Giáo trình Sinh hóa học động vật

Mở đầu
GIỚI THIỆU MÔN SINH HOÁ HỌC
1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC
Sinh hoá học (Biochemistry) hay còn gọi là hoá học sinh vật - là một môn khoa
học nghiên cứu hiện tượng sống, chủ yếu về mặt hoá học. Nó là một bộ phận của
ngành khoa học nghiên cứu về sự sống nói chung, tức là ngành sinh học.
Sự sống bao gồm nhiều hiện tượng rất phức tạp có dính hu đến vật lý, hoá học,
cho: nên để hiểu được sự sống và tiến tới điều khiển nó ta cần phải nắm được các quá
trình cơ sở của nó. Nhiệm vụ này được hai môn sinh lý và sinh hoá thực hiện. Môn
sinh lý nghiên cứu các hiện tượng lý học của sự sống, còn sinh hoá học nghiên cứu các
thành phần và các biểu hiện hoá học của sự sống.
Sinh hoá học có thể chia làm 2 phần: sinh hoá học tĩnh và sinh hoá học động với
hai nhiệm vụ nghiên cứu khác nhau.
1.1. Sinh hoá học tĩnh
1.1. 1. Nhiệm vụ và đối tượng
Nhiệm vụ của sinh hoá học tĩnh là phân tích nghiên cứu thành phần cấu tạo hoá
học của từng loại mô bào, cơ quan, của từng loại sinh dịch trong cơ thể. Về mặt này,
sinh hoá học gần với hoá hữu cơ, nhờ nó mà ta có được khái niệm cụ thể về cấu trúc
của cơ thể sinh vật, cũng như về các chất biến hoá trong quá trình trao đổi vật chất.
1. 1. 2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của sinh hoá học tĩnh phần lớn dựa trên phương pháp
nghiên cứu của hoá hữu cơ như: chiết xuất và phân tích.
Ngoài ra, ngày nay người ta còn ứng dụng rộng rãi các phương pháp hiện đại như
phân tích cấu trúc bằng tia Rơn - ghen, phương pháp siêu ly tâm, phương pháp điện
di... trong vài chục năm gần đây đã có những phát hiện vô vùng quan trọng.
1.2. Sinh hoá học động
1 .2 .1. Nhiệm vụ và đối tượng
Sinh hoá học động có nhiệm vụ nghiên cứu các quá trình chuyển hoá của vật
chất, các biến đổi của từng mô bào trong quá trình trao đổi vật chất, có thề nói đây mới
là phần chủ yếu của môn sinh hoá học.
Triết học Mác Lê-nin đã khẳng định rằng sống là một hình ..thức vận động của
vật chất Sự vận động đó thể hiện qua các dấu hiệu chung mà chúng ta gọi là "hoạt
động sống" như sự kích thích, sự sinh sản, sự sinh trưởng và sự phát dục, tính di truyền
và biến dị... Nhưng nếu đi sâu vào ta thấy nền tảng của các hiện tượng sống nói trên
vẫn là quá trình trao đổi vật chất.
Nhà sinh lý học Nga Sê-trê-nốp (1884) đã nói: "Theo dõi được đường đi của
những chất từ ngoài đưa vào cơ thể (dưới hình thức thức ăn, khí thở...), các bước biến
chuyển của chúng ở các mô bào, cơ quan và cuối cùng chúng được đưa ra ngoài dưới
dạng các chất thải, là chúng ta đã diễn tả được lịch sử sự sống".
Những quá trình chuyển hoá của sự trao đổi vật chất được tiến hành trong các mô
bào, các cơ quan cửa cơ thể. ở động vật có nhiều cơ quan lại được chuyên môn hoá
cao thêm và chuyên trách về một hay một số phản ứng chuyển hoá, về mặt này sinh
hoá học động còn được gọi là sinh hoá học chức năng. 
