Protein – Wikipedia tiếng Việt

300px Myoglobin Minh họa cấu trúc 3D của protein myoglobin cho thấy cấu trúc bậc 2 của xoắn alpha ( màu ngọc lam ). Đây là protein tiên phong được phân giải cấu trúc bằng kỹ thuật tinh thể học tia X. Về phía bên phải tâm giữa những sợi xoắn mang một nhóm ngoại ( prosthetic group ) gọi là nhóm hem ( màu xám ) link với một phân tử oxy ( đỏ ) .

Protein (phát âm tiếng Anh: , phát âm tiếng Việt: prô-tê-in, còn gọi là chất đạm) là phân tử sinh vật học, hay đại phân tử, gồm nhiều amino acid liên kết lại với nhau. Protein thực hiện rất nhiều chức năng bên trong tế bào, bao gồm những phản ứng trao đổi chất mang xúc tác, sao chép DNA, đáp ứng lại kích thích, và vận chuyển phân tử từ một vị trí tới vị trí khác. Những protein khác nhau chủ yếu ở trình tự của những amino acid cấu thành (trình tự này lại được quy định bởi trình tự nucleotide của những gene quy định tương ứng) và ở kết quả của giai đoạn cuộn gập protein (protein folding) thành những cấu trúc 3 chiều xác định lên chức năng của nó.

Một mạch thẳng những nhóm amino acid liên kết với nhau gọi là chuỗi polypeptide. Protein chứa ít nhất một chuỗi dài polypeptide. Những chuỗi polypeptide ngắn, chứa ít hơn 20-30 nhóm amin, hiếm lúc được coi như là protein và thường được gọi là peptide, hoặc thỉnh thoảng là oligopeptide. Từng nhóm amino acid được liên kết với nhau bởi liên kết peptide. Trình tự của amino acid trong một protein được xác định bằng trình tự của một gene theo bảng mã di truyền. Trong tự nhiên, nhìn chung là mang 20 amino acid tham gia tạo nên protein; tuy nhiên, ở một số sinh vật nhất định, mã di truyền của chúng mang thể bao gồm selenocysteine và trong một số Cổ khuẩn là pyrrolysine. Ngay sau lúc tổng hợp hoặc thậm chí trong quá trình tổng hợp, những nhóm amin trong một protein thường bị thay đổi tính chất hóa học bởi quá trình sửa đổi sau dịch mã (post-translational modification), làm biến đổi tính chất hóa học và vật lý, sự gập xoắn, tính ổn định, hoạt tính và cuối cùng là chức năng của protein. Một số protein còn mang nhóm phi-peptide gắn thêm vào, gọi là nhóm ngoại lai (prosthetic group) hay đồng yếu tố (cofactor). Protein cũng làm việc với nhau để mang được một chức năng chuyên biệt, và chúng thường phối hợp để tạo thành dạng phức hệ protein ổn định.

Sau lúc được sinh ra, những protein chỉ tồn tại trong một khoảng thời kì nhất định trước lúc bị phân giải và được tái sinh bởi bộ máy của tế bào thông qua quá trình quay vòng protein (protein turnover). Vòng đời của một protein được đo bằng chu kỳ bán rã và nằm trong một khoảng trị giá rất to. Thời kì tồn tại của protein mang thể mang trị giá từ vài phút cho tới hàng năm với thời kì sống trung bình khoảng 1–2 ngày trong tế bào động vật. Những protein ko thường nhật hoặc gập xoắn bị lỗi thường được phân giải nhanh hơn, mang thể là do chúng bị đánh dấu để phá hủy hoặc trở nên ko ổn định.

Giống như những đại phân tử sinh vật học khác như polysaccharide và nucleic acid, protein là thành phần thiết yếu của khung hình sinh vật và tham gia vào mọi trật tự bên trong tế bào. Nhiều protein là những enzyme làm chất xúc tác cho những phản ứng hóa sinh và thiết yếu cho trao đổi chất. Protein cũng mang tính năng làm cấu trúc hoặc hoạt động, như actin và myosin ở cơ và protein trong bộ xương tế bào, tạo nên mạng lưới hệ thống những khung đỡ giúp duy trì hình dáng nhất định của tế bào. Những protein khác tham gia vào tín hiệu tế bào, cung ứng miễn nhiễm, kết dính tế bào, và chu kỳ luân hồi tế bào. Ở động vật hoang dại, protein thiết yếu phải mang trong bữa ăn để phân phối những amino acid thiết yếu mà ko hề tổng hợp. Quá trình tiêu hóa " bẻ gãy " những protein để sử dụng trong trao đổi chất .

Protein mang thể được tinh sạch từ những thành phần khác nhau của tế bào sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau như kỹ thuật siêu ly tâm (ultracentrifugation), kết tủa, điện di, và sắc ký; sự phát triển của kỹ thuật di truyền đã đem lại một số phương pháp để tinh sạch protein. Những phương pháp thường gặp để nghiên cứu cấu trúc và chức năng của protein bao gồm kỹ thuật hóa mô miễn nhiễm (immunohistochemistry), gây đột biến định hướng điểm (site-directed mutagenesis), tinh thể học tia X, cùng hưởng từ hạt nhân và khối phổ kế.

300px Peptide Figure Revised Cấu trúc hóa học của link peptide ( bên dưới ) và cấu trúc ba chiều của một link peptide giữa alanine với một amino acid kế bên ( bên trên )300px Peptide group resonance Cấu trúc mesome của link peptide liên kết từng amino acid để tạo thành polyme protein .Hầu hết những protein đều chứa một hoặc nhiều chuỗi polyme mạch thẳng cấu thành từ tập hợp 20 L-α – amino acid khác nhau. Những amino acid cấu trúc nên protein ( amino acid sinh protein ) mang những đặc thù cấu trúc giống nhau : đều mang một α-carbon mà tại đó một nhóm amin, một nhóm carboxyl, và nhiều loại nhóm bên ( side chain ) khác nhau hoàn toàn mang thể link vào. Chỉ mang proline là khác với cấu trúc cơ bản này lúc nó chứa một vòng tại điểm N-kết thúc của nhóm amin, khiến cho cho nửa nhóm CO – NH mang hình dáng khăng khăng và thắt chặt là một mặt phẳng. [ 1 ] Nhóm bên của những amino acid cơ sở vật chất mang đặc thù và cấu trúc hóa học rất phong phú ; chính sự phối hợp và tương tác giữa những nhóm bên amino acid trong protein đã xác lập cấu trúc 3 chiều và đặc tính phản ứng hóa học của protein. [ 2 ]

Amino acid trong một chuỗi polypeptide được liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Lúc được liên kết trong chuỗi protein, từng amino acid được gọi là phần thừa (hay phần dư, residue), và cấu trúc liên kết một loạt những nguyên tử carbon, nitro, và oxy được gọi là mạch chính hay bộ khung protein.[3]

