Cấu trúc giúp phân tử thực hiện chức năng
Protein và nucleic acid đều là các đại phân tử quan trọng của tế bào. Protein có chức năng rất đa dạng, còn DNA và RNA gắn với việc lưu giữ và biểu hiện thông tin di truyền. Cấu tạo của mỗi phân tử là cơ sở cho chức năng đó.
Protein được tạo từ amino acid
Protein được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là amino acid. Mỗi amino acid gồm một carbon trung tâm liên kết với nhóm amino, nhóm carboxyl, một nguyên tử hydrogen và nhóm R. Các amino acid khác nhau chủ yếu ở nhóm R.
Các amino acid nối với nhau bằng liên kết peptide tạo thành chuỗi polypeptide. Số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp amino acid làm cho protein rất đa dạng và đặc thù.
Các bậc cấu trúc protein
Protein có thể có bốn bậc cấu trúc:
| Bậc | Đặc điểm |
|---|---|
| 1 | Trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide |
| 2 | Một số đoạn của chuỗi xoắn hoặc gấp nếp nhờ liên kết hydrogen |
| 3 | Chuỗi polypeptide tiếp tục cuộn lại thành cấu trúc không gian ba chiều |
| 4 | Hai hay nhiều chuỗi polypeptide liên kết với nhau |
Cấu trúc không gian của protein được duy trì nhờ nhiều liên kết và tương tác. Không phải protein nào cũng có cấu trúc bậc 4.
Một nhóm phân tử, nhiều chức năng
Cấu trúc không gian phù hợp giúp protein thực hiện chức năng. Protein có thể tham gia cấu tạo tế bào và mô, xúc tác phản ứng, vận chuyển chất, tiếp nhận tín hiệu, vận động, bảo vệ và điều hoà hoạt động sống.
Khi nhiệt độ, pH hoặc một số điều kiện môi trường thay đổi mạnh, các liên kết duy trì cấu trúc không gian có thể bị phá vỡ. Protein khi đó bị biến tính và thường mất chức năng sinh học. Hiện tượng lòng trắng trứng đông lại khi đun nóng là một ví dụ quen thuộc.
Biến tính không đồng nghĩa cắt thành amino acid
Một enzyme mất hoạt tính sau khi chịu nhiệt độ cao, nhưng chuỗi polypeptide chưa bị cắt thành các đoạn nhỏ. Đây là hiện tượng **biến tính**: cấu trúc không gian của protein bị thay đổi nên enzyme không còn thực hiện được chức năng như trước.
Biến tính khác với thuỷ phân. Thuỷ phân làm đứt liên kết peptide trong chuỗi polypeptide, còn biến tính chủ yếu làm thay đổi cấu trúc không gian.
Phân biệt bậc 4 và biến tính
Một protein chỉ gồm một chuỗi polypeptide. Sau khi chịu nhiệt độ cao, protein mất hoạt tính nhưng các liên kết peptide chưa bị cắt. Nhận định nào đúng?
Cấu trúc bậc 4 cần sự phối hợp từ hai chuỗi polypeptide trở lên; peptide chưa bị cắt nên chưa có căn cứ nói thủy phân hoàn toàn.
Đúng. Một chuỗi vẫn có thể gấp thành cấu trúc bậc 2 và 3; nhiệt có thể làm đổi cấu trúc không gian mà không cắt chuỗi.
Một chuỗi polypeptide vẫn có thể có cấu trúc bậc 2 và bậc 3.
Biến tính chủ yếu làm thay đổi cấu trúc không gian; dữ kiện cho biết liên kết peptide vẫn còn.
Lời giải
Cấu trúc bậc 4 là sự phối hợp của từ hai chuỗi polypeptide trở lên, nên protein một chuỗi không có bậc 4 theo cách phân loại này. Protein mất hoạt tính trong khi chuỗi peptide chưa bị cắt phù hợp với biến tính; chưa phải thủy phân chuỗi thành các đơn vị nhỏ hơn. Chọn B.
DNA và RNA có đơn phân là nucleotide
Nucleic acid gồm hai loại là DNA và RNA, đều được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân. Mỗi nucleotide gồm ba thành phần: đường năm carbon, nhóm phosphate và một base nitrogen. Các nucleotide nối với nhau bằng liên kết phosphodiester tạo thành chuỗi polynucleotide.
So sánh DNA và RNA trong tế bào
| Đặc điểm | DNA | RNA |
|---|---|---|
| Đường | Deoxyribose | Ribose |
| Base | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Cấu trúc thường gặp trong tế bào | Hai mạch song song, ngược chiều và bổ sung | Một mạch, có thể gấp cuộn |
| Chức năng chính | Mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền | Tham gia biểu hiện và điều hoà thông tin di truyền |
Trong DNA mạch kép, A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen. Nguyên tắc bổ sung giúp mỗi mạch có thể làm khuôn để tổng hợp mạch mới.