pdf 246 trang thiennv 11/11/2022 2020
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Sinh hóa học động vật", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_sinh_hoa_hoc_dong_vat.pdf

Nội dung text: Giáo trình Sinh hóa học động vật

  1. Đồng có ở tuyến gan Kẽm có ở tuyến sinh dục 2.1.4. Vai trò sinh học của protein protein giữ vai trò rất quan trọng trong tất cả các quá trình sinh học. ý nghĩa đáng kể nhất của chúng được thể hiện qua các vai trò chủ yếu sau đây: Vai trò tạo hình Ngoài các protein làm nhiệm vụ cấu trúc như vỏ vứus, màng tế bào, ta còn gặp những protein thường có dạng sợi như: fibroin của tơ tằm, nhện; collagen, elastin của mô liên kết, mô xương Các chất này có tác dụng tạo hình đảm bảo độ bền và tính mềm dẻo của các mô liên kết. Vai trò xúc tác Hầu hết các phản ứng sinh hóa học xảy ra trong cơ thể đều do các protein đặc biệt đóng vai trò xúc tác. Những protein này được gọi là enzym. Mặc dầu gần đây người ta đã phát hiện được một loại ARN có khả năng xúc tác quá trình chuyển hóa tiền ARN thông tin (pro-m ARN) thành ARN thông tin im ARN), nghĩa là enzym không nhất thiết phải là protein. Tuy nhiên, hầu hết các phản ứng xảy ra trong cơ thể sống đều được xúc tác bởi các enzym có bản chất protein. Vì vậy, người ta thường định nghĩa enzym là những protein có khả năng xúc tác đặc biệt cho các phản ứng sinh hóa học. Vai trò bảo vệ Protein có chức năng chống lại bệnh tật 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 nhất là các kháng thể, bố thể và các cytokine. Ngoài ra, một số protein còn tham gia vào quá trình đông máu để chống mất máu cho cơ thể. Một số loài có thể sản xuất ra những độc tố có bản chất protein như enzym nọc rắn, lectin có khả năng tiêu diệt kè thù để bảo vệ cơ thể. Vai trò vận chuyển Trong cơ thể động vật có những protein .làm nhiệm vụ vận chuyển như + hemoglobin, mioglobin, hemocyanin vận chuyển O2, CO2 và H đi khắp các mô bào, các cơ quan trong cơ thể. Ngoài ra, còn có nhiều protein khác như lipoprotein vận chuyển lipid, seruloplasmin vận chuyển đồng (Cu) trong máu. Một trong những protein làm nhiệm vụ vận chuyển được nhắc đến nhiều nhất đó là hemoglobin. Vai trò vận động Nhiều protein làm nhiệm vụ vận động co rút như miosin và actin của sợi cơ, chuyển dịch vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào
  2. Vai trò dự trữ và dinh dưỡng Các protein làm nhiệm vụ dự trữ như casein của sữa, ovalbumin của trung, feritin của lách (dự trữ sắt). . . Các protein dự trữ này chính là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho các tổ chức mô, phôi phát triển. Vai trò dẫn truyền tín hiệu thần kinh Nhiều loại protein tham gia vào quá trình dẫn truyền tín hiệu thần linh đối với các kích thích đặc hiệu sắc tố thị giác rodopsin ở võng mạc mắt. Vai trò điều hòa Nhiều protein có khả năng điều hòa quá trình trao đổi chất thông qua việc tác động lên bộ máy thông tin di truyền như các hormon, các protein ức chế đặc hiệu enzym Ví dụ điển hình là các protein repressor ở vi khuẩn có thể làm ngừng quá trình sinh tổng hợp enzym từ các đến tương ứng. Vai trò cung cấp năng lượng Protein là nguồn cưng cấp năng lượng cho cơ thể sống. Khi thủy phân protein, sản phẩm tạo thành là các acid amin, từ đó tiếp tục tạo thành hàng loạt các sản phẩm khác trong đó có các cetoacid, aldchyd và acid carboxylic. Các chất này đều bị oxy hóa dần tạo thành CON và H2o, đồng thời giải phóng ra năng lượng. 