàn taïi ôû daïng ion löôõng tính (zwisterion) khi caû hai nhoùm treân ñeàu bò ion hoùa: R – CH – COOH H+ + R – CH – COO- pH = 1,7 – 2,8 + + NH3 NH3 R – CH – COO- H+ + R – CH – COO- pH = 9 – 10,7 + NH3 NH2 Ngoaøi ra, moät soá aminoacid coøn chöùa caùc nhoùm ion-hoùa khaùc: - Caùc nhoùm β- vaø γ-carboxyl cuûa acid asparaginic vaø acid glutamic: R – COOH H+ + COO- pH = 4,3 - Nhoùm β-imidazol cuûa histidine: NH+ N H+ + pH = 6,1 NH NH - Nhoùm ε-amin cuûa lysine: + + R – NH3 H + NH2 pH = 10,5 - Nhoùm β-sulfhydril cuûa cysteine: R - SH H+ + R – S- pH = 8,1 – 8,3 - Nhoùm δ-guanidine cuûa arginine: GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 15 - + H2N – C – NH – R H + H2N – C – NH – R pH = 12,5 + NH2 NH Hình 1.1 trình baøy ñöôøng cong chuaån ñoä moâ taû söï ion-hoùa keá tieáp nhau cuøa lysine (aminoacid coù tính base) vaø acid asparaginic (aminoacid coù tính acid). Quaù trình phaân ly cuûa caùc nhoùm ion-hoùa trong phaân töû cuûa hai chaát naøy ñöôïc minh hoïa ôû caùc loaït phaûn öùng (1) vaø (2) : Hình 1.1. Ñöôøng cong chuaån ñoä cuûa lysine vaø acid asparaginic. (1) COOH OH- COO- OH- COO- OH- COO- + + + + + CHNH3 H CHNH3 H CHNH2 H CHNH2 (CH2)3 pK1=2,18 CH2)3 pK2=8,95 (CH2)3 pK3=10,53 CH2)3 + + + CH2NH3 CH2NH3 CH2NH3 CH2NH2 (2) COOH OH- COO- OH- COO- OH- COO- + + + + + + CHNH3 H CHNH3 H CHNH3 H CHNH2 CH2 pK1=2,01 CH2 pK2=3,80 CH2 pK3=9,93 CH2 COOH COOH COO- COO- ÔÛ pH sinh lyù caû hai nhoùm –NH2 cuûa lysine cuõng nhö nhoùm –COOH cuûa noù ñeàu bò ion-hoùa, taïo ra moät ñieän tích döông yeáu trong phaân töû. Cuõng ôû giaù trò pH naøy acid asparaginic mang ñieän tích aâm yeáu do söï phaân ly cuûa caùc nhoùm carboxyl cuûa noù. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 16 - Caùc giaù trò pK cuûa caùc aminoacid khaùc nhau ñöôïc giôùi thieäu trong baûng 1.2. Caàn nhôù raèng pK laø giaù trò aâm cuûa loga thaäp phaân cuûa haèng soá phaân ly K, trong ñoù: [A-] K = [H+] x ⎯⎯⎯ (HA laø aminoacid ôû traïng thaùi khoâng phaân ly) [HA] Theo phöông trình Henderson-Hasselbalch, pH, töùc giaù trò aâm cuûa loga thaäp phaân [A+] cuûa [H+], baèng pK + log ⎯⎯⎯ . [HA] Baûng 1.2. Giaù trò pK cuûa moät soá aminoacid. Aminoacid PK1 PK2 PK3 Aminoacid PK1 PK2 PK3 Gly 2,35 9,78 - Pro 2,20 10,60 - Ala 2,34 9,87 - HyPro* 1,92 9,73 - Ser 2,21 9,15 - Glu 2,19 4,28 9,66 Cys 1,96 8,18 10,28 Asp 2,09 3,87 8,82 Met 2,28 9,21 - His 1,77 6,10 8,17 Val 2,32 9,62 - Lys 2,18 8,95 10.53 Leu 2,36 9,60 - Arg 2,09 9,04 12,48 Ile 2,36 9,68 - Thr 2,63 10,40 - Tyr 2,60 9,10 10,10 Gln 2,17 9,13 - Phe 2,58 9,24 - Asn 2,02 8,80 - Trp 2,38 9,39 * - HyPro - Hydroxyproline Giaù trò pH maø taïi ñoù phaân töû aminoacid (hoaëc moät chaát ñieän phaân löôõng tính) mang soá ñieän tích aâm vaø döông nhö nhau ñöôïc goïi laø ñieåm ñaúng ñieän vaø kyù hieäu laø pHi. Taïi giaù trò naøy aminoacid khoâng di chuyeån trong ñieän tröôøng moät chieàu. Moãi aminoacid coù ñieåm ñaúng ñieän ñaëc tröng. Thoâng thöôøng, giaù trò cuûa pHi cuûa moät aminoacid laø giaù trò trung bình coäng cuûa caùc giaù trò pK cuûa noù. 4. Caùc phaûn öùng hoùa hoïc ñaëc tröng. Tính chaát hoùa hoïc ñaëc tröng cuûa aminoacid bao goàm caùc phaûn öùng lieân quan vôùi nhoùm α-carboxyl, α-amin vaø caùc nhoùm chöùc khaùc trong thaønh phaàn cuûa goác R. a/ Caùc phaûn öùng cuûa nhoùm α-carboxyl: - Phaûn öùng vôùi kieàm ñeå taïo ra muoái töông öùng: GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 17 - - R – CH – COO + NaOH ⎯⎯→ R – CH – COONa + H2O NH2 NH2 - Phaûn öùng vôùi röôïu ñeå taïo ester: R – CH – COOH + CH3 - CH2OH ⎯→ R – CH – C – O – CH2-CH3 + H2O NH2 N O Nhöõnbg ester naøy coù theå ngöng tuï khi ñun noùng ñeå taïo ra paûn phaåm maøu dicetopyperasine töông öùng: CHR 2 R – CH – COOR’ ⎯→ O = C NH + 2R’ -OH NH2 HN CO CHR Döôùi taùc duïng cuûa caùc taùc nhaân khöû maïnh, ví duï borhydrite natri, aminoacid bò khöû thaønh röôïu amine töông öùng: NaBH4 R – CH – COOH + CH3 - CH2OH ⎯⎯⎯⎯→ R – CH – CH2OH NH2 NH2 - Keát hôïp vôùi ammoniac ñeå taïo ra amide: NaBH4 R – CH – COOH + NH3 ⎯⎯⎯⎯→ R – CH – C - NH2 NH2 NH2 O Hai phaûn öùng naøy cuõng thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh traät töï aminoacid trong chuoãi polypeptide töø ñaàu taän cuøng chöùa nhoùm –COOH töï do (C-taän cuøng). b/ Caùc phaûn öùng cuûa nhoùm α-amine. - Phaûn öùng vôùi HNO2 taïo neân oxyacid töông öùng, nitô töï do vaø nöôùc: R – CH – COOH + HNO2 ⎯⎯⎯⎯→ R – CH – COOH + N2 + H2O NH2 OH Phaûn öùng vôùi aldehyde, ví duï pormaldehyde, ñeå taïo ra caùc hôïp chaát raát linh ñoäng coù teân chung laø hôïp chaát schiff: R – CH – COOH + CH2O ⎯⎯⎯⎯→ R – CH – COOH + H2O NH2 N=CH2 Hai phaûn öùng naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå ñònh löôïng aminoacid töï do. - Phaûn öùng vôùi ninhydrin: Khi ñun noùng vôùi ninhydrin ña soá aminoacid bò oxyhoùa vaø phaân giaûi thaønh anhydride töông öùng, CO2 vaø NH3. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 18 - Trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh NH3 ngöng tuï vôùi dicetohydrinden vaø vôùi phaân töû ninhydrin thöù hai ñeå taïo thaønh saûn phaåm maøm tím ñoû hay lam ñoû: Phaûn öùng naøy raát nhaïy vaø ñöôïc duøng ñeå ñònh löôïng aminoacid baèng phöông phaùp saéc kyù vaø ñieän di treân giaáy. Proline vaø oxyproline taïo ra vôùi ninhydrin caùc saûn phaåm maøu vaøng. - Phaûn öùng Sanger: Phaûn öùng naøy ñöôïc Sanger duøng ñeå xaùc ñònh traät töï aminoacid cuûa chuoãi polypeptide töø ñaàu N-taän cuøng, töùc ñaàu taän cuøng chöùa nhoùm NH2 töï do. Phaûn öùng vôùi 1-dimethylaminophtalin-β-sulfonylchloride (goïi taét laø dansyl- chloride): - Phaûn öùng Edman: α-Aminoacid phaûn öùng vôùi phenylisothiocianate ñeå taïo ra caùc daãn xuaát phenylthio-hydatoyl töông öùng: GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 19 - Hai phaûn öùng cuoái cuøngñöôïc söû duïng vôùi muïc ñích nhö phaûn öùng Sanger. c/ Caùc phaûn öùng cuûa goác R. Goác R cuûa caùc aminoacid khaùc nhau chöùa caùc nhoùm hoaït ñoäng khaùc nhau nhö ñaõ giôùi thieäu ôû muïc (1). Caùc phaûn öùng vôùi söï tham gia cuûa chuùng raát ña daïng vaø laø yeáu toá quan troïng goùp phaàn xaùc ñònh ñaëc ñieåm caáu truùc vaø hoaït tính sinh hoïc cuûa protein. Chuùng seõ ñöôïc xem xeùt tôùi sau trong caùc muïc IV vaø VI. II. PEPTIDE. Peptide laø nhöõng hôïp chaát ñöôïc hình thaønh töø ít nhaát hai phaân töû aminoacid, trong ñoù nhoùm α-amine cuûa aminoacid naøy keát hôïp vôùi nhoùm α-carboxyl cuûa aminoacid kia baèng lieân keát -CO-NH- (lieân keát peptide): Tuøy thuoäc soá goác aminoacid trong phaân töû, ngöôøi ta phaân bieät di-, tri-, tetrapeptide v.v Nhöõng peptide chöùa töø hai ñeán khoaûng 10 goác aminoacid ñöôïc goïi chung laø oligopeptide. Neáu soá goác aminoacid ñaït ñeán haøng traêm, ta coù polypeptide – cô sôû caáu truùc cuûa protein. Ñeå goïi teân caùc peptide phaân töû nhoû, ngöôøi ta gheùp laàn löôït töø ñaàu N-taän cuøng teân cuûa caùc goác aminoacid, trong ñoù ñuoâi “-ine” ñöôïc ñoåi thaønh “-yl”; rieâng teân cuûa aminoacid C-taän cuøng ñöôïc giöõ nguyeân. Ví duï glycylalanin, glycylalanylserin v.v Trong töï nhieân ñaõ phaùt hieän ñöôïc nhieàu peptide khaùc nhau coù vai troø sinh hoïc raát quan troïng nhö glutation, oxytosin,vasopresin Glutation (γ-glutamylcysteylglycine) laø moät tripeptide coù caáu taïo nhö sau: HOOC – CH – CH2 – CH2 – CO – NH – CH – CO – NH – CH2 – C00H NH2 CH2SH Goác acid glutamic Goác cysteine Goác glycine Glutation coù vai troø quan troïng trong hoâ haáp. Tröø daïng khöû treân ñaây noù coù theå chuyeån hoùa thuaän nghòch thaønh daïng oxy hoùa: GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 20 - HOOC – CH – CH2 – CH2 – CO – NH – CH – CO – NH – CH2 – C00H NH2 CH2 S S NH2 CH2 HOOC – CH – CH2 – CH2 – CO – NH – CH – CO – NH – CH2 – C00H Nhôø söï chuyeån hoùa thuaän nghòch naøy maø glutation coù theå tham gia trong quaù trình vaän chuyeån ñieän töû trong teá baøo. Oxytosin vaø vasopresin laø caùc hormone cuûa thuøy sau tuyeán yeân. Chuùng ñöôïc hình thaønh töø 9 goác aminoacid. Vasopresin coù taùc duïng laøm taêng huyeát aùp, öùc cheá söï hình thaønh nöôùc tieåu. Oxytosin aûnh höôûng ñeán söï co boùp cuûa daï con vaø caùc cô trôn khaùc GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 21 - III. TÍNH CHAÁT CUÛA LIEÂN KEÁT PEPTIDE. Lieân keát C-N trong lieân keát peptide khoâng theå xoay töï do vaø mang tính chaát trung gian giöõa lieân keát ñoâi vaø lieân keát ñôn. Khoaûng caùch giöõa C va N trong lieân keát peptide baèng 0,13nm, töùc ngaén hôn lieân keát bình thöôøng giöõa nguyeân töû carbon α- vaø nguyeân töû nitô keá caän (0,15nm vaø daøi hôn lieân keát ñoâi thöïc thuï giöõa C vaø N (0,125nm). Boán nguyeân töû cuûa lieân keát peptide vaø hai nguyeân töû carbon α- luoân naèm treân cuøng moät maët phaúng, trong ñoù oxy cuûa nhoùm carbonyl vaø hydro cuûa nhoùm amin naèm ôû vò trí trans ñoái vôùi nhau. Hình 1.2. Caáu taïo cuûa lieân keát peptide. Hình I.2. Caáu taïo cuûa lieân keàt peptide. Goác R vaø nguyeân töû hydro ñính vôùi C-α naèm ôû hai phía ñoái dieän cuûa maët phaúng vaø taïo vôùi maët phaúng naøy moät goùc 109o28’. Khaùc vôùi lieân keát giöõa C vaø N trong lieân keát peptide, lieân keát giöõa C-α vaø N trong chuoãi peptide coù theå xoay töï do vaø quyeát ñònh daïng