Giáo án Hóa học Lớp 12 - Chương 3: Protein

roteic: các gốc amino acid Tyr, Trp, Phe trong protein tác dụng với HNO3 đặc tạo thành màu vàng và sau khi thêm kiềm sẽ chuyển thành da cam. · Phản ứng Pauli: các gốc Tyr, His trong protein tác dụng với diazobenzosulfonic acid tạo thành màu đỏ anh đào. · Phản ứng Millon: gốc Tyr tác dụng với thuỷ ngân nitrate trong HNO3 đặc tạo thành kết tủa màu nâu đất. · Phản ứng Saccaguichi: gốc Arg tác dụng với dung dịch kiềm của a-naphtolvà hypobromitecho màu đỏ anh đào. · Phản ứng Adamkievich: gốc Trp tác dụng với glyoxylic acid và H2SO4 đặc tạo thành vòng tím đỏ ở mặt phân cách. 3.3.2.2. Tính chất và chức năng sinh học của protein Protein là hợp chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ thể sống, về mặt số lượng, nó chiếm không dưới 50% trọng lượng khô của tế bào. Từ lâu, đã biết rằng protein tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể sinh vật, ngoài vai trò là thành phần chính trong cấu trúc của tế bào và mô, protein còn có nhiều chức năng phong phú khác quyết định những đặc điểm cơ bản của sự sống như sự truyền đạt thông tin di truyền, sự chuyển hoá các chất do các enzyme, các kháng thể chống lại bệnh tật, các hormon dẫn truyền các tín hiệu trong tế bào v.v... đều có bản chất là các protein. Trong cơ thể protein có một số vai trò sau đây: - Chức năng tạo hình Ngoài các protein làm nhiệm vụ cấu trúc như vỏ virus, màng tế bào, còn gặp những protein thường có dạng sợi như: sclerotin có trong lớp vỏ ngoài của sâu bọ; fibroin của tơ tằm, nhện; collagen, elastin của mô liên kết, mô xương. Collagen đảm bảo cho độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết. - Chức năng xúc tác Hầu hết các phản ứng xẩy ra trong cơ thể đều do các protein đặc biệt đóng vai trò xúc tác, những protein đó được gọi là các enzyme. Mặc dù gần đây người ta đã phát hiện được một loại RNA có khả năng xúc tác quá trình chuyển hoá tiền RNA thông tin (pre-mRNA) thành RNA thông tin (mRNA), nghĩa là enzyme không nhất thiết phải là protein. Nhưng định nghĩa có tính chất kinh điển: enzyme là những protein có khả năng xúc tác đặc hiệu cho các phản ứng hoá học, là chất xúc tác sinh học vẫn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Hiện nay người ta biết được khoảng 3.500 enzyme khác nhau, nhiều enzyme đã được tinh sạch, kết tinh và nghiên cứu cấu trúc. - Chức năng bảo vệ Ngoài vai trò là thành phần chính trong xúc tác, cấu trúc của tế bào và mô, protein còn có chức năng chống lại bệnh tật để bảo vệ cơ thể. Đó là các protein tham gia vào hệ thống miễn dịch, đặc biệt nhiều loại protein thực hiện các chức năng riêng biệt tạo nên hiệu quả miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu. Các protein miễn dịch được nhắc đến nhiều hơn cả là các kháng thể, bổ thể và các cytokine. Ngoài ra protein còn tham gia vào quá trình đông máu để chống mất máu cho cơ thể hoặc một số loài có thể sản xuất ra những độc tố có bản chất là protein như enzyme nọc rắn, lectin v.v...,có khả năng tiêu diệt kẻ thù để bảo vệ cơ thể. - Chức năng vận chuyển Trong cơ thể có những protein làm nhiệm vụ vận chuyển như hemoglobin, mioglobin, hemocyanin vận chuyển O2, CO2 và H+ đi khắp các mô, các cơ quan trong cơ thể. Ngoài ra còn có nhiều protein khác như lipoprotein vận chuyển lipid, ceruloplasmin vận chuyển đồng (Cu) trong máu v.v...Một trong những protein làm nhiệm vụ vận chuyển được nhắc đến