2.2. CẤU TẠO HÓA HỌC CỦA PROTEIN 2.2.1. Acid amin - đơn vị cơ bản cấu tạo nên phân tử protein Vào đầu thế kỷ XIX (thời kỳ của nhà hoá học Hà Lan Mulder) người ta chưa phân biệt được protein của động vật và thực vật. Người ta tưởng rằng protein là đồng nhất, chỉ khác nhau về số lượng ở các sinh vật. Mãi cho tới năm 1820 lần đầu tiên Bracono đã dùng kiềm và acid đặc để thuỷ phân protein ở nhiệt độ cao (100 - 1200c) Và đã thu được Các acid amin đầu tiên, trong đó có tinh thể glycocol. Năm 1871 Lubavin đã cho thấy rằng protein dưới tác dụng của các dịch tiêu hoá phân tích thành các acid amin. Đặc biệt công trình của Fisher (1901 - 1902) đã có ý nghĩa quan trọng về việc nghiên cứu bản chất hoá học của protein. Tất cả các công trình nghiên cứu trên đã cho chúng ta thấy rằng: thành phần phân tử của protein là các acid amin. Ngày nay, người ta đã tìm thấy hơn 200 acid amin khác nhau, nhưng trong thành phần của protein tự nhiên thường có 20 loại acid amin. 2.2.1.1. Định nghĩa acid amin Acid quân là một acid hữu cơ, mà trong đó một nguyên tử hydro của gốc carbon
  3. alfa (Ca) được thay thế bởi nhóm quan (NH2) Nếu trong một acid amin có hai nhóm quản thì nhóm quan thứ 2 nằm ở vị trí carbon cuối cùng kể từ nhóm carboxyl (COOH). Ví dụ: 2.2.1.2. Hoạt tính quang học của acid amin Chỉ trừ glycin trong phân tử chất này không có nguyên tử carbon bất đối, còn tất cả các acid amin còn lại đều có ít nhất một nguyên tử carbon bất đối (tức là bốn hóa trị của nó được bão hòa bởi bốn nhóm nguyên tử khác nhau - ký hiệu C*), do đó chúng đều có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng, nghĩa là chúng đều là những chất hoạt quang. Tất cả các acid amin có trong thành phần protein đều có cấu hình L ở nguyên tử carbon a, các acid amin có cấu hình D rất ừ gặp trong thiên nhiên. Chữ L cho ta biết cấu lluul của phân tử chứ không cho ta biết hướng góc quay của mặt phẳng phân cực . - Các đồng phân hữu tuyến (làm quay mặt phẳng phân cực sang phải) được ký hiệu bằng dấu (+) - Các đồng phân tả tuyến (làm quay mặt phẳng phân cực sang trái) được ký hiệu bằng dấu (-) Người ta qui ước rằng đối với glucid, chất aldehyd D-glyceric được chọn làm chất tiêu chuẩn để so sánh, còn đối với acid amin L-serin được chọn làm chất tiêu chuẩn. Đa số các acid amin dãy D đều có vị ngọt, còn các acid quân thiên nhiên thuộc
  4. dãy L - thì đều có vị đắng hoặc không vị. Các acid amin tổng hợp đều là những RAXEMAT không có tính hoạt quang, nghĩa là một hỗn hợp cùng phân tử của dạng D và dạng L. 2.2.1.3. Các phản ứng hoá học đặc trưng của acid amin * Phản ứng với acid và bazơ tạo thành muối ứng dụng: Do tính chất lưỡng tính nên acid quân là những chất đệm tốt, ổn định độ pa. * Phản ứng với acid Nitơ (hay là phản ứng Van-slyke) Trừ thoăn và oxyprolin (hai chất này là iminoacid) các acid amin đều phản ứng với lem nào để giải phóng khí Nitơ: ứng dụng: Căn cứ vào lượng nhỏ thoát ra người ta có thể tính được hàm lượng của ìcid quan trong dung dịch. * Phản ứng Sorensen (phản ứng với Aldehydformtc -formalin) ứng dụng: Bằng cách chuẩn độ với dung dịch kiềm tiêu chuẩn người ta có thể xác định được hàm lượng acid amin có trong dung dịch. * Phản ứng với kim loại nặng Acid amin tạo thành các muối phức nội phân tử với các chuồn của kim loại nặng, đặc biệt là với con Cu2+.