caáu truùc cuûa phaân töû protein (hình 1.2). Cuõng do tính chaát trung gian naøy neân chuoãi peptide coù theå toàn taïi ôû caû hai daïng cetone vaø enol (tính chaát hoã bieán): -NH-CH-C-NH-CH-C-NH- =N-CH-C=N-CH-C=N- R O R O R OH R OH Nhôø tính hoã bieán naøy maø khaû naêng phaûn öùng cuûa phaân töû protein taêng leân ñaùng keå. IV. CAÙC LIEÂN KEÁT THÖÙ CAÁP TRONG PHAÂN TÖÛ PROTEIN. Ngoaøi lieân keát peptide coù nhieäm vuï noái caùc aminoacid vôùi nhau ñeå taïo neân chuoãi polypeptide, trong phaân töû protein coøn xuaát hieäh nhieàu kieåu lieân keát thöù caáp goùp phaàn laøm oån ñònh phaân töû vaø quy ñònh daïng caáu truùc cuûa phaân töû. Nhöõng lieân keát naøy hình GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 22 - thaønh ñöôïc laø do söï toàn taïi cuûa caùc nhoùm chöùc raát ña daïng trong caùc goác R vôùi nhöõng khaû naêng phaûn öùng vaø töông taùc khaùc nhau (hình 1.3): Lieân keát ion giöõa caùc nhoùm tích ñieän traùi daáu; Lieân keát disulfide giöõa caùc nhoùm –SH cuûa cysteine thuoäc cuøng moät chuoãi polypeptide hoaëc giöõa caùc chuoãi polypeptide khaùc nhau; Lieân keát ester giöõa nhoùm hyroxyl cuûa serine hay threonine vôùi nhoùm β- vaø γ- cuûa caùc aminoacid dicarboxylic; - Lieân keát hydro giöõa caùc nhoùm C=O vaø N-H thuoäc caùc lieân keát peptide hoaëc giöõa H vaø O ôû traïng thaùi lieân keát ñoàng hoùa trò thuoäc caùc nhoùm chöùc trong moät soá goác R (ví duï giöõa nhoùm γ-COOH cuûa goác acid glutamic vaø nhoùm ε-amin cuûa goác lysine). - Lieân keát kî nöôùc giöõa caùc nhoùm khoâng phaân cöïc (coù tính kî nöôùc) chi chuùng bò dung moâi (nöôùc) xoâ ñaåy. Trong tröôøng hôïp ñoù chuùng coù xu höôùng taäp hôïp laïi vaø gaén boù vôùi nhau. Cuõng nhö lieân keát hydro, lieân keát kî nöôùc coù naêng löôïng khoâng lôùn. Tuy vaäy, do toàn taïi vôùi soá löôïng nhieàu neân vai troø cuûa hai kieåu lieân keát naøy, ñaëc bieät laø lieân keát hydro, khoâng keùm quan troïng so vôùi caùc kieåu lieân keát thöù caáp khaùc trong vieäc xaùc ñònh caáu truùc, tính chaát vaø chöùc naêng cuûa protein. Hình 1.3. Caùc kieåu lieân keát thöù caáp trong phaân töû protein: (1)– Lieân keát hydro; (2) – Lieân keát kî nöôùc; (3) – Lieân keát ion (4) – Lieân keát disulfide; (5) – Lieân keát ester. Trong vieäc laøm oån ñònh caáu truùc cuûa phaân töû protein coøn coù vai troø cuûa löïc Vandervaals, töùc löïc haáp daãn giöõa caùc nguyeân töû xuaát hieän do söï thaêng giaùng ñieän theá voán ñöôïc caûm öùng khi khoaûng caùch giöõa chuùng vöøa ñuû ñeå laøm xuaát hieän löïc haáp daãn tónh ñieän giöõa caùc ñieän töû tích ñieän aâm cuûa nguyeân töû naøy vôùi nhaân tích ñieän döông cuûa nguyeân töû khaùc. Do nhaân bò bao boïc bôûi lôùp ñieän töû neân löïc Vandervaals raát yeáu (1-2 Kcal/mol). Trong ñieàu kieän nhieät ñoä sinh lyù löïc haáp daãn Vandervaals seõ coù hieäu löïc nhaát neáu nhieàu nguyeân töû cuûa moät phaân töû töông taùc moät caùch ñoàng thôøi vôùi nhieåu nguyeân töû cuûa phaân töû khaùc. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 23 - V. CAÁU TRUÙC CUÛA PROTEIN. 1.Caáu truùc baäc moät. Ngöôøi ta goïi caáu truùc baäc moät cuûa protein laø thaønh phaàn vaø traät töï saép xeáp cuûa caùc goác aminoacid trong chuoãi polypeptide. Tính ña daïng cuûa protein ñöôïc theå hieän chuû yeáu ôû tính ña daïng trong caáu truùc baäc moät cuûa chuùng, vì moãi loaïi protein coù caáu truùc baäc moät hoaøn toaøn xaùc ñònh vaø ñaëc tröng. Moät söï nhaàm laãn nhoû trong caáu truùc baäc moät lieân quan ñeán moät trong soá haøng traêm goác aminoacid cuõng ñuû ñeå laøm cho tính chaát cuûa protein bieán ñoåi ñaùng keå vaø gaây ra nhöõng beänh phaân töû raát traàm troïng. Ví duï ñieån hình cho loaïi beänh phaân töû naøy laø beänh thieáu maùu hoàng caàu lieàm. Hemoglobin cuûa ngöôøi maéc beänh naøy (HbS) chæ khaùc vôùi hemoglobin cuûa ngöôøi khoûe (HbA) ôû choã goác acide glutamic ôû vò trí thöù 6 cuûa moät trong hai chuoãi polypeptide cuûa hemoglobin (chuoãi β-) ñaõ bò thay theá bôùi goác valine: HbAH2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys- HbS:H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys- Söï “nhaàm laãn” naøy ñaõ laøm cho tính chaát lyù hoùa cuûa hemoglobin bieán ñoåi. Töø daïng hình caàu noù chuyeån thaønh daïng löôõi lieàm vaø khoâng coøn khaû naêng vaän chuyeån oxy nöõa. Xaùc ñònh caáu truùc baäc moät cuûa protein ñöôïc thöïc hieän chuû yeáu treân cô sôû caùc phaûn öùng Sanger, Dansyl, Edman vaø moät soá phaûn öùng khaùc keát hôïp vôùi phöông phaùp ñieän di, saéc kyù, thuûy phaân baèng enzyme v.v Ñaëc bieät, phaûn öùng Edman laø cô sôû hoaït ñoäng cuûa maùy phaân tích aminoacid töï ñoäng, vì sau khi taïo ra phenylhydantoyl chuoãi peptide vöøa bò ruùt ngaén moät goác aminoacid töø ñaàu N-taän cuøng laïi tieáp tuïc voøng phaûn öùng khaùc vôøi phenylisothiocianate. 2. Caáu truùc baäc hai. Danh töø “caáu truùc baäc hai” ñöôïc duøng ñeå chæ caùc traïng thaùi caáu truùc xoaén α- vaø duoãi thaúng β- cuûa chuoãi polypeptide (hình 1.4). Caáu truùc xoaén α- laø kieåu saép xeáp trong khoâng gian quan troïng vaø thöôøng gaëp nhaát cuûa caùc phaân töû protein hình caàu. Noù cuõng ñaëc tröng cho α-keratin cuûa toùc, loâng cöøu, moùng, söøng (protein sôïi). Chuoãi polypeptide cuoän xung quanh moät truïc töôûng töôïng theo chieàu quay phaûi (chieàu kim ñoàng hoà neáu nhìn töø ñaàu N-taän cuøng). Moãi voøng xoaén goàm 3,6 goác aminoacid. Nhö vaäy, cöù 18 goác aminoacid taïo ra 5 voøng xoaén troïn veïn. Moãi böôùc cuûa maïch xoaén daøi 0,54nm, do ñoù chieàu daøi cuûa moãi aminoacid treân truïc laø 0,54 : 3,6 = 0,15nm. Caáu truùc naøy hình thaønh ñöôïc laø do söï saép xeáp treân maët phaúng moät caùch coá ñònh cuûa lieân keát peptide vaø khaû naêng xoay töï do cuûa Cα keá caän. Hai maët phaúng coù chung nguyeân töû Cα giao nhau vôùi goác 108o. Söï toàn taïi cuûa voâ soá caùc lieân keát hydro trong chuoãi polypeptide laøm cho caáu hình cuûa phaân töû ñöôïc oån GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 24 - ñònh. Caáu truùc oån ñònh nhaát cuûa phaân töû protein coù ñöôïc khi soá löôïng lieân keát hydro lôùn nhaát. Caùc goác R toûa ra töø chu vi cuûa oáng truïc töôûng töôïng. Noùi chung, caùc goác aminoacid kî nöôùc xoay vaøo phía trong, coøn nhöõng goác öa nöôùc höôùng ra ngoaøi. Trong caùc phaân töû protein hình caàu khu vöïc xoaén α chæ chieám moät phaàn nhaát ñònh (ví duï 75% ôû myoglobin), phuï thuoäc pH cuûa moâi tröôøng vaø thaønh phaàn aminoacid. Nhöõng khu vöïc chöùa isoleucine, proline vaø glycine khoâng coù caáu truùc xoaén α. Hình 1.4. Caùc kieåu caáu truùc baäc hai cuûa protein. Caáu truùc duoãi β toàn taïi trong fibroin cuûa tô vaø β-keratin. Theo kieåu caáu truùc naøy caùc chuoãi polypeptide ôû traïng thaùi haàu nhö duoãi thaúng naèm song song nhau vaø ngöôïc chieàu nhau. Traùi vôùi caáu truùc α, trong caáu truùc β caùc lieân keát hydro hình thaønh giöõa caùc chuoãi polypeptide khaùc nhau. Caùc goác R höôùng thaúng goùc vôùi maët phaúng lieân keát peptide veà phía treân vaø phía döôùi. Phoái hôïp moät soá daõy nhö vaäy seõ taïo neân caáu truùc daïng toå ong cuûa protein. Ngoaøi hai kieåu caáu truùc treân ñaây coøn coù moät kieåu caáu truùc baäc hai khaùc ñaëc tröng cho protein sôïi colagen. Loaïi protein naøy chöùa 1/3 glycine vaø ¼ proline neân khoâng theå taïo neân caáu truùc α. Keát quaû phaân tích caáu truùc baèng tia Rông-ghen cho thaáy trong sôïi colagen cöù 3 chuoãi polypeptide cuoän laïi vôùi nhau taïo ra moät daïng ñôn vò coù teân goïi laø tropocolagen. Caùc ñôn vò tropocolagen naøy saép xeáp trong sôïi colagen cuûa gaân theo töøng baäc leäch nhau khoaûng 60-70nm. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 25 - 3. Caáu truùc baäc ba. Caáu truùc baäc ba laø caáu hình khoâng gian cuûa chuoãi polypeptide. Noù ñöôïc xaùc ñònh bôûi caáu truùc baäc moät vaø baäc hai. Caáu truùc baäc ba hình thaønh moät caùch töï phaùt phuï thuoäc vaøo kích thöôùc, hình daïng vaø tính phaân cöïc cuûa caùc goác aminoacid. Nhöõng goác naøy töông taùc vôùi nhau vaø vôùi caùc phaân töû dung moâi vaø baèng caùch ñoù laøm suy yeáu khaû naêng xoay töï do cuûa caùc lieân keát trong chuoãi polypeptide. Söï töông taùc ñoù ñöôïc thöïc hieän baèng caùc kieåu lieân keát disulfide, ester, hydro vaø töông taùc kî nöôùc. Caùc chuoãi polypeptide cuûa protein hình caàu ñöôïc caáu taïo thaønh khoái moät caùch raén chaéc. Ví duï phaân töû myoglobin (goàm moät chuoãi polypeptide duy nhaát vôùi troïng löôïng phaân töû 16.700, chöùa 153 goác aminoacid) ñöôïc boù chaët ñeán möùc trong loøng noù chæ coù theå chöùa 4 phaân töû nöôùc. Taát caû caùc goác R coù tính phaân cöïc ñöôïc saép xeáp ôû maët ngoaøi ôû daïng hydrate-hoùa coøn haàu heát caùc goác R khoâng phaân cöïc coù tính kî nöôùc naèm trong loøng phaân töû ñeå traùnh tieáp xuùc vôùi nöôùc. Nhöõng goác aminoacid khoâng coù khaû naêng taïo caáu truùc xoaén α naèm taïi nhöõng nôi chuoãi polypeptide bò gaáp khuùc. Tính chaát sinh hoïc cuûa protein phuï thuoäc khoâng nhöõng vaøo caáu truùc baäc moät, baäc hai maø caû vaøo caáu truùc baäc ba cuûa chuùng. Caùc yeáu toá phaù vôõ caáu truùc baäc ba ñeàu laøm maát hoaït tính sinh hoïc cuûa protein. 