Bài 7: Sự gấp cuộn và sự biến đổi protein

Amino acid

Chuỗi polypeptide: trình tự các aa đặc trưng và chính xác, từ đầu N - amino → đầu C - carboxyl, (trái → phải)

Sự gấp cuộn đúng phụ thuộc chủ yếu vào sự sắp xếp của các aa phân cực và không phân cực:

• Các aa kỵ nước: kết tụ bên trong (lực kỵ nước) → tạo lk H với các aa tương tự/khung sườn của chuỗi.
• Các aa ưa nước: nằm ở mặt ngoài để dễ tạo lk H với các pt phân cực khác.

Còn lệ thuộc vào các lk yếu: lk H, lực hút tĩnh điện, lực van der Waals, lực kị nước

$\Rightarrow$ Nhiều lk yếu → Hai vùng bất kỳ có ái lực chặt chẽ nhau → Ổn định hình dạng 3D → có hoạt tính

Bậc 1, 2 của protein

• Bậc 1: 1 chuỗi trình tự các aa gắn kết nhau bởi liên kết peptide.

• Bậc 2: tự cuộn (do lk H giữa các nhóm -C=O- và -NH-) $\Rightarrow$ xoắn α, phiến β,... (có tính lặp lại).

Xoắn $\alpha$

Protein α-keratin (lông, tóc, móng, sừng).

Ống trụ gồ ghề.

Tạo thành giữa 4 lk peptid

LK H giữa -CO- của lk peptid này với gốc -NH- của lk peptid khác

$\Rightarrow$ Mỗi vòng xoắn chứa 3,6 aa

Các mạch bên R lộ ra ngoài $\Rightarrow$ tính ưa/kỵ nước của cả chuỗi xoắn

Thường có ở các protein màng (protein vận chuyển/thụ thể - protein ABC)

Cấu trúc xoắn cuộn: dài, hình gậy, vững chắc. (cấu trúc khung → sợi kéo dài)

$\Rightarrow$ Sợi keratin (da), myosin (co cơ)

Xoắn $\beta$

3-10 aa

Thùng tròn (8-22 phiến/thùng) → Có các lỗ lọc H2O/pt nhỏ ưa nước đi qua lớp lipid kép

Hiện diện ở màng ngoài ty thể, lục lạp và vi khuẩn.

Các chuỗi bên kỵ nước xếp dọc bên ngoài thùng β → tương tác lớp lipid kép, bên trong được lót bằng những aa ưa nước

Bậc 3, 4 của protein

• Bậc 3: Các xoắn α, phiến β, đoạn ngoặt β và vòng β tự cuộn → cấu trúc bậc 3 (lập thể)
• Bậc 4: nhiều chuỗi polypeptide bậc 3 có thể giống (khác) nhau kết hợp lại.

Nếu 2 protein l.kết dạng “đối diện nhau” tại vị trí gắn kết → Phức hợp protein đối xứng có 2 tiểu phần (1 dimer)

Domain ($\approx 40 - 350aa) gấp thành từng cụm bậc 3 → chức năng riêng biệt

Chaperone

Là các protein + ATP hỗ trợ các chuỗi polypeptide (Giấu các gốc kỵ nước vào lõi protein ngay khi dịch mã)

• Gấp cuộn đúng
• Phát hiện, dừng, chỉnh sửa các protein gấp cuộn sai, gấp cuộn 1 phần ➔ Hơn 95% protein gấp cuộn đúng.

Hỗ trợ lắp ráp các hạt nucleosome (Histon + DNA).

