Trang web này phụ thuộc vào doanh thu từ số lần hiển thị quảng cáo để tồn tại. Vui lòng tắt trình chặn quảng cáo của bạn hoặc tạm dừng tính năng chặn quảng cáo cho trang web này.
Academia.edu no longer supports Internet Explorer.
To browse Academia.edu and the wider internet faster and more securely, please take a few seconds to upgrade your browser.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠOTRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘINGÔ XUÂN MẠNH [CHỦ BIÊN], LẠI NGỌC HÀ,ðẶNG THÁI HẢI, NGUYỄN VĂN KIỆMGIÁO TRÌNHHOÁ SINH ðẠI CƯƠNGHà Nội - 2009LỜI NÓI ðẦUTrong những năm cuối của thế kỷ XX và ñầu thế kỷ XXI loài người ñã và ñang chứngkiến những thành tựu to lớn do các ngành công nghệ mũi nhọn [Công nghệ tin học, Côngnghệ sinh học, Công nghệ vật liệu mới, Công nghệ năng lượng mới] ñem lại. Trong số cácngành công nghệ mũi nhọn Công nghệ sinh học [Biotechnology] là ngành công nghệ ñầy hứahẹn. Nền tảng của công nghệ sinh học dựa trên các thành tựu của Hoá sinh học, Di truyền học,Sinh học tế bào. Hoá sinh học – Môn khoa học ra ñời vào nửa cuối thế kỷ XIX. Trong thế kỷXX Hoá sinh học ñã phát triển mạnh mẽ, ñạt ñược trình ñộ cao trong mọi lĩnh vực nhất làtrong lĩnh vực Protein và Nucleic acid cùng các môn khoa học sinh học khác hình thành lĩnhvực Công nghệ sinh học. Ngày nay loài người ñã có ñủ cơ sở ñể tạo ra những giống cây trồng,vật nuôi có tính chống chịu ñối với các tác nhân gây bệnh, có tính chống chịu ñối với ñiềukiện môi trường bất lợi, có phẩm chất`mong muốn …, các giống vi sinh vật có khả năng tạora các sản phẩm thực phẩm, các phụ gia thực phẩm ñặc biệt mà công nghệ truyền thống khôngthể tạo ra hoặc với phẩm chất không cao, các vacxin chữa bệnh ñặc trị … Do vậy kiến thứchoá sinh học là rất cần thiết cho các kỹ sư nông nghiệp, lâm nghiệp, cử nhân sinh học, kỹ sưcông nghệ thực phẩm … tương lai.Trong quá trình nâng cao chất lượng ñào tạo ñại học ñến nay Bộ giáo dục và ðào tạoñã xây dựng thống nhất Chương trình khung ñào tạo các chuyên ngành. Trên cơ sở khungchương trình của môn học Hoá sinh ñại cương chúng tôi mạnh dạn biên soạn giáo trình “Hoásinh ñại cương”. Giáo trình ñược biên soạn trên cơ sở kinh nghiệm giảng dạy môn học nhiềunăm của tập thể cán bộ giảng dạy của Bộ môn Hoá sinh – Công nghệ sinh học thực phẩm, Bộmôn Sinh lý – Hoá sinh ñộng vật, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội và cập nhật các kiếnthức mới của Hoá sinh hiện ñại.Giáo trình ñược phân công biên soạn như sau:- PGS.TS Ngô Xuân Mạnh : Mở ñầu, Chương 4 và 8- ThS Lại Thị Ngọc Hà: Chương 1 và 5- TS ðặng Thái Hải: Chương 2,3, 6 và 7- TS Nguyễn Văn Kiệm: Chương 7Giáo trình này là tài liệu học tập của sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh củacác chuyên ngành nông nghiệp thuộc các trường ðại học Nông nghiệp. Ngoài Giáo trình là tàiliệu tham khảo tốt cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh các ngành sinh học, cáccán bộ giảng dạy, cán bộ nghiên cứu và các nhà sản xuất trong lĩnh vực nông nghiệp, lâmnghiệp, sinh học, công nghệ thực phẩm …ðây là lần ñầu tiên biên soạn theo nội dung khung chương trình mới, chắc chắn cònnhiều khiếm khuyết. Chúng tôi mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của người ñọc nhất là cácbạn sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ñể Giáo trình ngày càng hoàn thiện và tốthơn.Tháng 12 năm 2009Các tác giảTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……iMỤC LỤCLời nói ñầuMục lụcMở ñầuChương 11.11.1.11.1.21.21.2.11.2.21.2.31.31.3.11.3.21.3.31.3.41.3.51.41.4.11.4.21.4.31.4.41.51.5.11.5.2Chương 22.12.22.2.12.2.2Chương 33.13.1.13.1.23.1.33.23.2.1PROTEINKHÁI NIỆMðịnh nghĩaChức năng sinh họcCẤU TẠO PROTEINThành phần nguyên tốAminoacid – ñơn vị cấu tạo cơ sở của proteinCác tính chất của aminoacidCẤU TẠO PHÂN TỬ PROTEINPeptide và thuyết polypeptideCấu trúc bậc một của proteinCấu trúc bậc hai của proteinCấu trúc bậc ba của proteinCấu trúc bậc bốn của proteinTÍNH CHẤT CỦA PROTEINHình dạng và kích thướcTính chất lưỡng tínhTính chất bị biến tínhCác phản ứng ñặc trưngPHÂN LOẠI PROTEINPhân loại dựa vào ñộ hòa tanPhân loại dựa vào cấu tạoCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoVITAMINðẠI CƯƠNG VỀ VITAMINCÔNG THỨC CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG SINH HỌCCỦA VITAMINVitamin tan trong chất béoVitamin tan trong nướcCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoENZYMECÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢNSự xúc tácEnzyme là chất xúc tác sinh họcðơn vị hoạt lực của enzymeCẤU TẠO CỦA ENZYMEPhần lớn các enzyme có bản chất là proteinTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……iii1777710101013181820212425262627282931313233333434353540454546464747484848ii3.2.23.2.33.2.43.2.53.33.43.53.5.13.5.23.5.33.5.43.6Chương 44.14.1.14.1.24.1.34.1.44.24.2.14.2.24.34.3.14.3.24.3.34.3.44.3.54.3.64.4Chương 55.15.1.15.1.25.25.2.15.2.2Các cofactorTrung tâm hoạt ñộng của enzymeCác tổ hợp ña enzyme và các enzyme dị lập thểSự phân bố và các dạng enzymeTÍNH ðẶC HIỆU CỦA ENZYMECƠ CHẾ HOẠT ðỘNG CỦA ENZYMECÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HOẠT TÍNH XÚC TÁCCỦA ENZYMEẢnh hưởng của nồng ñộ cơ chất và enzyme. ðộng học củaphản ứng enzymeẢnh hưởng của nhiệt ñộẢnh hưởng của pH môi trườngẢnh hưởng của các chất hoạt hoá và chất ức chếCÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI ENZYMECâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoNUCLEIC ACIDTHÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA NUCLEIC ACIDCác base chứa nitơðường pentoseNucleosideNucleotideCẤU TẠO CỦA CÁC NUCLEIC ACIDCấu tạo DNACấu