Công thức protein: số bộ ba, số axit amin, số liên kết peptit
Lớp 12Sinh học

Công thức protein: số bộ ba, số axit amin, số liên kết peptit

Trả lời nhanh

Một chuỗi polipeptit có n axit amin thì có (n − 1) liên kết peptit. Với gen có N nuclêôtit, chuỗi polipeptit hoàn chỉnh có N/6 − 2 axit amin nên số liên kết peptit là N/6 − 3. Nếu protein có k chuỗi và tổng m axit amin thì số liên kết peptit là m − k.

1. Nền tảng cần nhớ trước khi dùng công thức

Các công thức về protein đều xuất phát từ một chuỗi quan hệ: gen → mARN → chuỗi polipeptit. Cứ 3 nuclêôtit liên tiếp trên mARN là một bộ ba (côđon), mỗi bộ ba quy định một axit amin hoặc một tín hiệu kết thúc.

  • Có 4 loại nuclêôtit trên mARN (A, U, G, X) nên có 43 = 64 bộ ba.
  • 61 bộ ba mã hoá axit amin, 3 bộ ba kết thúc là UAA, UAG, UGA (không mã hoá axit amin).
  • Bộ ba mở đầu là AUG, mã hoá metiônin (ở sinh vật nhân sơ là foocmin-metiônin).
  • Có 20 loại axit amin chính tham gia cấu tạo protein.
  • Sau khi dịch mã, axit amin mở đầu thường bị enzim cắt khỏi chuỗi, nên chuỗi polipeptit hoàn chỉnh ít hơn chuỗi vừa tổng hợp 1 axit amin.

Qui ước kí hiệu trong bài: N là tổng số nuclêôtit của gen (cả hai mạch), rN là tổng số ribônuclêôtit của mARN, n là số axit amin của một chuỗi.

2. Bảng công thức tổng hợp

Đại lượng Công thức Ghi chú
Số ribônuclêôtit của mARN rN = N/2 mARN sao chép từ một mạch gốc
Số bộ ba trên mARN (tính cả bộ ba kết thúc) N/6 rN/3
Số bộ ba mã hoá axit amin N/6 − 1 trừ 1 bộ ba kết thúc
Số axit amin môi trường cung cấp cho 1 chuỗi N/6 − 1 gồm cả axit amin mở đầu
Số axit amin trong chuỗi hoàn chỉnh N/6 − 2 đã cắt axit amin mở đầu
Số liên kết peptit (chuỗi hoàn chỉnh) N/6 − 3 n − 1 với n = N/6 − 2
Số phân tử nước giải phóng khi tạo chuỗi = số liên kết peptit mỗi liên kết peptit mất 1 H2O
Số lượt tARN vào ribôxôm = số axit amin cung cấp mỗi axit amin do 1 lượt tARN mang tới

Mẹo nhớ: “chia 6, rồi trừ 1 – trừ 1 – trừ 1”

Lấy N chia 6 được số bộ ba. Trừ 1 (bộ ba kết thúc) được số axit amin cung cấp. Trừ thêm 1 (axit amin mở đầu bị cắt) được số axit amin của chuỗi hoàn chỉnh. Trừ thêm 1 nữa (số liên kết ít hơn số axit amin một đơn vị) được số liên kết peptit.

Sơ đồ các bước tính từ số nuclêôtit của gen đến số liên kết peptit
Chia 6 rồi trừ 1, trừ 1, trừ 1: từ N nuclêôtit đến số liên kết peptit.

3. Cách tính số liên kết peptit

Liên kết peptit là liên kết giữa nhóm –COOH của axit amin này với nhóm –NH2 của axit amin kế tiếp, đồng thời tách ra một phân tử nước. Vì vậy, n axit amin nối thành một mạch hở thì chỉ có n − 1 chỗ nối.

Chuỗi 4 axit amin nối với nhau bằng 3 liên kết peptit
Mạch hở có n axit amin thì chỉ có n − 1 chỗ nối là liên kết peptit.

