CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Amino acid là những hợp chất hữu cơ mà trong đó có chứa các nhóm chức amine (- NH2) và carboxylic (-COOH), điểm đặc trưng để phân biệt các amino acid với nhau chính là nhánh bên (nhóm R). Các amino acid được cấu thành từ các nguyên tố chính như carbon (C), hydro (H), oxy (O), và nito (N), riêng đối với gốc R có thể là một gốc hữu cơ nào đó. Có khoảng hơn 500 amino acid trong tự nhiên được con người tìm thấy, nhưng trong mã di truyền chỉ xuất hiện 20 amino acid và có thể dùng nhiều cách khác nhau để phân loại chúng [1]. Đối với hóa sinh, các amino acid có nguyên tử Cacbon nằm ở vị trí alpha đầu tiên gắn đồng thời cả hai nhóm amine và nhóm carboxylic có tầm quan trọng rất lớn.
Chính vì được gắn tại vị tí alpha nên chúng được gọi là α-amino acid (có công thức chung là H2NCHRCOOH, với R là nhóm thế hữu cơ hay còn gọi là “chuỗi bên”), thông thường thì khái niệm amino acid được dùng để chỉ những chuỗi bên này [1].2 Phân loại Phân loại các amino acid dựa vào gốc R. Trên cơ sở những tính chất của R mà amino acid được chia thành hai nhóm là nhóm ưa nước và nhóm kị nước [2]: Nhóm amino acid ưa nước: phân cực nên không hòa tan được trong nước. Nhóm R của các các amino acid này thường là các nguyên tử Hydro hoặc các chuỗi bên dài có mômen lưỡng cực nhỏ nên có xu hướng đẩy lùi khỏi nước. Các amino acid thuộc nhóm này bao gồm: Alanine, Glycine, Leusine, Valine, Isoleusine, Phenylalanine, Proline, Tryptophan, Methionine.
Nhóm amino acid kị nước: không phân cực nên phần lớn ít tan hoặc không tan trong nước. Nhóm R của các amino acid loại này thường là các chuỗi bên ngắn có mômen lưỡng cực lớn nên có xu hướng hút nước. Các amino acid thuộc nhóm này bao gồm: Serine, Cysteine, Threonine, Glutamine, Tyrosine.1 Cách đánh chữ cái Hy Lạp đối với các amino acid 4 1.3 Thuộc tính hóa học Quá trình trùng hợp các 𝛼 amino acid tạo thành các peptide hoặc protein. Trong khi đó có 20 amino acid tự nhiên được tìm thấy trong peptide và protein trong cơ thể sinh vật.
Bên cạnh đó một số amino acid tồn tại dưới dạng tự do hay hợp chất không tạo ra peptide và protein [2].2 Cấu trúc của amino acid 1.1 Khái niệm Các chuỗi α-amino acid ngắn hình thành liên kết với nhau bằng liên kết amine thì được gọi là peptide. Liên kết amine được hình thành khi và chỉ khi nhóm amine của α-amino acid này phản ứng với nhóm carboxyl của α-amino acid khác. Các chuỗi α-amino acid dài được gọi là polypeptide, tuy nhiên các polypeptide này sẽ không phân nhánh mà liên tục. Còn các peptide ngắn được gọi là dipeptide, tripepite, tetrapeptide [1].
Để phân biệt được giữa peptide và protein người ta phải dựa vào kích thước. Polypeptide được gọi là protein khi nó có kích thước lớn hơn 50 α-amino acid, ngược lại nếu nhỏ hơn 50 α-amino acid thì được gọi là peptide [1]. Nhờ phản ứng polymer hóa các amino acid mà liên kết peptide được hình thành để tạo ra peptide và protein (R-CO-NH-R’) [2].3 Các liên kết của chuỗi amino acid 1.2 Cấu trúc Peptide và protein là những biopolymer của các monomer (tiểu phân) amino acid liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Một nhóm amine của amino acid thứ nhất liên kết với nhóm carboxylic của amino acid thứ hai, nhóm amine của amino acid thứ hai liên kết với nhóm carboxylic của amino acid thứ ba, và cứ tiếp tục nối dài như vậy.
