Sinh hóa đại cương là gì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGÔ XUÂN MẠNH [CHỦ BIÊN], LẠI NGỌC HÀ,
ðẶNG THÁI HẢI, NGUYỄN VĂN KIỆM

GIÁO TRÌNH

HOÁ SINH ðẠI CƯƠNG

Hà Nội - 2009


LỜI NÓI ðẦU
Trong những năm cuối của thế kỷ XX và ñầu thế kỷ XXI loài người ñã và ñang chứng
kiến những thành tựu to lớn do các ngành công nghệ mũi nhọn [Công nghệ tin học, Công
nghệ sinh học, Công nghệ vật liệu mới, Công nghệ năng lượng mới] ñem lại. Trong số các
ngành công nghệ mũi nhọn Công nghệ sinh học [Biotechnology] là ngành công nghệ ñầy hứa
hẹn. 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 kỷ
XX Hoá sinh học ñã phát triển mạnh mẽ, ñạt ñược trình ñộ cao trong mọi lĩnh vực nhất là
trong lĩnh vực Protein và Nucleic acid cùng các môn khoa học sinh học khác hình thành lĩnh
vực 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 ñiều
kiện môi trường bất lợi, có phẩm chất`mong muốn , các giống vi sinh vật có khả năng tạo
ra các sản phẩm thực phẩm, các phụ gia thực phẩm ñặc biệt mà công nghệ truyền thống không
thể tạo ra hoặc với phẩm chất không cao, các vacxin chữa bệnh ñặc trị Do vậy kiến thức
hoá sinh học là rất cần thiết cho các kỹ sư nông nghiệp, lâm nghiệp, cử nhân sinh học, kỹ sư
công nghệ thực phẩm tương lai.
Trong quá trình nâng cao chất lượng ñào tạo ñại học ñến nay Bộ giáo dục và ðào tạo
ñã xây dựng thống nhất Chương trình khung ñào tạo các chuyên ngành. Trên cơ sở khung

chương trình của môn học Hoá sinh ñại cương chúng tôi mạnh dạn biên soạn giáo trình Hoá
sinh ñại cương. Giáo trình ñược biên soạn trên cơ sở kinh nghiệm giảng dạy môn học nhiều
năm của tập thể cán bộ giảng dạy của Bộ môn Hoá sinh Công nghệ sinh học thực phẩm, Bộ
môn Sinh lý Hoá sinh ñộng vật, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội và cập nhật các kiến
thức 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 7
Giáo trình này là tài liệu học tập của sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh của
các chuyên ngành nông nghiệp thuộc các trường ðại học Nông nghiệp. Ngoài Giáo trình là tài
liệu tham khảo tốt cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh các ngành sinh học, các
cán bộ giảng dạy, cán bộ nghiên cứu và các nhà sản xuất trong lĩnh vực nông nghiệp, lâm
nghiệp, sinh học, công nghệ thực phẩm
ðây là lần ñầu tiên biên soạn theo nội dung khung chương trình mới, chắc chắn còn
nhiều khiếm khuyết. Chúng tôi mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của người ñọc nhất là các
bạn sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ñể Giáo trình ngày càng hoàn thiện và tốt
hơn.
Tháng 12 năm 2009
Các tác giả

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

i



MỤC LỤC
Lời nói ñầu
Mục lục
Mở ñầu
Chương 1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.4
1.4.1
1.4.2
1.4.3
1.4.4
1.5
1.5.1
1.5.2

Chương 2
2.1
2.2

2.2.1
2.2.2

Chương 3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.2
3.2.1

PROTEIN
KHÁI NIỆM
ðịnh nghĩa
Chức năng sinh học
CẤU TẠO PROTEIN
Thành phần nguyên tố
Aminoacid ñơn vị cấu tạo cơ sở của protein
Các tính chất của aminoacid
CẤU TẠO PHÂN TỬ PROTEIN
Peptide và thuyết polypeptide
Cấu trúc bậc một của protein
Cấu trúc bậc hai của protein
Cấu trúc bậc ba của protein
Cấu trúc bậc bốn của protein
TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN
Hình dạng và kích thước
Tính chất lưỡng tính
Tính chất bị biến tính
Các phản ứng ñặc trưng

PHÂN LOẠI PROTEIN
Phân loại dựa vào ñộ hòa tan
Phân loại dựa vào cấu tạo
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

VITAMIN
ðẠI CƯƠNG VỀ VITAMIN
CÔNG THỨC CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG SINH HỌC
CỦA VITAMIN
Vitamin tan trong chất béo
Vitamin tan trong nước
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