tạo của RNASINH TỔNG HỢP NUCLEIC ACIDSinh tổng hợp nucleotide dạng purineSinh tổng hợp các nucleotide kiểu pyrimidineSinh tổng hợp các nucleotide thymidineSinh tổng hợp các deoxyribonucleotideSinh tổng hợp DNA [sự tái bản DNA - Replication]Sinh tổng hợp RNA [ sự phiên mã-Transcription]PHÂN GIẢI CÁC NUCLEIC ACIDCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoSỰ TRAO ðỔI AMINOACID VÀ PROTEINSỰ TRAO ðỔI AMINOACIDSự tổng hợp aminoacidSự biến ñổi các aminoacidSỰ TRAO ðỔI PROTEINSự tổng hợp proteinSự phân giải proteinCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……495354555758606063636465666768686871717173737678788080818185909090919191939696107108108iiiChương 66.16.1.16.1.26.1.36.26.2.16.2.26.2.36.2.46.2.56.36.3.16.3.16.46.4.16.4.26.56.5.16.5.26.5.36.66.6.16.6.26.76.7.16.7.26.7.36.7.46.7.5Chương 77.17.1.17.1.27.1.37.27.2.17.2.27.2.37.37.3.17.3.2CARBOHYDRATEðẠI CƯƠNG VỀ CARBOHYDRATEðịnh nghĩaChức năng của carbohydratePhân loạiCÁC MONOSACCHARIDEðịnh nghĩaðồng phân quang học của monosaccharideCấu trúc dạng vòngCác dẫn xuất của hexoseMột số monosaccharide quan trọngOLIGOSACCHARIDEðịnh nghĩaMột số oligosaccharide phổ biếnPOLYSACCHARIDEPolysaccharide thuầnPolysaccharide tạpSỰ TỔNG HỢP CARBOHYDRATESơ lược về hoá sinh quang hợpTổng hợp disaccharide và tinh bộtTổng hợp glucose từ các sản phẩm chuyển hoá trung gianSỰ PHÂN GIẢI CÁC POLYSACCHARIDESự phân giải glycogenSự phân giải tinh bộtHOÁ SINH HÔ HẤPQuá trình ñường phân [Glycolysis]Các ñường hướng chuyển hoá của pyruvateChu trình citric acidSự phosphoryl hoá ôxy hoáChu trình pentose phosphateCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoLIPIDðẠI CƯƠNG VỀ LIPIDKhái niệm về lipidChức năng sinh học của lipidPhân loại lipidCẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA LIPIDAcid béo và alcolCấu tạo và tính chất của lipid ñơn giảnCấu tạo và tính chất của các lipid phức tạpSỰ PHÂN GIẢI LIPIDSự phân giải triacylglycerolPhân giải các lipid phức tạpTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……109110110110110110110111111112113113113114114114116118118127131131131132133133138141144146149149150150150150151152152154155158158167iv7.47.4.17.4.2Chương 88.18.2TỔNG HỢP LIPIDTổng hợp triacylglycerolSinh tổng hợp Glycerophospholipid và SphingolipidCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoTRAO ðỔI CHÂT VÀ NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC CƠ THỂSỐNGTrao ñổi chấtTrao ñổi năng lượngCâu hỏi ôn tậpTài liệu tham khảoTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……167167174177177178178180181181vMỞ ðẦUHoá sinh học [Biochemistry] là một môn khoa học nghiên cứu thành phần hoá họccủa cơ thể và những chuyển biến hoá học của các chất và của năng lượng xảy ra trong quátrình hoạt ñộng sống của con người, ñộng vật, thực vật và vi sinh vật.Việc nghiên cứu các chất có trong thành phần của cơ thể sinh vật là nhiệm vụ của tĩnhhoá sinh [Static biochemistry]. Tĩnh hoá sinh có quan hệ rất mật thiết với hoá học hữu cơ[Organic chemistry]. Việc nghiên cứu các chuyển hoá hoá học xảy ra trong quá trình hoạtñộng sống của cơ thể nghĩa là nghiên cứu về mặt hoá học của sự trao ñổi chất là nhiệm vụ củañộng hoá sinh [Dynamic biochemistry]. Cần nhấn mạnh rằng tĩnh hoá sinh và ñộng hoá sinhliên quan liên quan với nhau rất chặt chẽ- việc nghiên cứu các quá trình hoá sinh học sẽ vônghĩa nếu không có sự nghiên cứu các chất tham gia trong quá trình này.Hoá sinh mới trở thành một ngành khoa học ñộc lập vào nửa sau thể kỷ thứ XIX, mặcdầu ngay từ thời thượng cổ, con người ñã làm quen với nhiều quá trình hoá sinh học trongcuộc sống hàng ngày của họ [nướng bành mỳ, nấu rượu, thuộc da…]Sự cố gắng làm tăng năng suất mùa màng trên ñồng ruộng và sử dụng các thực vậtkhác nhau ñể làm thức ăn, làm thuốc, làm sơn, làm vải… ñã khiến con người phải nghiên cứucác cấu tử của thực vật và sự ảnh hưởng của các chất khác nhau ñối với sự sinh trưởng và pháttriển của chúng.Việc ñấu tranh với bệnh tật ñã khiến con người phải nghiên cứu các quá trình xảy ratrong cơ thể người ốm và người khoẻ cũng như ảnh hưởng của các dược liệu khác nhau lên cơthể con người.Sự phát triển khoa học ở cuối thể kỷ XVIII- ñầu thể kỷ XIX ñã cho phép người tachiết xuất ñược từ thực vật hàng loạt acid hữu cơ [malic acid, oxalic acid, citric acid, lacticacid …] và glycerol. Khi oxy hoá ñường, người ta ñã thu ñược formic acid. Vole F. [FriedrichWohler, 1828] ñã tổng hợp ñược ure; ñiều này chứng tỏ có thể tổng hợp ñược chất hữu cơ củacơ thể sống mà không cần “lực sống”. Trong thời gian này, Lavoaziê [Lavoisier] cũng ñã giảithích ñược cơ chế hoá học của sự hô hấp và sự cháy; ông ñã xác nhận rằng khi hô hấp trongcơ thể carbon và hydrogen bị oxy hoá từ từ; quá trình này giống sự cháy bình thường. Vàocuối thế kỷ XVIII, người ta ñã có những nhận xét và phát hiện ñầu tiên có tính chất khoa họcvề sự tác dụng của các ezyme. Ví dụ, người ta ñã chứng minh ñược rằng trong hạt lúa mì nảymầm chứa một chất có khả năng biến tinh bột thành ñường và dextrin và sau ñó người ta ñãchiết xuất ñược chất này từ mạch nha và goi là amylase. Người ta cũng ñã mô tả về enzymepepsin.