Cũng giống như các liên kết amide thông thường, liên kết amide trong protein hoặc peptide không khác biệt gì nhiều. Cặp electron còn lại do không phân chia của nguyên tử nitrogen cộng hưởng với liên kết đôi của nhóm C=O nên đã làm cho nguyên tử nitrogen trong liên kết amide mất đi tính kiềm. Vì vậy, liên kết C-N sẽ chứa một ít tính chất của liên kết đôi đồng thời cản trở sự quay tự do của nguyên tử C và N xoay quanh liên kết này. Liên kết peptide rất bền (hơn 400 J/mol) nhờ có sự cộng hưởng.
Độ dài liên kết C-N thông thường là 1,47Ao tuy nhiên độ dài liên kết C-N trong liên kết peptide chỉ có 1,32 Ao. Còn độ dài liên kết C=O bình thường bằng 1,24Ao lại nhỏ hơn độ dài liên kết C=O trong liên kết peptide (1,25Ao) [1].4 Công thức cộng hưởng của liên kết amide 6 1.3 Phân loại Các peptide được chia thành hai loại. Những peptide có từ 2 đến 10 gốc α-amino acid được xếp vào loại Oligopeptide và được gọi là dipeptide, tripeptide, tetrapeptide… ứng với số amino acid. Còn lại các peptide có từ 11 đến 50 gốc α-amino acid sẽ được xếp vào dạng Polipeptide [1].4 Danh pháp Theo quy ước, khi viết công thức phân tử của peptide, amino acid đầu N (còn gốc NH3 tự do) thì nằm ở bên trái và amino acid đầu C (còn gốc CO2- tự do) thì nằm bên phải + của công thức.
Tên của một peptide thì được viết bằng chuỗi tên của amino acid viết tắt ba ký tự hoặc một ký tự [1]. Ví dụ: một dipeptide (peptide gồm hai amino acid) với alanine nằm bên trái còn đầu amino tự do và serine nằm bên phải còn đầu carboxylate tự do, gọi là alanylserine, được viết gọn là Ala-Ser hay A-S. Ngược lại, serylalanine với serine nằm bên trái còn đầu amino tự do và alanine nằm bên phải còn đầu carboxylate tự do thì được viết gọn là Ser-Ala hay S-A [1].5 Danh pháp của các peptide ngắn 1.5 Hoạt tính sinh học của peptide Các peptide có hoạt tính sinh học có thể là các đoạn protein, có những tác động tích cực đến các chức năng của các cơ quan trong cơ thể nói riêng và sức khỏe của con người nói chung. Hoạt động của peptide dựa trên hai yếu tố là thành phần và trình tự amino acid.
Kích cỡ của các trình tự peptide có hoạt tính có thể thay đổi từ 2 đến 20 amino acid hoặc có thể nhiều hơn 20 amino acid, ví dụ như insuline [3]. Nguồn gốc sinh ra của những peptide có hoạt tính sinh học chính là trong cơ thể và trong quá trình tổng hợp từ phòng thí nghiệm. Thêm vào đó quá trình thuỷ phân protein bằng enzyme và các sản phẩm sữa lên men cũng hình thành nên các peptide này. Những loại peptide có hoạt tính sinh học thường là các peptide chống viêm, các peptide chống đột quỵ, peptide có hoạt tính chống oxy hóa, các peptide hạ huyết áp [3].
Gần đây rất nhiều peptide mang hoạt tính sinh học đã được nghiên cứu và công nhận. Hơn thế nữa, sự xuất hiện của tổng hợp peptide tự động đã làm giảm giá thành của các thuốc thử xuống mức thấp đồng thời góp phần mở rộng quy mô sản xuất dễ dàng hơn [1]. Các peptide có sẵn trong tự nhiên như hormone, mang chức năng kích hoạt hoặc điều chỉnh các quá trình trao đổi chất. Chẳng hạn như: somatostatin được tạo thành từ 14 amino 7 acid, liên kết với các thụ thể G-protein trên bề mặt tế bào để ức chế quá trình giải phóng nhiều hợp chất liên quan đến sinh lý như glucagon, insulin, secretin và gastrin.