Trường hợp 1: một chuỗi polipeptit

Số liên kết peptit = n − 1. Ví dụ tripeptit (3 axit amin) có 2 liên kết peptit, đipeptit có 1 liên kết.

Trường hợp 2: protein gồm nhiều chuỗi

Nếu protein có k chuỗi polipeptit với tổng m axit amin thì:

Số liên kết peptit = (n1 − 1) + (n2 − 1) + … + (nk − 1) = m − k.

Ví dụ: huyết sắc tố (hêmôglôbin) người gồm 2 chuỗi α (141 axit amin) và 2 chuỗi β (146 axit amin). Tổng m = 2·141 + 2·146 = 574, k = 4 nên số liên kết peptit = 574 − 4 = 570.

Trường hợp 3: nhiều chuỗi giống nhau do nhiều lần dịch mã

Gen phiên mã k lần tạo k phân tử mARN. Mỗi mARN có x ribôxôm trượt qua một lần thì tạo x chuỗi polipeptit. Tổng số chuỗi là k·x, và:

  • Tổng số liên kết peptit = k·x·(N/6 − 3) với chuỗi hoàn chỉnh.
  • Tổng số axit amin môi trường cung cấp = k·x·(N/6 − 1).
  • Tổng số phân tử nước giải phóng = tổng số liên kết peptit.

4. Ví dụ có lời giải chi tiết

Ví dụ 1: tính xuôi từ gen

Một gen có 2400 nuclêôtit. Tính số bộ ba, số axit amin cung cấp, số axit amin của chuỗi hoàn chỉnh và số liên kết peptit.

  1. rN = 2400 : 2 = 1200 ribônuclêôtit.
  2. Số bộ ba = 1200 : 3 = 400 (cũng bằng 2400 : 6).
  3. Axit amin cung cấp = 400 − 1 = 399.
  4. Chuỗi hoàn chỉnh có 399 − 1 = 398 axit amin.
  5. Số liên kết peptit = 398 − 1 = 397.

Bổ sung: chiều dài gen L = (2400 : 2)·3,4 = 4080 Å; khối lượng gen = 2400·300 = 720 000 đvC.

Ví dụ 2: nhiều mARN, nhiều ribôxôm

Cũng gen ở Ví dụ 1, gen phiên mã 3 lần; mỗi mARN có 5 ribôxôm trượt qua một lần. Tính tổng số liên kết peptit và số axit amin môi trường cung cấp.

  • Số chuỗi polipeptit = 3·5 = 15.
  • Tổng liên kết peptit = 15·397 = 5955.
  • Tổng axit amin cung cấp = 15·399 = 5985.
  • Số phân tử nước giải phóng = 5955.

Ví dụ 3: tính ngược từ protein về gen

Một chuỗi polipeptit hoàn chỉnh có 248 liên kết peptit. Tính số nuclêôtit tối thiểu của gen (gen không có intron).

  1. Số axit amin của chuỗi = 248 + 1 = 249.
  2. Số bộ ba của mARN = 249 + 2 = 251 (cộng lại axit amin mở đầu và bộ ba kết thúc).
  3. N = 251·6 = 1506 nuclêôtit.

Kiểm tra: 1506 : 6 − 3 = 248. Đúng.

Ví dụ 4: đếm số bộ ba theo loại nuclêôtit

Nếu mARN nhân tạo chỉ chứa hai loại ribônuclêôtit A và G thì có 23 = 8 loại bộ ba (AAA, AAG, AGA, AGG, GAA, GAG, GGA, GGG), không có bộ ba kết thúc vì thiếu U. Nếu chứa ba loại A, U, G thì có 33 = 27 bộ ba, trong đó có 3 bộ ba kết thúc nên 24 bộ ba mã hoá axit amin.

