Protein và L-amino acid

[Bùi Trâm Anh]

em chưa hiểu vì sao protein chỉ được cấu tạo từ axit amin dạng L- , trong khi có cả axit amin dạng D-.
Em đọc sách thấy họ nói như sau: Vấn đề này có ý nghĩa triết học sâu xa và là sản phẩm của quá trình chọn lọc và tiến hóa tự nhiên. Nó liên quan đến khả năng xúc tác lập thể đặc biệt của emzim, cũng như đặc tính cấu trúc lập thể 3 chiều cho phép protein thể hiện chắc năng sinh học hết sức đa dạng.
Em chưa hiểu rõ lắm, mong mọi người giải thích giúp.

 

[Lê Thị Trang]

Theo em được biết thì D-amino acid cũng có tham gia vào thành phần của một số loại Protein (nhưng ít thôi).

 

[Bùi Trâm Anh]

hichic, hôm nay lên hỏi bà giáo câu hỏi này, bà ấy trả lời 1 câu là tại vì cái enzim xúc tác nó chỉ tác động lên cái dạng L-aminoacid thôi. Không biết mình có dịch sai không nhỉ ???Nghe xong bó tay chống cằm. Có đáp án nào nghe hay hơn không nhỉ?

 

[Lê Thị Trang]

Em nghĩ câu trả lời không chỉ đơn giản như thế.
D-amino acid có mặt trong một số chất kháng sinh như Gramixidin, Polimixin, Actinomixin, điều đó chứng tỏ trong tự nhiên vẫn có những emzim tác động được lên nó.
Trong cơ thể nấm mốc tồn tại một loại emzim (Raxemara) có khả năng chuyển hóa D-amino acid thành L-amino acid.
Vấn đề là tại sao sinh giới không 'trọng dụng ' nó cũng như Enzim tác động được lên nó?
Phải chăng D-amino acid có tính độc hại nào đó với cơ thể?
Và chắc chắn đây không phải là sự lựa chọn ngẫu nhiên.

 

[Đinh Duy Thành]

Theo mình được biết thì nguyên nhân chính là vì cấu hình không gian của các amino acid có đồng nhất thì mới lắp ghép vào nhau tạo ra được các chuỗi peptide dài và có định hướng (xoắn α hoặc gấp nếp β).

Cấu hình của amino acid trong thực tế không hề "phẳng" mà gấp khúc liên tục theo không gian ba chiều (các bạn có thể liên tưởng đến cấu hình không gian của Methane CH4). Vì vậy trục NH2-CH2-CO-OH cũng uốn khúc qua mỗi nguyên tử.

Khi các amino acid nối đầu đuôi với nhau để tạo thành polypeptides, qua mỗi mắt xích, trục liên kết lại bị lệch đi một chút. Nếu tất cả các mắt xích cùng lệch theo một kiểu (cùng dang D hoặc cùng dạng L), sự nối tiếp liên tục đó mới có thể tạo thành xoắn α. Trường hợp phiến gấp nếp β, các amino acid cứ luân phiên một thằng "sấp" lại một thằng "ngửa" mà kéo dài ra.

Tất nhiên ai đó có thể lý luận rằng nếu các amino acid cứ luân phiên một D-aa rồi lại một L-aa thì vẫn tạo ra được xoắn và gấp nếp như thường. Nhưng nếu như vậy thì số lượng amino acid phải sử dụng sẽ không dừng ở con số 20, và quy tắc sắp xếp sẽ phức tạp và... củ chuối hơn nhiều: cứ một D rồi lại một L, rồi lại một D, v.v.. rồi còn quy tắc mã hóa codon nữa...

 

[Nguyễn Ngọc Lương]

Có nhiều giả thuyết về molecular homochirality (hay molecular handedness). Nói chung không phải chuyên môn của mình nên tôi chỉ đưa từ khóa để các bạn quan tâm tìm hiểu.
Tuy nhiên có một thuyết có vẻ "mì ăn liền" đây:
Ab initio estimations including the chiral electroweak force indicate that the L-amino acids and the D-sugars are more stable than the corresponding enantiomers

http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/summary/114800866/SUMMARY?CRETRY=1&SRETRY=0

 

[Nguyễn Ngọc Lương]

Có một trang web cũng nói như bạn Thành, nhưng họ cho rằng nếu cứ trộn L với D với nhau, protein sẽ không thể gập đúng theo cấu trúc mà trình tự đã quy định, một yếu tố rất quan trọng để cơ thể có thể hoạt động.
http://www.simsoup.info/Origin_Issues_Homochirality.html

 

[Lê Thị Trang]

Nếu vậy, tại sao protein được cấu tạo bởi chuỗi D-amino acid lại rất hiếm ạ?