Ngoài ra các loại peptide này còn đóng vai trò là chất dẫn truyền thần kinh, một số nghiên cứu còn chứng minh được khả năng ức chế việc hình thành khối u của nó [1]. Tuy nhiên một số peptide có chứa thành phần độc tố đã ngăn cản khả năng sinh trưởng và tái tạo của các tế bào. Điển hình như omega-agatoxin 48-amino-acid thành phần chính có trong nọc độc của nhện làm suy giảm các kênh canxi loại P phụ thuộc vào điện áp dẫn đến ức chế chức năng tế bào thần kinh. Hay saxitoxin được điều chế bởi dinoflagellate chặn các kênh natri.
Ngoài ra, một số peptide như ß-defensin-2 có đặc tính kháng khuẩn [1].6 Ứng dụng của peptide Trong thực phẩm: các peptide có tác dụng điều khiển một số chức năng của cơ thể thông qua cơ chế hoạt động của chúng. Thực phẩm thể hiện sự thối rữa không thể phục hồi đối với các đặc tính chất lượng của nó, có thể bị trì hoãn từ vài giờ đến vài tháng và thậm chí hàng năm khi các chiến lược thích hợp được áp dụng. Trong dòng này, việc sử dụng chất chống oxy hóa để làm phụ gia thực phẩm là xu hướng gia tăng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên nhu cầu sử dụng thực phẩm không chất phụ gia tổng hợp, do những tác động có hại cho sức khỏe của chúng, đã khiến cả ngành công nghiệp thực phẩm và các nhà nghiên cứu khám phá những cách mới để có được chất chống oxy hóa từ tự nhiên.
Xu hướng này tăng cường nhu cầu thu được và sử dụng các chất phụ gia thực phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên cũng có hoạt tính sinh học [4]. Trong trường hợp ở cấp độ phòng thí nghiệm, làm phụ gia thực phẩm tiềm năng. Các nghiên cứu được thực hiện để đánh giá tác dụng của các peptide chống oxy hóa trong chất nền thực phẩm. Trong các sản phẩm thực phẩm có sẵn, các sản phẩm thịt dễ bị oxy hóa lipid và cần được bảo vệ thêm chống lại các loại phản ứng [4].
Trong y học: peptide ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong y học bởi khả năng tương thích của nó với các phản ứng sinh học cũng như tính chọn lọc và hiệu quả của chính peptide [5]. Kháng virut: quá trình lây lan của virut sẽ trải qua nhiều giai đoạn và quá trình khác nhau. Peptide tham gia sàng lọc thuốc kháng virut thông qua cơ chế hấp thụ các virut đồng thời sao chép acid nucleic. Chống khối u: các enzim và các yếu tố điều chỉnh chính là nguyên nhân dẫn đến việc gia tăng hoạt động của gen ung thư, hình thành nên các khối u.
Các peptide lúc này có vai trò kìm hãm hoạt động của các gen ung thư và các yếu tố điều chỉnh để ngăn chặn vị trí hoạt động, hình thành các khối u. Kháng khuẩn: việc sàng lọc hơn 100 peptide kháng khuẩn đã được công bố. Thí nghiệm in vivo và in vitro đã chỉ ra rằng peptide có khả năng khử trùng và diệt khuẩn mạnh. Chẩn đoán: trong thuốc thử chẩn đoán peptide đóng vai trò như một kháng nguyên để tìm ra các kháng thể chống lại sự xâm nhập của virut, kí sinh trùng gây bệnh (cysticercosis, trypanosoma) cũng như các tác động từ bên ngoài môi trường.
8 Bệnh tim mạch: các peptide phân tử nhỏ chứa nhiều hoạt chất giúp giảm mỡ trong máu và hạ huyết áp. Không những dùng làm thuốc mà còn làm thực phẩm tốt cho sức khỏe con người.