5. Lỗi sai thường gặp

  • Nhầm N với số nuclêôtit một mạch. N là tổng của cả hai mạch; mARN chỉ có N/2.
  • Quên bộ ba kết thúc. Bộ ba này không có tARN mang axit amin tới, nên không được tính vào axit amin.
  • Lẫn “axit amin cung cấp” với “axit amin của chuỗi hoàn chỉnh”. Hai số này hơn kém nhau 1 vì axit amin mở đầu bị cắt. Hãy đọc kĩ từ “hoàn chỉnh”.
  • Viết số liên kết peptit bằng số axit amin. Mạch hở luôn ít hơn 1 liên kết.
  • Quên nhân với số chuỗi. Khi đề cho nhiều ribôxôm hoặc nhiều lần phiên mã, phải nhân với k·x.
  • Áp dụng thẳng cho gen nhân thực. Gen nhân thực có intron; công thức chỉ đúng với số nuclêôtit của các exon (mARN trưởng thành).

6. Mở rộng: số peptit khác nhau (dạng hay gặp ở Hoá học)

Trong chương peptit của Hoá học, “số liên kết peptit” vẫn tính theo n − 1, nhưng có thêm dạng đếm số peptit.

  • Từ x loại axit amin, số peptit n mắt xích có thể tạo (mỗi loại dùng không giới hạn) là xn. Ví dụ từ glyxin và alanin có 23 = 8 tripeptit.
  • Nếu mỗi loại axit amin chỉ dùng đúng 1 phân tử và có n loại khác nhau thì số peptit là n!. Ví dụ từ Gly, Ala, Val mỗi loại một phân tử có 3! = 6 tripeptit.

Lưu ý: peptit mạch hở, đầu N và đầu C khác nhau nên Gly–Ala và Ala–Gly là hai chất khác nhau.

7. Bài luyện tập tự giải

  1. Một gen dài 5100 Å. Tính số axit amin và số liên kết peptit của chuỗi polipeptit hoàn chỉnh do gen này mã hoá.
  2. Một mARN dài 600 ribônuclêôtit (tính cả bộ ba kết thúc), có 8 ribôxôm trượt qua một lần. Tính số axit amin môi trường cung cấp và tổng số liên kết peptit trong các chuỗi hoàn chỉnh.
  3. Một protein gồm 3 chuỗi polipeptit, tổng cộng 450 axit amin. Tính số liên kết peptit.

Đáp án

  1. N = (5100 : 3,4)·2 = 3000. Số bộ ba = 3000 : 6 = 500. Chuỗi hoàn chỉnh có 500 − 2 = 498 axit amin; số liên kết peptit = 497.
  2. Số bộ ba = 600 : 3 = 200. Mỗi chuỗi cần 199 axit amin nên 8 chuỗi cần 8·199 = 1592 axit amin. Chuỗi hoàn chỉnh có 198 axit amin, 197 liên kết peptit; tổng = 8·197 = 1576.
  3. Số liên kết peptit = 450 − 3 = 447.

Câu hỏi thường gặp

Cách tính số liên kết peptit trong một chuỗi polipeptit là gì?

Chuỗi có n axit amin nối thành mạch hở thì có n − 1 liên kết peptit. Nếu protein gồm k chuỗi với tổng m axit amin thì số liên kết peptit là m − k.

Vì sao số liên kết peptit của chuỗi hoàn chỉnh là N/6 − 3?

Gen N nuclêôtit cho mARN có N/6 bộ ba. Bỏ bộ ba kết thúc còn N/6 − 1 axit amin, cắt axit amin mở đầu còn N/6 − 2, và số liên kết ít hơn số axit amin 1 nên là N/6 − 3.

Số axit amin môi trường cung cấp khác số axit amin của chuỗi hoàn chỉnh như thế nào?

Môi trường cung cấp N/6 − 1 axit amin cho mỗi chuỗi, gồm cả axit amin mở đầu. Sau dịch mã axit amin mở đầu bị cắt nên chuỗi hoàn chỉnh chỉ có N/6 − 2 axit amin.

Số phân tử nước giải phóng khi tổng hợp protein tính thế nào?

Mỗi liên kết peptit hình thành giải phóng một phân tử nước, nên số phân tử nước bằng số liên kết peptit được tạo ra.

Bài học liên quan