Ở thế kỷ XIX, các nhà khoa học ñã ñạt ñược những thành tựu to lớn trong lĩnh vựctĩnh hoá sinh và trong việc nghiên cứu sự trao ñổi chất ở trong cơ thể sinh vật. Bằng cách sửdụng các phương pháp nghiên cứu mới, Liebig ñã xác ñịnh thành phần của nhiều thực phẩm,ñã chia các chất chứa trong thực phẩm thành protein, glucid, lipid và xác ñịnh hàm lượng nitơtrong protein.Các kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu cơ chế hoá học của protein ñã thu ñượcnhờ các công trình của N.E.Liascopski và A.Ia.Danilepski. Năm 1884, Danilepski lần ñầu tiênñã ñiều chế ñược các chất giống protein nhờ enzyme. Sau ñó, Fise [Fischer] ñã tổng hợp ñượchàng loạt polypeptid. Năm 1880, N.I.Lunin ñã phát hiện ra vitamin.Việc xác lập nên thành phần hoá học của cơ thể sống, việc phát hiện ra các enzyme vàviệc làm sáng tỏ vai trò của chúng trong sự trao ñổi chất, sự phát hiện ra vitamin và hormon,sự phát triển của hoá học về amionoacid và protein, về glucid, lipid ñã tạo ñiều kiện cho việcTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……1hình thành ñộng hoá sinh. ðồng thời chính nhờ sự phát triển của ñộng hoá sinh mà người tañã xác ñịnh ñược những quan ñiểm thống nhất về các quy luật chung của các quá trình traoñổi chất và những chuyển hoá năng lượng trong cơ thể sinh vật.Sơ ñồ lịch sử phát triển Hoá sinh họcNhư trên ñã nói, Hoá sinh học ñã trở thành một khoa học ñộc lập ở nửa sau của thế kỷXIX. Nó ñã ñược phát triển trên cơ sở của những thành tựu của hoá học hữu cơ.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……2Hoá sinh học nghiên cứu những giai ñoạn riêng biệt của quá trình trao ñổi chất, nghiêncứu mối liên quan tương hỗ và sự phụ thuộc lẫn nhau của các quá trình này; hoá sinh họcnghiên cứu vai trò sinh lý của các chất riêng lẻ trong sự sống của cơ thể, nghiên cứu quá trìnhsinh tổng hợp của chất hữu cơ phức tạp từ những chất ñơn giản cũng như nghiên cứu nhữngchuyển hoá sinh ñịa hoá học của xác ñộng vật và thực vật.Nhiệm vụ quan trọng nhất của hoá sinh học là phát hiện cấu trúc và tổng hợp bằng conñường nhân tạo các chất protein và nucleic acid tức là những chất mang sự sống.Vấn ñề về mối liên quan của các qúa trình trao ñổi chất với các chức năng sinh lý khácnhau của cơ thể cũng là một vấn ñề quan trọng của hoá sinh học hiện ñại.Tuỳ theo ñối tượng nghiên cứu mà người ta chia hoá sinh học thành hoá sinh ñạicương, hoá sinh thực vật, hoá sinh ñộng vật, hoá sinh vi sinh vật và y hoá sinh.Hoá sinh học có một ý nghĩa thực hành to lớn ñối với y học, nông nghiệp và hàng loạtngành công nghiệp khác.Việt Nam ñang trong thời kỳ phát triển, cùng với các ngành khoa học cơ bản [toán, lý,hoá, sinh…] và các ngành khoa học cơ sở khác [di truyền, sinh lý, vi sinh vật…], hoá sinh họcphải căn cứ trên những phương hướng và nhiệm vụ cụ thể nhằm phục vụ kịp thời và có hiệuquả những ñòi hỏi nóng bỏng của sản xuất nông lâm ngư nghiệp cũng như của y tế và quốcphòng.Trong thế kỷ XXI các nhà hóa sinh học Việt Nam bằng những công trình nghiên cứucủa bản thân mình và bằng cách áp dụng những thành tựu của hoá sinh học hiện ñại của thếgiới có chọn lọc và sáng tạo, sẽ ñủ khả năng giải quyết những vấn ñề do thực tiễn của sản xuấtvà ñời sống nước ta ñặt ra, sẽ góp phần xứng ñáng của mình trong sự nghiệp công nghiệp hoá,hiện ñại hoá nông nghiệp và nông thôn.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……3NHỮNG SỰ KIỆN CHÍNH TRONGLỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HOÁ SINH HỌC1770 – 1774 – Priestley chứng minh cây thải oxygen và ñộng vật sử dụng nó.1773 – Rouelle phân lập ñược urea từ nước tiểu.1828 – Wohler tổng hợp chất hữu cơ ñầu tiên là urea từ chất vô cơ.1838 – Schleiden và Schwann ñưa ra giả thuyết về cấu tạo tế bào của cơ thể sống.1854 – 1864 – Pasteur chứng minh sự lên men nhờ vi sinh vật.1864 – Hoppe – Seyler nhận ñược tinh thể hemoglobin.1866 – Mendel ñưa ra quy luật phân ly ñộc lập và tổ hợp tự do của các allele ở ñậu.1893 – Ostwald chứng minh bản chất xúc tác của enzyme.1898 – Camillo Golgi – phát hiện bộ máy Golgi.1905 – Knoop tìm ra cơ chế oxyhoá - β phân hoá acid béo.1907 – Fletcher và Hopkins chứng minh lactic acid hình thành từ glucose trong sự co bóp cơở ñiều kiện yếm khí.1910 – Morgan ñề ra học thuyết di truyền nhiễm sắc thể.1912 – Warburg phát hiện enzyme tham gia quá trình hô hấp.1913 – Michaelis và Menten xây dựng lý thuyết ñộng học xúc tác của enzyme.1922 – Mc Collum chứng minh sự thiếu vitamin D là nguyên nhân gây bệnh còi xương.1926 – Summer lần ñầu nhận ñược tinh thể urease.1926 – Jasen và Donath tách vitamin B1 [thiamine] từ cám gạo.1926 – 1930 – Svedberg chế tạo thiết bị siêu li tâm ñầu tiên.1928 – Levene chứng minh nucleotide là ñơn vị cấu tạo của nucleic acid.1928 – Szent – Gyorgyi phân lập vitamin C [ascorbic acid].1928 – 1933 – Warburg chứng minh pophyrin chứa Fe có mặt trong chuỗi hô hấp.1929 – Burr và Burr phát hiện linoleic acid là acid béo thiết yếu ñối với ñộng vật.1931 – Englehardt phát hiện bản chất song hành liên hợp của quá trình phosphoryl hoá và hôhấp.1932 – Warburg va Christian tìm ra “enzyme màu vàng” là flavoprotein.1933 – Krebs và Henseleit phát hiện ra chu trình urea.1933 – Embden và Meyerhof tìm ra các chất trung gian của quá trình glycolysis.1935 – Schoenheimer và Rittenberg lần ñầu tiên sử dụng ñồng vị trong nghiên cứu trao ñổichất.1935 – Stanley nhận ñược tinh thể virus bệnh khảm thuốc lá [TMV].1937 – Krebs phát hiện chu trình citric acid.1937 – Warburg giải thích sự hình thành ATP xẩy ra song hành liên hợp với việcglyceraldehyde – 3 – phosphate bị mất hydrogen.1938 – Hill chứng minh dịch vô bào chứa lục lạp thể tạo oxygen khi ñược chiếu sáng.1939 – C.Cori và G.Cori tìm ra hoạt tính xúc tác ñảo chiều của glycogen phossphorylase.1939 – Lipmann chứng minh vai trò trung tâm của ATP trong chu trình năng lượng.