4. Caáu truùc baäc boán. Phaân töû cuûa ña soá protein vôùi troïng löôïng phaân töû treân 50.000 thöôøng ñöôïc ñöôïc caáu taïo töø hai chuoãi polypeptide trôû leân. Nhöõng chuoãi polypeptide naøy ñöôïc gaén vôùi nhau baèng caùc loaïi lieân keát yeáu nhö lieân keát hydro, lieân keát kî nöôùc hoaëc caùc loaïi lieân keát maïnh hôn nhö lieân keát ester, lieân keát disulfide v.v Moãi chuoãi polypeptide vôùi caáu truùc baäc moät, baäc hai vaø baäc ba xaùc ñònh taïo thaønh moät phaàn döôùi ñôn vò. Nhöõng phaàn döôùi ñôn vò ñoù keát hôïp vôùi nhau ñeå taïo neân phaân töû protein hoaøn chænh. Caùc saép xeáp ñaëc tröng trong khoâng gian cuûa caùc phaàn döôùi ñôn vò trong moãi phaân töû protein hoaøn chænh loaïi naøy ñöôïc goïi laø caáu truùc baäc boán cuûa protein ñoù. Ví duï ñieån hình cho nhöõng protein coù caáu truùc baäc boán laø hemoglobin (M=68.000) ñöôïc caáu taïo bôûi 4 chuoãi polypeptide - 2 chuoãi α vaø 2 chuoãi β. Chuoãi α chöùa 141 goác aminoacid, coøn chuoãi β - 146 goác. Moãi chuoãi gaén vôùi moät phaân töû hem. Caû 4 phaàn döôùi ñôn vò saép xeáp töông hoã nhau theo quy luaät hoaøn toaøn xaùc ñònh, laøm cho phaân töû hemoglobin coù daïng gaàn nhö hình caàu vôùi kích thöôùc 50 x 50 x 64 ℑ. Trong nhieàu tröôøng hôïp caùc phaàn döôùi ñôn vò coù theå hình thaønh töø moät soá chuoãi polypeptide. Khi ñoù moãi chuoãi polypeptide ñöôïc goïi laø protomer, coøn phaàn döôùi ñôn vò ñöôïc goïi laø oligomer. Nhöõng oligomer naøy keát hôïp vôùi nhau thaønh moät phaân töû protein coù caáu truùc baäc boán hoaøn chænh. Ñoù laø tröôøng hôïp cuûa glutamate dehydrogenase cuûa gan boø. Enzyme naøy (M=2,2 x 106) caáu taïo bôûi 8 oligomer vôùi M=280.000. Moãi oligomer naøy laïi ñöôïc hình thaønh töø moät soá chuoãi polypeptide vôùi troïng löôïng phaân töû khoaûng 50.000. Baûn thaân hemoglobin cuõng coù theå phaân ly thaønh 2 oligomer, moãi oligomer chöùa moät chuoãi α vaø moät chuoãi β. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 26 - Caùc phaân töû protein coù caáu truùc baäc boán trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh phaân ly thaønh caùc phaàn döôùi ñôn vò; trong nhöõng ñieàu kieän khaùc nhöõng phaàn döôùi ñôn vò naøy laïi keát hôïp vôùi nhau thaønh nhöõng phaân töû ban ñaàu. Quaù trình phaân ly vaø keát hôïp naøy keøm theo söï bieán ñoåi tính chaát sinh hoïc cuûa protein. Hoaït tính sinh hoïc cuõng phuï thuoäc vaøo caùc kieåu toå hôïp khaùc nhau cuûa caùc phaàn döôùi ñôn vò. Moái lieân quan naøy giöõa caáu truùc baäc boán vaø tính chaát cuûa protein laø cô sôû cuûa nhieàu quaù trình ñieàu hoøa trong teá baøo. Nhöõng enzyme then choát mang chöùc naêng ñieàu hoøa caùc quaù trình trao ñoåi chaát ñeàu laø nhöõng enzyme coù caáu truùc baäc boán. Söï toàn taïi protein coù caáu truùc baäc boán coøn laø yeáu toá goùp phaàn khaéc phuïc taùc haïi cuûa nhöõng söï nhaàm laãn trong quaù trình sinh toång hôïp protein. Ñoù cuõng laø moät phöông tieän ñeå tieát kieäm ADN vaø ARN thoâng tin. VI. TÍNH CHAÁT CUÛA PROTEIN. 1. Tính chaát löôõng tính. Trong dung dòch, cuõng nhö aminoacid, protein toån taïi ôû daïng ion löôõng cöïc. Tuy nhieân, khaùc vôùi aminoacid, tính chaát löôõng tính cuûa protein ñöôïc quyeát ñònh bôûi caùc goác R coù khaû naêng ion-hoùa. Caùc nhoùm α-carboxyl vaø α-amin taän cuøng do chieám tyû leä raát ít trong phaân töû protein neân aûnh höôûng khoâng ñaùng keå ñeán tính chaát naøy. Moãi protein coù moät ñieåm ñaúng ñieän ñaëc tröng. Taïi ñieåm ñaúng ñieän protein raát deã bò keát tuûa. Tính chaát löôõng tính ñöôïc söû duïng ñeå taùch vaø tinh cheá protein treân cô sôû phöông phaùp ñieän di. 2. Hoaït tính quang hoïc. Protein laø nhöõng hôïp chaát coù hoaït tính quang hoïc do trong phaân töû chöùa nhieàu nguyeân töû carbon baát ñoái. Tuy nhieân, ñoä quay toång soá cuûa chuoãi polypeptide khoâng phaûi laø pheùp coäng ñôn giaûn ñoä quay cuûa toaøn boä aminoacid trong thaønh phaàn cuûa noù. Protein thöôøng coù ñoä quay phaûi lôùn hôn. Möùc “quay phaûi thöøa” toái ña ñöôïc ghi nhaän khi chuoãi polypeptide coù daïng xoaén α. Khi chuoãi polypeptide ôû traïng thaùi hoãn ñoän thì khoâng nhaän thaáy coù söï cheânh leäch naøy. Vì vaäy, treân cô sôû hoaït tính quang hoïc coù theå xaùc ñònh tyû leä khu vöïc xoaén α trong phaân töû protein vaø nghieân cöùu caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán söï hình thaønh vaø phaù vôõ caáu truùc ñoù. 3. Tính hydrate-hoùa. Protein lieân keát chaët cheõ vôùi nöôùc trong cô theå nhôø phaân töû cuûa chuùng coù chöùa caùc nhoùm öa nöôùc nhö –COOH, -OH, -NH2 v.v Nhöõng nhoùm naøy loâi cuoán caùc phaân töû nöôùc voán coù tính phaân cöïc veà phía mình. Nhôø ñoù hình thaønh moät lôùp nöôùc xung quanh phaân töû protein. Nhôø vaäy dung dònh protein khaù beàn vöõng vaø khoù bò keát tuûa. Hieän töôïng naøy ñöôïc goïi laø söï hydrate hoùa. Chính nhôø lôùp nöôùc hydrate-hoùa bao boïc xung quanh neân maëc duø taïi ñieåm ñaúng ñieän protein deã bò keát tuûa nhöng noùi chung töï baûn thaân noù seõ khoâng bò keát tuûa. Neáu loaïi tröø lôùp nöôùc naøy caùc phaân töû protein seõ coù GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 27 - ñieàu kieän tieáp caän nhau, phoái hôïp laïi thaønh nhöõng haït lôùn ñeå cuoái cuøng vöôït khoûi giôùi haïn kích thöôùc cuûa caùc haït keo vaø do ñoù bò keát tuûa. Vieäc ruùt nöôùc coù theå thöïc hieän nhôø muoái (dieâm tích) hoaëc caùc dung moâi höõu cô coù tính huùt nöôùc maïnh nhö ethanol, acetone v.v Neáu vieäc ruùt nöôùc ñöôïc thöïc hieän trong ñieàu kieän eâm dòu (ví duï nhieät ñoä thaáp), thì tuûa protein vaãn giöõ ñöôïc khaû naêng hoøa tan trôû laïi cuøng vôùi ñaày ñuû caùc tính chaát nguyeân thuûy cuûa noù. Dung dòch protein trong nöôùc laø moät daïng dung dòch keo (sol). Trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh sol bò maát nöôùc vaø bieán thaønh daïng keo ñaëc (gel). Gel khi tieáp xuùc vôùi nöôùc seõ huùt moät löôïng nöôùc raát lôùn vaø tröông phoàng. Khaû naêng tröông phoàng naøy thaáp nhaát taïi ñieåm ñaúng ñieän. Söï tröông phoàng cuûa haït khi ngaâm nöôùc vaø naåy maàm, söï tröông phoàng cuûa boät nhaøo v.v ñeàu lieân quan chaët cheõ vôùi söï tröông phoàng cuûa gel protein. Khi bò bieán tính, khaû naêng huùt nöôùc vaø tröông phoàng cuûa protein bò giaûm hoaëc maát hoaøn toaøn. Maët khaùc, ôû traïng thaùi gel protein khoù bò bieán tính hôn ôû traïng thaùi sol. 4. Söï bieán tính cuûa protein. Phaân töû protein coù theå bò bieán tính bôûi nhieät ñoä cao, pH thaùi cöïc, tia X, tia cöïc tím, tia phoùng xaï, aùp löïc cao, caùc taùc ñoäng cô hoïc (ví duï laéc maïnh dung dòch), taùc ñoäng cuûa moät soá hoùa chaát v.v Söï bieán tính xaûy ra do caáu truùc nguyeân thuûy bò phaù vôõ, chuû yeáu vì ñöùt caùc lieân keát thöù caáp nhö lieân keát hydro, lieân keát disulfide v.v coøn caáu truùc baäc moät vaãn coøn giöõ nguyeân veïn. Bieán tính keùo theo hieän töôïng maát khaû naêng hoøa tan (keát tuûa), bieán ñoåi hoaït tính quang hoïc, maát caùc tính chaát sinh hoïc, xuaát hieän caùc yeáu toá khaùng nguyeân môùi vaø trôû neân deã bò phaân giaûi hôn bôûi caùc emzyme tieâu hoùa. Hình 1.5. Söï bieán tính thuaän nghòch cuûa protein. 1- bieán tính; 2- khoâi phuïc traïng thaùi nguyeân thuûy; gaïch noái ñaäm – lieân keát disulfide. Khi söï bieán tính xaûy ra chöa hoaøn toaøn vaø neáu sau ñoù loaïi boû daàn taùc nhaân gaây bieán tính (ví duï giaûm nhieät ñoä töø töø), traïng thaùi nguyeân thuûy cuûa protein coù theå ñöôïc khoâi phuïc. Kieåu bieán tính naøy ñöôïc goïi laø bieán tính thuaän nghòch (hình 1.5). GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 28 - Khi protein ñaõ bieán tính hoaøn toaøn vaø saâu saéc, cuõng nhö khi giaûm nhieät ñoä ñoät ngoät, protein bieán tính khoù hoaëc khoâng theå khoâi phuïc traïng thaùi nguyeân thuûy (bieán tính khoâng thuaän nghòch). 5. Caùc phaûn öùng maøu ñaëc tröng. Tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn aminoacid, protein coù theå cho caùc phaûn öùng maøu khaùc nhau. a/ Phaûn öùng biureâ. Khi cho kieàm vaø sulphate ñoàng vaø dung dòch protein seõ taïo saûn phaåm maøu xanh tím hoaëc tím ñoû töông töï nhö khi nhöõng chaát naøy taùc duïng vôùi biureâ (H2N-CO-NH-CO-NH2). Phaûn öùng naøy, vì theá, chöùng minh söï toàn taïi cuûa lieân keát peptide trong phaân töû protein. b/ Phaûn öùng xanthoprotein. Döôùi taùc duïng cuûa acid nitric ñaëc moät soá protein cho saûn phaåm maøu vaøng. Phaûn öùng ñaëc tröng cho nhöõng protein coù chöùa caùc aminoacid coù nhaân benzol (tyrosine, phenylalanine, tryptophan). c/ Phaûn öùng Milon. Khi ñun protein vôùi thuoác thöû Milon (hoãn hôïp nitrate vaø nitrite trong acid nitric ñaëc) seõ xuaát hieän saûn phaåm maøu hoàng hoaëc ñoû thaém. Phaûn öùng lieân quan vôùi söï toàn taïi cuûa nhoùm phenol cuûa tyrosine. d/ Phaûn öùng Adamkjevich. Nhöõng protein coù chöùa tryptophan do söï toàn taïi cuûa nhaân indol neân khi taùc duïng vôùi acid glyoxylic trong acid sulfusuric seõ cho saûn phaåm maøu xanh tím. e/ Phaûn öùng Sacagusa. Moät soá protein khi xöû lyù tröôùc baèng hypoxhloride natri vaø sau ñoù baèng β-naphtol seõ cho maøu ñoû thaém. Phaûn öùng cho bieát trong phaân töû coù nhoùm guanidine cuûa arginine. 