  5. * Phản ứng Sanger Đây là một phương pháp phổ biến nhất dùng để xác định acid amin trong mạch polvpen~id từ đầu N. Khi nghiên cứu tính chất hóa học của acid quân ta đã thấy rõ nhóm a-amin có thể trùng hợp với dửủtronuobenzen. Trong mạch polypeptid chỉ có một nhóm a-amin tự do. ở đầu N, khi trùng hợp sẽ tạo thành dinitrophenyl-polypeptid. Mối liên hệ này rất bền vững, do đó khi dùng HCl để thủy phân protein sẽ giải phóng ra tất cả các acid nhún tự do cùng với acid amin. nằm ở đầu N dưới dạng dinitrophenyl-aminoacid (DNP-aminoacid). Sau đó bằng phương pháp sắc ký có thể dễ dàng nhận biết tên của acid amin đó. * Phản ứng màu với ninhydrin (trixetohydrinden) Khi đun nóng các acid D- quan với ninhydrin, nếu môi trường pH 5 thì sẽ sinh hợp chất màu lục. Người ta có thể tính được hàm lượng acid amin tham gia trong phản ứng bằng cách định lượng khí CO2, NH3 hoặc aldehyd vừa tạo thành trong phản ứng. Phản ứng của acid amin với ninhydrin được sử dụng nhiều để định tính và định lượng acid amin, đặc biệt là phương pháp sắc ký trên giấy và sắc ký trên cột nhựa trao đổi lớn nhờ máy phân tích acid amin tự động do Spackman, Stein và Moose đề xướng. Phản ứng này rất nhạy, có thể cho phép ta xác định được các acid amin có nồng độ rất nhỏ (vài microgam). 2.2.1.4. Phân loại các acid amin Có nhiều cách để phân loại acid amin. Các acid amin có thể phân loại theo hai quan điểm: Quan điểm hoá học và quan điểm sinh vật học * Quan điểm hoá học (tức là xét về mặt cấu tạo phân tử và các hoá tính), người ta thường chia acid amin ra:
  6. - Acid amin mạch thẳng: Trong acid amin mạch thẳng phụ thuộc vào số lượng nhóm quan (NH2) và nhóm carboxyl (COOH) mà lại chia ra: + Acid monoamin- monocarboxylic (chứa 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH) + Acid monoamin- dicarboxylic (chứa 1 nhóm NH2 và 2 nhóm COOH) + Acid diamin- monocarboxylic (chứa 2 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH) - Acid amin mạch vòng: gồm loại vòng đồng nhất và loại dị vòng. * Quan điểm sinh vật học (tức là xét tầm quan trọng đối với sự dinh dưỡng của động vật). Theo quan điểm này, acid amin gồm hai loại: - Loại không thay thêm được (indispensable amino acid) hay còn gọi là acid amin thiết yếu (essential amino acid - EAA): Đây là loại acid amin rất cần thiết cho cơ thể động vật để cho quá trình sinh trưởng và phát triển. Cơ thể động vật không thể tự tổng hợp được để thoả mãn nhu cầu của bản thân mà phải thường xuyên đưa từ bên ngoài vào với thức ăn Đối với động vật nói chung có 9 acid amin không thay thế được: Vang, leucin, isoleucin, treo nin, methionin, phenylalanin, tryptophan, ly sin, histidin. Loại thay thê được (dispensable amino acid) hay còn gọi là acid amin không thiết yếu (nonessential amino acid - NEAA): tức là loại acid amin mà cơ thể động vật có thể tự tổng hợp được từ các nguyên liệu sẵn có (các acid béo, amiac, amid ). Nhóm này gồm các acid amin còn lại. Cần phải chú ý thêm rằng không phải mọi acid amin đều có tác dụng v~ì ảnh hưởng như nhau đối với các loại động vật mà mỗi gia súc, gia cầm có những nhu cầu đặc trưng của mình đối với từng loại acid amin. Có loại động vật