Chaperone của Eukaryote có trong bào tương và ty thể, lục lạp và LNC hạt,... Một số chaperone là protein sốc nhiệt (Heat-shock protein) → chịu nhiệt

2 loại: Chaperone (Hsp70) và Chaperonin (Hsp60)

• Hsp70: hoạt động sớm, gắn vào khoảng 7 aa kỵ nước trước khi chuỗi polypeptide rời khỏi Ri.
• Hsp60: là loại có thùng chứa, hoạt động sau khi chuỗi polypeptide mới được tổng hợp (chưa gấp cuộn) hoặc protein gấp cuộn sai → Cô lập trong mt ưa H2O

Sự hình thành liên kết Disulfide

Enzyme Disulfide isomerase nối 2 nhóm –SH giữa 2 cysteine trong cùng/khác chuỗi

Dịch nội bào có nồng độ chất khử cao → Lk S-S bị khử thành -SH → Chỉ tạo ra khi tb chuẩn bị xuất bào

Protein tiết/vùng kỵ nước protein xuyên màng

VD: Lyzozyme (nước mắt - 4 lk S-S), Insulin (3 lk S-S)

Một số hình dạng 3D của protein

(Protein hình cầu, Protein dạng sợi xoắn ốc dài và Protein dạng sợi dài)

Hình cầu

Hầu hết các chuỗi polypeptide gấp cuộn thành protein

Dạng sợi xoắn ốc dài

Nhiều protein tương đồng + có một điểm gắn phù hợp với một vùng → Chuỗi sợi xoắn ốc dài

• Các actin hình cầu (Globular actin) → Sợi actin (Fillament actin) → Vi sợi

Dạng sợi dài

Sợi α-keratin: mỗi cuộn xoắn được che ở hai đầu bởi các domain hình cầu có các vị trí gắn → Dễ ráp lại với nhau ➔ Sợi trung gian (dày như dây thừng)

Sợi colagen:

• Chất nền ngoại bào
• 3 chuỗi xoắn $\alpha$, mỗi chuỗi gồm 3aa với aa₃ là Glycin
• Nhiều phân tử collagen dính sát nhau → Các mảng chồng chéo dài → Bền và cứng → Sức căng cho mô liên kết

Sợi elastin:

• Dịch ngoại bào
• Polypeptide lộn xộn, lỏng lẻo, đàn hồi
• Ngược lại với Elastin
• Da, nhu mô phổi và động mạch

Chức năng của protein

Tất cả protein gắn kết được với phân tử khác

Cấu trúc bề mặt protein quyết định tính chất HH

Giữa các phần kế nhau của chuỗi polypep → ngăn cản H₂O cạnh tranh với ligand

• Các aa phân cực gần nhau → Dễ đẩy lẫn nhau → Tăng ái lực với các ion điện trái dấu
• aa này tạo lk H với aa khác → Tác động đến aa ở chỗ khác → Hình thành hoặc phá vỡ các l.kết CHT

P.ứng hóa học đặc trưng phụ thuộc

• aa nào lộ ra ngoài
• Tương tác với các p.tử khác

Protein gắn protein

1. Mặt này lõm - mặt kia nhô ra
2. Xoắn $\alpha \to$ cấu trúc xoắn cuộn
3. Bề mặt gồ ghề của 2 protein khớp nhau → Chắc chắn

$\Rightarrow$ Các tương tác bề mặt rất thông dụng và đặc hiệu

$\Rightarrow$ Protein chỉ chọn một protein để tương tác

Nguy cơ gây bệnh

• Các protein kết tụ ko bị phân hủy → Tích tụ, thoát ra từ tb chết, tích lũy trong mô → Phá hủy mô
• Tạo ra các sợi fibril xếp chồng lên nhau → Cấu trúc các sợi β đan chéo → Các mảng xơ vữa amyloid.

Một số bệnh liên quan protein gấp cuộn sai: Bệnh khí phế thủng, Alzheimer, Prion, Hungtinton

Prion

• Prion là protein vô hại (PrP; PrPc)
• Gen PRNP (20p13)

Người nhiễm prion gây bệnh (PrP*; PrPsc) là do:

• Ăn thịt: bò điên, người chết; dịch y tế,.... có PrP*
• Các prion trong cơ thể bị ĐBG hay do di truyền. $\Rightarrow$ 2 xoắn α → 4 phiến β (gấp cuộn sai)

Prion gây bệnh (PrP*; PrPsc) và có tính lây truyền (như VK, virút) → Va, đụng các prion bình thường khác → Gấp cuộn sai → tạo ra và tích luỹ nhiều prion bệnh → Thoái hoá tb TK → Teo não → Chết từ từ