ENZYME
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Sự xúc tác
Enzyme là chất xúc tác sinh học
ðơn vị hoạt lực của enzyme
CẤU TẠO CỦA ENZYME
Phần lớn các enzyme có bản chất là protein

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

i
ii
1
7
7

7
7
10
10
10
13
18
18
20
21
24
25
26
26
27
28
29
31
31
32
33
33
34
34
35
35
40
45
45
46

46
47
47
48
48
48

ii


3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.3
3.4
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.5.4
3.6

Chương 4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.2

4.2.1
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
4.4

Chương 5
5.1
5.1.1
5.1.2
5.2
5.2.1
5.2.2

Các cofactor
Trung tâm hoạt ñộng của enzyme
Các tổ hợp ña enzyme và các enzyme dị lập thể
Sự phân bố và các dạng enzyme
TÍNH ðẶC HIỆU CỦA ENZYME
CƠ CHẾ HOẠT ðỘNG CỦA ENZYME
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HOẠT TÍNH XÚC TÁC
CỦA ENZYME
Ảnh hưởng của nồng ñộ cơ chất và enzyme. ðộng học của
phản ứng enzyme
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ

Ảnh hưởng của pH môi trường
Ảnh hưởng của các chất hoạt hoá và chất ức chế
CÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI ENZYME
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

NUCLEIC ACID
THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA NUCLEIC ACID
Các base chứa nitơ
ðường pentose
Nucleoside
Nucleotide
CẤU TẠO CỦA CÁC NUCLEIC ACID
Cấu tạo DNA
Cấu tạo của RNA
SINH TỔNG HỢP NUCLEIC ACID
Sinh tổng hợp nucleotide dạng purine
Sinh tổng hợp các nucleotide kiểu pyrimidine
Sinh tổng hợp các nucleotide thymidine
Sinh tổng hợp các deoxyribonucleotide
Sinh tổng hợp DNA [sự tái bản DNA - Replication]
Sinh tổng hợp RNA [ sự phiên mã-Transcription]
PHÂN GIẢI CÁC NUCLEIC ACID
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

SỰ TRAO ðỔI AMINOACID VÀ PROTEIN
SỰ TRAO ðỔI AMINOACID
Sự tổng hợp aminoacid
Sự biến ñổi các aminoacid

SỰ TRAO ðỔI PROTEIN
Sự tổng hợp protein
Sự phân giải protein
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

49
53
54
55
57
58
60
60
63
63
64
65
66
67
68
68
68
71
71
71
73
73

76
78
78
80
80
81
81
85
90
90
90
91
91
91
93
96
96
107
108
108

iii


Chương 6
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.2

6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.3
6.3.1
6.3.1
6.4
6.4.1
6.4.2
6.5
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.6
6.6.1
6.6.2
6.7
6.7.1
6.7.2
6.7.3
6.7.4
6.7.5

Chương 7
7.1
7.1.1
7.1.2
7.1.3

7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.3
7.3.1
7.3.2

CARBOHYDRATE
ðẠI CƯƠNG VỀ CARBOHYDRATE
ðịnh nghĩa
Chức năng của carbohydrate
Phân loại
CÁC MONOSACCHARIDE
ðịnh nghĩa
ðồng phân quang học của monosaccharide
Cấu trúc dạng vòng
Các dẫn xuất của hexose
Một số monosaccharide quan trọng
OLIGOSACCHARIDE
ðịnh nghĩa
Một số oligosaccharide phổ biến
POLYSACCHARIDE
Polysaccharide thuần

Polysaccharide tạp
SỰ TỔNG HỢP CARBOHYDRATE
Sơ lược về hoá sinh quang hợp

Tổng hợp disaccharide và tinh bột

Tổng hợp glucose từ các sản phẩm chuyển hoá trung gian
SỰ PHÂN GIẢI CÁC POLYSACCHARIDE
Sự phân giải glycogen
Sự phân giải tinh bột
HOÁ SINH HÔ HẤP
Quá trình ñường phân [Glycolysis]
Các ñường hướng chuyển hoá của pyruvate
Chu trình citric acid
Sự phosphoryl hoá ôxy hoá
Chu trình pentose phosphate
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

LIPID
ðẠI CƯƠNG VỀ LIPID
Khái niệm về lipid

Chức năng sinh học của lipid
Phân loại lipid
CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA LIPID
Acid béo và alcol
Cấu tạo và tính chất của lipid ñơn giản
Cấu tạo và tính chất của các lipid phức tạp
SỰ PHÂN GIẢI LIPID
Sự phân giải triacylglycerol
Phân giải các lipid phức tạp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

109

110
110
110
110
110
110
111
111
112
113
113
113
114
114
114
116
118
118
127
131
131
131
132
133
133
138
141
144
146
149