Liên kết peptide mang hai dạng cùng hưởng (resonance, hay cấu trúc mesome) góp phần tạo nên một số đặc trưng liên kết đôi và làm cản trở sự quay xung quanh trục của nó, vì vậy mà những nguyên tử carbon alpha hầu như là đồng phẳng với nhau. Hai góc nhị diện khác trong liên kết peptide xác định hình dạng cục bộ đảm nhiệm bởi khung xương protein.[4] Điểm kết thúc của protein với một nhóm carboxyl tự do được gọi là điểm kết thúc-C hoặc đầu mút cacboxy, trong lúc điểm kết thúc với một nhóm amin tự do được gọi là điểm kết thúc-N hoặc đầu mút amin. Những thuật ngữ protein, polypeptide,peptide mang một tí khó hiểu và mang thể mang ý nghĩa chồng lặp. Protein nói chung được sử dụng để nhắc tới những phân tử sinh vật học hoàn thiện trong cấu hình ổn định, trong lúc peptide thường chỉ một oligome amino acid ngắn mà ko mang cấu trúc ba chiều ổn định. Tuy vậy, ranh giới giữa hai khái niệm này thường ko xác định rõ ràng và thường là peptide dài khoảng 20–30 amino acid.[5] Polypeptide thường muốn kể tới bất kỳ một mạch thẳng nào tạo nên từ amino acid, bất kể chiều dài, và thường hàm ý sự vắng mặt của một cấu hình xác định.

Sự Open trong tế bào[sửa|sửa mã nguồn]

Những nhà sinh vật học ước tính một vi khuẩn kích thước trung bình chứa khoảng 2 triệu protein trong tế bào của nó (ví dụ như E. coliStaphylococcus aureus). Những vi khuẩn nhỏ hơn, như Mycoplasma hay spirochetes sẽ chứa ít phân tử hơn, vào cỡ 50.000 tới 1 triệu phân tử protein. Trái lại, những tế bào nhân thực mang kích thước to hơn và do vậy chứa nhiều protein hơn. Ví dụ, tế bào nấm men ước tính mang khoảng 50 triệu protein và tế bào người mang từ 1 tới 3 tỷ protein. Bộ gene của vi khuẩn mã hóa cho protein thấp hơn 10 lần so với của người (ví dụ vi khuẩn nhỏ ~1.000, E. coli: ~4.000, nấm men: ~6.000, loài người: ~20.000).[6]

Nồng độ của những protein trong một tế bào mang một phổ trị giá rất rộng, từ chỉ một vài phân tử cho tới hàng trăm nghìn phân tử trong một tế bào. Khoảng một phần ba tổng số protein ko được sản sinh ra trong tế bào hay chỉ sinh ra trong những điều kiện kèm theo nhất định. Ví dụ, trong số 20.000 protein được mã hóa bởi bộ gene ở loài người chỉ mang 6.000 được phát hiện trong nguyên bào lympho. [ 7 ] Hơn nữa, số lượng protein mà bộ gene mã hóa mang mối đối sánh tương quan với cấu trúc phức tạp của khung hình vật chủ. Sinh vật nhân thật, vi trùng, vi trùng cổ và vi rút tương ứng mang trung bình 15145, 3200, 2358 và 42 protein được mã hóa trong bộ gene của chúng. [ 8 ]

Sinh tổng hợp[sửa|sửa mã nguồn]

220px Ribosome mRNA translation vi.svg Một ribosome sản sinh một protein sử dụng khuôn mẫu mRNA .220px Genetic code vi.svg Trình tự DNA của một gene mã hóa trình tự amino acid trong protein .

Protein cấu tạo từ những amino acid lắp ghép lại sử dụng thông tin được mã hóa trong gene. Mỗi protein mang trình tự amino acid duy nhất xác định bởi trình tự những nucleotide trong gene mã hóa cho protein này. Mã di truyền là một tập hợp chứa những tập hợp con của những bộ ba-nucleotide gọi là bộ ba mã hóa (codon) và mỗi tổ hợp ba-nucleotide tương ứng cho một amino acid, ví dụ AUG (adenine-uracil-guanine) mã hóa cho methionine. Bởi vì DNA chứa bốn nucleotide, tổng số codon khả dĩ là 64; tuy nhiên chỉ mang 20 amino acid nên một số amino acid được mã hóa bởi nhiều hơn một codon.[9] Gen mã hóa trong DNA trước tiên được phiên mã thành phân tử tiền-mRNA (pre-mRNA) bởi những protein như RNA polymerase. Hầu hết những sinh vật sau đó xử lý tiền-mRNA (hay sản phẩm phiên mã sơ cấpprimary transcript) với nhiều dạng của sửa đổi sau phiên mã (post-transcriptional modification) để tạo nên phân tử mRNA hoàn chỉnh (mature mRNA), làm khuôn mẫu cho sinh tổng hợp protein nhờ ribosome. Ở sinh vật nhân sơ, mRNA hoặc là được sử dụng ngay sau lúc nó hình thành, hoăc được gắn với một ribosome sau lúc rời khỏi vùng nhân. Trái lại, ở sinh vật nhân thực, mRNA được sinh ra trong nhân tế bào rồi sau đó dịch chuyển qua màng nhân tới bào tương, nơi quá trình sinh tổng hợp protein diễn ra. Tốc độ tổng hợp protein ở sinh vật nhân sơ nhanh hơn so với sinh vật nhân thực và mang thể đạt tới 20 amino acid trong một giây.[10]

Giai đoạn tổng hợp protein từ khuôn mRNA gọi là dịch mã. mRNA được đưa vào ribosome và ribosome một lần đọc ba nucleotide bằng cách khớp theo nguyên tắc bổ sung mỗi bộ ba mã hóa (codon) với một bộ ba đối mã (anticodon) nằm trên phân tử RNA vận chuyển, nó mang theo amino acid tương ứng với codon mà nó nhìn thấy. Trước đó, enzyme aminoacyl tRNA synthetase "nạp" một amino acid đúng vào phân tử tRNA. Chuỗi polypeptide đang hình thành thường được gọi là chuỗi mới sinh (nascent chain). Protein xoành xoạch sinh tổng hợp theo chiều từ đầu N (N-terminus, đầu mang nhóm NH2) tới đầu C (C-terminus, đầu mang nhóm COOH).[9]

Kích thước của một protein sinh tổng hợp mang thể đo bằng số lượng amino acid chứa trong nó hoặc bằng tổng khối lượng phân tử, mà thông thường tính bằng đơn vị dalton (đồng nghĩa với đơn vị khối lượng nguyên tử), hoặc đơn vị phái sinh kilodalton (kDa). Protein sinh tổng hợp từ nấm men trung bình dài 466 amino acid và mang khối lượng 53 kDa.[5] Protein to nhất từng được biết tới là titin, một thành phần của đơn vị cơ bản sợi cơ vân (muscle sarcomere), với khối lượng phân tử 3.000 kDa và chứa tới 27.000 amino acid.[11]

Hóa tổng hợp[sửa|sửa mã nguồn]