Hai mạch DNA bổ sung và ngược chiều:
| Mạch | Trình tự |
|---|---|
| Trên | $5′\text{–}ATGC\text{–}3′$ |
| Dưới | $3′\text{–}TACG\text{–}5′$ |
Nếu viết riêng mạch dưới theo chiều $5′\rightarrow3′$, phải đảo thứ tự thành $5′\text{–}GCAT\text{–}3′$.
Với DNA mạch kép có tổng 200 nucleotide trên cả hai mạch và $A=60$: $T=60$, phần còn lại là $200-120=80$, nên $G=C=80/2=40$. Tổng nucleotide khác với số cặp base.
Ba loại RNA thường gặp
Mỗi loại RNA có cấu trúc phù hợp với chức năng:
- **mRNA** làm khuôn để tổng hợp protein ở ribosome.
- **tRNA** vận chuyển amino acid đến ribosome và tham gia nhận biết bộ ba trên mRNA.
- **rRNA** cùng protein cấu tạo nên ribosome.
RNA thường chỉ có một mạch, nhưng các đoạn trên cùng mạch có thể bắt cặp bổ sung và gấp cuộn thành cấu trúc không gian đặc trưng.
Đếm nucleotide và nhận diện RNA
Một phân tử DNA mạch kép có tổng 200 nucleotide trên cả hai mạch, trong đó A = 60. Phân tử X được xác định là một chuỗi nucleotide có đường ribose và base U. Nhận định nào đúng?
Sau khi tính A = T = 60, tổng G + C chỉ còn 80 nên G không thể bằng 80; protein là chuỗi amino acid.
Đúng. Phép đếm dùng tổng nucleotide của hai mạch, còn X được nhận diện từ cấu trúc chuỗi nucleotide đã nêu.
G bằng C và hai loại cùng chia phần 80 nucleotide còn lại; ribose riêng lẻ trong hỗn hợp chưa đủ xác định cả mẫu là RNA.
A = T = 60 không kéo theo G = 60; RNA điển hình chứa ribose và U thay cho T.
Lời giải
Trong DNA mạch kép, $A=T$ và $G=C$. Vì $A=60$ nên $T=60$; số nucleotide còn lại là $200-120=80$, do đó:
$$G=C=\frac{80}{2}=40.$$
X phù hợp là RNA vì dữ kiện đã xác định X là chuỗi nucleotide có ribose và U. Nếu chỉ phát hiện ribose hoặc U trong một hỗn hợp mà chưa biết cấu trúc phân tử, chưa đủ để gọi toàn bộ mẫu là một phân tử RNA. Chọn B.
Nhận biết protein bằng phản ứng Biuret
Trong môi trường kiềm, ion Cu²⁺ tạo phức màu tím với các hợp chất có đủ liên kết peptide theo nguyên lí phép thử Biuret. Với mẫu albumin và đối chứng không có protein được xử lí tương đương, màu tím ở mẫu albumin phù hợp với sự hiện diện protein.
Một amino acid riêng lẻ không có chuỗi liên kết peptide như protein, nên không được xem là cho cùng dấu hiệu chỉ vì là nguyên liệu tạo protein. Quan sát màu giúp nhận biết theo điều kiện phép thử, không tự cho biết trình tự amino acid hoặc loại protein chính xác.
Giới hạn của phép thử Biuret
Một mẫu cho màu tím trong phép thử Biuret được thực hiện đúng điều kiện. Có thể chỉ từ màu đó xác định trình tự amino acid của protein không?
Màu quan sát không phải mã nhận diện một trình tự amino acid duy nhất.
Liên kết peptide nối các amino acid nhưng dấu hiệu màu không giải mã được thứ tự của chúng.
Đúng. Muốn xác định trình tự cần phương pháp phân tích khác.
Biuret được dùng để nhận biết hợp chất có đủ liên kết peptide trong điều kiện phù hợp, không phải lipid.
Lời giải
Phản ứng Biuret tạo dấu hiệu màu khi mẫu có đủ liên kết peptide trong điều kiện thử. Dấu hiệu này không chứa thông tin về thứ tự từng amino acid, nên không thể dùng riêng màu tím để đọc trình tự protein. Chọn C.
Nối lại kiến thức di truyền phân tử
Protein được tạo từ amino acid; trình tự amino acid quyết định cách chuỗi gấp cuộn và ảnh hưởng đến chức năng. DNA và RNA được tạo từ nucleotide nhưng khác nhau về đường, một loại base, cấu trúc và chức năng. Có thể học tiếp cơ chế truyền đạt thông tin ở [DNA và tái bản](/hoc/bai/sinh-dna-va-tai-ban/) và [Gene, RNA và phiên mã](/hoc/bai/sinh-gene-rna-va-phien-ma/).
Đang học