149
150
150
150
150
151
152
152
154
155
158
158
167

iv


7.4
7.4.1
7.4.2

Chương 8
8.1
8.2

TỔNG HỢP LIPID
Tổng hợp triacylglycerol
Sinh tổng hợp Glycerophospholipid và Sphingolipid
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

TRAO ðỔI CHÂT VÀ NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC CƠ THỂ
SỐNG
Trao ñổi chất
Trao ñổi năng lượng
Câu hỏi ôn tập
Tài liệu tham khảo

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

167
167
174
177
177
178
178
180
181
181

v


MỞ ðẦU
Hoá sinh học [Biochemistry] là một môn khoa học nghiên cứu thành phần hoá học
của cơ thể và những chuyển biến hoá học của các chất và của năng lượng xảy ra trong quá
trình 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 tĩnh
hoá 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 hoạt

ñộng sống của cơ thể nghĩa là nghiên cứu về mặt hoá học của sự trao ñổi chất là nhiệm vụ của
ñộng hoá sinh [Dynamic biochemistry]. Cần nhấn mạnh rằng tĩnh hoá sinh và ñộng hoá sinh
liên quan liên quan với nhau rất chặt chẽ- việc nghiên cứu các quá trình hoá sinh học sẽ vô
nghĩa 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, mặc
dầu ngay từ thời thượng cổ, con người ñã làm quen với nhiều quá trình hoá sinh học trong
cuộc 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 vật
khác nhau ñể làm thức ăn, làm thuốc, làm sơn, làm vải ñã khiến con người phải nghiên cứu
các cấu tử của thực vật và sự ảnh hưởng của các chất khác nhau ñối với sự sinh trưởng và phát
triển của chúng.
Việc ñấu tranh với bệnh tật ñã khiến con người phải nghiên cứu các quá trình xảy ra
trong cơ thể người ốm và người khoẻ cũng như ảnh hưởng của các dược liệu khác nhau lên cơ
thể con người.
Sự phát triển khoa học ở cuối thể kỷ XVIII- ñầu thể kỷ XIX ñã cho phép người ta
chiết xuất ñược từ thực vật hàng loạt acid hữu cơ [malic acid, oxalic acid, citric acid, lactic
acid ] và glycerol. Khi oxy hoá ñường, người ta ñã thu ñược formic acid. Vole F. [Friedrich
Wohler, 1828] ñã tổng hợp ñược ure; ñiều này chứng tỏ có thể tổng hợp ñược chất hữu cơ của
cơ thể sống mà không cần lực sống. Trong thời gian này, Lavoaziê [Lavoisier] cũng ñã giải
thích ñược cơ chế hoá học của sự hô hấp và sự cháy; ông ñã xác nhận rằng khi hô hấp trong
cơ thể carbon và hydrogen bị oxy hoá từ từ; quá trình này giống sự cháy bình thường. Vào
cuối thế kỷ XVIII, người ta ñã có những nhận xét và phát hiện ñầu tiên có tính chất khoa học
về sự tác dụng của các ezyme. Ví dụ, người ta ñã chứng minh ñược rằng trong hạt lúa mì nảy
mầm chứa một chất có khả năng biến tinh bột thành ñường và dextrin và sau ñó người ta ñã
chiết xuất ñược chất này từ mạch nha và goi là amylase. Người ta cũng ñã mô tả về enzyme
pepsin.
Ở thế kỷ XIX, các nhà khoa học ñã ñạt ñược những thành tựu to lớn trong lĩnh vực
tĩnh hoá sinh và trong việc nghiên cứu sự trao ñổi chất ở trong cơ thể sinh vật. Bằng cách sử
dụng 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 nitơ

trong protein.
Các kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu cơ chế hoá học của protein ñã thu ñược
nhờ các công trình của N.E.Liascopski và A.Ia.Danilepski. Năm 1884, Danilepski lần ñầu tiên
ñã ñiều chế ñược các chất giống protein nhờ enzyme. Sau ñó, Fise [Fischer] ñã tổng hợp ñược
hàng 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 và
việc 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 việc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

1


hình thành ñộng hoá sinh. ðồng thời chính nhờ sự phát triển của ñộng hoá sinh mà người ta
ñã xác ñịnh ñược những quan ñiểm thống nhất về các quy luật chung của các quá trình trao
ñổi chất và những chuyển hoá năng lượng trong cơ thể sinh vật.

Sơ ñồ lịch sử phát triển Hoá sinh học
Như trên ñã nói, Hoá sinh học ñã trở thành một khoa học ñộc lập ở nửa sau của thế kỷ
XIX. 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.........................