Những protein ngắn mang thể được tổng hợp hóa học bằng một số phương pháp gọi là tổng hợp peptide, mà dựa trên những kỹ thuật tổng hợp hữu cơ như kỹ thuật nối hóa học (chemical ligation) để tạo ra những peptide với chiều dài to.[12] Tổng hợp hóa học cho phép đưa những amino acid nhân tạo vào trong chuỗi polypeptide, như gắn những phân tử thăm dò huỳnh quang đãng vào mạch bên của chuỗi amino acid.[13] Những phương pháp này hữu hiệu trong phòng thí nghiệm hóa sinh và sinh vật học tế bào, mặc dù nói chung ko thương nghiệp hóa được. Tổng hợp hóa học sẽ trở nên ko hiệu quả đối với chuỗi polypeptide dài hơn khoảng 300 amino acid, và những protein được tổng hợp mang thể ko gập về dạng cấu trúc bậc bốn như mong đợi. Hầu hết những phương pháp tổng hợp hóa học khởi đầu từ đầu C tới đầu N, trái ngược so với những phản ứng sinh vật học.[14]

300px Chaperonin 1AON subunit) được tô màu làm vượt trội. Chaperonin tương trợ cho quá trình gập protein.Cấu trúc tinh thể của chaperonin, một đại phức tạp protein. Một tiểu đơn vị chức năng protein ( ) được tô màu làm tiêu biểu vượt trội. Chaperonin tương hỗ cho trật tự gập protein .300px Proteinviews 1tim Trái: Mọi nguyên tử được tô màu theo từng loại. Ở giữa: Trình diễn thuần tuý hình dạng bộ khung, với những cấu trúc bậc hai được tô màu. Phải: Cách trình diễn bằng bề mặt solvat xúc tiếp được (solvent-accessible surface) được tô màu cho những phần thừa (phần mang tính acid được tô đỏ, phần base màu lam, phần phân cực màu lục, phần ko phân cực màu trắng).Ba cách minh họa cấu trúc ba chiều của protein triose phosphate isomerase : Mọi nguyên tử được tô màu theo từng loại. Trình diễn đơn thuần hình dạng bộ khung, với những cấu trúc bậc hai được tô màu. : Cách trình diễn bằng mặt phẳng solvat xúc tiếp được ( ) được tô màu cho những phần thừa ( phần mang tính acid được tô đỏ, phần base màu lam, phần phân cực màu lục, phần ko phân cực màu trắng ) .

Hầu hết những protein cuộn gấp thành một cấu trúc ba chiều duy nhất. Hình dạng mà một protein lúc để uốn gấp một cách tự nhiên được gọi là hình dạng nguyên sinh (native conformation).[15] Mặc dù nhiều protein mang thể uốn gấp mà ko cần tương trợ, chỉ thuần tuý nhờ vào những đặc tính hóa học của những amino acid thành phần, những protein khác đòi hỏi sự tương trợ của phân tử chaperone để uốn gấp thành hình dạng nguyên sinh của chúng.[16] Những nhà hóa sinh phân ra bốn cấp đối với cấu trúc của protein:[17]

Protein ko phải là một phân tử "cứng chắc" hoàn toàn. Ko chỉ khăng khăng ở một bậc cấu trúc nhất định, protein mang thể chuyển sang một vài cấu trúc liên quan lúc chúng thực hiện những chức năng sinh vật học. Trong trường hợp của những sự sắp xếp những chức năng này, những cấu trúc bậc 3 và bậc 4 thường được gọi là "cấu dạng", và sự chuyển tiếp giữa chúng gọi là sự thay đổi cấu dạng. Những thay đổi này thường do sự liên kết của một phân tử cơ chất (substrate molecule) với một vị trí hoạt động của một enzyme, những vùng của protein tham gia vào xúc tác hóa học. Những protein trong dung dịch hòa tan cũng trải qua những biến đổi về cấu trúc tác động bởi những rung động nhiệt và sự va chạm với những phân tử khác.[18]

Toàn bộ protein hoặc những đoạn protein được phân loại thành bốn lớp chính, mà tương quan với cấu trúc bậc 4 của nó: protein dạng cầu (globular protein), protein dạng sợi (fibrous protein), protein màng tích hợp (integral membrane protein) và protein mất trật tự nội tại (intrinsically disordered protein).[19] Phần to toàn bộ protein dạng cầu mang thể tan được và đa phần là những enzyme. Protein dạng sợi thường mang vai trò cấu trúc, như collagene, thành phần chính của những mô liên kết, hay keratin, thành phần protein của tóc và móng chân tay. Protein dạng màng thường phục vụ như là những thụ thể hoặc làm kênh dẫn cho những phân tử mang điện tích hay phân cực vượt qua màng tế bào.[20] Protein mất trật tự nội tại khác biệt cơ bản về tính trật tự về cấu hình hình dạng với ba loại trên. Nhiều protein mang hình dạng xác định rõ ràng lúc ở dạng nguyên thể (native), nhưng protein mất trật tự nội tại thì ko, chuỗi polypeptide của chúng rất linh động và ko mang một hình dáng nhất định. Tính chất này cho phép protein mất trật tự nội tại mang thể tương tác với nhiều protein đối tác hoặc gập thành những hình dáng nhất định chỉ lúc nó liên kết với những đối tác này. Protein mất trật tư nội tại thường là những phân tử truyền tín hiệu, điều hòa hoạt động cho những phân tử khác, hoặc làm bộ khung cho những protein khác bám vào.[19]

Một trường hợp đặc trưng quan yếu của link hiđrô liên phân tử bên trong protein, chỉ che chắn yếu ớt từ tác động tác động của nước và do vậy tự chúng dễ bị khử nước, được gọi là dehydron. [ 21 ]

Xác định cấu trúc[sửa|sửa mã nguồn]

Khám phá ra cấu trúc bậc ba của protein, hay cấu trúc bậc bốn của phức hợp protein, sẽ mang lại những chứng cứ quan yếu về chức năng của protein. Những phương pháp thực nghiệm phổ biến xác định cấu bao gồm tinh thể học tia X và kỹ thuật phổ NMR, cả hai đều cho thông tin ở mức phân giải cấp nguyên tử. Tuy nhiên, kỹ thuật NMR mang thể sản xuất thông tin ước tính về khoảng cách giữa từng cặp nguyên tử, và hình dạng khả dĩ cuối cùng đối với protein được xác định thông qua giải bài toán hình học khoảng cách. Kỹ thuật giao trâm phân cực hai sóng dẫn (Dual polarisation interferometry) là một phương pháp giải tích định lượng cho phép đo hình dạng tổng thể của protein và những thay đổi hình dạng do tương tác giữa những nguyên tử hoặc bởi những tác động khác. Lưỡng hướng sắc phân cực tròn (circular dichroism) là một kỹ thuật trong phòng thí nghiệm giúp xác định những thành phần cấu trúc bậc hai gấp nếp β / xoắn α của protein. Kính hiển vi điện tử truyền qua quan sát mẫu lạnh (cryoelectron microscopy) được sử dụng để thu được thông tin về cấu trúc mang độ phân giải thấp hơn của những phức hợp protein rất to, bao gồm tổ hợp những virus;[22] một kỹ thuật biến thể khác gọi là "xác định cấu trúc tinh thể bằng kính hiển vi điện tử truyền qua" (electron crystallography) mang thể thu được độ phân giải to ở một số trường hợp, đặc trưng đối với những tinh thể hai chiều ở những protein dạng màng.[23] Thông tin về những cấu trúc quan sát được thường lưu trữ ở Nhà băng Dữ liệu Protein (Protein Data Bank, PDB), một hệ thống nguồn truy cập tự do mà dữ liệu cấu trúc của hàng nghìn protein mang thể nhận được dưới dạng tọa độ Descartes cho từng nguyên tử trong protein.[24]

