Cấu trúc hoá học
-Là hợp chất hữu cơ gồm 4 nguyên tố cơ bản C, H, O, N thường có thêm S và đôi
lúc có P.
-Thuộc loại đại phân tử, phân tử lớn nhất dài 0,1 micromet, phân tử lượng có thể
đạt tới 1,5 triệu đ.v.C.
-Thuộc loại đa phân tử, đơn phân là các axit amin.
-Có hơn 20 loại axit amin khác nhau tạo nên các prôtêin, mỗi axit amin có 3 thành
phần: gốc cacbon (R), nhóm amin (-NH2) và nhóm carboxyl (-COOH), chúng khác
nhau bởi gốc R. Mỗi axit amin có kích thước trung bình 3Å .
-Trên phân tử các axit amin liên kết với nhau bằng các liên kết peptit tạo nên chuỗi
pôlipeptit. Liên kết peptit được tạo thành do nhóm carboxyl của axit amin này liên
kết với nhóm amin của axit amin tiếp theo và giải phóng 1 phân tử nước. Mỗi phân
tử prôtêin có thể gồm 1 hay nhiều chuỗi pôlipeptit cùng loại.
-Từ 20 loại axit amin kết hợp với nhau theo những cách khác nhau tạo nên vô số
loại prôtêin khác nhau (trong các cơ thể động vật, thực vật ước tính có khoảng
1014 – 1015 loại prôtêin). Mỗi loại prôtêin đặc trưng bởi số lượng, thành phần và
trình tự sắp xếp các axit amin trong phân tử. Điều đó giải thích tại sao trong thiên
nhiên các prôtêin vừa rất đa dạng, lại vừa mang tính chất đặc thù.
[sửa]Cấu trúc không gian của protein
Prôtêin có 4 bậc cấu trúc cơ bản:
oCấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên
chuỗi polypepetide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và
cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein
thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc
một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi
polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo
nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò
của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự
biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.
oCấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian.
Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α

Cacnozin có nhiều trong cơ của động vật có xương sống (trừ một số loài cá), vai
trò sinh học chưa được xác định rõ nhưng có thể tham gia các quá trình sinh hóa
khi cơ hoạt động.
-Oxytocin và Vasopressin: là các notropeptide có cấu trúc có cấu trúc hóa học
được biết sớm nhất và cũng đã được tổng hợp hóa học. oxytocin và vasopressin
gồm 9 acid amine, trong phân tử có một cầu disulfua.
Tầm quan trọng của việc xác định cấu trúc bậc I của phân tử protein
-Là bước đầu tiên quan trọng để xác định cơ sở phân tử hoạt tính sinh học và tính
chất hóa lí của protein. Là dấu hiệu rõ nhất về sự sai khác giữa protein này với
protein khác.
-Là cơ sở xác định cấu trúc không gian của phân tử protein. Từ những dẫn liệu về
cấu trúc bậc I, trên cơ sở những quy luật hình thành cấu trúc không gian protein,
dựa vào cấu trúc không gian của các protein tương đồng, có thể dự đoán sự định
vị cầu disulfua, cấu trúc không gian của protein nghiên cứu.
-Là yếu tố góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lý phân tử. Nhiều kết quả
nghiên cứu đã cho thấy khi thay đổi thứ tự acid amine, thậm chí thay đổi chỉ 1 gốc
acid amine trong phân tử protein có thể làm thay đổi hoạt tính sinh học, chức năng
của một cơ quan.
-Cấu trúc bậc I là bản phiên dịch mã di truyền. Vì vậy, cấu trúc này nói lên quan hệ
họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống.
-Việc xác định được cấu trúc bậc I là cơ sở để tổng hợp nhân tạo protein bằng
phương pháp hóa học hoặc các biện pháp công nghệ sinh học.
[sửa]Bốn bậc cấu trúc
Do cách liên kết giữa các acid amine để tạo thành chuỗi polipeptide, trong mạch
dài polipeptide luôn lặp lại các đoạn –CO-NH-CH-
Mạch bên của các acid amine không tham gia tạo thành bộ khung của mạch, mà ở
bên ngoài mạch polipeptide.
Kết quả nghiên cứu của Paulin và Cori (Linus Pauling, Robert Corey 1930) và
những người khác cho thấy nhóm peptide (–CO-NH-CH- ) là phẳng và “cứng”.
H của nhóm –NH- luôn ở vị trí trans so với O của nhóm carboxyl. Nhưng nhóm