2


Hoá sinh học nghiên cứu những giai ñoạn riêng biệt của quá trình trao ñổi chất, nghiên
cứu mối liên quan tương hỗ và sự phụ thuộc lẫn nhau của các quá trình này; hoá sinh học
nghiên cứu vai trò sinh lý của các chất riêng lẻ trong sự sống của cơ thể, nghiên cứu quá trình

sinh tổng hợp của chất hữu cơ phức tạp từ những chất ñơn giản cũng như nghiên cứu những
chuyển 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 con
ñường 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 khác
nhau 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 ñại
cương, 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 loạt
ngành 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 học
phải căn cứ trên những phương hướng và nhiệm vụ cụ thể nhằm phục vụ kịp thời và có hiệu
quả những ñòi hỏi nóng bỏng của sản xuất nông lâm ngư nghiệp cũng như của y tế và quốc
phòng.
Trong thế kỷ XXI các nhà hóa sinh học Việt Nam bằng những công trình nghiên cứu
của bản thân mình và bằng cách áp dụng những thành tựu của hoá sinh học hiện ñại của thế
giới có chọn lọc và sáng tạo, sẽ ñủ khả năng giải quyết những vấn ñề do thực tiễn của sản xuất
và 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.........................

3


NHỮNG SỰ KIỆN CHÍNH TRONG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HOÁ SINH HỌC
1770 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 cơ
ở 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 hô
hấp.
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 ñổi
chất.
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 việc
glyceraldehyde 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.........................

4


1939 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 vi
khuẩn.
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 trúc
không 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 tổng
hợp 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 của
polyphenylalanine.
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.........................

5


1977 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 giai
ñoạn phát triển phôi Drosophila ñầu tiên.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương.........................

6


Chương1

PROTEIN
Tóm tắt:
Protein nhóm hợp chất cao phân tử thực hiện nhiều chức năng sinh học quan trọng. Phân tử protein
cấu tạo từ 20 aminoacid. Các phân tử protein cấu tạo từ một hoặc vài mạch polypeptide. Cấu trúc bậc
một của protein là số lượng và trình tự sắp xếp của aminoacid. Cấu trúc bậc hai của protein là xoắn α
hay nếp gấp β. Cấu trúc bậc ba là cấu trúc không gian của protein. ðại bộ phận protein khi có cấu trúc
bậc ba thực hiện ñược chức năng sinh học. Cấu trúc bậc bốn của protein là sự kết hợp vài tiểu ñơn vị
vốn có cấu trúc bậc ba ñể tạo nên phân tử protein thực hiện ñược chức năng sinh học. Protein có khối
lượng phân tử cao, tính hấp phụ bề mặt và dễ bị biến tính, tính lưỡng tinh và các phản ứng hoá học ñặc
trưng. Dựa vào thành phần cấu tạo protein ñược chia thành protein ñơn giản và protein phức tạp.
1. 1. KHÁI NIỆM
Thuật ngữ protein bắt nguồn từ tiếng Hy lạpproteios có nghĩa là quan trọng nhất hay chiếm vị

trí thứ nhất. Trên thực tế, protein là loại hợp chất vô cùng quan trọng của tế bào sống cả về mặt
lượng và về mặt chất bởi lẽ ngoài vai trò cấu trúc tế bào [protein chiếm hơn nửa khối lượng khô
tế bào], protein còn ñảm nhận rất nhiều chức năng sinh học quan trọng, ñảm bảo cho sự hoạt
ñộng và phát triển bình thường của tế bào.
1.1.1. ðịnh nghĩa
Protein là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, mạch thẳng, ñược cấu tạo từ các α-aminoacid
liên 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 tạo
tổng quát của chuỗi polypeptide như sau:
H 2N

CH

C

N

CH

C

... N

CH

C

R1

O


H

R2

O

H

Rn

O

OH
n

Trong ñó các Ri là các mạch bên của aminoacid.
1.1.2. Chức năng sinh học
Protein là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật. Các chức năng quan trọng của protein
ñược kể ñến sau ñây.
a. Chức năng xúc tác
Hầu 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 bởi
các enzyme. Các biến ñổi hóa học in vivo rất hiếm khi xảy ra với tốc ñộ có thể nhận thấy ñược khi
không 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 ñổi
xảy ra trong cơ thể sống, ñảm bảo sự chuyển hóa các chất xảy ra bình thường trong cơ thể. Chức năng
này của protein sẽ ñược trình bày cụ thể ở chương enzyme.
b. Chức năng vận chuyển
Nhiều 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 chất

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 7


vận chuyển này mà mặc dù oxi có ñộ hòa tan trong nước thấp, chúng vẫn ñược chuyển ñến và thỏa mãn
ñược 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 với
ferritine, một protein khác.
Các lipoprotein, một loại protein phức tạp ñóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển lipid
trong cơ thể. Lipid không tan trong nước nhưng sau khi kết hợp với protein tạo lipoprotein, phần lipid kị
nước bị cuộn vào trong, phần protein ưa nước tạo thành vỏ bọc bên ngoài do ñó lipid có thể ñược vận
chuyển trong môi trường nước ví dụ như máu. Trong huyết tương có một số lipoprotein khác nhau về tỷ
trọng có vai trò khác nhau trong quá trình vận chuyển lipid: chylomicron có tỷ trọng nhỏ hơn 0.940 vận
chuyển triacylglycerol và các lipid khác của thức ăn từ ruột non ñến mỡ, gan; lipoprotein có tỷ trọng
0.940 1.006 vận chuyển triacylglycerol ñược tổng hợp trong cơ thể ñến các mô mỡ; lipoprotein có tỷ
trọng 1.663 1.210 có vai trò vận chuyển cholesterol từ mô ngoại ñến gan.
c. Chức năng chuyển ñộng
Nhiều protein tham gia trực tiếp vào sự chuyển ñộng như sự co cơ, sự di chuyển của nhiễm sắc thể
trong 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 sợi
protein: 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 cơ

d. Chức năng bảo vệ
Các kháng thể trong máu ñộng vật có xương sống là những glycoprotein ñặc biệt, có khả năng nhận
biết, kết hợp ñặc hiệu và vô hoạt các vật chất lạ như protein lạ, virus, vi khuẩn xâm nhập từ môi trường
bên 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 kháng
nguyên. Khi có tín hiệu các vật chất lạ, tế bào lympho T-CD4 sẽ chỉ huy các tế bào lympho B và T của
hệ miễn dịch tiến hành tổng hợp kháng thể ñặc hiệu với các vật chất lạ. Các kháng thể này sẽ kết hợp
ñặc 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......................... 8


Các kháng thể có bản chất glycoprotein ñược cấu tạo từ hai chuỗi nặng và hai cuỗi nhẹ. Hai chuỗi này
kết hợp với nhau nhờ các cầu disulfide. Phân tử kháng nguyên gồm có hai vùng: vùng cố ñịnh và vùng
thay ñổi. Vùng thay ñổi chính là paratope, vị trí kháng thể kết hợp với kháng nguyên. Vùng này có cấu
tạo 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 protein
do tế bào ñộng vật có xương sống tổng hợp và tiết ra ñể chống lại sự nhiễm virus. Tác dụng của
interferon rất mạnh, ở nồng ñộ 10-11M interferon ñã có hiệu quả kháng virus rõ rệt. Ngoài ra, interferon
kết hợp vào màng nguyên sinh chất của các tế bào khác trong cơ thể và cảm ứng trạng thái kháng virus
của chúng.
Trong các mô thực vật, người ta cũng tìm thấy các chất có bản chất protein có khả năng kìm hãm sự
phát 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 bào
dị 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 triển
ñược trên các loại nông sản này.
e. Chức năng truyền xung thần kinh
Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh ñối với các kích thích ñặc
hiệu. Ví dụ như opsin là protein kết hợp với 11-cis-retinal tạo rhodopsin là chất màu thị giác tham gia
quá trình cảm quang ở mắt.
Rhodopsin

Bóng tối

Ánh sáng
opsin
isomerase

11- Cis retinal

11-trans retinal

11- Cis retinol

11-trans retinol

Thức ăn ñộng, thực vật

Phân giải không thuận nghịch
Hình 1-2. Rhodopsin tham gia quá trình cảm quang ở mắt

f. Chức năng ñiều hòa
Nhiều protein có chức năng ñiều hòa quá trình truyền thông tin di truyền, ñiều hòa quá trình trao ñổi
chất.
Ở tế bào vi khuẩn, các protein repressor ñiều hòa quá trình biểu hiện gen của các gen mã hóa cho các
enzyme tham gia các quá trình ñồng hóa và dị hóa. Các protein có hoạt tính hormon [như insuline], các