Với thêm nhiều trình tự gene được giải mã hơn so với số lượng protein mang cấu trúc được làm rõ. Ngoài ra, tập hợp những cấu trúc được quan sát bị chệch khỏi hình dạng nguyên sinh của protein do tác động từ những điều kiện quan sát đòi hỏi trong kỹ thuật tinh thể học tia X, một trong những phương pháp chính nhằm xác định cấu trúc protein. Đặc trưng, những protein dạng cầu thường thuận tiện chuẩn bị làm mẫu tinh thể hóa trước lúc tiến hành kỹ thuật chụp tinh thể học tia X. Trái lại, những protein dạng màng, lại rất khó để đưa về dạng tinh thể và chưa mang dữ liệu về chúng trong PDB.[25] Hướng nghiên cứu "bộ gene mã hóa cấu trúc protein" (structural geneomics) được khởi xướng sắp đây đã nỗ lực giảm bớt những lỗ hổng hiểu biết này bằng cách khắc phục một cách hệ thống cho cấu trúc của một số lớp protein thông qua cách chúng uốn gập. Phương pháp dự đoán cấu trúc protein mang mục đích mang lại một bức tranh sơ bộ về cấu trúc của những protein mà chúng chưa được xác định cấu trúc bằng thực nghiệm.[26]

Chức năng tế bào[sửa|sửa mã nguồn]

Protein là diễn viên chính bên trong tế bào, thực hiện những nhiệm vụ xác định bởi thông tin mã hóa trong gene.[5] Ngoại trừ đối với một số loại RNA nhất định, hầu hết những phân tử sinh vật học khác là những phân tử tương đối trơ với tác dụng của protein. Protein chiếm một nửa trọng lượng khô của tế bào vi khuẩn Escherichia coli, trong lúc những đại phân tử khác như DNA và RNA chỉ chiếm tương ứng 3% và 20%.[27] Tập hợp những protein biểu hiện trong một tế bào cụ thể hoặc một loại tế bào được gọi là hệ protein (proteome) hay bộ protein hoàn chỉnh.

220px Enzyme hexokinase được minh họa theo quy mô phân tử thường gặp quả bóng và thanh nối. Để so tỷ suất, ở góc bên phải là hai cơ chất của nó, ATP và glucose

Đặc trưng chính của protein mà cũng làm lên những chức năng nhiều đó là khả năng của chúng liên kết một cách đặc hiệu và chặt với những phân tử khác. Vùng protein mang tính năng liên kết với những phân tử khác được gọi là vùng liên kết (binding site) và thường là những khe rãnh (depression) hoặc "túi" ("pocket") trên bề mặt phân từ. Khả năng liên kết này được thực hiện trung gian thông qua bởi cấu trúc bậc ba của protein, mà xác định vị trí túi liên kết, và bởi những tính chất hóa học của những chuỗi nhánh bên amino acid xung quanh. Liên kết protein mang thể rất đặc hiệu và hết sức chặt; ví dụ, protein ức chế ribonuclease (ribonuclease inhibitor protein) liên kết với protein angiogenein ở người với hằng số phân ly cỡ dưới femto mol (<10−15 M) nhưng không liên kết với protein onconase tương đồng ở động vật lưỡng cư (>1 M). Những sự thay đổi hóa học rất nhỏ như thêm vào một nhóm methyl ở phân tử liên kết thỉnh thoảng đủ làm sắp như loại bỏ liên kết với protein; ví dụ, aminoacyl tRNA synthetase đặc hiệu với amino acid valine lại rất phân biệt với isoleucine mặc dù hai amino acid này mang chuỗi bên rất tương đồng.[28]

Protein mang thể liên kết với những protein khác cũng như với những cơ chất tiểu phân tử (small-molecule substrate). Lúc protein liên kết đặc hiệu với những bản sao khác của cùng phân tử, chúng mang thể oligome hóa để tạo thành những sợi nhỏ; quá trình này thường xuất hiện ở những protein cấu trúc mà chứa những monome dạng cầu mà tự tổ chức thành những sợi vững chắc. Tương tác protein–protein cũng điều hòa những hoạt động do enzyme, điều khiển xúc tiến toàn bộ chu kỳ tế bào, và cho phép lắp ghép những phức hợp protein to mà chúng thực hiện những phản ứng liên quan mật thiết với nhau với một chức năng sinh vật học chung. Protein cũng mang thể liên kết với, hay thậm chí tích hợp vào màng tế bào. Khả năng liên kết với những đối tác để cảm ứng sự thay đổi hình dáng trong những protein cho phép xây dựng lên một mạng lưới tín hiệu tế bào rộng to và phức tạp.[29] Do tương tác giữa những protein là thuận nghịch, và phụ thuộc nhiều vào khả năng của những nhóm protein khác nhau để hình thành lên tổ hợp mang khả năng thực hiện những chức năng riêng rẽ, ngành nghề nghiên cứu tương tác giữa những protein đặc hiệu là chìa khóa nhằm hiểu biết những khía cạnh quan yếu của chức năng tế bào, và đi tới những tính chất giúp phân biệt giữa những loại tế bào đặc trưng.[30][31]

Bài chi tiết cụ thể : Enzyme

Vai trò được biết tới nhiều nhất của protein trong tế bào như là những enzyme, lúc chúng là yếu tố xúc tác cho những phản ứng sinh hóa. Enzyme mang tính đặc hiệu cao và chỉ tham gia vào một hoặc một vài phản ứng hóa học. Enzyme tham gia nhiều nhất vào những phản ứng trong trao đổi chất, cũng như tác động vào DNA trong những quá trình như nhân đôi DNA, sửa chữa DNA, và phiên mã. Một số enzyme tác động lên những protein khác để gắn thêm vào hoặc loại bỏ nhóm chức hóa học trong quá trình gọi sửa đổi sau dịch mã (post-translational modification). Với khoảng 4.000 phản ứng sinh hóa đã biết được xúc tác bởi enzyme.[34] Sự gia tăng tốc độ phản ứng nhờ xúc tác mang enzyme thường là rất to—tăng tới 1017 lần trong phản ứng mà ko mang xúc tác như trong trường hợp của orotate decarboxylase (xảy ra trong 78 triệu năm mà ko mang enzyme, 18 milli giây với enzyme).[35]

Những phân tử liên kết vào và bị tác động bởi enzyme được gọi là những cơ chất (substrate). Mặc dù enzyme mang thể chứa hàng trăm amino acid, thường chỉ mang một số nhỏ những nhóm dư (residues) trên nó là tham gia xúc tiếp với cơ chất, và thậm chí một số nhỏ hơn—trung bình từ 3 tới 4 nhóm dư—là tham gia trực tiếp vào xúc tác.[36] Vùng của enzyme liên kết với cơ chất và chứa nhóm dư xúc tác được gọi là vị trí hoạt động (active site).