 

[Đinh Duy Thành]

Có một trang web cũng nói như bạn Thành, nhưng họ cho rằng nếu cứ trộn L với D với nhau, protein sẽ không thể gập đúng theo cấu trúc mà trình tự đã quy định, một yếu tố rất quan trọng để cơ thể có thể hoạt động.
http://www.simsoup.info/Origin_Issues_Homochirality.html

Đúng rồi anh ạ! Còn có sự góp phần của liên kết hydro giữa các nhóm bên của aa nữa - trong xoắn α, để giữ cho các tầng của xoắn gắn kết chặt chẽ với nhau, hướng cực (+) và (-) của các nhóm tạo liên kết hydro phải nhất loạt giống nhau (giống như một dãy nam châm nối đầu đuôi vào nhau vậy).

Nếu vậy, tại sao protein được cấu tạo bởi chuỗi D-amino acid lại rất hiếm ạ?

Câu này chỉ có thể hỏi "common ancestor" của chúng ta mà thôi. Tại sao lại là xoắn phải chứ không phải xoắn trái? Tại sao lại là hệ nucleic acid - amino acid chứ không phải các hệ khác? Mấu chốt của tiến hóa là để tồn tại chứ không phải là để tự hoàn thiện, và việc hệ thống nào được chọn lựa để tồn tại còn có cả phần ngẫu nhiên nữa. L-aa đã được chọn, theo mình đơn giản chỉ vì nó đã được lựa chọn, chứ không liên quan gì đến hoàn thiện hay ưu thế cả.

 

[Nguyễn Xuân Hưng]

Đúng rồi anh ạ! Còn có sự góp phần của liên kết hydro giữa các nhóm bên của aa nữa - trong xoắn α, để giữ cho các tầng của xoắn gắn kết chặt chẽ với nhau, hướng cực (+) và (-) của các nhóm tạo liên kết hydro phải nhất loạt giống nhau (giống như một dãy nam châm nối đầu đuôi vào nhau vậy).

Câu này chỉ có thể hỏi "common ancestor" của chúng ta mà thôi. Tại sao lại là xoắn phải chứ không phải xoắn trái? Tại sao lại là hệ nucleic acid - amino acid chứ không phải các hệ khác? Mấu chốt của tiến hóa là để tồn tại chứ không phải là để tự hoàn thiện, và việc hệ thống nào được chọn lựa để tồn tại còn có cả phần ngẫu nhiên nữa. L-aa đã được chọn, theo mình đơn giản chỉ vì nó đã được lựa chọn, chứ không liên quan gì đến hoàn thiện hay ưu thế cả.

Nhiều vấn đề chỉ có thể nói là "trời sinh ra nó thế". Các bạn đặt câu hỏi có bao giờ thử nghĩ nếu giải đáp được câu hỏi đó thì sẽ mang lại lợi ích gì không?

Ví dụ trong trường hợp này có bạn nào biết cách lợi dụng D-aa không?

 

[Huỳnh Kim Giám]

Có nhiều giả thuyết về molecular homochirality (hay molecular handedness). Nói chung không phải chuyên môn của mình nên tôi chỉ đưa từ khóa để các bạn quan tâm tìm hiểu.
Tuy nhiên có một thuyết có vẻ "mì ăn liền" đây:
Ab initio estimations including the chiral electroweak force indicate that the L-amino acids and the D-sugars are more stable than the corresponding enantiomers

http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/summary/114800866/SUMMARY?CRETRY=1&SRETRY=0

Đa số độc giả sẽ không đọc được bài trong link trên này vi các bạn chí thấy vài hàng tóm tắt sau khi ghi danh vào Wiley Interscience.