nhiều nhất đó là hemoglobin. - Chức năng vận động. Nhiều protein làm nhiệm vụ vận động co rút như myosin, actin ở sợi cơ, chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào v.v... -Chức năng dự trữ và dinh dưỡng Các protein làm nhiệm vụ dự trử như casein của sữa, ovalbumin của trứng, feritin của lách (dữ trữ sắt) v.v...Protein dữ trữ này chính là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho các tổ chức mô, phôi phát triển. - Chức năng dẫn truyền tín hiệu thần kinh Nhiều loại protein tham gia vào việc dẫn truyền tín hiệu thần kinh đối với các kích thích đặc hiệu như: sắc tố thị giác rodopsin ở màng lưới mắt. - Chức năng điều hoà Các protein làm nhiệm vụ điều hoà quá trình trao đổi chất thông qua tác động lên bộ máy thông tin di truyền như các hormon, các protein ức chế đặc hiệu enzyme đều có chức năng điều hoà nhiều quá trình trao đổi chất, chẳng hạn các protein repressor ở vi khuẩn có thể làm ngừng quá trình sinh tổng hợp enzyme từ các gen tương ứng. - Chức năng cung cấp năng lượng Protein cũng là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho mọi hoạt động sống trong cơ thể. Trong cơ thể các protein bị phân giải thành các amino acid, từ đó tiếp tục tạo thành hàng loạt các sản phẩm, trong đó có các ceto acid, aldehyde và carboxylic acid. Các chất này đều bị oxy hoá dần dần tạo thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng ra năng lượng. 3.3.3. Phân loại protein Protein là hợp chất đa dạng về thành phần cấu trúc, chức năng; khối lượng phân tử của chúng cũng rất khác nhau (bảng 3.6). Do đó sự phân loại protein có thể dựa vào những mục đích khác nhau. Có hai cách phân loại thông thường nhất: 3.3.3.1. Phân loại theo hình dạng - Protein dạng sợi Có hình dạng dài, thường là hình sợi, chiều dài của phân tử protein sợi lớn hơn đường kính của nó hàng trăm lần. Protein sợi tương đối bền vững, không tan trong nước và dung dịch muối loãng, các chuỗi polypeptide của protein sợi nằm dọc theo một trục thành những sợi dài. Protein sợi là yếu tố cấu trúc cơ bản của mô liên kết ở động vật cao cấp, thí dụ collagen ở gân và mô xương,elastin ở mô liên kết đàn hồi, a-keratin ở tóc da v.v... - Protein dạng cầu Có dạng gần như hình cầu hoặc hinh bầu dục, chiều dài của phân tử protein cầu có thể lớn hơn đuờng kính của nó từ 3 đến 10 lần. Protein cầu không bền vững băng protein sợi, đa số tan trong dung dịch nước và dễ khuyếch tán, thường có chức năng hoạt động sống của tế bào như các enzyme, các hormon, các protein vận chuyển như albumin huyết thanh, hemoglobin v.v... - Protein dạng trung gian Một số protein dạng trung gian, vừa có đặc điểm của protein sợi, vừa có đặc điểm của protein cầu. Thí dụ myosin (yếu tố cấu trúc và chức năng quan trong của cơ) có cấu trúc hình que dài là đặc điểm của protein sợi, nhưng lại tan trong dung dịch muối là đặc điểm của protein cầu. Ngoài ra, trong nhóm trung gian này còn có chất tiền thân của fibrin là fibrinogen. 