Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 2: Cấu trúc và chức năng các đại phân tử sinh học - Nguyễn Hữu Trí

Nội dung text: Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 2: Cấu trúc và chức năng các đại phân tử sinh học - Nguyễn Hữu Trí

1. Amino acid CH3 CH3 CH3 CH CH2 CH3 CH3 H CH3 CH CH H C CH O O 3 O 2 O 3 O + H N+ + + + H3N C C 3 C C H3N C C H3N C C H3N C C O– O– O– O– O– H H H H H Glycine (Gly) Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile) Không phân cực CH3 CH2 S H C CH NH 2 2 O CH2 H2N C C CH CH O– 2 O 2 CH2 O O H H N+ + + 3 C C H3N C C H3N C C O– O– O– H H H Methionine (Met) Phenylalanine (Phe) Tryptophan (Trp) Proline (Pro) 24/03/2016 2:55:03 SA 21 Nguyễn Hữu Trí Amino acid OH NH2 O C NH2 O OH SH C CH Phân cực OH CH3 2 CH CH CH CH CH O O 2 O CH2 O 2 O 2 O H N 2 H N H N H N H N 3 3 C 3 H3N 3 C C 3 C C + C C + C + C C + C C + + O– O– O– O– O– O– H H H H H H Cysteine Tyrosine Asparagine Glutamine Serine (Ser) Threonine (Thr) (Cys) (Tyr) (Asn) (Gln) Acidic Basic NH + NH + –O O O– O 3 2 NH CH + C C C NH2 2 NH CH CH Tích điện CH CH CH O 2 O H N 2 CH2 CH CH2 H N 2 3 C C 3 C C + O 2 + – 2 CH 2 – O H3N CH O + C C H H 2 O O– H N CH2 3 C C H + O – 2 O H3N H + C C O– H Aspartic acid Glutamic acid Lysine (Lys) Arginine (Arg) Histidine (His) (Asp) (Glu) 24/03/2016 2:55:03 SA 22 Nguyễn Hữu Trí 11
2. Protein - Phân tử protein có bốn cấp độ cấu trúc: + Cấu trúc bậc một là trình tự các amino acid + Cấu trúc bậc hai do sự hình thành các vòng xoắn hoặc các phiến bên trong sợi polypeptide do liên kết hydrogen + Cấu trúc bậc ba là cấu trúc uốn khúc nhiều hơn do các liên kết không cộng hóa trị hoặc cộng hóa trị (liên kết –SH) + Cấu trúc bậc bốn là sự kết hợp của nhiều phân tử polypeptide | | | S S | | | S S | | S S | | | | | S S S S | | Tóc thẳng Xoăn tự nhiên 24/03/2016 2:55:03 SA 23 Nguyễn Hữu Trí Chức năng của Protein 1. Cấu trúc (structure): Bao gồm keratin (protein trong tóc và móng) và collagen (protein trong mô liên kết). Duy trì các cấu trúc cơ quan. 2. Xúc tác (catalysis): Các enzyme xúc tác các phản ứng hoá học chuyên biệt với tốc độ nhanh gấp nhiều lần bình thường. 3. Bảo vệ (protection): Các kháng thể (antibody) có khả năng phát hiện và loại bỏ các yếu tố ngoại lai xâm nhập, báo động hệ miễn nhiểm. 4. Vận chuyển (transport): các protein màng vận chuyển các chất xuyên màng, protein máu như hemoglobin, vận chuyển oxygen, sắt, và các chất khác. 5. Vận động (movement): các sợi actin và myosin tìm thấy trong cơ vân. 6. Tính hiệu (signaling): là các hormone như insulin điều hòa lượng đường trong máu. 7. Điều hòa (regulation): các protein tham gia vào việc điều hòa biểu hiện của gene thông qua việc cho phép phiên mã (ON) hay không phiên mã (OFF) các gene cấu trúc, hoặc hoạt hóa hay bất hoạt các enzyme. 12
3. 24/03/2016 2:55:03 SA 25 Nguyễn Hữu Trí Cấu trúc bậc 1 GlyProThr Gly +H N Thr 3 Gly Amino acid Glu Amino Seu ProCysLys Leu subunits Met end Val Lys Val Leu Asp Ala Arg Val Gly Ser Pro Ala Glu Lle Asp Thr Lys Ser Lys TrpTyr LeuAla Gly lle Ser Pro PheHis GluHis Ala Glu Val AlaThrPheVal Asn lle Thr Asp Tyr Ala Arg Ser Arg Ala GlyPro Leu Leu Ser Pro SerTyr Ser Tyr Thr Thr Ala Val o Val LysGlu c Thr AsnPro o– Carboxyl end 24/03/2016 2:55:03 SA 26 Nguyễn Hữu Trí 13
4. Tấm  H H O H O H O H H O H H R R R Amino acid C C N C C N C C N C C N N N C N C N C R C C R C R C R C C Cấu trúc bậc 2 H H H O H O H O H H O R R R R O O C H C H O C H O C H H H H N C N H C N C H C N C N H C N C N H C N H H H H C O C O C O C O C R R R R H R H C C N H O C N H O C H N N H O C O C Xoắn H H C R C H C R H R C R N H N H O C O C O C N H O C N H C C R R 24/03/2016 2:55:03 SA 27 Nguyễn Hữu Trí Cấu trúc bậc 3 Tương tác kỵ nước và CH CHCH2 van der Waals 2 H C O 3 CH3 Liên kết H H3C CH3 Polypeptide hydrogen O CH backbone HO C CH2 CH2 S S CH2 Cầu disulfide O + - CH2 NH3 O C CH2 Liên kết Ion Liên kết yếu: Liên kết hydrogen giữa 2 cực của chuỗi. Liên kết ionic giữa 2 chuỗi tích điện Liên kết kỵ nước và tương tác van der Waals Liên kết mạnh: Cầu nối disulfide hình thành từ liên kết cộng hóa trị. 24/03/2016 2:55:03 SA 28 Nguyễn Hữu Trí 14