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 9


protein ức chế hoặc hoạt hóa các enzyme ñều có chức năng ñiều hòa quá trình trao ñổi chất. Ở sinh vật
bậc cao, sự phát triển và chuyên biệt hóa ñược kiểm soát bằng các factor tăng trưởng có bản chất

protein.
g. Chức năng kiến tạo và chống ñỡ cơ học
Các 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 dưỡng
Protein là những chất dự trữ quan trọng, cung cấp aminoacid cho phôi phát triển như ovalbumine trong
lòng trắng trứng, gliadin trong hạt lúa mỳ, zein trong ngô.
1.2. CẤU TẠO PROTEIN
1.2.1. Thành phần nguyên tố
Tất cả các protein ñều chứa các nguyên tố C, H, O, N. Một số còn chứa một lượng nhỏ S. Tỷ lệ
khối 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 hàm
lượng protein của một mẫu vật, người ta xác ñịnh hàm lượng nitơ protein của mẫu vật ñó và nhân
với 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 protein
1.2.2.1. ðịnh nghĩa
Aminoacid là dẫn xuất của acid hữu cơ trong ñó một nguyên tử hydro [ñôi khi là hai] ñược thay
thế bởi nhóm amine [-NH2]. Nói một cách khác, phân tử aminoacid chứa ít nhất một nhóm
carboxyl [-COOH] và một nhóm amine [-NH2]. Tùy thuộc vào vị trí nhóm amine so với nhóm
carboxyl mà ta có các acid α, β hay γ-amine.
R-CH-COOH
R-CH- CH2 -COOH

R-CH- CH 2- CH 2-COOH
NH2
NH
NH
2

2

Acid α-amine
Acid β-amine
Acid γ-amine
Các aminoacid có trong tế bào sinh vật hầu hết ở dạng α-amine. Người ta tìm thấy β-alanine
trong 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 cũng
như của các protein ñược cấu tạo từ các aminoacid. Các aminoacid cấu tạo protein tự nhiên chỉ
khác nhau ở phần mạch bên R. Khi R khác nhau, aminoacid khác nhau. Chính ñiều này tạo nên
tính ña dạng của aminoacid.
Trong tự nhiên các aminoacid ñược chia thành 2 nhóm: Aminoacid có nguồn gốc protein [gồm
20 aminoacid có trong thành phần cấu tạo protein] và aminoacid tự do.
1.2.2.2. Phân loại aminoacid
20 aminoacid tham gia cấu tạo protein có tên gọi, công thức cấu tạo cũng như ñặc ñiểm và ký
hiệu 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......................... 10


Các aminoacid có thể ñược phân loại theo cấu tạo, theo mức ñộ phân cực và theo giá trị dinh
dưỡng.
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, Histidine
b. 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]

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
17
18
19
20

ðộ tan
[g/100g H2O]
Glycine
24.99
Alanine
16.51
Leucine
2.19
Isoleucine
4.117
Valine
8.85
Serine
5.023
Threonine
20.50
Aspartic acid
0.5
Glutamic acid
0.843

Lysine
Arginine
Cysteine
Methionine
3.35
Phenylalanine
2.965
Tyrosine
0.045
Tryptophane
1.14
Histidine
4.29
Proline
162.3
Asparagine
3.11
Glutamine
3.6
Tên

pI
5.97
6.0
5.98
6.02
5.96
5.68
6.16
2.77

3.22
9.74
10.76
5.07
5.74
5.48
5.66
5.89
7.59
6.3
5.41
5.65

Viết tắt ba
chữ
Gly
Ala
Leu
Ile
Val
Ser
Thr
Asp
Glu
Lys
Arg
Cys
Met
Phe
Tyr

Trp
His
Pro
Asn
Gln

Viết tắt một
chữ in
G
A
L
I
V
S
T
D
E
K
R
C
M
P
Y
W
H
P
B
G

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 11



Hình 1-3. Công thức cấu tạo của các aminoacid thường gặp trong phân tử protein

c. Phân loại theo tính chất dinh dưỡng
- Aminoacid không thay thế hay aminoacid cần thiết
Các aminoacid không thay thế là các aminoacid mà cơ thể người và ñộng vật không tự tổng hợp
ñược và phải ñưa từ bên ngoài vào theo con ñường thức ăn. Khi thiếu dù chỉ một trong số các
aminoacid không thay thế, lượng protein tổng hợp ñược ít hơn lượng protein phân giải dẫn ñến
cân 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 vật
còn 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 tiêu
chuẩn 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 tự
tổng hợp ñược. Tuy nhiên khi thiếu các aminoacid này cũng gây rối loạn các quá trình trao ñổi
chất .
1.2.3. Các tính chất của aminoacid
a. Tính ñồng phân quang học
Tất cả các aminoacid trừ glycine ñều có nguyên tử carbon bất ñối C*[nguyên tử carbon gắn với 4
nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau] ở vị trí Cα nên mỗi aminoacid ñều có hai ñồng phân quang
học D và L hay còn ñược gọi là ñồng phân enantiomer. Hai ñồng phân này giống như vật và ảnh của nó
qua 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 gian
của nó với D và L-glyceraldehyde [Hình 1-4]. Vì dạng công thức không gian của aminoacid phức tạp