6. Hoaït tính vaø chöùc naêng sinh hoïc cuûa protein. Hoaït tính sinh hoïc cuûa protein theå hieän ôû nhieàu khía caïnh khaùc nhau. Beân caïnh nhöõng protein caáu truùc vôùi chöùc naêng chuû yeáu laø goùp phaàn taïo neân caùc cô quan töû cuûa teá baøo, coøn coù nhöõng protein enzyme laøm nhieäm vuï xuùc taùc caùc phaûn öùng hoùa hoïc cuûa quaù trình trao ñoåi chaát, Nhieàu protein khaùc laøm nhieäm vuï vaän chuyeån (hemoglobin, myoglobin), cöû ñoäng (myosin, actin), baûo veä (protein khaùng theå, fibrinogen, trombin), hormone ( insulin, hormone sinh tröôûng), döï tröõ chaát dinh döôõng (ovoalbumin, casein, glyadin, zein). Moät soá protein laø ñoäc toá raát maïnh (noïc raén, risin, ñoäc toá cuûa moät soá naám vaø vi khuaån). Ngoaøi ra, nhôø hoaït tính sinh hoïc cuûa mình, protein coøn thöïc hieän nhieàu chöùc naêng khaùc trong teá baøo vaø cô theå soáng. Sau khi bò bieán tính, protein khoâng coøn coù khaû naêng ñaûm nhaän baát kyø chöùa naêng sinh hoïc naøo. Hoaït tính sinh hoïc cuûa protein , cuõng nhö tính chaát vaät lyù vaø hoùa hoïc cuûa chuùng, phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn aminoacid cuûa chuoãi polypeptide. Tính ña daïng cuûa caùc goác aminoacid trong phaân töû protein cho pheùp hình thaønh caùc kieåu lieân keát thöù caáp khaùc nhau trong noäi boä phaân töû protein, giöõa caùc phaân töû protein vôùi nhau vaø giöõa caùc phaân GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 29 - töû protein vôùi caùc phaân töû thuoäc caùc nhoùm hôïp chaát khaùc nhaèm xaây döïng caùc toå hôïp treân phaân töû caàn thieát ñeå taïo neân caùc cô quan khaùc nhau vaø quy ñònh tính chaát vaät lyù, hoùa hoïc cuøng chöùc naêng sinh hoïc cuûa nhöõng toå hôïp ñoù. Nhieàu yeáu toá khaùc nhau cuûa moâi tröôøng nhö nhieät ñoä, pH v.v coù taùc duïng laøm thay ñoåi moái töông quan giöõa caùc goác aminoacid trong phaân töû protein. Söï thay ñoåi ñoù daãn ñeán haøng loaït nhöõng bieán ñoåi veà maët tính chaát vaät lyù, hoùa hoïc, sinh hoïc cuûa protein. Moät trong nhöõng ví duï veà söï bieán ñoåi ñoù laø söï bieán tính. VII. PHAÂN LOAÏI PROTEIN. Do tính ña daïng veà maët caáu truùc vaø chöùc naêng cuûa protein neân ñoái vôùi nhieàu loaïi protein khoâng theå thöïc hieän phaân loaïi moät caùch thoûa ñaùng. Noùi chung, coù hai caùch phaân loaïi protein khaùc nhau. Caùch thöù nhaát laø döïa vaøo hình daïng, tính tan, chöùc naêng vaø thaønh phaàn hoùa hoïc ñeå chia protein thaønh nhieáu nhoùm. Döïa vaøo thaønh phaàn hoùa hoïc, chia protein thaønh hai nhoùm lôùn: protein ñôn giaûn vaø protein phöùc taïp. Protein ñôn giaûn döïa vaøo tính tan ñöôïc chia thaønh caùc nhoùm nhoû sau ñaây: Albumin: tan trong nöôùc, bò keát tuûa ôû noàng ñoä muoái khaù cao (70-100). Nhoùm protein naøy phoå bieán ôû cô theå ñoäng vaät vaø thöïc vaät. Tinh theå albumin loøng traéng tröùng vaø albumin huyeát thanh ñöôïc söû duïng roäng raõi trong nhieàu lónh vöïc. Globulin: khoâng tan hoaëc tan raát ít trong nöôùc, tan trong dung dòch loaõng cuûa caùc muoái trung tính. Caùc protein thuoäc nhoùm naøy thöôøng bò keát tuûa tromg dung dòch (NH4)2SO4 baùn baûo hoøa. Globulin coù trong huyeát thanh maùu, loøng traéng tröùng. ÔÛ thöïc vaät globulin coù trong laù vaø trong haït cuûa caùc caây hoï ñaäu. ÔÛ haït hoøa thaûo taäp trung chuû yea trong taàng aloron cuûa haït. Prolamin: khoâng tan trong nöôùc vaø dung dòch muoái loaõng nhöng tan trong ethanol ho85c isopropanol 70-80%. Prolamin haàu nhö chæ coù trong noäi nhuû chöùc tinh boät cuûa haït hoøa thaûo, ví duï gliadin cuûa haït luùa myø, hordein cuûa ñaïi maïch, zein cuûa ngoâ. Glutelin: Chæ tan trong dung dòch kieàm hoaëc acid loaõng. Glutelin coù trong noäi nhuû cuûa haït hoaø thaûo vaø haït cuûa moät soá caây khaùc, vì duï glutelin cuûa haït luùa myø, oyzenin cuûa haït luùa. Prolamin vaø glutelin laø caùc protein döï tröõ ñieån hình cuûa haït hoøa thaûo. Chuùng keát hôïp vôùi caùc thaønh phaàn khaùc trong noäi nhuõ cuûa haït taïo thaønh moät phöùc hôïp coù troïng löôïng phaân töû raát lôùn, goïi laø gluten vôùi caáu truùc khoâng gian voâ cuøng phöùc taïp. Histon: Protein coù tính base do chöùa nhieàu caùc aminoacid coù tính base nhö lysine vaø arginine., deã tan trong nöôùc, khoâng tan trong dung dòch ammoniac loaõng. Seõ trình baøy kyõ hôn nhoùm protein naøy trong chöông acid nucleic. Ngaøy nay ngöôøi ta coù xu höôùng chia protein thaønh hai nhoùm lôùn: protein hình caàu vaø protein sôïi. Protein hình caàu coù daïng hình caàu hoaëc hình elíp. Hình daïng naøy coù theå xuaát hieän töø caáu hình cuûa moät hoaëc moät soá chuoãi polypeptide. Trong moät soá tröôøng hôïp (thöôøng goïi laø protein ñôn giaûn) nhöõng chuoãi polypeptide naøy khoâng keát GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 30 - hôïp vôùi baát kyø thaønh phaàn naøo khaùc. Trong moät soá tröôøng hôïp khaùc chuoãi polypeptide keát hôïp vôùi moät chaát ñaëc bieät khoâng coù baûn chaát aminoacid goïi laø nhoùm theâm, hay nhoùm prostetic. Nhöõng protein loaïi naøy thöôøng ñöôïc goïi laø protein phöùc taïp. Protein phöùc taïp thöôøng ñöôïc moâ taû theo nhoùm nhoùm theâm cuûa chuùng, ví duï, hemoglobin thuoäc nhoùm hemeprotein, coù nhoùm nhoùm theâm laø heme; coøn caùc protein chöùa lipid, glucid, kim loaïi, acid nucleic ñöôïc xeáp töông öùng vaøo caùc nhoùm lipoprotein, glycoprotein, metaloprotein hoaëc nucleoprotein. Nucleoprotein: Nhoùm nhoùm theâm laø acid nucleic, apoprotein laø caùc protein coù tính base, vì vaäy chuùng keát hôïp vôùi nhau khaù chaët. Muoán taùch rieâng chuùng phaûi duøng dung dòch muoái hoaëc acid loaõng. Nucleoprotein taäp trung trong nhaân teá baøo vaø ribosome. Nucleoprotein trong tinh dòch caù do acid nucleic keát hôïp vôùi protamin, moät polypeptide coù troïng löôïng phaân töû gaàn baèng 5.000 dalton, coù tính base do chöùa nhieàu arginine. Chromoprotein: laø protein phöùc taïp chöùa nhoùm nhoùm theâm coù maøu. Tuøy theo ñaëc tính cuûa nhoùm prosteic maø caùc chromoprotein khaùc nhau coù caùc maøu khaùc nhau, ví duï hem (porphyrin chöùa saét) coù maøu ñoû laø nhoùm nhoùm theâm cuûa hemoglobin, mioglobin, cytochrome C, catalase; riboflavine coù maøu vaøng, laø nhoùm nhoùm theâm cuûa caùc flavoprotein. Caùc chromoprotein coù hoaït tính sinh hoïc cao, tham gia trong nhieàu quaù trình soáng quan troïng nhö hoâ haáp, caùc phaûn öùng oxy hoùa khöû cuûa quaù trình thu nhaän aùnh saùng (rodopsin) Lipoprotein: Nhoùm theâm laø lipid. Lipoprotein ñoùng vai troø quan troïng trong quaù trình vaän chuyeån lipid trong cô theå. Lipid khoâng tan trong nöôùc, nhöng sau khi keát hôïp vôùi protein, phaàn lipid kî nöôùc cuoän vaøo trong, phaàn apoprotein öa nöôùc laøm thaønh lôùp voû boïc beân ngoaøi neân coù theå ñöôïc vaän chuyeån trong moâi tröôøng nöôùc, ví duï nhö maùu. Glycoprotein: coù nhoùm theâm laø caùc momo- hoaëc oligosaccharide. Glycoprotein coù trong taát caû caùc moâ ñoäng vaät, thöïc vaät vaø vi sinh vaät. Thuoäc nhoùm glycoprotein coù nhieàu protien cuûa maùu nhö caùc imunoprotein, fibrinogene, musin trong nöôùc boït vaø maøng nhaày, moät soá enzyme (bromelain, ribonuclease B cuûa tuyeán tuïy), caùc protein caáu truùc cuûa maøng teá baøo. Phaàn glucid cuûa glycoprotein cuûa maøng teá baøo quay ra phía ngoaøi cuûa maøng teá baøo, vöøa laøm nhieäm vuï ñònh höôùng glycoprotein trong maøng, vöøa ñoùng vai troø “nhaän bieát” giöõa caùc teá baøo. Caùc goác glucid thöôøng keát hôïp vôùi caùc nhoùm –OH cuûa serine vaø threonine thoâng qua caùc goác N-acetylglucosamine hoaëc N- acetylgalactosamine. Phosphoprotein: coù nhoùm theâm laø acid phosphoric, keát hôïp vôùi apoprotein qua caùc nhoùm –OH cuûa serine vaø threonine cuûa protein. Phosphoprotein phoå bieán trong cô theå sinh vaät, tham gia ñieàu hoøa nhieàu quaù trình quan troïng. Thuoäc nhoùm naøy coù moät soá enzyme (nhö phosphoglucomutase, phosphorylase A), casein cuûa söõa, vitelin cuûa loøng ñoû tröùng gaø. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 31 - Metaloprotein: Theo ñònh nghóa chung cuûa protein phöùc taïp, trong phaân töû metaloprotein coù chöùa kim loaïi, thoâng thöôøng laø Fe, Mg, Cu, Zn, Mo v.v Metaloprotein coù theå coù nhieàu chöùc naêng khaùc nhau nhö vaän chuyeån vaø döï tröõ kim loaïi, lieân keát giöõa kim loaïi vôùi apopotein khoâng beàn, tröïc tieáp tham gia trong hoaït ñoäng xuùc taùc cuûa enzyme. Kieåu phaân loaïi protein thöù hai laø chia protein thaønh hai nhoùm hình caàu vaø hình sôïi. Phaàn lôùn protein hình caàu tan ñöôïc trong nöôùc, ñöôïc caáu taïo töø moät hoaëc moät soá chuoãi polypeptide. Caùc teân goïi albumin, globulin vaãn coøn ñöôïc duøng nhöng laø ñeå chæ nhöõng protein cuï theå, ví duï albumine tröùng, globulin huyeát thanh v.v Protein sôïi cuõng coù theå chöùa ñöïng moät hoaëc moät soá chuoãi polypeptide. Chuùng laø nhöõng phaân töû coù hình daïng keùo daøi, khoâng ñoái xöùng, chieàu daøi vöôït raát nhieàu laàn so vôùi baùn kính. Protein sôïi chuû yeáu coù maët trong caùc moâ lieân keát, moâ ñaøn hoài, moâ co ruùt vôùi chöùc naêng caáu truùc, hoaëc laø nhöõng chaát khoâng tan cuûa toùc vaø da. VIII. PHAÂN GIAÛI PROTEIN. Protein trong cô theå soáng chuû yeáu ñaûm nhaän chöùc naêng caáu truùc vaø xuùc taùc. Tuy nhieân, chuùng vaãn ñöôïc duøng laøm nguoàn naêng löôïng. Trong tröôøng hôïp naøy tröôùc tieân chuùng phaûi ñöôïc thuûy phaân thaønh aminoacid