Dirigenet protein là những phần tử trong một lớp những protein chi phối hóa học lập thể (stereochemistry) của một hợp chất được tổng hợp bởi những enzyme khác.[37]

Tín hiệu tế bào và link phối tử[sửa|sửa mã nguồn]

170px Mouse cholera antibody Ribbon diagram) của một kháng thể ở chuột chống lại Sơ đồ cấu trúc dải ruy băng ( ) của một kháng thể ở chuột chống lại vi trùng tả, kháng thể này link với một kháng nguyên cacbohydrat ( những nguyên tử hình cầu ) .

Nhiều protein tham gia vào những giai đoạn của quá trình truyền tín hiệu tế bào và tải nạp tín hiệu. Một số protein, như insulin, là những protein ngoại bào thực hiện truyền tín hiệu từ tế bào mà chúng được sinh tổng hợp tới những tế bào khác trong mô ở xa. Những protein khác là protein màng (membrane protein) hoạt động như là những thụ thể mà chức năng chính là liên kết với một phân tử tín hiệu và cảm ứng một đáp ứng hóa sinh bên trong tế bào. Nhiều thụ thể mang vị trí liên kết nằm bên trên bề mặt tế bào và miền tác dụng nằm bên trong tế bào, mà hoạt động chức năng enzyme mang thể trải qua một sự thay đổi cấu dạng (conformational change) được phát hiện bởi những protein khác bên trong tế bào.[38]

Kháng thể là những thành phần protein của một hệ miễn nhiễm thu được (adaptive immune system) mang chức năng chính là liên kết với những kháng nguyên, hoặc những cơ chất lạ bên trong tế bào của thân thể, và nhận diện đánh dấu chúng để tiêu hủy. Kháng thể mang thể tiết vào môi trường ngoại bào hoặc bám vào màng của những tế bào B chuyên biệt (B cell) gọi là tế bào plasma. Trong lúc những enzyme bị giới hạn ở ái lực liên kết với những chất nền bởi tính cần thiết cho việc điều khiển phản ứng mà chúng tham gia, những kháng thể lại ko bị giới hạn này. Ái lực liên kết của những kháng thể với mục tiêu của nó là hết sức cao.[39]

Nhiều phối tử (ligand) vận chuyển những protein gắn đặc hiệu cùng với những phân tử sinh vật học nhỏ và vận chuyển chúng tới những vị trí khác nhau trong thân thể của một sinh vật đa bào. Những protein này phải mang ái lực liên kết to lúc những phối tử mang mặt ở mức độ tập trung to, nhưng cũng phóng thích được phối tử lúc sự mang mặt của chúng ở mức độ thấp tại những mô đích tới. Ví dụ tiêu biểu của protein liên kết phối tử là haemoglobin, giúp vận chuyển oxy từ phổi tới những mô và những cơ quan khác ở động vật mang xương sống và mang sự tương đồng sắp gũi trong mọi giới sinh vật học.[40] Lectin là những protein liên kết với đường mang chức năng đặc hiệu cao với phân tử đường của nó. Lectin đóng vai trò tiêu biểu trong hiệu ứng nhận dạng phân tử ở tế bào và những protein.[41] Những thụ thể và hormone là những protein liên kết đặc hiệu cao.

Protein xuyên màng (transmembrane protein) cũng được coi như những protein vận chuyển phối tử mà làm thay đổi tính thấm của màng tế bào đối với những phân tử nhỏ và ion. Riêng ở màng mang một lõi kị nước mà những phân tử phân cực hay mang điện ko thể khuếch tán qua nó. Protein màng chứa những kênh bên trong cho phép những phân tử tương tự đi vào và thoát ra khỏi tế bào. Nhiều protein kênh ion là chuyên biệt cho phép chỉ một ion đặc trưng đi qua; ví dụ, những kênh kali và natri chỉ cho một loại ion tương ứng đi qua.[42]

Protein cấu trúc[sửa|sửa mã nguồn]

200px Tropocollagene ba sợi xoắn .Những protein cấu trúc đem lại tính vững trãi và sự cứng chắc cho những thành phần sinh vật học ko ở trạng thái lỏng khác. Hầu hết những protein cấu trúc là những protein dạng sợi ; ví dụ, collagen và elastin là những thành phần quan yếu của mô link như sụn, và keratin được tìm thấy trong những cấu trúc cứng hoặc mang dạng sợi như lông, móng, lông vũ, móng guốc, và vỏ giáp ngoài. [ 43 ] Một số protein dạng cầu cũng đóng vai trò làm tính năng sinh vật học, ví dụ, sợi actin và tubulin mang dạng cầu và hòa tan được lúc là những monome, nhưng lúc bị polyme hóa tạo thành dạng sợi dài, cứng giúp cấu thành lên bộ xương tế bào, được cho phép tế bào duy trì hình dạng và kích cỡ của nó .

Những protein khác phục vụ chức năng cấu trúc là protein động cơ như myosin, kinesin, và dynein, mà chúng mang khả năng sinh ra lực cơ học. Những protein này đặc trưng quan yếu cho sự di chuyển (motility) của tế bào ở những sinh vật đơn bào và của tinh trùng ở phần to sinh vật đa bào cho hoạt động sinh sản. Chúng cũng sinh ra lực đẩy làm cơ co lại[44] và đóng vai trò quan yếu ở quá trình vận chuyển bên trong tế bào.

Phương pháp nghiên cứu và dò hỏi[sửa|sửa mã nguồn]

Những hoạt động và chức năng của protein mang thể nghiên cứu trong ống thử (in vitro), in vivo, và in silico. Phương pháp in vitro nghiên cứu những protein được sàng lọc trong những môi trường mang kiểm soát giúp tìm hiểu một protein thực hiện chức năng của nó như thế nào: ví dụ, ngành nghề nghiên cứu động học enzyme (enzyme kinetic) khám phá cơ chế phản ứng của sự hoạt động xúc tác của một enzyme và ái lực của nó đối với nhiều phân tử cơ chất khác nhau. Trái lại, phương pháp thực nghiệm in vivo sản xuất thông tin về vai trò sinh lý của một protein bên trong tế bào hay thậm chí toàn bộ sinh vật. Phương pháp in silico sử dụng những phương pháp của tin sinh vật học để nghiên cứu protein.

Tinh sạch protein[sửa|sửa mã nguồn]

250px AKTA pure Thiết bị sắc ký FPLC sử dụng trong tinh luyện protein

Để thực hiện phân tích in vitro, một protein cần nghiên cứu phải được tinh sạch và sàng lọc (protein purification) khỏi những thành phần khác của tế bào. Quá trình này thường khởi đầu bằng cách phá tế bào (hay tiêu tế bào, cytolysis), lúc đó màng tế bào bị phá vỡ lúc lượng nước thẩm thấu quá nhiều vào trong tế bào và những thành phần bên trong được phóng thích vào một dung môi gọi là dung dịch thủy phân tế bào (crude lysate, hay cytolysate). Hỗn hợp thu được được tinh sạch bằng phương pháp siêu ly tâm (ultracentrifugation), mà phân tích nhiều thành phần tế bào thành những phần chứa những protein hòa tan khác nhau; như màng lipid và protein; bào quan tế bào, và acid nucleic. Hỗn hợp được kết tinh bằng phương pháp tách tinh thể muối (salting out) cho phép tập trung protein từ dung dịch này. Sau đó sử dụng nhiều kỹ thuật sắc ký để cô lập một hoặc một vài protein cần nghiên cứu dựa trên những tính chất của chúng như trọng lượng phân tử, tổng điện tích và ái lực liên kết.[45] Mức độ sàng lọc được giám sát nhờ sử dụng nhiều kỹ thuật điện di trên gel (gel electrophoresis) nếu biết trọng lượng phân tử và điểm đẳng điện (isoelectric point) của protein cần nghiên cứu, hoặc bằng phân tích phổ nếu protein mang những đặc trưng phổ dễ phân biệt, hoặc bằng thí nghiệm thử enzyme (enzyme assay) nếu protein mang hoạt tính enzyme. Thêm vào đó, protein mang thể được cô lập theo điện tích của chúng nhờ sử dụng phương pháp tập trung đẳng điện (isoelectric focusing).[46]

