Lớp 12

Amino axit, peptit, cấu trúc protein

Các amino axit nối với nhau bằng liên kết peptit thành chuỗi gấp cuộn thành protein; bốn bậc cấu trúc giải thích vì sao trình tự quyết định hình dạng và chức năng.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: hai mươi chữ cái, vô vàn từ

Protein là những “từ” dài viết bằng bảng chữ cái gồm hai mươi amino axit. Thứ tự các chữ là trình tự; sau đó chuỗi gấp cuộn sao cho một số phần nằm bên trong, tránh nước, còn phần khác ở bên ngoài, và hình dạng ba chiều tạo thành giúp protein làm enzim, sợi hay chất vận chuyển.

Chuỗi gấp khúc với hạt nhóm bên ở mỗi gốc thứ hai; kéo để xoay. Đây chỉ là sơ đồ tô-pô, không phải cấu trúc gấp cuộn thật của protein.

Phổ thôngMức phổ thông: amino axit và liên kết peptit

Định nghĩa:

Hợp chất $\ce{H2N-CHR-COOH}$ có nhóm amino gắn vào carbon kề nhóm cacboxyl. Có hai mươi nhóm R (mạch bên) khác nhau trong protein; tất cả trừ glyxin đều chiral và protein tự nhiên dùng dạng L.

\ce{H2N-CHR-COOH + H2N-CHR'-COOH -> H2N-CHR-CO-NH-CHR'-COOH + H2O}

Nối hai amino axit loại đi một phân tử nước và tạo amit gọi là liên kết peptit. Hai gốc cho đipeptit, ba gốc cho tripeptit, chuỗi dài là polipeptit. Hai đầu chuỗi khác nhau: đầu N có $\ce{NH2}$ tự do, đầu C có $\ce{COOH}$ tự do.

Ví dụ: Có bao nhiêu tripeptit?

Ba amino axit khác nhau (Gly, Ala, Val), mỗi loại dùng một lần: tạo được bao nhiêu tripeptit khác nhau? Và nếu mỗi vị trí có thể là bất kỳ loại nào trong ba?

Lời giải

Mỗi loại một lần: 3! = 6 cách sắp xếp, vì thứ tự quan trọng (Gly-Ala-Val khác Val-Ala-Gly). Cho phép lặp lại: 3³ = 27.

Đại họcĐại học: sự ion hoá và bốn bậc cấu trúc

Trong nước, amino axit là ion lưỡng cực $\ce{^+H3N-CHR-COO-}$ . Điện tích tổng bằng 0 tại điểm đẳng điện pI; với amino axit trung tính, pI là trung bình hai giá trị pKa (glyxin: pKa 2,34 và 9,60 nên pI ≈ 5,97). Liên kết peptit có tính chất nối đôi một phần nên sáu nguyên tử quanh nó đồng phẳng và thường ở dạng trans.

\mathrm{pI}=\tfrac12\left(\mathrm{p}K_{a1}+\mathrm{p}K_{a2}\right)

Các bậc cấu trúc protein
Bậc	Nội dung	Lực ổn định chính
Bậc một	Trình tự amino axit	Liên kết peptit cộng hoá trị
Bậc hai	Xoắn α, tấm β	Liên kết hiđro C=O···H–N của khung
Bậc ba	Hình dạng 3D của một chuỗi	Hiệu ứng kị nước, cầu muối, cầu đisunfua
Bậc bốn	Tập hợp nhiều chuỗi	Cùng các lực không cộng hoá trị giữa tiểu đơn vị

Ví dụ: Điểm đẳng điện của glyxin

Glyxin có pKa(COOH) = 2,34 và pKa(NH₃⁺) = 9,60. Tính pI và cho biết ở pH 8 nó di chuyển về cực nào trong điện trường.

Lời giải

pI = (2,34 + 9,60)/2 = 5,97. Ở pH 8 > pI phân tử mang điện tích âm tổng cộng (nhóm amoni phần lớn vẫn được proton hoá nhưng dư $\ce{COO-}$ so với $\ce{NH3+}$ là nhỏ), nên di chuyển chậm về cực dương.

Tài liệu tham khảo

Lehninger Principles of Biochemistry (8th ed.) · David L. Nelson, Michael M. Cox, Aaron A. Hoskins, 2021
The Structure of Proteins: Two Hydrogen-Bonded Helical Configurations of the Polypeptide Chain · Linus Pauling, Robert B. Corey, H. R. Branson, 1951