cần tới 10 acid amin không thay thế (ví dụ như đối với gà con thì arginin là acid tin không thay thế), nhưng có loại động vật lại chỉ cần 8 acid amin không thay thế (ví dụ như người thì histidin được xếp vào nhóm acid amin thay thế). Một số acid amin không được xếp vào nhóm không thể thay thế hay nhóm thay thế mà chúng được xếp vào nhóm bán thay thế (sâm- dispensable) hay còn gọi là bán thiết yếu (semi-essential). Thuộc nhóm này có arginin, cystein, tyrosin. Arginin được coi là bán thay thế đối với lợn vì arginin có thể được tổng hợp từ glutamin. Tuy vậy, sự tổng hợp này không đủ đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cơ thể. Do đó khẩu phần cho lợn sinh trưởng phải chứa một lương arginin nhất định. Nhiều nghiên cứu cho thấy ở giai đoạn sau khi thành thục về tính và giai đoạn mang thai lợn có thể ứng hợp arginin với số lượng đủ đáp ứng nhu cầu của chúng, nhưng không đủ để đáp ứng nhu cấu tiết sữa của lợn nái. Cystein có thể được tổng hợp từ methionin. Tuy vậy, cystein và dạng oxy hoá của nó là cystin có thể đáp ứng khoảng 50% nhu cầu của tổng lượng acid amin chứa lưu huỳnh (methionin, cystein). Tyrosin được tổng hợp từ phenylalanin và có thể đáp ứng tối thiểu 50% tổng
  7. nhu cầu của tyrosin và phenylalanin, nhưng nó không thể là nguồn duy nhất và không thể thay thế cho phenylalanin vì nó không thể chuyển được thành phenylalanin. 2.2.1.5. Các loại acid amin Có 20 loại acid amin tham gia vào cấu trúc của mô bào căn cứ vào nhóm quan và nhóm carboxyl trong phân tử mà acid amin chia ra: Các acid amin mạch thẳng:
  8. 2.2.2. Kết cấu của các acid amin trong phân tử protein (Các kiểu trên kết của acid amin trong phân tử protein) Dùng phương pháp thủy phân người ta đã tìm ra được đơn vị cấu tạo của protein là acid amin. Trong phân tử protein số lượng acid amin thường rất lớn, cho nên ta cần nghiên cứu xem chúng liên kết với nhau như thế nào. 2.2.2.1. Cấu trúc bậc một của protein - liên kết peptid (-CO - NH-)
  9. Cuối thế kỷ XIX nhà sinh hoá học Nga Đa-nhi-lep-ski đã đề ra giả thuyết rằng các acid amin liên kết với nhau nhờ bên kết giữa nhóm carboxyl và nhóm quan (- Co - NH -) gọi là mạch peptid. ông đề ra thuyết này khi nghiên cứu phản ứng Biurê ở các dạng protein. Giả thuyết của Đanhilepski ngay sau đó đã được nhà sinh hoá học người Đức là Fisher xác minh bằng thực nghiệm. Fisher đã tách riêng và nghiên cứu tỷ mỹ 19 acid amin và đã thử tổng hợp các peptid theo kiểu phản ứng sau đây: Dùng dẫn xuất cloranhydric của một acid béo nào đó cho tác dụng với acid quân ta sẽ được một hợp chất trung gian. Đem nó cho tác dụng với amiac ta sẽ thu được một dipeptid : Dùng phản ứng này để nhân dài chuỗi peptid Người ta thấy tính chất của các peptid tổng hợp được giống tính chất của sản phẩm thuỷ phân protein chưa triệt để. Trong thực hành người ta gọi peptid thuỷ phân được là pepton hoặc albumose. Do đó ta có thể nói: Cơ sở cấu trúc bậc một của protein là mạch peptid (- Co - NH -), mạch được hình thành giữa nhóm carboxyl của acid amin thứ nhất với nhóm quan của aciđ quan tiếp theo sau khi loại khu đi một phân tử nước. Đây là liên kết đồng hoá trị nên nó rất bền vững.