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……41939 – 1946 – Szent – Gyorgyi phát hiện phức actin – myosin.1940 – Beadle và Tatum nêu giả thuyết quan hệ một gene một enzyme.1942 – Bloch và Rittenberg phát hiện acetate là tiền chất tạo cholesterol.1944 – Avery, Mac Leofd và Mc Carty chứng minh DNA là nguyên nhân biến nạp ở vikhuẩn.1947 – 1950 – Lipmann và Kaplan tách và ñịnh tính CoA.1948 – Leloir phát hiện vai trò uridine nucleotide trong chuyển hoá cacbohydrate.1948 – Hogeboom, Schneider và Palade tách phân ñoạn tế bào bằng phương pháp li tâm.1949 – Christian de Duve phát hiện ra lysosome.1950 – 1953 – Chargaff phát hiện sự tương ứng của các gốc trong DNA.1951 – Pauling và Corey ñưa ra mô hình ñường xoắn ỏ của ỏ-keratin.1952 – 1954 – Zamecnick xây dung hệ thống nghiên cứu tổng hợp protein vô bào.1953 – Vigneaud tổng hợp hormone ñầu tiên là oxytocin.1953 – Sanger và Thompson xác ñịnh thứ tự amino acid của insulin.1953 – Watson, Crick và Wilkins xây dung mô hình xoắn ñôi DNA.1954 – Hugh Huxley trình bày mô hình sợi trượt của quá trình co cơ.1956 – Kornberg phát hiện DNA polymerase.1956 – Anfinsen và White khẳng ñịnh thứ tự sắp xếp amino acid ñặc hiệu quyết ñịnh cấu trúckhông gian của phân tử protein.1957 – Hoagland, Zamecnik và Stephenson tách và xác ñịnh choc năng tDNA.1957 – Sutherland phát hiện AMP vòng.1958 – Weiss, Hurwitz và Stevens phát hiện enzyme RNA polymerase phụ thuộc DNA.1958 – Meselson và Stahl chứng minh DNA nhân ñôi theo cơ chế bán bảo tồn.1959 – Wakil và Ganguly chứng minh malonyl – CoA là chất trao ñổi trung tâm trong tổnghợp acid béo.1959 – Krebs và Fischer phát hiện ra protein kinase.1960 – Kendrew thông báo về phân tích tán xạ X quang cấu trúc myoglobin.1961 – Jacob, Monod ñưa ra lý thuyết về operon.1961 – Jacob, Monod và Changeux nêu giả thuyết về cơ chế tác ñộng của enzyme dị lập thể[allosteric enzyme].1961 – Mitchell trình bày cơ chế hoá thẩm tạo ATP nhờ oxy hoá phosphorylhoá.1961 – Nirenberg và Matthaei phát hiện polyuridylic acid là mã di truyền củapolyphenylalanine.1962 – Racker tách F1 ATPase từ ti thể.1966 – Crick ñưa ra giả thuyết về liên kết “wobble”.1966 – Gilbert và Muller-Hill tách thành công lac repressor.1968 – Meselson và Yuan phát hiện enzyme DNA restrictase ñầu tiên.1970 – Temin và Baltimore phát hiện enzyme reverse transcriptase.1972 – Singer và Nicolson ñề xướng mô hình cấu trúc màng khảm.1973 – Cohen, Chang, Boyer và Helling thực hiện việc nhân dòng DNA.1975 – Sanger và Barrell ñề ra phương pháp xác ñịnh nhanh thứ tự nucleotide DNA.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……51977 – Starlinger lần ñầu tiên phát hiện ñoạn DNA gắn xen hàng.1978 – Tonegawa tìm ra cơ chế cắt DNA dư trong quá trình hình thành gene immunoglobulin.1981 – Steitz xác ñịnh cấu trúc CAP protein.1983 – Mullis ñề ra kỹ thuật nhân nhanh DNA – Phản ứng nhân sợi polymerase PCR[polymerase chain reaction].1984 – Michel, Deisenhofer và Huber xác ñịnh cấu tâm phản ứng quang hợp.1984 – Blobel phát hiện cơ chế chuyển vị trí protein xuyên màng.1988 – Elison và Hitching tổng hợp và sử dụng purine và pyrimidine trong hoá trị liệu.1989 – Synder tinh sạch và cải biến thụ thể [receptor] của inositol – 1,3,4 – P3.1994 – Gilman và Rodbell phát hiện G – protein và vai trò chuyển tín hiệu nội bào của nó.1995 – Lewis, Nusslein – Volhard và Wieschaus phát hiện cơ chế kiểm soát di truyền giaiñoạn phát triển phôi Drosophila ñầu tiên.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… ……6Chương1PROTEINTóm tắt:Protein – nhóm hợp chất cao phân tử thực hiện nhiều chức năng sinh học quan trọng. Phân tử proteincấu tạo từ 20 aminoacid. Các phân tử protein cấu tạo từ một hoặc vài mạch polypeptide. Cấu trúc bậcmột của protein là số lượng và trình tự sắp xếp của aminoacid. Cấu trúc bậc hai của protein là xoắn αhay nếp gấp β. Cấu trúc bậc ba là cấu trúc không gian của protein. ðại bộ phận protein khi có cấu trúcbậc ba thực hiện ñược chức năng sinh học. Cấu trúc bậc bốn của protein là sự kết hợp vài tiểu ñơn vịvốn có cấu trúc bậc ba ñể tạo nên phân tử protein thực hiện ñược chức năng sinh học. Protein có khốilượng phân tử cao, tính hấp phụ bề mặt và dễ bị biến tính, tính lưỡng tinh và các phản ứng hoá học ñặctrưng. Dựa vào thành phần cấu tạo protein ñược chia thành protein ñơn giản và protein phức tạp.1. 1. KHÁI NIỆMThuật ngữ protein bắt nguồn từ tiếng Hy lạp“proteios“ có nghĩa là quan trọng nhất hay chiếm vịtrí thứ nhất. Trên thực tế, protein là loại hợp chất vô cùng quan trọng của tế bào sống cả về mặtlượng và về mặt chất bởi lẽ ngoài vai trò cấu trúc tế bào [protein chiếm hơn nửa khối lượng khôtế bào], protein còn ñảm nhận rất nhiều chức năng sinh học quan trọng, ñảm bảo cho sự hoạtñộng và phát triển bình thường của tế bào.1.1.1. ðịnh nghĩaProtein là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, mạch thẳng, ñược cấu tạo từ các α-aminoacidliên kết với nhau bằng liên kết peptide [-CO-NH-], bị kết tủa bởi dung dịch trichloroacetic acid 10%.Các phân tử protein có thể ñược cấu tạo từ một hoặc từ nhiều chuỗi polypeptide. Công thức cấu tạotổng quát của chuỗi polypeptide như sau:H 2NCHCNCHC... NCHCR1OHR2OHRnOOHnTrong ñó các Ri là các mạch bên của aminoacid.1.1.2. Chức năng sinh họcProtein là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật. Các chức năng quan trọng của proteinñược kể ñến sau ñây.a. Chức năng xúc tácHầu hết các phản ứng xảy ra trong cơ thể sống từ các phản ứng ñơn giản nhất như phản ứng hydrat hóa,decarboxyl hóa ñến các phản ứng của các quá trình phức tạp như sao mã, dịch mã ñều ñược xúc tác bởicác enzyme. Các biến ñổi hóa học in vivo rất hiếm khi xảy ra với tốc ñộ có thể nhận thấy ñược khikhông có mặt của enzyme.Các enzyme ñều có bản chất hóa học là protein do ñó protein ñược coi là trung tâm của hầu hết biến ñổixảy ra trong cơ thể sống, ñảm bảo sự chuyển hóa các chất xảy ra bình thường trong cơ thể. Chức năngnày của protein sẽ ñược trình bày cụ thể ở chương enzyme.b. Chức năng vận chuyểnNhiều protein ñóng vai trò là các „xe tải“ vận chuyển các chất trong cơ thể.Hemoglobine, myoglobine [ở ñộng vật có xương sống], hemoxiamine [ở ñộng vật không xương sống]kết hợp với oxi rồi vận chuyển oxi theo máu ñến khắp các mô và cơ quan trong cơ thể. Nhờ các chấtTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………7vận chuyển này mà mặc dù oxi có ñộ hòa tan trong nước thấp, chúng vẫn ñược chuyển ñến và thỏa mãnñược nhu cầu oxi của các cơ quan trong cơ thể.Sắt ñược vận chuyển trong huyết tương nhờ transferrine, một protein và ñược dự trữ ở dạng phức vớiferritine, một protein khác.Các lipoprotein, một loại protein phức tạp ñóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển lipidtrong cơ thể. Lipid không tan trong nước nhưng sau khi kết hợp với protein tạo lipoprotein, phần lipid kịnước bị cuộn vào trong, phần protein ưa nước tạo thành vỏ bọc bên ngoài do ñó lipid có thể ñược vậnchuyển trong môi trường nước ví dụ như máu. Trong huyết tương có một số lipoprotein khác nhau về tỷtrọng có vai trò khác nhau trong quá trình vận chuyển lipid: chylomicron có tỷ trọng nhỏ hơn 0.940 vậnchuyển triacylglycerol và các lipid khác của thức ăn từ ruột non ñến mỡ, gan; lipoprotein có tỷ trọng0.940 – 1.006 vận chuyển triacylglycerol ñược tổng hợp trong cơ thể ñến các mô mỡ; lipoprotein có tỷtrọng 1.663 – 1.210 có vai trò vận chuyển cholesterol từ mô ngoại ñến gan.c. Chức năng chuyển ñộngNhiều protein tham gia trực tiếp vào sự chuyển ñộng như sự co cơ, sự di chuyển của nhiễm sắc thểtrong quá trình phân bào.Ở ñộng vật có xương sống, sự co cơ ñược thực hiện nhờ chuyển ñộng trượt lên nhau của hai loại sợiprotein: sợi to chứa myosin, sợi nhỏ chứa các protein actin, tropomyosin và troponin.Hình 1-1. Cấu tạo sợi cơ và cơ chế của sự co cơd. Chức năng bảo vệCác kháng thể trong máu ñộng vật có xương sống là những glycoprotein ñặc biệt, có khả năng nhậnbiết, kết hợp ñặc hiệu và vô hoạt các vật chất lạ như protein lạ, virus, vi khuẩn xâm nhập từ môi trườngbên ngoài vào cơ thể.Các vật chất lạ này khi xâp nhập và cơ thể thường gây bệnh cho cơ thể và ñược gọi là các khángnguyên. Khi có tín hiệu các vật chất lạ, tế bào lympho T-CD4 sẽ chỉ huy các tế bào lympho B và T củahệ miễn dịch tiến hành tổng hợp kháng thể ñặc hiệu với các vật chất lạ. Các kháng thể này sẽ kết hợpñặc hiệu với kháng nguyên tạo phức kháng nguyên – kháng thể và vô hoạt kháng nguyên.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………8Các kháng thể có bản chất glycoprotein ñược cấu tạo từ hai chuỗi nặng và hai cuỗi nhẹ. Hai chuỗi nàykết hợp với nhau nhờ các cầu disulfide. Phân tử kháng nguyên gồm có hai vùng: vùng cố ñịnh và vùngthay ñổi. Vùng thay ñổi chính là paratope, vị trí kháng thể kết hợp với kháng nguyên. Vùng này có cấutạo phù hợp ñể kết hợp ñặc hiệu và vô hoạt kháng nguyên.Các chất kháng virus ñược tổng hợp ở cả tế bào ñộng vật và thực vật. Các interferon là những proteindo tế bào ñộng vật có xương sống tổng hợp và tiết ra ñể chống lại sự nhiễm virus. Tác dụng củainterferon rất mạnh, ở nồng ñộ 10-11M interferon ñã có hiệu quả kháng virus rõ rệt. Ngoài ra, interferonkết hợp vào màng nguyên sinh chất của các tế bào khác trong cơ thể và cảm ứng trạng thái kháng viruscủa chúng.Trong các mô thực vật, người ta cũng tìm thấy các chất có bản chất protein có khả năng kìm hãm sựphát triển và ngăn chặn sự xâm nhiễm của virus. Chúng ñược gọi là các antivirus thực vật.Các protein tham gia quá trình ñông máu có vai trò bảo vệ cơ thể khỏi bị mất máu.Lectin, một loại glycoprotein có nhiều trong các loại ñậu có khả năng kìm hãm sự phân chia các tế bàodị dạng do ung thư do vậy ngăn chặn sự phát triển và lây lan của chúng.Một số loài thực vật ví dụ như ñậu tương có protein kìm hãm protease [Protease-Protein Inhibitor –PPI] có tác dụng kìm hãm protease của nấm mốc và sâu bọ, làm sâu bọ và nấm mốc không phát triểnñược trên các loại nông sản này.e. Chức năng truyền xung thần kinhMột số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh ñối với các kích thích ñặchiệu. Ví dụ như opsin là protein kết hợp với 11-cis-retinal tạo rhodopsin là chất màu thị giác tham giaquá trình cảm quang ở mắt.RhodopsinBóng tốiÁnh sángopsinisomerase11- Cis retinal11-trans retinal11- Cis retinol11-trans retinolThức ăn ñộng, thực vậtPhân giải không thuận nghịchHình 1-2. Rhodopsin tham gia quá trình cảm quang ở mắtf. Chức năng ñiều hòaNhiều protein có chức năng ñiều hòa quá trình truyền thông tin di truyền, ñiều hòa quá trình trao ñổichất.Ở tế bào vi khuẩn, các protein repressor ñiều hòa quá trình biểu hiện gen của các gen mã hóa cho cácenzyme tham gia các quá trình ñồng hóa và dị hóa. Các protein có hoạt tính hormon [như insuline], cácTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………9protein ức chế hoặc hoạt hóa các enzyme ñều có chức năng ñiều hòa quá trình trao ñổi chất. Ở sinh vậtbậc cao, sự phát triển và chuyên biệt hóa ñược kiểm soát bằng các factor tăng trưởng có bản chấtprotein.g. Chức năng kiến tạo và chống ñỡ cơ họcCác protein ñảm bảo chức năng này thường là các protein sợi như α-keratin của tóc, da, móng tay;collagen, ellastin của mô liên kết, mô xương; fibroin của tơ tằm, tơ nhện.h. Chức năng dự trữ dinh dưỡngProtein là những chất dự trữ quan trọng, cung cấp aminoacid cho phôi phát triển như ovalbumine tronglòng trắng trứng, gliadin trong hạt lúa mỳ, zein trong ngô.1.2. CẤU TẠO PROTEIN1.2.1. Thành phần nguyên tốTất cả các protein ñều chứa các nguyên tố C, H, O, N. Một số còn chứa một lượng nhỏ S. Tỷ lệkhối lượng các