3.3.3.2. Phân loại theo thành phần hoá học Protein gồm hàng trăm, hàng ngàn, thậm chí hàng vạn amino acid nối với nhau bằng liên kết peptide tạo nên một hay nhiều chuỗi polypeptide có cấu trúc rất phức tạp. Căn cứ sự có hay vắng mặt của một số thành phần có bản chất không phải protein mà người ta chia protein thành hai nhóm: Bảng: 3.6 Khối lượng (MW) và cấu trúc phân tử của một số protein Protein Khối lượng (Dalton) Số gốc amino acid Số chuỗi polypeptide Glucagon Insulin Ribonuclease (tụy bò) Lysozyme (lòng trắng trứng) Myoglobin (tim ngựa) Chymotripsin (tụy bò) Hemoglobin (người) Albumin (huyết thanh người) Hexokinase (men bia) Tryptophan-synthetase (E.coli) g-globulin (ngựa) Glycogen-phosphorylase (cơ thỏ) Glutamate-dehydrogenase (gan bò) Synthetase của acid béo (men bia) Virus khảm thuốc lá 3482 5733 12.640 13.930 16.890 22.600 64.500 68.500 96.000 117.000 149.000 495.000 1.000.000 2.300.000 40.000.000 29 51 124 129 153 241 574 550 800 975 1.250 4.100 8.300 20.000 336.500 1 2 1 1 1 3 4 1 4 4 4 4 40 21 2.130 - Protein đơn giản Protein đơn giản là những protein mà phân tử của chúng gồm toàn amino acid. Thí dụ một số enzyme của tuỵ bò như ribonuclease gồm toàn amino acid nối với nhau thành một chuỗi polypeptide duy nhất (có 124 gốc amino acid, khối lượng phân tử 12.640), chymotrypsin gồm toàn amino acid nối với nhau thành ba chuỗi polypeptide (có 241 gốc amino acid, khối lượng phân tử 22.600) v.v...Dựa theo khả năng hoà tan trong nước hoặc trong dung dịch người ta có thể chia các protein đơn giản ra một số nhóm nhỏ như: - Albumin: tan trong nước, bị kết tủa ở nồng độ muối (NH4)2SO4 khá cao (70-100%). - Globulin: không tan hoặc tan ít trong nước, tan trong dung dịch loãng của một số muối trung tính như NaCl, KCl, Na2SO4..., và bị kết tủa ở nồng độ muối (NH4)2SO4 bán bão hoà. - Prolamin: không tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng, tan trong ethanol, isopropanol 70-80%. - Glutein: chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc acid loãng. - Histon: là protein có tính kiềm dễ tan trong nước, không tan trong dung dịch amoniac loãng. - Protein phức tạp Protein phức tạp là những protein mà phân tử của chúng ngoài các amino acid như protein đơn giản còn có thêm thành phần khác có bản chất không phải là protein còn gọi là nhóm thêm (nhóm ngoại). Tuỳ thuộc vào bản chất của nhóm ngoại mà người ta chia các protein phức tạp ra các nhóm nhỏ và thường gọi tên các protein đó bắt đầu bằng tiếp đầu ngữ chỉ bản chất nhóm ngoại: - Lipoprotein: nhóm ngoại là lipid. - Nucleoprotein: nhóm ngoại là nucleic acid. - Glucoprotein: nhóm ngoại là carbohydrate và dẫn xuất của nó. - Phosphoprotein: nhóm ngoại là phosphoric acid. - Chromoprotein: nhóm ngoại là hợp chất có màu. Tuỳ theo tính chất của từng nhóm ngoại mà có những màu sắc khác nhau như đỏ (ở hemoglobin), vàng (ở flavoprotein)... TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Trần Thị Ân, Đái Duy Ban, Nguyễn Hữu Chấn, Đỗ Đình Hồ, Lê Đức Trình. 1980. Hoá sinh học. NXB Y học, Hà Nội 2.Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 1999. Hoá sinh học. NXB Giáo dục, Hà Nội. 3. Nguyễn Lân Dũng, Phạm Văn Ty, Nguyễn Đình Quyến. 1999. Vi sinh vật học. NXB Giáo dục,Hà Nội. 4. Lê Đức Trình. 1998. Hormon. NXB Y học. Hà nội Tài liệu tiếng Anh 1. Dennison C. 2002. A Guide To Protein Isolation. Kluwer Academic Publishers. New York, Boston, Dordrecht, Lodon, Moscow. 2. Fersht A., 1998, Structure and Mechanism in Protein Science, W. H. Freeman, 3rd Rev Edit. 3. Lehninger A. L. 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman, 2004 4. Liebler D. C. 2002. Introduction to proteomics. Humana Press Inc. Totuwa, New Jersey. 5. Lodish H, 2003. Molecular Cell Biology. 5th ed, W.H Freeman, 2003 6. Walker J. M. 1996. The Protein Protocols Hand book. 2nd ed. Humana Press Inc. Totuwa, New Jersey.