töï do. Quaù trình thuûy phaân protein ñöôïc thöïc hieän nhôø hai nhoùm enzyme peptidase. Endopeptidase coù nhieäm vuï caét maïch polypeptide thaønh nhieàu ñoaïn oligopeptide phaân töû nhoû; trong khi ñoù exopeptidase taùc ñoäng leân phaân töû protein töø moät trong hai ñaàu taän cuøng cuûa chuoãi polypeptide. Thuoäc nhoùm endopeptidase coù pepsin, trypsin, chymotrypsin ôû ñoäng vaät vaø papain, bromelin cuøng nhieàu enzyme khaùc ôû thöïc vaät. Pepsin ñöôïc tieát ra töø maøng nhaày daï daøy cuûa ñoäng vaät baäc cao, coù pH toái thích 1,0 – 1,5. Tieàn thaân cuûa noù laø daïng khoâng hoaït ñoäng pepsinogen. Noù ñöôïc hoaït hoùa thaønh pepsin nhôø HCl. Enzyme naøy phaân giaûi nhöõng lieân keát peptide voán hình thaønh töø caùc aminoacid voøng thôm vaø dicarboxylic. Trypsin vaø chymotrypsin do tuyeán tuïy tieát ra, thöïc hieän taùc duïng xuùc taùc trong ruoät non vôùi pH 7-8. Taïi ñoù chuùng tieáp tuïc phaân giaûi caùc chuoãi peptide cuûa thöùc aên töø daï daøy ñöa xuoáng sau khi ñaõ ñöôïc pepsin phaân giaûi sô boä. Nhöõng enzyme naøy hình thaønh töø caùc daïng tieàn thaân khoâng hoaït ñoäng töông öùng – trypsinogen vaø chymotrypsinogen. Trypsinogen ñöôïc hoaït hoùa thaønh trypsin nhôø enterokinase do thaønh ruoät tieát ra cuõng nhö nhôø chính trypsin. Trypsin cuõng coù taùc duïng hoaït hoaù chymotrypsinogen thaønh chymotrypsin. Trong taùc duïng xuùc taùc cuûa mình trypsin phaân giaûi caùc lieân keát peptide coù söï tham gia cuûa nhoùm carboxyl cuûa arginine hay lysine. Trong khi ñoù chymotrypsin phaân giaûi nhöõng lieân keát peptide voâùn hình thaønh vôùi söï tham gia cuûa nhoùm carboxyl cuûa tryptophan, phenylalanine hoaëc tyrosine. Papain cuûa ñu ñuû hoaït ñoäng trong phaïm vi khaù roäng – töø acid yeáu ñeán base yeáu, tuøy thuoäc vaøo baûn chaát cuûa cô chaát. Noù coâng phaù nhöõng lieân keát peptide coù leucine glycine vaø caùc diaminoacid tham gia. Cuõng nhö caùc loaïi peptidase thöïc vaät khaùc, noù ñöôïc hoaït hoùa nhôø HCN vaø caùc hôïp chaát chöùa nhoùm –SH. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 32 - Song song vôùi endopeptidase, caùc chuoãi polypeptide coøn bò phaân giaûi bôûi caùc loaïi exopeptidase. Carboxypeptidase phaân giaûi chuoãi polypeptide ôû ñaàu C-taän cuøng, aminopeptidase – töø ñaàu N-taän cuøng, laàn löôït taùch ra caùc phaân töû aminoacid töï do. Carboxypeptidase A chöùa keõm (Zn2+) vaø thuûy phaân taát caû caùc lieân keát C-taän cuøng, tröø nhöõng lieân keát maø aminoacid C-taän cuøng laø lysine, arginine hoaëc proline. Carboxypeptidase B chæ taùch töø ñaàu C-taän cuøng caùc aminoacid lysine vaø arginine. Leucineaminopeptidase thuûy phaân caùc lieân keát peptide N-taän cuøng vôùi söï tham gia cuûa phaàn lôùn aminoacid. Caùc exopeptidase noùi treân ñeàu coù maët trong ruoät non. Cuøng vôùi endopeptidase chuùng thuûy phaân protein thöùc aên thaønh aminoacid töï do ñeå ñöôïc haáp thuï qua thaønh ruoät vaøo maùu. Cô cheá cuûa quaù trình thuûy phaân protein noäi baøo chöa ñöôïc hieåu bieát nhieàu, maëc duø trong moät soá moâ vaø cô quan, ví duï trong gan, noù xaûy ra vôùi toác ñoä raát nhanh. IX. PHAÂN GIAÛI AMINOACID. 1.Chuyeån amin hoùa. Nhoùm α-amine cuûa aminoacid thöôøng ñöôïc taùch khoûi phaân töû ôû giai ñoaïn ñaàu cuûa quaù trình dò hoùa baèng caùc cô cheá chuyeån amin hoùa hoaëc desamine hoùa. Nhôø phaûn öùng chuyeån amine hoùa nhoùm α-amine cuûa ít nhaát 11 aminoacid (alanine, arginine, asparagine, cisteine, isoleucine, lysine, phenylalanine, tryptophan, tyrosine, valine, vaø acid asparaginic) ñöôïc taùch khoûi phaân töû vaø ñöôïc mang ñeán carbon α cuûa moät trong ba cetoacid laø acid α-cetoglutaric, acid pyruvic vaø acid asparaginic. Keát quaû laø aminoacid bieán thaønh cetoacid, coøn cetoacid bieán thaønh aminoacid. Phaûn öùng chuyeån amin hoùa ñöôïc thöïc hieän nhôø caùc enzyme aminotransferase (hay transaminase). Trong soá nhöõng enzyme naøy ñöôïc hieåu bieát nhieàu nhaát laø alanie trasaminase vaø glutamate transaminase xuùc taùc caùc phaûn öùng töông öùng sau ñaây: α-Aminoacid + Pyruvate α-Cetoacid + Alanine α-Aminoacid + acid α-Cetoglutaric α-Cetoacid + Acid glutamic Transaminase coù caû trong ty theå vaø trong baøo töông, nhôø ñoù nhoùm α-amine ñöôïc vaän chuyeån giöõa hai cô quan naøy cuûa teá baøo. Coenzyme cuûa transaminase laø pyridoxalphosphate, daãn xuaát cuûa vitamine B6. Trong quaù trình phaûn öùng xaûy ra söï chuyeån hoùa thuaän nghòch giöõa pyridoxalphosphate vaø pyridoxaminephosphate: phaûn öùng naøy traûi qua giai ñoaïn trung gian vôùi söï hình thaønh caùc hôïp chaát ketimine (hình 11.1) GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 33 - Hình 11.1. Caùc phaûn öùng chuyeån amin hoùa 2. Desamin hoùa. Trong khi nhoùm α-amine ñöôïc loaïi khoûi phaân töû aminoacid chuû yeáu baèng con ñöôøng chuyeån amin hoùa thì caùc nhoùm amine khaùc laïi ñöôïc loaïi khoûi phaân töû chuû yeáu baèng cô cheá desamine hoùa. Trong moät soá tröôøng hôïp desamine hoùa cuõng ñöôïc söû duïng cho nhoùm α-amine. Desamine hoùa laø quaù trình loaïi boû nhoùm amine ôû daïng phaân töû ammoniac. Kieåu desamine hoùa quan troïng nhaát laø desamine hoùa oxy hoùa acid glutamic vôùi söï xuùc taùc cuûa glutamate dehydrogenase: + + + L-Glutamate + NAD α-Cetoglutarate + NH4 + NAD.H + H Thoâng qua phaûn öùng chuyeån amine hoùa nhoùm amine töø caùc aminoacid khaùc nhau cuoái cuøng ñeàu coù theå trôû thaønh nhoùm amine cuûa acid glutamic. Vì vaäy, phaûn öùng treân laø con ñöôøng desamine hoùa moätHình caùch I.6. giaùnCaùc tieáp phaû moïin öùn aminoacid.g chuyeån amin hoùa. Glutamate dehydrogenase laø moät enzyme ñieàu hoøa, chieám vò trí then choát trong trao ñoåi aminoacid. Hoaït tính cuûa noù bò öùc cheá bôûi ATP, GTP, NAD.H vaø ñöôïc hoaït hoùa bôûi ADP vaø nhieàu aminoacid khaùc nhau. Noù cuõng chòu aûnh höôûng cuûa tyroxine vaø moät soá hormone steroid. ÔÛ moät soá cô theå desamine hoùa oxy hoùa ñöôïc thöïc hieän nhôø hai dehydrogenase khaùc maø nhoùm theâm laø daãn xuaát cuûa flavine: - Oxydase L-aminoacid coù nhoùm theâm laø FMN, xuùc taùc phaûn öùng: L-Aminoacide + FMN + H2O α-Cetoacid + NH3 + FMN.H2 - Oxydase D-aminoacid coù nhoùm theâm laø FAD, xuùc taùc phaûn öùng töông öùng ñoái vôùi D-aminoacide. Tuy nhieân, nhöõng enzyme naøy ñoùng vai troø khoâng quan troïng laém GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 34 - trong vieäc trao ñoåi nhoùm amine. Ngöôøi ta chöa roõ vai troø cuûa enzyme sau cuøng trong cô theå ñoäng vaät, nôi maø haàu nhö khoâng coù D-aminoacid. 3. Decarboxyl hoùa. Bò decarboxyl hoùa, aminoacid maát nhoùm –COOH vaø bieán thaønh amine hoaëc diamine. Ví duï: CH3 – CHNH2 – COOH CH3 – CH2NH2 + CO2 H2N – (CH2)4 – CHNH2 – COOH H2N – (CH2)5 – CHNH2 + CO2 (Cadaverine) Amine laø nhöõng chaát raát ñoäc ñoái vôùi cô theå ñoäng vaät cuõng nhö thöïc vaät. ÔÛ ñoäng vaät chuùng hình thaønh trong quaù trình leân men thoái, ví duï trong ruoät giaø. ÔÛ thöïc vaät ngöôøi ta nhaän thaáy cadaverine vaø putresine (saûn phaåm decarboxyl hoùa cuûa ornitin) xuaát hieän nhieàu khi caây thieáu kali. Trong tröôøng hôïp ñoù caây coù theå bò cheát. Caùc phaûn öùng desamine hoùa aminoacid ñöôïc xuùc taùc bôûi nhoùm enzyme decarboxylase maø nhoùm theâm cuõng laø pyridoxalphosphate. Trong cô theå caùc amine chuyeån hoùa tieáp tuïc nhôø monoaminoxydase hoaëc diaminoxydase: O R – CH2 – NH2 + H2O +O2 R- C + NH3 + H2O2 H ÔÛ thöïc vaät amine coù theå tham gia toång hôïp caùc hôïp chaát dò voøng, trong ñoù coù alcaloid 4. Soá phaän cuûa ammoniac vaø chu trình urea. Moät löôïng lôùn ammoniac xuaát hieän trong quaù trình dò hoùa aminoacid vaø caùc hôïp chaát nitô khaùc. ÔÛ thöïc vaät noù ñöôïc haáp thuï laïi thoâng qua caùc phaûn öùng toång hôïp aminoacid, muoái amon cuûa acid höõu cô hoaëc urea. ÔÛ ñoäng vaät coù vuù, löôõng theâ vaø moät soá loaøi caù urea cuõng ñöôïc toång hôïp ñeå sau ñoù bò baøi tieát ra moâi tröôøng. Vieäc toång hôïp amide (asparagine vaø glutamine) ñöôïc thöïc hieän nhôø asparagine synthetase vaø glutamine synthetase nhôø naêng löôïng cuûa ATP: Acid asparaginic + NH3 + ATP Asparagine + ADP + Pvc Acid glutamic + NH3 + ATP Glutamine + ADP + Pvc Trong nhieàu tröôøng hôïp NH3 taïo muoái vôùi caùc acid höõu cô trong dòch baøo cuûa thöïc vaät, ví duï vôùi acid malic, acid oxalic v.v GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 35 - Toång hôïp urea ôû thöïc vaät vaø moät soá ñoäng vaät laø moät quaù trình goàm nhieàu giai ñoaïn goïi laø chu trình urea hay chu trình ornitine (hình 11.2). Hình 11.2 Chu trình ornitine (chu trình urea). 5. Dò hoùa aminoacid vaø chu trình acid tricarboxylic. Söï phaân giaûi aminoacid ñöôïc thöïc hieän baèng nhieàu con ñöôøng khaùc nhau, song ñeàu daãn ñeán moät soá ít saûn phaåm ñeå sau ñoù tieáp tuïc tham gia chu trình acid tricarboxylic (hình 11.3). Caùc aminoacid khaùc nhau baèng caùc con ñöôøng khaùc nhau ñi vaøo chu trình acid tricarboxylic taïi 5 ñieåm: acetyl-CoA (qua pyruvate hoaëc qua acetoacetyl-CoA), α- cetoglutarate, succinyl-CoA, fumarate vaø oxaloacetate. Chi tieát cuûa nhöõng con ñöôøng naøy raát phöùc taïp. Coù theå tìm thaáy chuùng trong nhieàu taøi lieäu giaùo khoa khaùc nhau veà hoùa sinh. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 36 - Hình 11.3.Moái lieânheägiöõadòhoùa aminoacid vaø chu trình acid tricarboxylic. X. SINH TOÅNG HÔÏP AMINOACID. Caùc nhoùm sinh vaät khaùc nhau coù khaû naêng toång hôïp aminoacid khoâng gioáng nhau. Thöïc vaät vaø nhieàu loaïi vi sinh vaät coù theå toång hôïp taát caû nhöõng aminoacid maø chuùng caàn töø ammoniac, nitrate hoaëc nitrite. Caây boä ñaäu vaø moät soá thöïc vaät khaùc, nhôø vi khuaån noát saàn soáng coäng sinh vôùi heä reã cuûa chuùng, coù theå söû duïng caû nitô phaân töû ñeå toång hôïp aminoacid. Ñoäng vaät thöôøng chæ toång hôïp ñöôïc moät soá aminoacid nhaát ñònh. Nhöõng aminoacid caàn thieát coøn laïi (aminoacid khoâng thay theá) caàn ñöôïc tieáp nhaän töø moâi tröôøng qua thöùc aên. Aminoacid khoâng thay theá ñoái vôùi ngöôøi laø valine, leucine, isoleucine, lysine, metionine, threonine, phenylalanine vaø tryptophan; trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh – caû histidine vaø arginine. 1.Khöû nitrate vaø coá ñònh nitô. Ammoniac laø cô chaát tröïc tieáp ñeå toång hôïp aminoacid. Trong cô theå thöïc vaät vaø vi sinh vaät noù hình thaønh trong quaù trình khöû nitrate hoaëc coá ñònh nitô phaân töû. Quaù trình khöû nitrate thaønh ammoniac ñöôïc thöïc hieän qua hai giai ñoaïn chính: khöû nitrate thaønh nitrite nhôø nitrate reductase vaø khöû nitrite thaønh ammoniac nhôø nitrite reductase. Nitrate reductase laø moät flavoprotein chöùa molipden, söû duïng NADP.H laøm chaát cho ñieän töû. Trong quaù trình phaûn öùng doøng ñieän töû ñöôïc vaän chuyeån theo traät töï : - NADP.H FAD Mo NO3 Hoaït ñoäng cuûa nitrite reductase caàn söï tham gia cuûa feredoxin khöû voán hình thaønh trong giai ñoaïn phaûn öùng saùng cuûa quang hôïp vôùi tö caùch chaát cho ñieän töû: - Feredoxin khöû NAD FAD NO2 Coá ñònh nitô phaân töû ñöôïc thöïc hieän chuû yeáu nhôø Rhizobium coäng sinh vôùi thöïc vaät baäc cao. Taûo lam, Azotobacter, vi khuaån quang hôïp vaø moät soá vi khuaån soáng töï do khaùc cuõng coù khaû naêng naøy. Quaù trình coá ñònh nitô phaân töû ñöôïc thöïc hieän nhôø hydrogenase, feredoxin vaø hai loaïi GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc Hình 11.4. Sô ñoà doøng ñieän töû trong quaù ìh áñòh i hâ û
Hoaù sinh hoïc - 37 - protein enzyme khaùc, moät loaïi chöùa saét (Fe-protein), loaïi kia chöùa saét vaø molypden (Fe-Mo- protein). Naêng löôïng caàn cho quaù trình naøy do ATP cung caáp. Sô ñoà doøng ñieän töû trong quaù trình coá ñònh nitô coù daïng khaùi quaùt nhö moâ taû ôû hình 11.4. Oxide carbon öùc cheá quaù trình naøy baèng caùch höôùng doøng ñieän töû ñeán H+ ñeå khoâi phuïc hydro phaân töû cuõng nhö ngaên caûn vieäc vaän chuyeån ñieän töû töø hydrogenase ñeán feredoxin. Heä enzyme coá ñònh nitô khoâng ñaëc hieäu ñoái vôùi N2 vaø coù theå khöû caû oxide nitô, acetylene, cyanua vaø moät soáchaát töông töï khaùc. 2. Amin hoùa khöû. Acid glutamic ñöôïc xem laø aminoacid sô caáp maø töø ñoù toång hôïp neân haàu nhö taát caû aminoacid coøn laïi. Noù ñöôïc hình thaønh trong phaûn öùng amin hoùa khöû döôùi taùc duïng cuûa glutamate dehydrogenase: + + NH3 + α-Cetoglutarate + NADP.H + H L-Gllutamate + NADP . Coù theå noùi phaûn öùng naøy laø neàn taûng ñoái vôùi quaù trình sinh toång hôïp aminoacid trong moïi cô theå. Nhôø phaûn öùng chuyeån amine hoùa töø acid glutamic seõ hình thaùi caùc aminoacid khaùc. Rieâng asparagine vaø glutamine ñöôïc toång hôïp theo cô cheá trình baøy trong muïc II.3. Alanine vaø acid asparaginic ñöôïc toång hôïp chuû yeáu baèng cô cheá chuyeån amine hoùa, nhöng chuùng cuõng coù theå hình thaønh trong quaù trình amine hoùa khöû. ÔÛ thöïc vaät vaø moät soá vi sinh vaät acid asparaginic coøn xuaát hieän nhôø phaûn öùng amin hoùa acid fumaric do aspartate ammoniac lyase xuùc taùc: HOOC – CH = CH – COOH + NH3 HOOC – CH2 – CHNH2 – COOH Tuy nhieân, trong teá baøo phaûn öùng naøy chuû yeáu höôùng veà phía giaûi phoùng ammoniac. 3. Toång hôïp caùc aminoacid thöù caáp. Toång hôïp caùc aminoacid thöù caáp laø quaù trình raát phöùc taïp, ñaëc bieät laø ñoái vôùi caùc aminoacid khoâng thay theá. Moãi aminoacid thöôøng ñöôïc toång hôïp nhôø moät heä thoáng ña enzyme hoaït ñoäng theo nguyeân taéc lieân heä ngöôïc nhaèm thöïc hieän nguyeân taéc tieát kieäm GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 38 - voán chi phoái moïi hoaït ñoäng cuûa teá baøo. Nhieàu taøi lieäu giaùo khoa veà hoùa sinh hoïc coù theå giuùp chuùng ta tìm hieåu chi tieát vaán ñeà naøy. XI. SINH TOÅNG HÔÏP PROTEIN. 1. Caùc yeáu toá caàn thieát cho sinh toång hôïp protein vaø caùc giai ñoaïn cuûa quaù trình naøy. Sinh toång hôïp protein, maø sinh hoïc phaân töû goïi laø quaù trình dòch maõ (translation) laø moät quaù trình phöùc taïp xaûy ra trong ribosome, maø nhö ta ñaõ bieát, ñöôïc caáu taïo chuû yeáu töø protein vaø acid nucleic. Nguyeân lieäu ñeå toång hôïp protein, töùc aminoacid, ñöôïc tARN mang ñeán ñaây, ñeå döôùi söï ñieàu khieån cuûa mARN vaø söï xuùc taùc cuûa haøng loaït enzyme taäp hôïp thaønh chuoãi polypeptide vôùi thaønh phaàn vaø traät töï aminoacid ñaõ ñöôïc ñònh saün trong caùc gen töông öùng. Nguoàn naêng löôïng ñeå taïo ra caùc ñaïi phaân töû protein laø ATP hoaëc caùc hôïp chaát töông töï saün coù maët trong teá baøo. Ngoaøi ra, trong caùc teá baøo nhaân thaät vieäc toång hôïp haøng loaït protein coøn ñoøi hoûi söï tham gia cuûa caùc heä thoáng caáu truùc maøng cuûa teá baøo maø tröôùc heát laø heä thoáng maøng cuûa maïng noäi chaát. Toaøn boä quaù trình sinh toång hôïp protein coù theå ñöôïc chia thaønh 4 giai ñoaïn chuû yeáu. Ñoù laø: 1/ hoaït hoùa aminoacid; 2/ xaây döïng phöùc heä môû ñaàu; 3/ taêng tröôûng maïch polypeptide vaø 4/ keát thuùc chuoãi polypeptide. Hoaït hoùa aminoacid laø quaù trình bao goàm hai böôùc; a/ Aminoacid + ATP → Aminoacyladenylate + PPvc; b/ Aminoacyladenylate + tARN → Aminoacyl-tARN + AMP. Caû hai phaûn öùng ñeàu ñöôïc xuùc taùc bôûi moät enzyme aminoacyl-tARN-synthetase ñaëc hieäu cho moãi aminoacid. Nhôø trong phaân töû enzyme chöùa 2 trung taâm xuùc taùc, moät ñaëc hieäu vôùi aminoacid vaø moät ñaëc hieäu vôùi tARN vaän chuyeån aminoacid ñoù, neân enzyme cho pheùp aminoacid tìm gaén vôùi tARN ñaëc hieäu cuûa mình. Coâng thöùc caáu taïo cuûa aminoacyladenylate vaø aminoacyl-tARN ñöôïc trình baøy trong hình 11.5. Qua ñoù ta coù theå thaáy naêng löôïng cuûa ATP ñaõ ñöôïc chuyeån cho lieân keát ester giaøu naêng löôïng giöõa nhoùm carboxyl cuûa aminoacid vaø nhoùm 3'-OH cuûa goác adenylate taän cuøng cuûa tARN. Nhôø ñoù aminoacyl-tARN trôû thaønh moät saûn phaåm hoaït ñoäng, deã daøng tham gia phaûn öùng polymer-hoùa sau naøy. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 39 - A B Hình 11.5. Aminoacyladenylate (A) vaø minoacyl-tARN (B) Ñeå chuaån bò cho phaûn öùng polymer hoùa, caùc phaân töû aminoacyl-tARN laàn löôït ñöôïc ñöa vaøo khu vöïc A cuûa phaàn döôùi ñôn vò lôùn cuûa ribosome, nhö moâ taû trong hình 11.6. Taïi ñaây, nhö ta seõ thaáy, noù coù ñieàu kieän thuaän lôïi ñeå lieân keát vôùi chuoãi polypeptide ñang taêng tröôûng voán gaén vôùi ribosome taïi khu vöïc P. Hình 11.6. Vò trí cuûa aminoacyl-tARN trong ribosome Xaây döïng phöùc heä môû ñaàu ôû E. coli laø moät quaù trình goàm nhieàu böôùc nhö moâ taû trong hình 11.7 vôùi söï tham gia cuûa formylmethionyl-tARNf, vaø caùc yeáu toá môû ñaàu IF1, IF2 vaø IF3, voán laø nhöõng protein ñaëc hieäu. Vieäc xaây döïng phöùc heä môû ñaàu trong caùc teá baøo nhaân thaät treân nhöõng neùt chính cuõng gioáng nhö ôû E. coli, song vôùi caùc yeáu toá môû ñaàu khaùc, kyù hieäu laø eIF1 , eIF2 vaø eIF3. Theâm vaøo ñoù, methionyl-tARN tham gia xaây döïng phöùc heä môû ñaàu khoâng bò formyl-hoùa. Caùc ribosome, nhö ta ñaõ bieát, cuõng coù kích thöôùc lôùn hôn. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 40 - Hình 11.7. Quùa trình hình thaønh phöùc heä môû ñaàu. Taêng tröôûng chuoãi polypeptide bao goàm 3 böôùc chính (hình 11.8): Böôùc 1: Sau khi fMet-tARNf gaén vôùi ribosome taïi khu vöïc P, aminoacyl- tARN tieáp theo maø codon cuûa noù naèm keá caän codon cuûa fMet seõ ñi vaøo khu vöïc A cuûa ribosome. Quaù trình naøy caàn GTP ñeå cung caáp naêng löôïng vaø moät loaïi protein coù teân laø yeáu toá T, bao goàm hai loaïi: Tu vaø Ts. Böôùc 2: Nhôø peptidyltransferase, Lieân keát peptide ñöôïc hình thaønh giöõa nhoùm - NH2 cuûa aminoacid môùi ñi vaøo vôùi nhoùm -COOH cuûa aminoacid ñöùng tröôùc. Dipeptide môùi xuaát hieän ñöôïc gaén vôùi tARN cuûa aminoacid thöù hai taïi khu vöïc A, coøn tARN cuûa aminoacid thöù nhaát (baây giôø ñöôïc goïi laø tARNp) vaãn naèm laïi khu vöïc P. Naêng löôïng caàn cho söï hình thaønh lieân keát peptide ñöôïc nhaän töø lieân keát ester cao naêng cuûa aminoacyl-tARN. Böôùc 3: Peptidyl-tARN ñöôïc chuyeån töø khu vöïc A sang khu vöïc P nhôø translocase (yeáu toá G) vaø GTP. Yeáu toá G ñöôïc ñöa ra khoûi ribosome. Ribosome di chuyeån moät ñoaïn ñeå cho codon tieáp theo tieáp nhaän khu vöïc A, taïo ñieàu kieän cho aminoacid thöù ba tham gia phaûn öùng polymer-hoùa Quaù trình taêng tröôûng chuoãi polypeptide seõ keát thuùc khi moät trong caùc codon chaám caâu (UAA, UAG, UGA) ñi vaøo vò trí ñoái dieän vôùi khu vöïc A. Nhôø yeáu toá giaûi phoùng R, peptidyl-tARN taùch khoûi ribosom; tARN taùch khoûi chuoãi polypeptide; ribosome 70S phaân ly thaønh caùc phaàn döôùi ñôn vò 30S vaø 50S ñeå sau ñoù laïi tham gia xaây döïng phöùc heä môû ñaàu cho sinh toång hôïp chuoãi polypeptide khaùc. Trong quaù trình sinh toång hôïp protein nhieàu ribosome cuøng gaén treân moät phaân töû mARN, taïo thaønh phöùc heä coù teân laø polyribosome hay polysome. Trong phöùc heä naøy moãi ribosome toång hôïp moät sôïi polypeptide. Trong E. coli vaø caùc teá baøo tieàn nhaân khaùc GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 41 - quùa trình dòch maõ coù theå baét ñaàu ngay khi phaân töû mARN coøn ñang taêng tröôûng treân khuoân ADN. Hình 11.8. Caùc böôùc taêng tröôûng chuoãi polypeptide. 