do 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 phẳng
ánh sáng phân cực của aminoacid. Ký hiệu D và L chỉ nói lên vị trí của nhóm amine và nguyên tử
hydro tại nguyên tử carbon α. Khả năng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực của aminoacid ñược ký
hiệu 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 môi
trường ñặc biệt là pH.
Hầu hết các aminoacid tham gia cấu tạo protein tự nhiên ñều ở dạng ñồng phân L. Tuy nhiên, trong một
số peptide của vi khuẩn ñặc biệt là các peptide tham gia cấu tạo thành tế bào vi khuẩn hoặc một số
peptide 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......................... 13


Hình 1-5. Công thức cấu tạo của tyrocidine, hỗn hợp các decapeptide dạng vòng sinh tổng hợp bởi Bacillus
brevis tìm thấy trong ñất.

Số lượng các ñồng phân quang học của một aminoacid là 2n trong ñó n là số lượng nguyên tử carbon
bất ñối trong phân tử. Như vậy, ñối với các aminoacid có nhiều hơn 1 nguyên tử carbon bất ñối, số
lượng ñồng phân quang học sẽ lớn hơn hai. Trong trường hợp ñó, dạng L sẽ là dạng ñồng phân quang
học có trong protein, dạng D là ảnh của nó qua gương phẳng, các ñồng phân quang học khác ñược gọi
là L-allo hoặc D-allo tùy thuộc vào cấu hình nguyên tử Cα của nó. Các ñồng phân quang học của
isoleucine ñược giới thiệu ở hình 1-5.

Hình 1-5. Các ñồng phân quang học của isoleucine


Trong 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 tính
Tất 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 thể
hiện tính acid và base hay nói cách khác aminoacid có tính lưỡng tính. Trong dung dịch, aminoacid
thường 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 =

1

CNH . CH+
2

2

CCOOH


CNH+
3

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 14


Giá trị K1 và K2 của các aminoacid khác nhau, K1 = 10-4 10-6 và K2 = 10-8 10-10. Người ta thường
dùng pK1 = -log10K1, pK2 = - log10K2 cho các aminoacid. ðối với mỗi aminoacid, khi biết giá trị pK1
và 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 của
aminoacid phụ thuộc vào pH của môi trường. Khi thay ñổi pH của một dung dịch aminoacid phân tử
aminoacid sẽ tích ñiện [-] hoặc [+]:

pH thấp
pH cao
- Aminoacid ở dạng cation
- Aminoacid ở dạng anion
- Trong ñiện trường, di
- Trong ñiện trường, di
chuyển 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 pH
nào 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 phân
tử aminoacid. Aminoacid có nhiều nhóm amine có ñiểm ñẳng ñiện cao và ngược lại. ðối với
aminoacid có một nhóm amine và một nhóm carboxyl, pH ñẳng ñiện ñược xác ñịnh bằng công
thức: 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 dùng
HCl hoặc NaOH ñể thêm vào dung dịch aminoacid, ño pH sau mỗi lần thêm và xây dựng ñường
cong 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 ñể
tách các aminoacid trong hỗn hợp bằng phương pháp ñiện di.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 15


c. Phản ứng của nhóm carboxyl
- Tạo muối với base

- Phản ứng decarboxyl hóa
Phản ứng này có thể thực hiện bằng con ñường hóa học trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên trong cơ thể
sống phản ứng này ñược xúc tác bởi enzyme. Phản ứng này ñược giới thiệu kỹ hơn trong chương về sự
trao 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 ñể
tạo dẫn xuất dihydroxymethyl. Ở dẫn xuất này, nhóm amine bị khóa, người ta có thể dùng một base ñể
trung hòa gốc COOH. Lượng kiềm tiêu tốn hết ñược dùng ñể xác ñịnh hàm lượng ñạm formol hay
nitơ 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 phân
tử thoát ra có thể ñịnh lượng ñược. ðây chính là nguyên tắc của phương pháp Val-Slyke ñể xác ñịnh số
nhóm NH2 tự do của aminoacid, của peptid, của protein do ñó cho phép theo dõi sự thủy phân protein.