Các bạn cỏ thể đọc bài trong link dưới đây:

Homochirality

Trích dẩn: The origin of homochirality is usually believed to be closely connected with the origin of life (see Bada 1005 for an overview). It may even have been a prerequisite for life in that the structural stability provided by chiral polymers may have been essential for the assembly of the first replicating molecule. If this is so, it would probably mean that the origin of homochirality had to be a physical one. Possible candidates for a physical origin of homochirality include the presence of polarized light from a nearby neutron star (Bailey, 2001) magnetic fields, or mechanisms involving the electroweak force (e.g. Hegstrom, 1984). Another perhaps more likely possibility is the homochirality developed rather as a consequence of life. This would mean that some primitive form of life should have been possible without chirality having played any role in this.

Lược dịch: Nguồn gốc của homochirality thường được tin là liên hệ chặt chẽ với nguồn gốc của đời sống. Có thể rằng một điều kiện ưu tiên cho đời sống là sự vửng vàng của cấu trúc (structural stability) cung cấp bởi chiral polymers, như một điều kiện thiết yếu trong việc tổng hợp của phân tử đầu tiên với khả năng tự sao chép. Thế có nghĩa là nguồn gốc của homochirality phải là một nguyên nhân vật lý. Đó có thể là sự hiện diện của quang tuyến phân cực (polarized light) từ từ trường của một neutron star bên cạnh, hay những cơ chế liên hệ đến electroweak force. Một giả thuyết có lẻ đúng hơn là homochirality xảy ra như một kết quả của đời sống; vậy có nghĩa là vài sinh vật cổ lổ có thể đã hiện hữu nhưng không có chirality.

Có người nào cho tôi biết homochirality dịch ra sao trong tiếng Việt nhĩ? " Hiện tượng "Đồng thủ"?

 

[Nguyễn Văn Sớm]

Vấn đề này thực ra thì chưa có lời giải thích thỏa đáng.

Vì thực ra các L-aminoacid thì cũng không có ưu việt nào đáng kể so với các đồng phân dạng D.Vì cũng có một số đồng phân dạng D tham gia vào cấu trúc polypeptid của vi khuẩn như D-alanine hay D- aminoglutamic ( trong cấu thành vi khuẩn ).

Và với các phương pháp tổng hợp hiện đại ngày nay thì người ta đã tổng hợp được protein có thành phần toàn là dạng D- amino acid có cấu trúc tương tự như các protein tự nhiên khác. Và cũng tổng hợp được các enzyme dạng D-amino acid có khả năng thủy phân các protein dạng D này nhưng lại không thủy phân được các protein tự nhiên.Phải chăng có một sự sống khác liên quan tới D -amino acid.?

 

[Lê Thị Trang]

Vậy cái D-glucose và L-glucose thì sao ạ? Có giải thích được tại sao trong tự nhiên tồn tại chủ yếu là D-Glucose không ạ?

 

[Lê Thị Trang]

cái này giải thích dựa và độ bền phân tử, tương tác của các nhóm OH, có lẽ sẽ ra.

 

[Đinh Duy Thành]

Vậy cái D-glucose và L-glucose thì sao ạ? Có giải thích được tại sao trong tự nhiên tồn tại chủ yếu là D-Glucose không ạ?

Glucose trong tự nhiên từ đâu ra ấy nhỉ?
P/S: Cô nhóc này đã đến lúc cần tập trung vào ôn thi ĐH rồi đấy Đề thi có phong cách trái ngược hẳn với thi QG, bản thân mình 3 năm CSinh toàn luyện thi HSG, đến lúc thi đại học thì... năm đầu tiên Sinh 5 rưỡi, năm thứ hai Sinh 6rưỡi (thấp nhất trong các môn, thấp hơn cả điểm Lý khối A ). Vậy nên Trang cũng cần cẩn thận

 

[Lê Thị Trang]

Các đơn phân cấu tạo nên tinh bột, cellulose,... ấy ạ.
D-glucose bền hơn L-glucose. Cái này giải thích dựa vào cấu hình dạng ghế của nó là ra thôi.

P/S: Chú ơi, cháu vào lần này nữa thôi (tại hôm nay ngồi trên thư viện, tiện thì vào luôn thôi), mai cháu không vào nữa . Cháu đi học bài vậy.

 

[Đinh Duy Thành]

Chú ơi, cháu...

Mình già thật rồi sao?

Các đơn phân cấu tạo nên tinh bột, cellulose,... ấy ạ.

Coi như ở trên là lỗi của người ra câu hỏi không rõ ràng vậy. Thành định đặt thêm vài câu hỏi, nhưng không biết mấy nhóc lớp 12 có chịu ngồi im ngoài topic thật không. Để sau thôi