Đối với những protein tự nhiên, cần phải thực hiện một chuỗi những bước tinh sạch trước lúc mang thể thu được một lượng protein đủ trong sáng cho mục đích sử dụng trong phòng thí nghiệm. Để làm thuần tuý quá trình này, những nhà hóa sinh thường sử dụng kỹ thuật di truyền để thêm vào những đặc điểm cho protein giúp thuận tiện sàng lọc chúng hơn mà ko làm tác động tới cấu trúc hay hoạt động của chúng. Ở đây, một "chất đánh dấu" (tag) chứa một trình tự amino acid đặc hiệu, thường là một chuỗi histidine (chất "His-tag"), được gắn vào một đầu của protein. Kết quả là, lúc đưa dung dịch hòa tan protein vào những ống thử của máy sắc ký chứa niken, histidine liên kết phối tử với niken và đọng lại trong cột trong lúc những thành phần ko được đánh dấu trong dung dịch sẽ chảy qua ko bị cản trở. Nhiều phương pháp đánh dấu đã được phát triển để giúp những nhà nghiên cứu sàng lọc những protein đặc trưng từ những hợp chất phức tạp.[47]

Khu trú tế bào[sửa|sửa mã nguồn]

300px Localisations02eng Thứ tự từ trên, từ trái sang phải: Nhân tế bào (nucleus), hạt nhân tế bào (nucleolus), vỏ nhân tế bào (nuclear envelope), lưới nội chất (ER), bộ máy Golgi, thực bào (lyosomes), màng sinh chất (plasma membrane), tế bào chất (cytoplasm), trung thể (centrosome), ty thể (mitochondria), vi ống (microtubule), actin.Protein bên trong những ngăn tế bào khác nhau và ở những cấu trúc mà được ghi lại bằng protein huỳnh quang đãng xanh ( ở đây mang màu trắng ) .

Phương pháp nghiên cứu in vivo cho protein thường kể tới sự tổng hợp và sự định vị (khu trú, localization) protein bên trong tế bào. Mặc dù nhiều protein nội bào được sinh tổng hợp bên trong tế bào chất và ở những vị trí liên kết với màng tế bào hoặc protein được tiết ra từ mạng lưới nội chất, chi tiết cụ thể bằng cách nào mà những protein được định hướng (protein targeting) tới những bào quan cụ thể hoặc những cấu trúc của tế bào vẫn chưa được hiểu rõ. Một kỹ thuật hữu ích để giám định sự khu trú tế bào bằng cách sử dụng kỹ thuật di truyền nhằm biểu hiện bên trong một tế bào một protein dung hợp (fusion protein, hay chimera, một protein được tạo ra thông qua việc nối hai hoặc nhiều đoạn gene với nhau mà ban sơ mã hóa cho từng protein riêng biệt) chứa protein tự nhiên cần nghiên cứu mà nó liên kết với một "thành phần báo cáo" như protein huỳnh quang đãng xanh (GFP).[48] Vị trí của protein dung hợp bên trong tế bào mang thể thuận tiện nhìn thấy và chụp ảnh dưới kính hiển vi,[49] như minh họa ở hình kế bên.

Những phương pháp khác nhằm lý giải vị trí của protein trong tế bào đòi hỏi sử dụng những ngăn nội bào chỉ thị đã biết cho từng vùng chuyên biệt như lưới nội chất ER, bộ máy Golgi, thực bào, ko bào, ty thể, lục lạp, màng sinh chất, vv. Bằng cách sử dụng những phân tử đánh dấu huỳnh quang đãng xanh cho những vùng chỉ thị này hoặc của những kháng thể cho những phân tử chỉ thị đã biết, người ta mang thể thuận tiện nhìn thấy vị trí của protein cần nghiên cứu trong tế bào. Ví dụ, kỹ thuật hiển vi huỳnh quang đãng miễn nhiễm gián tiếp (indirect immunofluorescence) sẽ cho phép huỳnh quang đãng những vị trí và hiển thị chúng. Bột huỳnh quang đãng được sử dụng để đánh dấu những ngăn của tế bào cho những mục đích tương tự.[50]

Với những kỹ thuật khác, ví dụ như kỹ thuật hóa mô miễn nhiễm (immunohistochemistry) thường lợi dụng một kháng thể của một hay nhiều protein cần nghiên cứu mà liên hợp với những enzyme để thu được hoặc là vị trí phát sáng hoặc là tín hiệu tạo sắc tố (chromogeneic) mà những nhà nghiên cứu mang thể so sánh giữa những mẫu, cho phép họ thu thập thông tin về vị trí của protein. Một kỹ thuật ứng dụng khác là đồng chứa phân đoạn (cofractionation) trong gradien sucrose (hoặc những vật liệu khác) sử dụng những bước lọc ly tâm phân đoạn (differential centrifugation).[51] Trong lúc kỹ thuật này ko cho biết sự đồng khu trú của một khoang của tỷ trọng đã biết và protein quan tâm, nó tăng tỷ lệ tinh khiết, và tuân theo những nghiên cứu trên quy mô to.

Cuối cùng, phương pháp tiêu chuẩn vàng để xác định sự khu trú tế bào là bằng kỹ thuật hiển vi điện tử miễn nhiễm (immunoelectron microscopy). Kỹ thuật này cũng sử dụng một kháng thể với protein cần nghiên cứu, và kết hợp với những kỹ thuật hiển vi điện tử cổ điển khác. Mẫu được chuẩn bị như đối với rà soát qua kính hiển vi điện từ thông thường, và sau đó được xử lý bằng một kháng thể với protein quan tâm mà liên hợp với vật liệu mang mật độ electron dày đặc, mà thường là vàng. Kỹ thuật này cho phép xác định được chi tiết siêu cấu trúc cũng những vị trí của protein đang cần nghiên cứu.[52]

Thông qua những ứng dụng kỹ thuật di truyền khác được biết tới như gây đột biến định hướng điểm (site-directed mutagenesis), những nhà nghiên cứu mang thể thay đổi được trình tự của protein và do đó tới cấu trúc của nó, sự khu trú tế bào, và tính nhạy cảm đối với sự điều hòa biểu hiện. Kỹ thuật này thậm chí cho phép đính những phân tử amino acid ko mang trong tự nhiên vào protein, bằng sử dụng những tRNA được sửa đổi,[53] và mang thể cho phép giám định sự hợp lý trong thiết kế protein mới với những tính chất vượt trội.[54]