- Phản ứng desamine hóa
Phản 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 α
Phản ứng ninhydrin: ðây là phản ứng ñặc trưng của aminoacid. Nguyên tắc của phản ứng như sau: ở
nhiệt ñộ cao, ninhydrin tác dụng với aminoacid tạo phức hợp có màu tím ñỏ. Cơ chế của phản ứng ở
hình 1-7.
Phản ứng này ñược ứng dụng ñể hiện màu aminoacid trong phân tích ñịnh tính aminoacid bằng sắc ký
giấy, sắc ký bản mỏng, ñiện di hoặc dùng trong phân tích ñịnh lượng aminoacid của một hỗn hợp
aminoacid [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 loại

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 16


Hình 1-7. Cơ chế của phản ứng Ninhydrin.

g. Các phản ứng liên quan ñến mạch bên
Tùy thuộc vào nhóm chứ có trong mạch bên R của aminoacid mà aminoacid có thể tham gia một số
phản ứng hóa học nhất ñịnh. Nếu mạch bên chứa nhóm COOH, aminoacid có thể tham gia các phản
ứng tạo muối với base, tạo amid, tạo ester với rượu. Nếu mạch bên chứa nhóm amine, aminoacid có thể
bị loại amine hóa. Nếu mạch bên chứa nhóm OH, aminoacid có thể tham gia các phản ứng hóa học
ñặc trưng cho rượu như phản ứng ester hóa. Nếu mạch bên chứa nhóm SH, aminoacid có thể tham gia
các phản ứng oxi hóa khử.
- Phản ứng oxi hóa khử
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 17


Nhóm thiol [-SH] của cysteine có thể bị oxi hóa tạo cystine. Hệ cysteine cystine do ñó có thể hoạt

ñộng như hệ cho và nhận ñiện tử. Ngoài ra việc oxi hóa các nhóm SH của cysteine cho phép tạo các
cầu disulfid, liên kết ñóng vai trò quan trọng nhất trong việc tạo và duy trì cấu trúc bậc ba của phân tử
protein.
- Phản ứng tạo ester

- Phản ứng tạo amid

Chỉ với 20 aminoacid, hàng ngàn, hàng vạn phân tử protein ñã ñược xây dựng nên ñảm bảo nhiều chức
năng quan trọng của cơ thể sống. Sự ña dạng của phân tử protein do ñó ñược quyết ñịnh bởi sự sắp xếp
các aminoacid trong phân tử protein.
1.3. CẤU TẠO PHÂN TỬ PROTEIN
1.3.1. Peptide và thuyết polypeptide
a. Peptide
Peptide 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 nhóm
amine của aminoacid khác, có loại ñi một phân tử nước.
H2 O
H 2N

CH
R1

C
O

OH

+ H

N


CH

C

H

R2

O

OH

H 2N

CH

C

N

CH

R1

O

H

R2


COOH

Liên kết peptide là liên kết bền vững, nó chỉ bị bẽ gãy dưới tác dụng của peptidase hoặc trong dung dịch
acid 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......................... 18


Tùy thuộc vào số lượng aminoacid tham gia cấu tạo peptide mà chúng ñược gọi là dipeptide [2
aminoacid], 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 nhóm
carboxyl tự do ñược gọi là ñầu C. Trong chuỗi peptide, aminoacid ñược ñánh số thứ tự bắt ñầu từ ñầu
N. ðể gọi tên peptide, người ta gọi tên lần lượt các aminacid bắt ñầu từ ñầu N trong ñó các aminacid
nào có nhóm carboxyl tham gia tạo liên kết peptide có ñuôi ñược ñổi thành yl. Tên aminoacid ñầu C
ñược 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 một
nhóm 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 phép
glutathione 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 là
các peptide. Ocytocine có tác dụng tăng cường co cơ dạ con, vasopressin làm tăng áp suất máu và có
tác 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 giảm
nồng ñộ ñường xuống mức nền 5x10-3M. Insuline ñược cấu tạo từ hai chuỗi polypeptide: chuỗi A
chứa 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 peptide
như tyrocidine [Hình 1-4.].
b. Thuyết polypeptide về cấu tạo phân tử protein
Vào năm 1888, A. J. Danhilepski [Nga] ñã phát hiện ra liên kết CO-NH- ñóng vai trò quan trọng
trong cấu tạo của protein. Năm 1900, Emil Fisher tiếp tục ñi sâu nghiên cứu cấu tạo phân tử
protein, ñã khẳng ñịnh sự tồn tại của liên kết CO-NH- , gọi nó là liên kết peptide và ñề ra học
thuyết polypeptide về cấu tạo phân tử protein.
Học thuyết ñược phát biểu như sau: Phân tử protein là một hoặc những chuỗi polypeptide khổng
lồ, ñược xây dựng từ hàng chục ñến hàng trăm gốc aminoacid liên kết với nhau bằng liên kết
peptide.
Nhiều kết quả thí nghiệm ñã khẳng ñịnh tính ñúng ñắn của học thuyết polypeptide về cấu tạo
phân tử protein:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Giáo trình Hoá sinh ñại cương......................... 19