  10. Nhờ phương pháp nghiên cứu tinh thể bằng quang tuyến Rơn-ghen người ta thấy những mạch peptid ở cấu trúc bậc một có hình thể và kích thước theo sơ đồ sau: Tuỳ thuộc vào số lượng acid quân ta có dipeptid, tripeptid, tetrapeptid và polypeptid. Tên gọi những peptid đơn giản dựa theo tên của acid amin hợp thành, những chất có - Co - đều biến đuôi -in thành -yl chất sau cùng có - COOH thì giữ nguyên tên. Ví dụ: glycyl- alanin. Tính đặc trưng của protein không những phụ thuộc vào số lượng mà còn phụ thuộc vào thứ tự sắp xếp của các acid amin trong chuỗi peptid. Mỗi protein có số lượng và thứ tự sắp xếp các acid amin riêng và như vậy nó có chức năng riêng. Nếu có 3 acid amin A, B và C ta có thể sắp xếp thành 6 peptid khác nhau ABC, ACB, BạC, BCA, CAB, CBA, có nghĩa là 1. 2. 3 = 6 Qui tắc chung là pH : 1. 2. 3 n = n ! Nếu có 20 acid quân ta được con số peptid gồm 19 chữ số sau: 2.432.902.008.176.640.000 Cấu trúc bậc một của protein là yếu tố di truyền hết sức ổn định. Mỗi tổ hợp có thứ tự sắp xếp acid amin khác nhau, chỉ cần một acid amin nào đó trong tổ hợp khác đi thì tính chất vật lý, hoá học và sinh học của protein khác đi rất xa. Ta lấy một vài thí dụ về cấu trúc bậc một của protein * Hồng cầu của người có 600 - 640 acid amin. Khi thứ tự của vlin và acid glutamic ở vỉ trí thứ 6 và 7 đổi chỗ cho nhau đã làm cho hồng cầu từ hình tròn biến thành hình lưỡi liềm (mà hồng cầu hình lưỡi liềm là một bệnh di truyền và là nguyên
  11. nhân gây ra thoái hoá giống). * Phân tử insulin là một polypetid bao gồm 5 1 acid amin chuỗi A có 2 1 gốc acíd quan và chuỗi B có 30 gốc acid amin. Hai chuỗi nối với nhau bởi 2 cầu dìsulfit: cầu thứ nhất giữa gốc cystein ở vị trí 20 của chuỗi A và vị trí 19 của chuỗi B; cầu thứ hai giữa gốc cystein ở vi tư thứ 7 của cả 2 chuỗi. Ở các động vật khác nhau, chúng chỉ khác nhau ở acid amin thứ 8, 9, 10. 8 9 10 Bò Alanin Serin Valin Lợn Treonin Serin Isoleucin Cừu Alanin Glycin Valin * Ocytocin và vasopressin là hai loại hormon của thuỳ sau tuyến yên, chúng đều có 9 acid amin, nhưng sắp xếp chỉ khác nhau ở vị trí số 3 và số 8. Ocytocin có tác dụng làm tăng co bóp cơ trơn tử cung, còn vasopressin làm tăng huyết áp động mạch, chống lợi tiểu. Việc phát hiện ra cấu trúc bậc một của các protein là một thành tựu rất lớn trong hoá học protein. Nó là cấu trúc quan trọng nhất, quyết định hình dạng và hoạt tính sinh học của các protein khác nhau. Tính muôn hình muôn vẻ của protein trước hết là đặc tính sinh học phụ thuộc vào cấu trúc bậc một. Hiện tượng đặc trưng sinh học chính là sự khác nhau về cấu trúc và chức năng của protein và là nguyên do của tính đặc trưng, đặc thù của sinh vật, tức là khác nhau về loài, giống, từng cá thể và các bộ phận trong từng cá thể Quá trình di truyền ở sinh vật chính là hiện tượng truyền đạt lại cho đời sau cấu trúc bậc một của protein đặc thù của loài giống. Cấu trúc của proteín được mã hoá qua thiết kế mã di truyền ở acid nucleic. 2.2.2.2. Cấu trúc bậc hai của protem - liên kết hydrogen Liên kết hydrogen được phát hiện nhờ phương pháp quang phổ (phần hồng ngoại bị mạch này hấp phụ). Liên kết hydrogen thường xuất hiện trong những hợp chất có hiện tượng phân cực rõ rệt trong phân tử. Ví dụ ở nước, do sự phân cực mà ở nguyên tử oxy có điện tích âm dư và ở hydro có điện tích dương dư. Khi hai phân tử nước nằm gần nhau đến một mức độ nhất định, giữa các điện tích dư đối dấu của chúng sẽ xảy ra liên kết phụ, gọi là liên kết