2. Ñieàu hoøa sinh toång hôïp protein; moâ hình operon vaø lyù thuyeát ñieàu hoøa cuûa Jacob vaø Monod. Lyù thuyeát ñieàu hoøa sinh toång hôïp protein ñöôïc Jacob vaø Monod ñeà xuaát treân cô sôû nhöõng daãn lieäu thöïc nghieäm veà hieän töôïng caûm öùng vaø traán aùp toång hôïp protein thu ñöôïc ñoái vôùi teá baøo E. coli. Nhöõng daãn lieäu naøy cho thaáy raèng sinh toång hôïp caùc enzyme β-galactosidase (E1), β-galactoside permease (E2) vaø thyogalactoside transacetylase (E3) trong teá baøo E. coli cuøng ñöôïc caûm öùng bôûi cô chaát cuûa chuùng laø galactose. Töùc laø nhöõng enzyme naøy (enzyme caûm öùng) chæ xuaát hieän trong teá baøo khi coù maët lactose trong moâi tröôøng dinh döôõng. Cô cheá ñieàu hoøa sinh toång hôïp caùc enzyme caûm öùng ñöôïc Jacob vaø Monod giaûi thích nhö sau thoâng qua ví duï caùc enzyme dò hoùa lactose E1, E2 vaø E3 noùi treân (hình 11.9). Ba enzyme ñöôïc maõ hoùa bôûi caùc gen caáu truùc X, Y vaø Z. Chuùng cuøng nhau taïo thaønh moät operon (trong tröôøng hôïp naøy laø lac-operon). Hoaït ñoäng cuûa operon nhö moät theå thoáng nhaát döôùi söï ñieàu khieån cuûa moät gen khôûi ñoäng O (operator). Veà phaàn mình, operator laïi chòu söï ñieàu khieån cuûa gen ñieàu hoøa R (regulator) thoâng qua moät chaát traán aùp coù baûn chaát protein do gen naøy taïo ra. Khi gaén vôùi operator, chaát traán aùp seõ laøm cho GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 42 - caùc gen caáu truùc treân operon khoâng hoaït ñoäng, mARN khoâng ñöôïc sao cheùp vaø do ñoù protein (töùc 3 enzyme noùi treân) khoâng ñöôïc toång hôïp. Hình 11.9. Ñieàu hoøa sinh toång hôïp enzyme caûm öùng theo Monod vaø Jacov. Khi chaát caûm öùng allolactose (moät saûn phaåm cuûa lactose) gaén vôùi chaát traán aùp, laøm cho noù maát hoaït tính, taïo ñieàu kieän cho operon hoaït ñoäng. Tuy nhieân, vieäc sao cheùp thoâng tin töø caùc gen caáu truùc X, Y vaø Z chæ thöïc söï baét ñaàu khi cAMP cuøng vôùi moät loaïi protein ñaëc bieät coù teân laø CAP taïo thaønh phöùc heä hoaït ñoäng ñeå gaén vaøo khu vöïc promoter naèm keá caän vôùi vôùi operator vaø goái moät phaàn leân operator, giuùp chaát caûm öùng laøm maát hoaït tính cuûa chaát traán aùp vaø ñaåy noù ra khoûi khu vöïc naøy. Söï hình thaønh cAMP bò öùc cheá bôûi moät saûn phaåm dò hoùa naøo ñoù cuûa glucose. Vì vaäy khi coù maët glucose trong moâi tröôøng dinh döôõng thì cAMP khoâng ñöôïc taïo ra vaø CAP töï noù khoâng theå gaén vaøo operator. Vì vaäy duø coù maët chaát caûm öùng allolactose, caùc enzyme thuoäc lac-operon vaãn khoâng ñöôïc toång hôïp. Hoaït ñoäng cuûa operon tryptophan (Trp operon) ñieàu hoøa toång hôïp caùc enzyme xuùc taùc caùc quaù trình sinh toång hôïp tryptophan (hình 11.10) cuõng töông töï nhö hoaït ñoäng cuûa Lac operon, nhöng coù ñieåm khaùc laø bình thöôøng trong teá baøo thieáu tryptophan thì chaát traán aùp ôû traïng thaùi khoâng hoaït ñoäng. Khi ñoù operator “môû”, söï sao cheùp vaø phieân dòch caùc gene caáu truùc ñöôïc tieán haønh bình thöôøng, toång hôïp neân caùc enzyme caàn thieát ñeå taïo saûn phaåm cuoái cuøng laø tryptophan. Nhöng khi teá baøo ñaõ saûn xuaát ñuû tryptophan, hoaëc khi theâm tryptophan vaøo moâi tröôøng nuoâi teá baøo thì tryptophan seõ keát GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 43 - hôïp vôùi chaát traán aùp vôùi tö caùch laø chaát ñoàng traán aùp, bieán noù thaønh daïng hoaït ñoäng. Chaát traán aùp hoaït ñoäng seõ laäp töùc keát hôïp vôùi operator, laøm cho noù bò khoùa laïi vaø söï sao maõ seõ bò ñình chæ. Hình 11.10. Operon tryptophan (Trp operon) Theo cô cheá naøy haøm löôïng tryptophan trong teá baøo ñaõ kieåm tra söï toång hôïp neân chính noù. Ñoù laø moái lieân heä ngöôïc trong söï ñieàu hoøa caùc phaûn öùng enzyme baèng saûn phaåm cuoái cuøng. Ñieàu naøy cho pheùp teá baøo thích nghi vôùi nhöõng thay ñoåi ñoät ngoät cuûa moâi tröôøng cuõng nhö traùnh ñöôïc nhöõng hao toån veà nguyeân lieäu vaø naêng löôïng duøng ñeå toång hôïp dö thöøa moät chaát naøo ñoù. Sinh toång hôïp protein ôû ñoäng vaät baäc cao coøn coù theå ñöôïc ñieàu hoøa nhôø heä thoáng hormone. Moät soá hormone coù taùc duïng hoaït hoùa hoaëc öùc cheá enzyme adenylate cyclase vaø do ñoù theå hieän taùc duïng ñieàu hoøa sinh toång hôïp protein thoâng qua taùc duïng chi phoái haøm löôïng cAMP trong teá baøo. Moät soá hormone khaùc, ñaëc bieät laø caùc hormone steroid, do coù khaû naêng di chuyeån xuyeân qua maøng, neân coù theå tröïc tieáp can thieäp vaøo cô cheá ñieàu hoøa baèng caùch gaén vôùi chaát traán aùp khoâng hoaït ñoäng ñeå bieán noù thaønh daïng hoaït ñoäng. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 45 - CHÖÔNG 2. EMZYME Enzyme laø nhöõng protein coù chöùc naêng chuyeân hoùa raát cao, laøm nhieäm vuï xuùc taùc haøng nghìn phaûn öùng hoùa hoïc maø töø ñoù taïo neân toaøn boä quaù trình trao ñoåi chaát trong teá baøo vaø moâ. Ngaøy nay ñaõ xaùc ñònh ñöôïc haøng ngaøn enzyme khaùc nhau, trong ñoù coù haøng traêm loaïi thu nhaän ñöôïc ôû daïng tinh theå raát tinh khieát. Tuy vaäy, caùc daãn lieäu di truyeàn hoïc cho thaáy raèng coøn raát nhieàu enzyme caàn phaûi ñöôïc tieáp tuïc tìm kieám. Nhöõng phaùt minh môùi veà söï ñieàu khieån cuûa quaù trình sinh toång hôïp enzyme ôû möùc ñoä gen, veà khaû naêng töï ñieàu hoøa cuûa caùc heä thoáng enzyme, veà vai troø cuûa enzyme trong caùc quaù trình sinh tröôûng, phaùt trieån vaø phaân hoùa v.v laø nhöõng thaønh töïu voâ cuøng to lôùn cuûa sinh hoïc hieän ñaïi, laøm naåy sinh haøng loaït lónh vöïc nghieân cöùu môùi cuûa enzyme hoïc. I. CAÙC BIEÅU THÖÙC DUØNG TRONG ENZYME HOÏC. Ñeå xaùc ñònh hoaït tính cuûa enzyme, ngöôøi ta söû duïng caùc bieåu thöùc sau ñaây: 1. Soá chuyeåu hoùa = soá mol cô chaát ñaõ chuyeån hoùa trong moät phuùt; 2. Ñôn vò enzyme quoác teá U = Löôïng enzyme xuùc taùc söï chuyeån hoùa cuûa moät µmol cô chaát trong moät phuùt; 3. Hoaït tính ñaëc hieäu = Katal/ Kg protein hoaït ñoäng. 4. Hoaït tính phaân töû gam = Katal/Mol enzyme. Katal laø moät loaïi ñôn vò hoaït tính cuûa enzyme; noù töông öùng vôùi löôïng chaát xuùc taùc coù theå laøm chuyeån hoùa 1 mol cô chaát thaønh saûn phaåm trong 1 giaây. Quan heä giöõa katal vaø U nhö sau: 1 Katal (Kat) = 1 Mol/s = 60Mol/min = 60.106 µMol/s = 6 x 107 U; 1 U = 1 µMol/min = (1/60)µMol/s = (1/60) µKat = 16,67 nKat. II. BAÛN CHAÁT HOÙA HOÏC CUÛA ENZYME. Enzyme coù theå laø protein ñôn giaûn (enzyme moät thaønh phaàn) hoaëc protein phöùc taïp (enzyme hai thaønh phaàn). Hoaït tính xuùc taùc cuûa nhieàu enzyme chæ phuï thuoäc vaøo ñaëc ñieåm caáu truùc cuûa baûn thaân protein-enzyme. Trong khi ñoù ñoái vôùi moät soá enzyme khaùc hoaït tính cuûa chuùng phuï thuoäc vaøo söï toàn taïi cuûa moät thaønh phaàn naøo ñoù khoâng coù baûn chaát protein maø ngöôøi ta goïi laø cofactor. Cofactor coù theå laø ion kim loaïi hoaëc caùc hôïp chaát höõu cô phöùc taïp. Tröôøng hôïp sau ñaëc tröng cho enzyme hai thaønh phaàn, vaø khi ñoù cofactor GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 46 - ñöôïc goïi laø coenzyme. Ñoâi khi hoaït tính xuùc taùc cuûa enzyme phuï thuoäc vaøo söï toàn taïi cuûa caû ion kim loaïi vaø coenzyme. Caùc cofactor noùi chung ñeàu beàn vôùi nhieät ñoä cao; trong khi ñoù protein enzyme neáu bò ñun noùng seõ maát hoaït tính xuùc taùc. Söï lieân keát giöõa protein enzyme vaø cofactor coù theå coù möùc ñoä beàn vöõng khaùc nhau. Thoâng thöôøng chuùng lieân keát vôùi nhau baèng caùc lieân keát yeáu vaø deã daøng taùch khoûi nhau baèng phöông phaùp thaåm tích. Tuy nhieân cuõng coù nhöõng tröôøng hôïp protein enzyme vaø cofactor gaén vôùi nhau baèng lieân keát coäng hoùa trò khaù beàn vöõng. Trong tröôøng hôïp ñoù cofactor ñöôïc goïc laø nhoùm theâm, ví duï trong cytochrome c hem vôùi tö caùch laø cofactor gaén khaù beàn vöõng vôùi protein enzyme baèng caùc lieân keát coäng hoùa trò thoâng qua caùc goác cysteine, methionine vaø histidine (hình VI-1) Caùc phöùc heä töï nhieân giöõa protein enzyme vaø cofactor ñöôïc goïi laø holoenzyme. Thaønh phaàn protein enzyme khoâng hoaït ñoäng sau khi ñaõ bò loaïi boû cofactor ñöôïc goïi laø apoenzyme. Trong phaân töû enzyme caùc ion kim loaïi coù theå thöïc hieän moät trong hai chöùc naêng: hoaëc laøm caàu noái giöõa enzyme vaø cô chaát, hoaëc tröïc tieáp laøm nhieäm vuï xuùc Hình VI.1. Cytochrome c taùc. Moät soá enzyme chöùa kim loaïi ñöôïc giôùi thieäu trong baûng VI.1. Caùc coenzyme töï baûn thaân Baûng VI.1.Moät soá enzyme chöùa kim loaïi chuùng thöïc hieän chöùc naêng xuùc taùc thöôøng vôùi tö