polypeptid - protein bậc I được tổng hợp tại ribosome, nó rời khỏi ribosome và hình
thành cấu trúc không gian (bậc II, III, IV) rồi mới di chuyển đến nơi sử dụng thực
hiện chức năng của nó.
[sửa]Cấu trúc bậc II của phân tử protein
Theo Paulin và Cori (1951), có 2 kiểu cấu trúc chính là xoắn α và phiến gấp nếp β.
- Cấu trúc xoắn α (α helix): Đoạn mạch polipeptide xoắn chặt lại, những nhóm
peptide (-CO-NH-), Cα tạo thành phần bên trong (lõi) của xoắn, các mạch bên
(nhóm R) của các gốc acid amine quay ra phía ngoài.
- Cấu trúc xoắn α được giữ vững chủ yếu nhờ liên kết hidro. Liên kết hidro được
tạo thành giữa các nhóm carboxyl của 1 liên kết peptide với nhóm –NH của liên kết
peptide thứ tự sau nó (cách nhau 3 gốc acid amine) trên cùng một mạch
polipeptide
Hình 1 : Ví vụ một của cấu trúc nếp gấp beta (các mũi tên chỉ hướng chuỗi axit
amin)
Hình 2 : Ví dụ cấu trúc xoắn alpha. A: mô hình giản lược, B: mô hình phân tử, C:
nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian.
Tất cả các nhóm –CO-, -NH- trong liên kết peptide của mạch polipeptide đều tạo
thành liên kết hidro theo cách này.
Trong cấu trúc xoắn α, cứ mỗi nhóm –CO-NH- có thể tạo 2 liên kết hidro với 2
nhóm –CO-NH- khác. Các liên kết hidro được tạo thành với số lượng tối đa, bảo
đảm độ bền vững của cấu trúc α.
Theo mô hình của Paulin và Cori, trong cấu trúc xoắn giữa 2 gốc acid amine kế
tiếp nhau có khoảng cách dọc thep trục xoắn là 1,5AO và góc quay 100O, 1 vòng
xoắn có 3,6 gốc acid amine có chiều cao tương ứng là 5,4 AO.
Chiều của vòng xoắn có thể là xoắn phải (theo chiều thuận kim đồng hồ) hoặc
xoắn trái (ngược chiều kim đồng hồ). Xoắn α trong phân tử protein thường là xoắn
phải.
Sự tạo thành và độ bền của cấu trúc xoắn α phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ
thành phần và trình tự sắp xếp của các acid amine trong mạch polipeptide, pH môi
trường,… Đến nay người ta đã biết được một số quy luật cơ bản để tạo thành

Liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm –NH- của gốc glyxin trên mạch
polipeptide với nhóm -CO- trong liên kết peptide ở trên mạch polipeptide khác.
Ngoài ra các nhóm hydroxyl của hydroxipoline cũng tham gia tạo thành liên kết
hydro làm tăng độ bền của cấu trúc siêu xoắn.
Ngoài các kiểu cấu trúc bậc II trên, trong phân tử của nhiều protein hình cầu còn
có các đoạn mạch không cấu trúc xoắn, phần vô định hoặc cuộn lộn xộn.
[sửa]Cấu trúc bậc ba của protein - liên kết disulfid (-S - S-)
Cấu trúc bậc III được giữ vững nhớ các cầu disulfua, tương tác VanderWaals, liên
kết hidro, lực ion. Vì vậy khi phá vỡ các liên kết này phân tử duỗi ra đồng thời làm
thay đổi một số tính chất của nó, đặc biệt là tính tan và hoạt tính xúc tác của nó.
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 liên kết disulfit, cấu trúc bậc ba còn được ổn định (bền vững) nhờ một số
liên kết khác như:
-Liên kết hydro: liên kết này xuất hiện khi giữa hai nhóm tích điện âm có nguyên tử
hydro.
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

không gian của chúng.
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 gian đặc thù gần như hình tứ diện thì mới có khả năng kết hợp và vận
chuyển khí oxy. Một phân tử hemoglobin (Hít) vận chuyển được 4 phân tử oxy.
- Enzym glycogen phosphorylase (ở cơ, gan) xúc tác quá trình phân giải glycogen
thành glucose.
+ Ở trạng thái không hoạt động enzym này ở dạng "b" (dạng hai dimer tách rời
nhau).
+ Ở trạng thái hoạt động (khi có tín hiệu cần đường) hai dimer tổ hợp lại thành
tetramer (dạng "a"). Khi nhu cầu giải phóng glucose giảm, tetramer lại tách thành
hai dimer, enzym trở lại dạng không hoạt động.
Tuỳ theo protein mà số lượng monomer có thể thay đổi từ 2,4,6,8 là phổ biến, cá
biệt có thể lên tới trên 50 monomer.
Sự hình thành cấu trúc bậc bốn tạo điều kiện cho quá trình điều tiết sinh học thêm
tinh vi, chính xác.
[sửa]Tóm tắt
-Protein được hình thành từ hàng chục đến hàng trăm các gốc acid amine.
-Liên kết peptide –CO-NH- là liên kết chủ yếu. Ngoài ra trong phân tử còn có các
liên kết khác như liên kết disunfide (S-S), liên kết hydro, ester.
Cấu trúc của protein:
-Cấu trúc bậc I:

 www.pt.ntu.edu.vn
 www.columbia.edu
 www.elmhurst.edu