nguyên tố này trong phân tử protein như sau:C: 50-55%H: 6.5-7.3%O: 21-24%N: 15-18% [thường là 16%]S: 0-0.24%Ngoài các nguyên tố kể trên, một số protein còn chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khác như P,Fe, Zn, Cu, Mn, Ca...Tỷ lệ khối lượng của N trong phân tử protein thường là 16% do ñó trong thực tế, ñể xác ñịnh hàmlượng protein của một mẫu vật, người ta xác ñịnh hàm lượng nitơ protein của mẫu vật ñó và nhânvới 6.25 [100/16 = 6.25]. Chỉ số này sẽ thay ñổi tùy thuộc hàm lượng nitơ trong protein của mẫu[thường nhỏ hơn 6.25 ñối với ngũ cốc, lớn hơn 6.25 ñối với các loại ñậu...].1.2.2. Aminoacid – ñơn vị cấu tạo cơ sở của protein1.2.2.1. ðịnh nghĩaAminoacid là dẫn xuất của acid hữu cơ trong ñó một nguyên tử hydro [ñôi khi là hai] ñược thaythế bởi nhóm amine [-NH2]. Nói một cách khác, phân tử aminoacid chứa ít nhất một nhómcarboxyl [-COOH] và một nhóm amine [-NH2]. Tùy thuộc vào vị trí nhóm amine so với nhómcarboxyl mà ta có các acid α, β hay γ-amine.R-CH-COOHR-CH- CH2 -COOHR-CH- CH 2- CH 2-COOHNH2NHNH22Acid α-amineAcid β-amineAcid γ-amineCác aminoacid có trong tế bào sinh vật hầu hết ở dạng α-amine. Người ta tìm thấy β-alaninetrong coenzyme A, dịch tiết của rễ cây họ ñậu và trong một số peptid ở cơ của một vài loài cá.R ñược gọi là mạch bên của aminoacid. Mạch bên R có thể chứa các nhóm chức như –OH, -SH, COOH, - NH2..., sự có mặt của các nhóm này ảnh hưởng ñến tính chất của các aminoacid cũngnhư của các protein ñược cấu tạo từ các aminoacid. Các aminoacid cấu tạo protein tự nhiên chỉkhác nhau ở phần mạch bên R. Khi R khác nhau, aminoacid khác nhau. Chính ñiều này tạo nêntính ña dạng của aminoacid.Trong tự nhiên các aminoacid ñược chia thành 2 nhóm: Aminoacid có nguồn gốc protein [gồm20 aminoacid có trong thành phần cấu tạo protein] và aminoacid tự do.1.2.2.2. Phân loại aminoacid20 aminoacid tham gia cấu tạo protein có tên gọi, công thức cấu tạo cũng như ñặc ñiểm và kýhiệu của các aminoacid này ñược giới thiệu ở bảng 1.1. và hình 1-3.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………10Các aminoacid có thể ñược phân loại theo cấu tạo, theo mức ñộ phân cực và theo giá trị dinhdưỡng.a. Phân loại theo cấu tạo- Aminoacid mạch thẳng+ Aminoacid mạch thẳng với mạch bên là hydrocarbon: Glycine, Alanine, Valine, Leucine,Isoleucine+ Aminoacid mạch thẳng với mạch bên chứa nhóm –OH: Serine, Threonine+ Aminoacid mạch thẳng với mạch bên chứa lưu huỳnh: Cysteine, Methionine+ Aminoacid dicarbocylic và amid của chúng: Acid aspartic, Acid glutamic, Asparagine,Glutamine+ Aminoacid kiềm tính: Lysine, Arginine- Aminoacid mạch vòng+ Aminoacid mang vòng thơm: Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophane+ Aminoacid mang dị vòng: Proline, Histidineb. Phân loại theo ñộ phân cực- Nhóm các aminoacid không phân cực: Alanine, Valine, Glycine, Leucine, Isoleucine, Proline.- Nhóm các aminoacid phân cực với chuỗi bên không mang ñiện: Serine, Threonine, Cysteine,Methionine, Asparagine, Glutamine.- Nhóm các aminoacid phân cực với chuỗi bên mang ñiện dương: Lysine, Arginine, Histidine.- Nhóm các aminoacid phân cực với chuỗi bên mang ñiện âm: Acid aspartic, Acid glutamic.- Nhóm các aminoacid với chuỗi bên mang nhân thơm: Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophane.Bảng 1-1. Các aminoacid thường gặp trong phân tử protein [Lê Ngọc Tú, 1997]STT1234567891011121314151617181920ðộ tan[g/100g H2O]Glycine24.99Alanine16.51Leucine2.19Isoleucine4.117Valine8.85Serine5.023Threonine20.50Aspartic acid0.5Glutamic acid0.843LysineArginineCysteineMethionine3.35Phenylalanine2.965Tyrosine0.045Tryptophane1.14Histidine4.29Proline162.3Asparagine3.11Glutamine3.6TênpI5.976.05.986.025.965.686.162.773.229.7410.765.075.745.485.665.897.596.35.415.65Viết tắt bachữGlyAlaLeuIleValSerThrAspGluLysArgCysMetPheTyrTrpHisProAsnGlnViết tắt mộtchữ inGALIVSTDEKRCMPYWHPBGTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………11Hình 1-3. Công thức cấu tạo của các aminoacid thường gặp trong phân tử proteinc. Phân loại theo tính chất dinh dưỡng- Aminoacid không thay thế hay aminoacid cần thiếtCác aminoacid không thay thế là các aminoacid mà cơ thể người và ñộng vật không tự tổng hợpñược và phải ñưa từ bên ngoài vào theo con ñường thức ăn. Khi thiếu dù chỉ một trong số cácaminoacid không thay thế, lượng protein tổng hợp ñược ít hơn lượng protein phân giải dẫn ñếncân bằng nitơ âm, cơ thể người và ñộng vật sẽ bị bệnh.Có 8 aminoacid cần thiết ñối với cơ thể người lớn và ñộng vật trưởng thành. ðó là: Tryptophane,Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine, Valine, Leucine, Isoleucine. Trẻ em và ñộng vậtcòn non cần thêm hai aminoacid nữa là Arginine, Histidine.Hàm lượng các aminoacid không thay thế và tỷ lệ giữa chúng trong phân tử protein là một tiêuchuẩn quan trọng ñể ñánh giá chất lượng protein.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………12- Các aminoacid có thể thay thế là các aminoacid còn lại mà cơ thể người và ñộng vật có thể tựtổng hợp ñược. Tuy nhiên khi thiếu các aminoacid này cũng gây rối loạn các quá trình trao ñổichất .1.2.3. Các tính chất của aminoacida. Tính ñồng phân quang họcTất cả các aminoacid trừ glycine ñều có nguyên tử carbon bất ñối C*[nguyên tử carbon gắn với 4nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau] ở vị trí Cα nên mỗi aminoacid ñều có hai ñồng phân quanghọc D và L hay còn ñược gọi là ñồng phân enantiomer. Hai ñồng phân này giống như vật và ảnh của nóqua một gương phẳng. Chúng có tính chất vật lý và hóa học hoàn toàn giống nhau.