  12. hydrogen. Đặc tính của liên kết này là không cố định mà có tính linh động, lực liên kết của nó yếu gấp 10 - 12 lần so với liên kết đồng hoá trị. Trên mặt phẳng có thể biểu diễn liên kết hydrogen do các nhóm - Co - NH - của hai chuỗi peđtid như sau: Dựa vào số liệu về kích thước phân tử và góc tạo nên bởi các gốc acid amin, người ta cho rằng chuỗi peptid trong protein tự nhiên thường cuộn theo hình xoắn ốc. Có nhiều kiểu xoắn ốc như α, β, γ Nhưng loại xoắn ốc kiểu α (alfa) được nhiều người cho là gần chân lý nhất. Đặc điểm của loại này là mạch hydrogen giữa các liên kết peptid chiếm số đông, tạo cho xoắn ốc thế ổn định nhất và những nguyên tử sinh liên kết peptid - CO - NH - đều nằm trong một mặt phẳng. - Nhiều protein của cơ, máu, các mô mềm chứa các đoạn xoắn chuỗi peptid cuộn lại theo hình lò xo, tạo thành những bước xoắn. Bước xoắn chứa 3,7 gốc acid amin. - Dạng gấp nếp β là cấu trúc bậc hai đặc trưng cho nhiều protein dạng sợi như keratin ở lông, sừng, móng. Liên kết hydrogen giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong tính cơ động, linh hoạt của các phân tử sinh học, của protein cũng như mô bào. Chính cấu trúc bậc hai đã làm cho phân tử protein mềm dẻo có thể đàn hồi được.
  13. Mặc dù cấu trúc protein được củng cố rất nhiều bằng liên kết hydrogen, nhưng các thí nghiệm về hoá lý cho thấy rằng cấu tạo vòng xoắn ốc trong dung dịch không đủ bền và sẽ bị bung ra thành chuỗi nối. Điều này đưa đến việc đề ra cấu trúc bậc ba với nhiều loại liên kết có tác dụng ổn định đáng kể những mi xen protein dạng cầu. 2.2.2.3. Cấu trúc bậc ba của protein - liên kết disulfid (-S - S-) Cấu trúc bậc ba là dạng không gian của cấu trúc bậc hai, làm cho phân tử protein có hình dạng gọn hơn trong không gian. Sự thu gọn như vậy giúp cho phân tử protein ổn định trong môi trường sống. Cơ sở của cấu trúc bậc ba là liên kết disulfid. Liên kết được hình thành từ hai phân tử cystein nằm xa nhau trên mạch peptid nhưng gần nhau trong cấu trúc không gian do sự cuộn lại của mạch oevtid. Đây là liên kết đồng hoá trị nên rất bền vững. Cấu trúc bậc 3 đã tạo nên trung tâm hoạt động của phần lớn các loại enzym. Sự thay đổi cấu trúc bậc ba dẫn đến sự thay đổi hướng xúc tác của enzym hoặc mất khả năng xúc tác hoàn toàn. Ngoài trên kết disulfit, cấu trúc bậc ba còn được ổn định (bền vững) nhờ một số liên kết khác như: - Liên kết hydro: hen. kết này xuất hiện khi giữa hai nhóm tích điện âm có nguyên tử hydro. Liên kết tồn: liên kết này hình thành giữa hai con trái dấu của hai gốc acid amin nằm xa nhau theo thứ tự trong chuỗi peptid, nhưng gần nhau trong cấu trúc không - + gian. Ví dụ: giữa COO của acid glutamic với NH3 của lysin. Loại liên kết này nằm rải rác trong phân tử do có một số gốc acid amin có hai nhóm COOH và NH2.
