Chương 1: Thành phần hoá học và cấu trúc của protein
1.1. Thành phần hoá học của protein
Protein được tạo thành từ một hay nhiều chuỗi polypeptide với các trình tự amino acid chuyên biệt. Chuỗi polypeptide là polymer được tạo thành từ 20 loại amino acid. Trong số 20 loại amino acid này, 19 loại có cấu trúc cơ bản giống nhau như Hình 1.1 (a). Mỗi amino acid có một nguyên tử C trung tâm gọi là Ca liên kết với một nguyên tử H, một nhóm carboxyl COOH, một nhóm amin NH2, và một chuỗi bên (side chain) R. Loại amino acid thứ 20 còn lại là proline có cấu trúc tương tự như các loại amino acid khác, nhưng nguyên tử C thuộc chuỗi bên của nó liên kết với nguyên tử N của nhóm amin tạo thành mạch vòng (Hình 1.1 (b)).
Các tính chất vật lý và hoá học của chuỗi bên xác định các đặc tính duy nhất của amino acid, qua đó quyết định vai trò của amino acid trong chuỗi polypeptide. Dựa trên các tính chất này, các amino acid có thể phân thành các nhóm không phân cực (kị nước), phân cực (ưa nước), tích điện âm (nếu chuỗi bên mang điện tích âm), và tích điện dương (nếu chuỗi bên mang điện tích dương).
Chuỗi polypeptide được tạo thành bởi phản ứng trùng ngưng các amino acid loại bỏ đi các phân tử nước được tạo thành từ nhóm OH của nhóm carboxyl và H của nhóm amin. Phản ứng này tạo ra các liên kết peptide (Hình 1.2) là liên kết cộng hoá trị giữa nguyên tử C của nhóm carboxyl và nguyên tử N của nhóm amin kề nhau. Các nguyên tử này cùng với các nguyên tử Ca trung tâm tạo thành bộ khung xương cho chuỗi polypeptide gọi là mạch xương sống (backbone) của chuỗi polypeptide. Toå ra từ bộ khung này là các chuỗi bên của các amino acid. Liên kết peptide tạo ra tính định hướng cho chuỗi polypeptide, các nguyên tử N của nhóm amin đều nằm cùng một phía của nguyên tử Ca. Phía còn lại là các nguyên tử C của nhóm carboxyl. Nhóm amin duy nhất không tham gia liên kết peptide tạo thành đầu N của chuỗi polypeptide. Đầu còn lại là đầu C. Quá trình dịch mã trong ribosome được tiến hành từ đầu N đến đầu C của chuỗi để tạo ra cấu trúc bậc nhất của protein.
1.2. Các bậc cấu trúc của protein
Để phù hợp với sự đa dạng của chức năng, các protein cũng có các cấu trúc rất đa dạng. Mỗi loại protein có một hình dạng ba chiều độc nhất và là những phân tử có cấu trúc tỉnh vi nhất được biết.
1.2.1. Cấu trúc bậc một
Cấu trúc bậc một của protein là trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide mạch thẳng, không phân nhánh, liên kết với nhau bởi các liên kết peptide (Hình 1.3)
1.2.2. Cấu trúc bậc hai
Cấu trúc bậc hai là sự sắp xếp không gian mang tính địa phương của các phân đoạn trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc hai được tạo thành nhờ các liên kết hydro là liên kết tĩnh điện giữa nguyên tử H của các nhóm amin và nguyên tử O thuộc nhóm carboxyl của mạch khung, thường có tính lặp lại. Các cấu trúc bậc hai cơ sở gồm xoắn a và phiến 3 (3-sheet). Các phân đoạn trong chuỗi có thể không có cấu trúc cơ sở nhưng vẫn có cấu trúc bền và xác định gọi là cấu trúc bất quy tắc. Ngoài ra, trong chuỗi polypeptide còn có thể có các phần có tính linh động cao, không có cấu trúc lập thể cố định được gọi là cuộn ngẫu nhiên. Trong các cấu trúc bậc hai, xoắn ở và phiến 3 là các thành phần chống đỡ quan trọng của protein.