ðể xác ñịnh ñồng phân dạng D và L của một aminoacid, người ta so sánh công thức cấu tạo không giancủa nó với D và L-glyceraldehyde [Hình 1-4]. Vì dạng công thức không gian của aminoacid phức tạpdo ñó người ta có thể dùng công thức hình chiếu Fisher ñể xác ñịnh dạng D và L của chúng: nếu nhóm–NH2 nằm phía phải của trục phân tử, aminoacid thuộc dãy D và ngược lại.Hình 1-4. ðồng phân D, L-glyceraldehyde và ñồng phân D, L-aminoacid.Một ñiều cần nhấn mạnh là dạng ñồng phân D và L không liên quan gì ñến khả năng quay mặt phẳngánh sáng phân cực của aminoacid. Ký hiệu D và L chỉ nói lên vị trí của nhóm amine và nguyên tửhydro tại nguyên tử carbon α. Khả năng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của aminoacid ñược kýhiệu bằng [+] nếu quay sang phải hoặc [-] nếu quay sang trái ngay trước tên của aminoacid [ví dụ L [-]leucine]. Khả năng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của aminoacid phụ thuộc vào ñiều kiện môitrường ñặc biệt là pH.Hầu hết các aminoacid tham gia cấu tạo protein tự nhiên ñều ở dạng ñồng phân L. Tuy nhiên, trong mộtsố peptide của vi khuẩn ñặc biệt là các peptide tham gia cấu tạo thành tế bào vi khuẩn hoặc một sốpeptide kháng sinh, người ta có tìm thấy D-aminoacid [Hình 1-5].Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………13Hình 1-5. Công thức cấu tạo của tyrocidine, hỗn hợp các decapeptide dạng vòng sinh tổng hợp bởi Bacillusbrevis tìm thấy trong ñất.Số lượng các ñồng phân quang học của một aminoacid là 2n trong ñó n là số lượng nguyên tử carbonbất ñối trong phân tử. Như vậy, ñối với các aminoacid có nhiều hơn 1 nguyên tử carbon bất ñối, sốlượng ñồng phân quang học sẽ lớn hơn hai. Trong trường hợp ñó, dạng L sẽ là dạng ñồng phân quanghọc có trong protein, dạng D là ảnh của nó qua gương phẳng, các ñồng phân quang học khác ñược gọilà L-allo hoặc D-allo tùy thuộc vào cấu hình nguyên tử Cα của nó. Các ñồng phân quang học củaisoleucine ñược giới thiệu ở hình 1-5.Hình 1-5. Các ñồng phân quang học của isoleucineTrong hóa học hữu cơ, ký hiệu L và D thường ñược thay thế bằng S [tiếng latin „Sinistrum“, bên trái]và R [tiếng latin „Rectrum“, bên phải].b. Tính lưỡng tínhTất cả các aminoacid ñều chứa ít nhất hai nhóm ion hóa là nhóm – NH2 và nhóm –COOH. Khi nhóm –COOH phân ly tạo thành ion âm theo phương trình [1]:RCOOH ↔ RCOO- + H+[1]Khi nhóm –NH2 nhận proton, phương trình [2] như sau:[2]R-NH2 + H+ ↔ R-NH3+++Theo thuyết Bronted và Lowry về acid và base, aminoacid có thể cho H [1] và nhận H [2] nên nó thểhiện tính acid và base hay nói cách khác aminoacid có tính lưỡng tính. Trong dung dịch, aminoacidthường tồn tại ở dạng ion lưỡng cực [dạng Zwitterion] hay dạng muối nội.Tương ứng với hai phân ly [1] và [2], ta có hai hằng số phân ly:K =CCOO . CH +K =1CNH . CH+22CCOOHCNH+3Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………14Giá trị K1 và K2 của các aminoacid khác nhau, K1 = 10-4 – 10-6 và K2 = 10-8 – 10-10. Người ta thườngdùng pK1 = -log10K1, pK2 = - log10K2 cho các aminoacid. ðối với mỗi aminoacid, khi biết giá trị pK1và pK2, người ta hoàn toàn có thể xác ñịnh tỷ lệ các phân tử bị ion hóa tại một pH nào ñó [pH = log10[H+]] bằng cách thay giá trị [H+] vào biểu thức của K1 và K2. Như vậy, mức ñộ ion hóa củaaminoacid phụ thuộc vào pH của môi trường. Khi thay ñổi pH của một dung dịch aminoacid phân tửaminoacid sẽ tích ñiện [-] hoặc [+]:pH thấppH cao- Aminoacid ở dạng cation- Aminoacid ở dạng anion- Trong ñiện trường, di- Trong ñiện trường, dichuyển về cực âm.chuyển về cực dương.Khi pH môi trường thay ñổi, aminoacid chuyển dần từ cation sang anion, như vậy sẽ có một giá trị pHnào ñó tại ñấy aminoacid sẽ trung hòa về ñiện. Giá trị pH ñó ñược gọi là ñiểm ñẳng ñiện của aminoacid[isoelectric point ] và ñược ký hiệu là pHi hay pI.Giá trị ñẳng ñiện của aminoacid phụ thuộc vào số lượng nhóm amine và carboxyl có trong phântử aminoacid. Aminoacid có nhiều nhóm amine có ñiểm ñẳng ñiện cao và ngược lại. ðối vớiaminoacid có một nhóm amine và một nhóm carboxyl, pH ñẳng ñiện ñược xác ñịnh bằng côngthức: pI = pHi = 1/2[pK1 + pK2].ðể nghiên cứu sự phân ly của các aminiacid và xác ñịnh các giá trị pK, người ta thường dùngHCl hoặc NaOH ñể thêm vào dung dịch aminoacid, ño pH sau mỗi lần thêm và xây dựng ñườngcong chuẩn ñộ. Hình 1-6. giới thiệu ñường cong chuẩn ñộ của glycine.Hình 1-6. ðường cong chuẩn ñộ của glycine.Hình 1-6. cho thấy glycine có pK1 = 2.34; pK2 = 9.6 và pI = [2.34 + 9.6]/2 = 5.97.Giá trị ñẳng ñiện của các aminoacid ñược giới thiệu ở bảng 1-1. Giá trị ñẳng ñiện ñược ứng dụng ñểtách các aminoacid trong hỗn hợp bằng phương pháp ñiện di.Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………15c. Phản ứng của nhóm carboxyl- Tạo muối với base- Phản ứng decarboxyl hóaPhản ứng này có thể thực hiện bằng con ñường hóa học trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên trong cơ thểsống phản ứng này ñược xúc tác bởi enzyme. Phản ứng này ñược giới thiệu kỹ hơn trong chương về sựtrao ñổi protein và aminoacid.d. Phản ứng của nhóm amine- Tạo muối với acid- Phản ứng với formaldehyde [phản ứng Sörensen]Formadehyde có thể phản ứng với nhóm amine của aminoacid ở nhiệt ñộ thường và pH trung tính ñểtạo dẫn xuất dihydroxymethyl. Ở dẫn xuất này, nhóm amine bị khóa, người ta có thể dùng một base ñểtrung hòa gốc –COOH. Lượng kiềm tiêu tốn hết ñược dùng ñể xác ñịnh hàm lượng ñạm formol haynitơ formol. Phản ứng này ñược dùng ñể xác ñịnh hàm lượng ñạm formol trong dung dịch.- Phản ứng với acid nitrơ [phản ứng Val Slyke]Acid nitrơ có thể phản ứng với nhóm amin của aminoacid giải phóng ra nitơ phân tử. Lượng nitơ phântử thoát ra có thể ñịnh lượng ñược. ðây chính là nguyên tắc của phương pháp Val-Slyke ñể xác ñịnh sốnhóm –NH2 tự do của aminoacid, của peptid, của protein do ñó cho phép theo dõi sự thủy phân protein.