caùch laø chaát Enzyme Kim loaïi vaän chuyeån trung gian ñieän töû, Alcoholdehydrogenase, nguyeân töû hay nhoùm nguyeân töû Carboanhydrase, Zn2+ töø moät hôïp chaát naøy sang moät Carboxypeptidase hôïp chaát khaùc. Nhôø keát hôïp vôùi Phosphohydrolase, 2+ Mg apoenzyme hoaït tính xuùc taùc Phosphoptrasferase 2+ cuûa chuùng taêng leân gaáp nhieàu Arginase, Phosphoptrasferase Mn laàn vaø mang tính ñaëc hieäu cao. Caùc loaïi cytochrome, Fe2+ peroxydase, hoaëc Fe3+ Nhieàu coenzyme laø daãn catalase, Feredoxin xuaát cuûa vitamine (baûng VI.2). Pyruvatephosphokinase K+ Trong moät soá tröôøng hôïp khaùc coenzyme coù theå laø caùc hôïp chaát quinon, hem, nucleotide v.v GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 47 - Quaù trình bieán hoùa cô chaát xaûy ra taïi trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme. Trung taâm naøy thöôøng coù caáu truùc phuø hôïp vôùi cô chaát thuoäc caùc phöông dieän baûn chaát hoùa hoïc vaø caáu hình khoâng gian. Trung taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme moät thaønh phaàn do moät soá goác aminoacid ñaëc bieät caáu taïo neân; trong khi ñoù ôû nhöõng enzyme hai thaønh phaàn trung taâm hoaït ñoäng ñöôïc hình thaønh vôùi söï tham gia cuûa coenzyme cuøng vôùi caùc goác aminoacid nhaát ñònh. Baûng VI.2. Coenzyme daãn xuaát cuûa vitamine Coenzyme Vitamine Chöùc naêng Pyridoxal Piridoxine Chuyeån amin hoùa; decarboxyl hoùa; rasemate phosphate hoùa Thyamine- Thyamine Decarboxyl hoùa oxy hoùa; pyrophosphate (Vit. B1) vaän chuyeån nhoùm aldehyde Coenzyme A Acid pantotenic Vaän chuyeån acyl; phaân giaûi vaø toång hôïp acid beùo trong ñieàu kieän hieáu khí Acid Acid folic Vaän chuyeån caùc nhoùm moät carbon tetrahydrofolic Biotin Biotin (Vit. H) Vaän chuyeån CO2 NAD+, NADP+ Acid nicotinic Vaän chuyeån H+, e- FMN, FAD Riboflavin Vaän chuyeån H+, e- III. ÑOÄNG HOÏC CUÛA CAÙC PHAÛN ÖÙNG ENZYME. Baát kyø phaûn öùng hoùa hoïc naøo,ví duï phaûn öùng A ⎯→ P, sôû dó xaûy ra ñöôïc laø nhôø moät phaàn naêng löôïng trong soá caùc phaân töû A chöùa naêng löôïng lôùn hôn soá phaân töû coøn laïi, laøm cho chuùng toàn taïi ôû traïng thaùi hoaït ñoäng. ÔÛ traïng thaùi naøy deã daøng phaù vôõ moät lieân keát hoùa hoïc hoaëc taïo ra moät lieân keát môùi ñeå laøm xuaát hieän saûn phaåm P. Naêng löôïng caàn ñeå chuyeån toaøn boä soá phaân töû cuûa moät mol vaät chaát ôû ñieàu kieän nhaát ñònh sang traïng thaùi kích ñoäng ñöôïc goïi laø naêng löôïng hoaït hoùa. Naêng löôïng naøy caàn thieát ñeå chuyeån caùc phaân töû tham gia phaûn öùng sang moät traïng thaùi trung gian giaøu naêng löôïng töông öùng vôùi ñænh cuûa haøng raøo hoaït hoùa (hình VI.2).Toác ñoä cuûa phaûn öùng tæ leä vôùi noàng ñoä cuûa phaân töû ôû traïng thaùi trung gian naøy. Khi taêng nhieät ñoä naêng löôïng chuyeån ñoäng nhieät cuûa phaân töû taêng leân, laøm cho soá phaân töû coù khaû naêng ñaït traïng thaùi trung gian taêng leân. Vì theá khi taêng nhieät ñoä leân o 10 , toác ñoä cuûa phu hoùa hoïc taêng leân khoaûng hai laàn (Q10 = 2). Khaùc vôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä, chaát xuùc taùc laøm taêng toác ñoä cuûa phaûn öùng baèng caùch laøm giaûm naêng löôïng hoaït hoùa. Söï keát hôïp giöõa chaát phaûn öùng vaø chaát xuùc taùc laøm xuaát hieän traïng thaùi trung gian môùi vôùi möùc naêng löôïng hoaït hoùa thaáp hôn. Khi saûn phaåm hình thaønh, chaát xuùc taùc laïi ñöôïc giaûi phoùng ôû traïng thaùi töï do. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 48 - Caùc phaûn öùng enzyme cuõng tuaân theo nhöõng nguyeân taéc chung cuûa ñoäng hoïc caùc phaûn öùng hoùa hoïc. Tuy nhieân, chuùng coøn coù nhöõng ñaëc ñieåm rieâng. Moät trong nhöõng ñaëc ñieåm ñoù laø hieän töôïng baõo hoøa cô chaát. ÔÛ noàng ñoä cô Hình VI.2. Bieán thieân naêng löôïng töï do chaát thaáp toác ñoä cuûa trong caùc phaûn öùng hoùa hoïc. phaûn öùng enzyme tæ leä thuaän vôùi noàng ñoä cô chaát. Nhöng neáu tieáp tuïc taêng noàng ñoä cô chaát thì toác ñoä phaûn öùng taêng chaäm daàn, vaø khi noàng ñoä cô chaát ñaït moät giaù trò naøo ñoù, toác ñoä cuûa phaûn öùng khoâng taêng nöõa. Trong nhöõng ñieàu kieän ñoù noàng ñoä enzyme laø yeáu toá quyeát ñònh toác ñoä phaûn öùng. Maëc duø hieän töôïng baõo hoøa cô chaát ñaëc tröng cho moïi enzyme, nhöng giaù trò cuï theå cuûa noàng ñoä cô chaát laø giaù trò ñaëc tröng. Thoâng qua nghieân cöùu vaán ñeà naøy Michaelis vaø Menten naêm 1913 ñaõ ñeà xuaát moät phöông trình dieãn taû toác ñoä caùc phaûn öùng enzyme vaø neâu leân moät soá lyù thuyeát chung veà ñoäng hoïc cuûa quaù trình naøy. Thuyeát naøy veà sau ñaõ ñöôïc Briggs vaø Haldans phaùt trieån theâm. Caùc taùc giaû treân nhaän thaáy raèng trong caùc phaûn öùng enzyme tröôùc tieân enzyme E taïo ra phöùc heä ES vôùi cô chaát S. Sau ñoù ES seõ ñöôïc phaân giaûi thaønh saûn phaåm P vaø enzyme E töï do. Theo ñònh luaät khoái löôïng, quaù trình ñoù coù theå ñöôïc moâ taû nhö sau: k1 k3 E + S ES E + P k2 k4 trong ñoù k1 laø haèng soá toác ñoä phaûn öùng hình thaønh ES töø E vaø S; k2 laø haèng soá toác ñoä phaûn öùng phaân giaûi ES thaønh E vaø S; k3 laø haèng soá toác ñoä phaûn öùng phaân giaûi ES thaønh E vaø P; k4 laø haèng soá toác ñoä phaûn öùng hình thaønh ES töø E vaø P. ÔÛ traïng thaùi caân baèng toác ñoä hình thaønh ES baèng toác ñoä phaân giaûi phöùc heä naøy: k1[E][S] – k2[ES] = k3[ES] – k4[E][P]. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 49 - Bieán ñoåi phöông trình naøy, ta coù: [ES](k2+k3) = [E](k4[P] + k1[S]) [ES] k4[P] + k1[S] k4[P] k1[S] [E] k2 + k3 k2+k3 k2+k3 Do ôû caùc giai ñoaïn ñaàu cuûa phaûn öùng giaù trò cuûa [P] voâ cuøng nhoû neân coù theå giaûn löôïc phöông trình treân nhö sau: [ES] k1[S] [E] k2 + k3 Ñaët [E]t laø haøm löôïng enzyme toång soá vaø Km = k2+k3 / k1, ta coù: [E] [E]t -[ES] [E]t Km [ES] [ES] [ES] [S] Toác ñoä ban ñaàu v cuûa phaûn öùng enzyme tæ leä thuaän vôùi haøm löôïng enzyme hoaït ñoäng, hay [ES], neân ta coù theå vieát: v = k3[ES] Neáu noàng ñoä cô chaát raát lôùn, laøm cho haàu heát enzyme trong heä thoáng ñeàu toàn taïi ôû traïng thaùi ES, thì toác ñoä phaûn öùng enzyme seõ ñaït giaù trò toái ña V, vaø toác ñoä toái ña ñoù seõ baèng: V = k3[E]t Do ñoù: [E]t V Km [ES] v [S] Nhaân hai veá cho [S] vaø bieán ñoåi phöông trình, ta coù: V[S] v = Km + [S] Ñaây chính laø phöông trình Michaelis-Menten vaø Km ñöôïc goïi laø haèng soá Michaelis. YÙ nghóa thöïc tieån cuûa haèng soá Michaelis laø ôû choã noù chính laø giaù trò cuûa noàng ñoä cô chaát khi toác ñoä phaûn öùng baèng ½ toác ñoä toái ña. Thay V vaø v baèng caùc con soá töông öùng 1 vaø 0,5 vaøo phöông trình treân, ta seõ thaáy roõ ñieàu ñoù. Nhö vaäy, Km ñöôïc ño baèng ñôn vò noàng ñoä, töùc mol/l. Haèng soá Michaelis laø moät haèng soá raát quan troïng. Noù xaùc ñònh aùi löïc cuûa enzyme vôùi cô chaát. Km caøng nhoû thì aùi löïc naøy caøng lôùn, toác ñoä phaûn öùng caøng cao vì toác ñoä toái ña V ñaït ôû giaù trò noàng ñoä cô chaát caøng thaáp. Treân cô sôû phöông trình Michaelis-Menten, baèng caùch xaây döïng ñöôøng bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa v vaøo [S] vaø baèng ñoà thò ñoù xaùc ñònh toác ñoä toái ña V ta coù theå tìm thaáy giaù trò cuûa [S], ôû ñoù v = V/2, töùc giaù trò cuûa Km (hình VI.3). GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc
Hoaù sinh hoïc - 50 - Tuy nhieân, baèng caùch naøy khoù xaùc ñònh v moät caùch chính xaùc. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm ñoù, ngöôøi ta söû duïng ñöôøng bieåu dieãn Linewear-Burk. Hai taùc giaû naøy bieán ñoåi phöông trình Michaelis-Menten thaønh daïng: 1/v = Km/V x 1/[S] + 1/V Öu ñieåm cuûa phöông 1trình naøy laø ôû choã giöõa caùc ñaïi löôïng 1/v vaø 1/[S] coù moái lieân Hình VI.3. Ñöôøng bieåu dieãn heä tæ leä thuaän (hình phöông trình Michaelis-Menten VI.4). Qua ñöôøng bieåu dieãn naøy ta coù theå thaáy raèng tang 1/v ABO = Km/V vaø BO = 1/Km. Phöông trình A naøy coøn cho pheùp 1/V B tìm hieåu nhieàu khía -1/Km O -1/[S] caïnh quan troïng Hình VI.4. Ñöôøng bieåu dieãn lieân quan ñeán taùc phöông trình Lineweaver-Burk duïng cuûa caùc chaát öùc cheá hoaït tính cuûa enzyme. IV. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA pH LEÂN HOAÏT TÍNH ENZYME. Phaàn lôùn enzyme ñöôïc ñaëc tröng bôûi söï phuï thuoäc cuûa chuùng vaøo pH, trong ñoù moãi enzyme coù hoaït tính cao nhaát ôû moät giaù trò pH nhaát ñònh. ÔÛ caû hai phía cuûa giaù trò naøy hoaït tính enzyme ñeàu giaûm. Giaù trò pH toái thích naøy (pHopt) bieán thieân trong phaïm vi khaù roäng, töø 1,5-2,5 ñoái vôùi pepsin ñeán 8-9 ñoái vôùi trypsin. Vì vaäy trong moïi nghieân cöùu enzyme pH caàn ñöôïc giöõ vöõng baèng dung dòch ñeäm thích hôïp. Söï phuï thuoäc cuûa hoaït tính enzyme vaøo pH ñöôïc qui ñònh bôûi pK cuûa caùc nhoùm ion hoùa trong phaân töû enzyme, ñaëc bieät cuûa caùc nhoùm taïi hoaêïc gaàn trung taâm hoaït ñoäng (coù theå coù vai troø trong vieäc keát hôïp giöõa apoenzyme vaø coenzyme), hoaëc caùc nhoùm coù theå ñoùng goùp vaøo vieäc laøm bieán ñoåi trung taâm hoaït ñoäng thoâng qua vieäc laøm bieán daïng caùc boä phaän cuûa phaân töû enzyme. pH cuõng coù theå aûnh höôûng xa hôn ñeán möùc ñoä ion hoùa hoaëc caáu truùc khoâng gian cuûa cô chaát. GS.TS. Mai Xuaân Löông Khoa Sinh hoïc