Tổng toàn bộ protein ở một thời khắc mang trong một tế bào hoặc loại tế bào được gọi là bộ protein hay proteome, và ngành nghiên cứu tập hợp dữ liệu to như thế gọi là proteomic, được đặt tên tương tự như của ngành geneomic. Những kỹ thuật thực nghiệm quan yếu của proteomic bao gồm điện di trên keo hai chiều (2D gel electrophoresis),[55] cho phép tách số lượng to những protein, phương pháp khối phổ,[56] cho phép nhanh chóng nhìn thấy loại protein và trình tự những peptide (hầu hết sau lúc tiêu hóa trên gel (in-gel digestion)), protein microarray,[57] cho phép xác định mức độ tương đối của một số to những protein mang mặt trong một tế bào, và sàng lọc thể lai hai mảnh (two-hybrid screening), cho phép khám phá một cách mang hệ thống tương tác protein-protein.[58] Tổng toàn bộ những tương tác sinh vật học khả dĩ như những tương tác này gọi là interactome.[59] Nỗ lực mang hệ thống nhằm xác định cấu trúc của protein trình diễn cho mỗi hình dạng gập khả dĩ gọi là ngành nghiên cứu bộ gene cấu trúc (structural geneomics).[60]

Tin sinh vật học[sửa|sửa mã nguồn]

Rất nhiều giải pháp giám sát đã được tăng trưởng để nghiên cứu và phân tích cấu trúc, tính năng, và sự tiến hóa của protein .

Nhờ sự phát triển của những dụng cụ này giúp đem lại lượng to dữ liệu thu thập được về bộ gene và bộ protein (proteomic) ở nhiều sinh vật, bao gồm bộ gene người. Ko thể thuần tuý chỉ nghiên cứu bằng thực nghiệm mọi protein được, do vậy chỉ mang một vài phân tử được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trong lúc những dụng cụ tính toán được sử dụng để ngoại suy ra những protein tương tự. Những protein tương đồng này mang thể nhìn thấy với độ xác thực cao ở những sinh vật mang liên hệ xa bởi phương pháp bắt cặp trình tự (sequence alignment). Bộ gene và trình tự gene được tìm kiếm bằng nhiều dụng cụ khác nhau cho những tính chất nhất định. Những dụng cụ nhận diện trình tự (sequence profiling tools) mang khả năng tìm ra những vị trí enzyme giới hạn, khung đọc mở (open reading frame) ở trình tự nucleotide, và dự đoán cấu trúc bậc 2. Cây phát sinh chủng loài mang thể xây dựng và những giả thuyết tiến hóa được phát triển nhờ sử dụng những phần mềm chuyên dụng như ClustalW lúc xem xét tổ tiên của những sinh vật hiện đại và những gene mà chúng biểu hiện. Ngành tin sinh vật học hiện nay trở thành dụng cụ quý giá cho phân tích gene và protein.

Dự đoán cấu trúc và mô phỏng[sửa|sửa mã nguồn]

350px 225 Peptide Bond 01 Những amino acid hoàn toàn mang thể được nghiên cứu và phân tích để Dự kiến cấu trúc bậc 2, bậc 3 và cấu trúc protein bậc 4, trong trường hợp này hemoglobin chứa những nhóm heme

Bổ sung cho ngành bộ gene cấu trúc (structural geneomic), ngành nghề dự đoán cấu trúc protein phát triển những mô phỏng toán học hữu hiệu về protein để dự đoán lý thuyết dựa trên dụng cụ tính toán về cấu trúc của chúng, thay vì phát hiện cấu trúc protein trong phòng thí nghiệm.[61] Phương pháp dự đoán cấu trúc thành công nhất, gọi là mô phỏng đồng đẳng (homology modeling), dựa trên sự tồn tại của một cấu trúc "khuôn mẫu" với trình tự giống với của protein đang được xây dựng mô phỏng; mục đích của bộ gene cấu trúc là sản xuất hình ảnh trình diễn thỏa đáng trong những cấu trúc đã biết để mô phỏng hóa nhiều nhất mang thể những cấu trúc còn chưa được biết.[62] Mặc dù mục tiêu tạo ra những mô phỏng xác thực vẫn còn là thử thách lúc chỉ những khuôn mẫu mang liên hệ xa là mới mang, người ta đã đề xuất rằng sự bắt cặp trình tự là nút thắt cổ chai trong quá trình này, lúc mang thể tạo ra những mô phỏng khá xác thực nếu đã biết một trình tự bắt cặp "lý tưởng".[63] Nhiều phương pháp dự đoán cấu trúc được ứng dụng trong ngành nghề kỹ thuật protein, trong đó những protein gập lạ đã được thiết kế.[64] Một vấn đề tính toán phức tạp hợp đó là dự đoán tương tác liên phân tử, như trong sự cập bến của phân tử (molecular docking) và dự đoán tương tác protein–protein.[65]

Những mô phỏng toán học để mô phỏng tiến trình động lực của sự gập protein và liên kết protein bao gồm cơ học phân tử, và đặc trưng là động lực học phân tử. Kỹ thuật Monte Carlo trang bị cho những tính toán, mà dựa trên điện toán phân tán và tính toán song song tiên tiến (ví dụ như dự án manhongit.dhp@gmail.com[66] thực hiện mô phỏng cấu trúc phân tử dựa trên GPU). Mô phỏng in silico khám phá ra sự gập của những miền nhỏ xoắn α trên protein như đầu của villin[67] và protein phụ cho HIV.[68] Những phương pháp lai kết hợp chuẩn động lực học phân tử với toán học của cơ học lượng tử để khám phá những trạng thái điện tử của rhodopsin.[69]

Dự đoán protein mất trật tự và cấu trúc ko khăng khăng và thắt chặt[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiều protein (ở sinh vật nhân thực Eucaryota ~33%) chứa nhiều đoạn với cấu trúc ko ổn định nhưng mang chức năng sinh vật học và được phân loại thành protein mất trật tự nội tại (intrinsically disordered proteins).[70] Dự đoán và phân tích protein mất trật tự do đó là một mảng quan yếu của nghiên cứu cấu trúc protein.[71]

Hầu hết những vi sinh vật và thực vật hoàn toàn mang thể sinh tổng hợp toàn bộ 20 amino acid chính, trong lúc động vật hoang dại ( gồm mang con người ) phải lấy một số ít amino acid từ thức ăn. [ 27 ] Những amino acid mà một sinh vật ko hề tự tổng hợp được gọi là những amino acid thiết yếu. Những enzyme quan yếu mà tham gia tổng hợp một số ít amino acid ko mang ở động vật hoang dại — như aspartokinase, tham gia xúc tác ở phản ứng tiên phong của trật tự tổng hợp lysine, methionine, và threonine từ aspartate. Nếu những amino acid xuất hiện trong môi trường tự nhiên, vi sinh vật hoàn toàn mang thể bảo tồn được nguồn năng lượng bằng cách đảm nhiệm amino acid từ thiên nhiên và môi trường xung quanh chúng và điều hòa giảm sinh tổng hợp những amino acid này trong trật tự sinh dưỡng của nó .