  14. Ví dụ về cấu trúc bậc 3 như: Phân tử insulin là một polypeptid bao gồm 51 acid amin chuỗi A có 21 gốc acid amin và chuỗi B có 30 gốc acid amin. Hai chuỗi nối với nhau bởi 2 cầu disulfid: cầu thứ nhất giữa gốc cystein ở vị trí 20 của chuỗi A và vị trí 19 của chuỗi B; cầu thứ hai giữa gốc cystein ở vị trí thứ 7 của cả 2 chuỗi. Trong chuỗi A còn có một cầu disulfit giữa 2 gốc cystein ở vị trí thứ 6 và 11 . Insulin là hon non tuyến tuỵ tham gia điều hoà hàm lượng đường trong máu. Khi thiếu insulin, hàm lượng đường trong máu tăng cao, dẫn tới hiện tượng bệnh đái đường Insulin có tác dụng hạ đường huyết bằng cách xúc tiến quá trình tổng hợp glycogen dự trữ từ glucose.
  15. - Lực hấp dẫn Van dệt Vals: là lực hút giữa hai chất hoặc hai nhóm hoá học nằm cạnh nhau ở khoảng cách 1 - 2 lần đường kính phân tử. Lực liên kết của các nhóm kỵ nước, những nhóm không phân cực (- CH2; -CH3) trong vang, leucin, isoleucin, phenylalanin Nước trong tế bào đẩy các gốc này lại với nhau, giữa chúng xảy ra các lực hút tương hỗ và tạo thành các búi kỵ nước trong phân tử protein. Do có cấu trúc bậc ba mà các protein có được hình thù đặc trưng . và . phù hợp với chức năng của chúng. Ở các protein chức năng như enzym và các kháng thể, protein của hệ thống đông máu thông qua cấu trúc bậc ba mà hình thành được các trung tâm hoạt động là nơi thực hiện các chức năng của protein. Sự duy tử hình dạng giúp protein ở trạng thái nguyên vẹn, tức là các hoạt tính sinh học được duy trì. Mỗi biến đổi của hình dạng kéo theo sự biến đổi của hoạt tính. Đô men cấu trúc (Structural domain) được nghiên cứu từ 1976, đến nay người ta cho rằng sự hình thành đô men rất phổ biến ở các chuỗi peptid tương đối dài. Đô men cấu trúc có thể được định nghĩa là những bộ phận, những khu vực trong một phân tử protein được cuộn gấp trong không gian giống như một phân tử protein nhỏ hoàn chỉnh và thường là những nơi thực hiện chức năng liên kết, chức năng lắp ráp của phân tử protein trong hoạt động chức năng của nó. Trong nhiều protein, đô men gắn liền với chức năng kết hợp đặc hiệu và ở nhiều enzym được cấu tạo từ các đô men thì trung tâm hoạt động lại được bố trí ở biên giới của hai hay nhiều đô men. Sự thành thành các đô men trong phân tử protein tạo ra khả năng tương tác linh hoạt giữa các đại phân tử, khả năng cơ động, dịch chuyển tương ứng giữa những bộ phận trong quá trình thực hiện chức năng sinh học. - ở những protein nguồn gốc khác nhau, nhưng có chức năng tương tự thì các đô men có cấu trúc tương đối giống nhau. 2.2.2.4. Cấu trúc bậc bốn của protein Là một trạng thái tổ hợp hình thành từ nhiều tiểu phần protein đã có cấu trúc bậc ba hoàn chỉnh. Một số protein có xu hướng kết hợp lại với nhau thành những phức hợp, thành những đại phân tử, không kéo theo sự biến đổi về hoạt tính sinh học. Rất nhiều trường hợp protein phải tổ hợp lại mới có hoạt tính sinh học. Trong những trường hợp này, cấu trúc bậc bốn là điều kiện để hình thành nên tính năng mới của protein. Ví dụ về cấu trúc bậc bốn: - Hemoglobin (Huyết sắc tố) gồm 4 tiểu phần protein: hai tiểu phần α và hai tiểu phần β. Nếu 4 tiểu phần tách rời nhau thì mỗi tiểu phần không thể vận chuyển được một phân tử O2' Khi kết hợp lại thành trạng thái tetramer tạo thành một khối không