- Phản ứng desamine hóaPhản ứng loại nhóm amine và phản ứng chuyển vị nhóm amine là hai phản ứng enzyme rất quan trọng.Các phản ứng này ñược giới thiệu kỹ trong chương về sự trao ñổi protein và aminoacid.e. Phản ứng liên quan ñến sự có mặt ñồng thời của nhóm carboxyl và nhóm amine ở vị trí αPhản ứng ninhydrin: ðây là phản ứng ñặc trưng của aminoacid. Nguyên tắc của phản ứng như sau: ởnhiệt ñộ cao, ninhydrin tác dụng với aminoacid tạo phức hợp có màu tím ñỏ. Cơ chế của phản ứng ởhình 1-7.Phản ứng này ñược ứng dụng ñể hiện màu aminoacid trong phân tích ñịnh tính aminoacid bằng sắc kýgiấy, sắc ký bản mỏng, ñiện di hoặc dùng trong phân tích ñịnh lượng aminoacid của một hỗn hợpaminoacid [phản ứng và ño cường ñộ màu của các phân ñoạn ñi ra khỏi sắc ký trao ñổi ion].f. Phản ứng tạo phức với kim loạiTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………16Hình 1-7. Cơ chế của phản ứng Ninhydrin.g. Các phản ứng liên quan ñến mạch bênTùy thuộc vào nhóm chứ có trong mạch bên R của aminoacid mà aminoacid có thể tham gia một sốphản ứng hóa học nhất ñịnh. Nếu mạch bên chứa nhóm –COOH, aminoacid có thể tham gia các phảnứng tạo muối với base, tạo amid, tạo ester với rượu. Nếu mạch bên chứa nhóm amine, aminoacid có thểbị loại amine hóa. Nếu mạch bên chứa nhóm –OH, aminoacid có thể tham gia các phản ứng hóa họcñặc trưng cho rượu như phản ứng ester hóa. Nếu mạch bên chứa nhóm –SH, aminoacid có thể tham giacác phản ứng oxi hóa khử.- Phản ứng oxi hóa khửTrường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………17Nhóm thiol [-SH] của cysteine có thể bị oxi hóa tạo cystine. Hệ cysteine – cystine do ñó có thể hoạtñộng như hệ cho và nhận ñiện tử. Ngoài ra việc oxi hóa các nhóm –SH của cysteine cho phép tạo cáccầu disulfid, liên kết ñóng vai trò quan trọng nhất trong việc tạo và duy trì cấu trúc bậc ba của phân tửprotein.- Phản ứng tạo ester- Phản ứng tạo amidChỉ với 20 aminoacid, hàng ngàn, hàng vạn phân tử protein ñã ñược xây dựng nên ñảm bảo nhiều chứcnăng quan trọng của cơ thể sống. Sự ña dạng của phân tử protein do ñó ñược quyết ñịnh bởi sự sắp xếpcác aminoacid trong phân tử protein.1.3. CẤU TẠO PHÂN TỬ PROTEIN1.3.1. Peptide và thuyết polypeptidea. PeptidePeptide là hợp chất ñược hình thành từ hai aminoacid trở lên liên kết với nhau bằng liên kết peptide.Liên kết peptide ñược hình thành do sự ngưng tụ giữa nhóm carboxyl của aminoacid này và nhómamine của aminoacid khác, có loại ñi một phân tử nước.H2 OH 2NCHR1COOH+ HNCHCHR2OOHH 2NCHCNCHR1OHR2COOHLiên kết peptide là liên kết bền vững, nó chỉ bị bẽ gãy dưới tác dụng của peptidase hoặc trong dung dịchacid ñặc, ở nhiệt ñộ cao, trong thời gian dài [ví dụ HCl 6N, 110°C, 24 giờ].Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………18Tùy thuộc vào số lượng aminoacid tham gia cấu tạo peptide mà chúng ñược gọi là dipeptide [2aminoacid], tripeptide [3 aminoacid], tetrepeptide [4 aminoacid], oligopeptide [5-10 aminoacid],polypeptide [>10 aminoacid].Mỗi peptide ñều có một ñầu có chứa nhóm amin tự do, ñược gọi là ñầu N, ñầu còn lại chứa nhómcarboxyl tự do ñược gọi là ñầu C. Trong chuỗi peptide, aminoacid ñược ñánh số thứ tự bắt ñầu từ ñầuN. ðể gọi tên peptide, người ta gọi tên lần lượt các aminacid bắt ñầu từ ñầu N trong ñó các aminacidnào có nhóm carboxyl tham gia tạo liên kết peptide có ñuôi ñược ñổi thành „yl“. Tên aminoacid ñầu Cñược giữ nguyên. Ví dụ peptide alanyl-valyl-phenylalanyl-isoleucine, ñược viết tắt là Ala-Val-Phe-Ile.Peptide có các tính chất vật lý và hóa học không khác nhiều so với aminoacid do chúng cũng có mộtnhóm amine và một nhóm carboxyl tự do. Sự khác biệt nếu có do mạch bên R tạo nên.Một số peptide có vai trò sinh học quan trọng ñược giới thiệu sau ñây:- Glutathione: Glutathione là một tripeptide [γ-L-glutamyl-L-cysteyl-glycine] có thể tồn tại ở dạng khử[dạng thiol] hoặc dạng oxi hóa [hai phân tử gắn với nhau qua cầu disulfide]. ðiều này cho phépglutathione vận chuyển ñiện tử trong các phản ứng oxi hóa khử.- Các peptide hormon: một số peptide, ñặc biệt là các hormon tiết ra bởi tuyến yên và tuyến tụy ñều làcác peptide. Ocytocine có tác dụng tăng cường co cơ dạ con, vasopressin làm tăng áp suất máu và cótác dụng chống lợi tiểu.Insuline là hormon ñược tiết ra bởi tuyến tụy làm nhiệm vụ ñiều hòa lượng ñường glucose trong máu.Khi hàm lượng glucose trong máu vượt quá 6x10-3M, insuline ñược tiết ra từ tuyến yên và làm giảmnồng ñộ ñường xuống mức nền 5x10-3M. Insuline ñược cấu tạo từ hai chuỗi polypeptide: chuỗi Achứa 21 aminoacid, chuỗi B chứa 30 aminoacid. Hai chuỗi này gắn với nhau nhờ hai cầu disulfide[Hình 1-7.]Hình 1-8. Cấu tạo của insuline- Các peptide có hoạt tính kháng sinh. Một số kháng sinh có nguồn gốc vi sinh vật có bản chất peptidenhư tyrocidine [Hình 1-4.].b. Thuyết polypeptide về cấu tạo phân tử proteinVào năm 1888, A. J. Danhilepski [Nga] ñã phát hiện ra liên kết –CO-NH- ñóng vai trò quan trọngtrong cấu tạo của protein. Năm 1900, Emil Fisher tiếp tục ñi sâu nghiên cứu cấu tạo phân tửprotein, ñã khẳng ñịnh sự tồn tại của liên kết –CO-NH- , gọi nó là liên kết peptide và ñề ra họcthuyết polypeptide về cấu tạo phân tử protein.Học thuyết ñược phát biểu như sau: “Phân tử protein là một hoặc những chuỗi polypeptide khổnglồ, ñược xây dựng từ hàng chục ñến hàng trăm gốc aminoacid liên kết với nhau bằng liên kếtpeptide“.Nhiều kết quả thí nghiệm ñã khẳng ñịnh tính ñúng ñắn của học thuyết polypeptide về cấu tạophân tử protein:Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................……… …………………19