Ở động vật, amino acid nhận được thông qua tiêu thụ thức ăn chứa protein. Protein tiêu hóa sau đó bị phân tích thành những amino acid nhờ quá trình tiêu hóa, mà tiêu biểu bao gồm sự biến tính của protein do xúc tiếp với acid và bị thủy phân bởi enzyme xúc tác protease. Một số amino acid tiêu thụ được sử dụng để sinh tổng hợp protein mới, trong lúc những amino acid khác chuyển hóa thành glucose nhờ quá trình tân tạo glucose (gluconeogenesis), hoặc tham gia vào chu trình acid citric. Việc sử dụng protein như là nhiên liệu rất quan yếu trong điều kiện thiếu ăn lúc nó cho phép chính protein trong thân thể được sử dụng để tương trợ sự sống, đặc trưng như được tìm thấy ở cơ.[72]

Lịch sử và từ nguyên[sửa|sửa mã nguồn]

Protein được xác nhận là một lớp những phân tử sinh vật học chuyên biệt bởi Antoine Fourcroy và những người khác vào thế kỷ 18, phân biệt nhờ vào đặc tính của phân tử như đông đặc hoặc lên bông (flocculate) lúc xử lý qua nhiệt hoặc acid.[73] Những mẫu được chú ý ở thời khắc đó bao gồm albumin từ tròng trắng trứng, serum albumin máu, fibrin, và gluten hạt tiểu mạch.

Nhà hóa học người Hà Lan Gerardus Johannes Mulder là người trước nhất miêu tả về protein và tên gọi này được nhà hóa học người Thụy Điển Jöns Jacob Berzelius đặt vào năm 1838.[74][75] Mulder thực hiện những phân tích sơ cấp về những protein phổ biến và ông tìm thấy sắp như mọi protein mang cùng một công thức thực nghiệm, C400H620N100O120P1S1.[76] Ông đi tới kết luận sai trái rằng chúng phải là hỗn hợp của một loại phân tử rất to. Thuật ngữ "protein" sử dụng cho những phân tử này do Berzelius, một đồng nghiệp của Mulder, đề xuất; protein bắt nguồn trong tiếng Hy Lạp πρώτειος (proteios), tức thị "sơ cấp",[77] "dẫn đầu", hoặc "đứng phía trước",[78] + -in. Mulder nhận diện được những sản phẩm của sự thoái hóa protein như amino acid leucin mà ông tìm thấy (một cách sắp đúng) trọng lượng phân tử bằng 131 Da.[76]

Những nhà dinh dưỡng học thời đầu như Carl von Voit người Đức tin rằng protein là thành phần dinh dưỡng quan yếu nhất để duy trì cấu trúc của thân thể, bởi vì niềm tin phổ biến thời đấy cho rằng "máu tươi tạo máu tươi" ("flesh makes flesh").[79] Karl Heinrich Ritthausen thêm vào những dạng protein đã biết bao gồm acid glutamic. Ở Trung tâm thí nghiệm nông nghiệp Connecticut (Connecticut Agricultural Experiment Station), nhà hóa học Thomas Burr Osborne đã thực hiện giám định chi tiết những loại protein mang trong cây trồng. Nghiên cứu cùng Lafayette Mendel và vận dụng quy luật cực tiểu của Liebig lúc nuôi chuột thí nghiệm, họ đã thiết lập lên danh mục những amino acid dinh dưỡng thiết yếu. Dự án này được tiếp tục nghiên cứu và trao đổi hợp tác với William Cumming Rose. Hiểu biết protein là những chuỗi polypeptide thông qua nghiên cứu của hai nhà hóa học người Đức Franz Hofmeister và Hermann Emil Fischer vào năm 1902.[80][81] Vai trò trung tâm của protein làm enzyme xúc tác trong sinh vật sống ko được giám định đầy đủ cho tới tận năm 1926, lúc James B. Sumner chỉ ra enzyme urease thực chất là một protein.[82]

Sự khó khăn vất vả trong trật tự tinh sạch protein thành lượng to khiến cho những nhà hóa sinh nghiên chúng rất khó khăn vất vả ở thời kì đầu. Do vậy, những nghiên cứu và dò hỏi khởi đầu tập trung chuyên sâu vào những protein được tinh lọc lượng to, ví dụ như của máu, lòng trứng trắng, nhiều độc tố khác nhau, và những enzyme tiêu hóa / trao đổi chất lấy từ những lò sát sinh. Trong thập niên 1950, tổ chức Armour Nóng Dog Co. đã lọc được khoảng chừng 1 kg trong sáng ribonuclease A từ tuyến tụy của bò và cung ứng ko tính tiền cho những nhà khoa học ; nhờ vậy mà ribonuclease A trở thành tiềm năng dò hỏi và nghiên cứu chính của hóa sinh trong hàng thập kỷ sau đó. [ 76 ]

Linus Pauling được ghi nhận là đã đưa ra mô phỏng dự đoán thành công cấu trúc bậc 2 của những protein đối xứng đều dựa trên liên kết hiđrô, ý tưởng ông lấy từ William Astbury vào năm 1933.[83] Dự án nghiên cứu sau đó của Walter Kauzmann về sự biến tính,[84][85] dựa một phần trên nghiên cứu trước đây của Kaj Linderstrøm-Lang,[86] đóng góp vào hiểu biết quá trình gập protein (protein folding) và cấu trúc trung gian bởi tương tác kị nước.

Protein được giải trình tự tiên phong là insulin, do Frederick Sanger triển khai vào năm 1949. Sanger đã xác lập đúng trình tự những amino acid của insulin, vì vậy chứng tỏ một cách thuyết phục rằng những protein là những polymer mạch thẳng chứa những amino acid hơn là những mạch nhánh, hệ keo, hoặc cyclol. [ 87 ] Ông giành giải Nobel Hóa học cho thành tựu này vào năm 1958. [ 88 ]

Cấu trúc protein lần trước nhất được quan sát là của hemoglobin và myoglobin, do Max Perutz và Sir John Cowdery Kendrew, thực hiện một cách độc lập vào năm 1958.[89][90] Tính tới năm 2017, nhà băng dữ liệu protein (Protein Data Bank) chứa hơn 126.060 protein mang cấu trúc được quan sát ở cấp độ nguyên tử.[91] Trong thời kì sắp đây, kỹ thuật hiển vi electron lạnh (cryo-electron microscopy) đối với quá trình lắp ráp đại phân tử[92] và tính toán dự đoán cấu trúc protein (computational protein structure prediction) của những miền protein nhỏ (small protein domain)[93] là hai phương pháp tiếp cận chính trong nghiên cứu cấu trúc protein.

  • Branden C, Tooze J (1999). Introduction to Protein Structure. New York: Garland Pub. ISBN 0-8153-2305-0.
  • Murray RF, Harper HW, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW (2006). Harper's Illustrated Biochemistry. New York: Lange Medical Books/McGraw-Hill. ISBN 0-07-146197-3.
  • Van Holde KE, Mathews CK (1996). Biochemistry. Menlo Park, California: Benjamin/Cummings Pub. Co., Inc. ISBN 0-8053-3931-0.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Hạ tầng tài liệu và những dự án Bất Động Sản[sửa|sửa mã nguồn]

Những website giáo dục[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://bloghong.com
Category: Là Gì