5. Cấu trúc bậc 4 Kết quả của sự tương tác bởi 2 hay nhiều hơn các chuỗi polypeptide 24/03/2016 2:55:03 SA 29 Nguyễn Hữu Trí Nucleic acid - DNA vaø RNA - Ñöôïc taïo thaønh töø caùc ñôn phaân nucleotide. - Moät phaân töû nucleotide goàm ñöôøng, phosphate vaø base nitric - DNA vaø RNA khaùc nhau ôû thaønh phaàn ñöôøng trong nucleotide Nucleoside Nitrogenous base O 5’C O O CH P 2 O O Phosphate 3’C group Pentose sugar Nucleotide 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 30 15
6. Nicotine adenine dinucleotide NAD 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 31 Nucleic acid - Lieân keát coäng hoùa trò giöõa caùc nhoùm ñöôøng vaø phosphate cuûa hai nucleotide keà nhau taïo thaønh khung ñöôøng phosphate - Trình töï caùc base (A, T, G, C, U) trong boä khung quyeát ñònh ñaëc tröng cuûa phaân töû nucleic acid - DNA coù caáu truùc maïch ñoâi gaén vôùi nhau baèng lieân keát hydrogen giöõa A - T vaø G - C. Hai maïch coù trình töï boå sung cho nhau. - RNA chæ coù maïch ñôn 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 32 16
7. Cấu trúc DNA  DNA là chuỗi xoắn kép cấu tạo gồm – phân tử đường – Nhóm phosphat – Một base (A,C,G,T)  DNA luôn luôn được tổng hợp theo chiều 5’ P - 3’ OH trong quá trình sao chép 5’ ATTTAGGCC 3’ 3’ TAAATCCGG 5’ 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 33 Chức năng của các Nucleotide  Monomer cho các Nucleic Acid  Vận chuyển năng lượng hóa học từ một phân tử đến phân tử khác (ví dụ ATP). 17
8. Nucleoside vs Nucleotide 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 35 DNA của prokaryote 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 36 18
9. Nhiễm Sắc Thể: Nơi chứa phân tử DNA 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 37 Cấu trúc nhiễm sắc thể 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 38 19
10. Cấu trúc nhiễm sắc thể Histone là những protein tích điện tích dương vì chúng chứa nhiều lượng amino acid arginine và lysine, do đó histone liên kết chặt với DNA tích điện âm. 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 39 Bộ NST người (2n = 46) 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 40 20
11. Bộ NST người (2n = 46) 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 41 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 42 21
12. Tính choïn loïc ñoàng phaân quang hoïc trong heä thoáng soáng - Ñoàng phaân quang hoïc (ñoàng phaân laäp theå, stereoisomer): hieän dieän ôû phaân töû coù nguyeân töû C chöùa boán nhoùm theá khaùc nhau; laø aûnh qua göông cuûa nhau - Ñoàng phaân D cuûa ñöôøng, ñoàng phaân L cuûa amino acid chieám öu theá trong heä thoáng soáng 24/03/2016 2:55:03 SA 43 Nguyễn Hữu Trí Caùc lieân keát hoùa hoïc trong heä thoáng sinh hoïc Liên kết cộng hóa trị Liên kết hydrogen Tương tác kỵ nước Lực Van der Waals 24/03/2016 2:55:03 SA 44 Nguyễn Hữu Trí 22
13. Liên kết cộng hóa trị Được tạo ra do góp chung điện tử giữa các nguyên tử Hydrogen atoms (2 H) + + + + + + Hydrogen molecule (H ) 24/03/2016 2:55:03 SA 45 2 Nguyễn Hữu Trí Liên kết hydrogen Liên kết hydrogen có xu hướng hình thành giữa các nguyên tử có điện âm với nguyên tử Hydro gắn với Oxygen hay Nitrogen d – d + Water H (H2O) O H d + d – Ammonia N (NH3) H H d+ H d+ 24/03/2016 2:55:03 SA d + 46 Nguyễn Hữu Trí 23
14. Liên kết hydro 24/03/2016 2:55:03 SA 47 Nguyễn Hữu Trí Liên kết Van der Waals Xảy ra khi các phân tử gần kề nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử. 24/03/2016 2:55:03 SA 48 Nguyễn Hữu Trí 24
15. Tương tác kỵ nước Xảy ra giữa các nhóm của những phân tử không phân cực. Chúng có xu hướng xếp kề nhau và không tan trong nước. 24/03/2016 2:55:03 SA 49 Nguyễn Hữu Trí 25