Cấu trúc và phân loại protein

**Protein** là những polypeptide cao phân tử, phân tử khối từ vài chục nghìn đến hàng triệu, cấu tạo từ nhiều gốc $\alpha$-amino acid (thường trên 50 gốc) nối với nhau bằng liên kết peptide. **Bốn bậc cấu trúc.** Cấu trúc bậc 1 là trình tự sắp xếp các gốc $\alpha$-amino acid trong mạch polypeptide, nối với nhau chỉ bằng liên kết peptide — đây là "bản thiết kế gốc", quyết định mọi bậc cấu trúc cao hơn. Cấu trúc bậc 2 là mạch polypeptide bậc 1 cuộn xoắn đều đặn (xoắn $\alpha$) hoặc gấp thành nếp gấp song song (phiến gấp nếp $\beta$), giữ ổn định nhờ liên kết hydro giữa nhóm $C=O$ và $N-H$ của các liên kết peptide ở gần nhau trong mạch. Cấu trúc bậc 3 là toàn bộ mạch xoắn/gấp nếp ở bậc 2 tiếp tục cuộn lại trong không gian ba chiều, hình thành nhờ tương tác giữa các gốc R (nhóm bên của amino acid) — liên kết hydro, lực hút tĩnh điện, cầu nối disulfide $-S-S-$ giữa hai gốc cysteine. Cấu trúc bậc 4 là sự kết hợp của từ hai chuỗi polypeptide (mỗi chuỗi đã có cấu trúc bậc 3 hoàn chỉnh) trở lên thành một tổ hợp thống nhất; ví dụ hemoglobin trong máu gồm 4 chuỗi polypeptide (2 chuỗi $\alpha$, 2 chuỗi $\beta$) kết hợp với nhau, mỗi chuỗi mang một nhóm heme chứa Fe để vận chuyển oxygen. **Phân loại theo thành phần.** Protein đơn giản chỉ chứa các gốc $\alpha$-amino acid, ví dụ albumin trong lòng trắng trứng, fibroin trong tơ tằm. Protein phức tạp gồm protein đơn giản kết hợp với thành phần phi protein (gọi là nhóm ngoại) như lipid (lipoprotein), glucid (glycoprotein), hoặc acid nucleic (nucleoprotein) — hemoglobin cũng là một protein phức tạp vì mang thêm nhóm heme. **Phân loại theo hình dạng.** Protein hình sợi có mạch kéo dài, không tan trong nước (keratin của tóc, móng, sừng; collagen của da, gân, xương; fibroin của tơ tằm), thường đóng vai trò cấu trúc, nâng đỡ. Protein hình cầu cuộn lại thành khối gần tròn, tan trong nước tạo dung dịch keo (albumin, hemoglobin, các enzyme, kháng thể), thường đóng vai trò xúc tác, vận chuyển, bảo vệ. Cấu trúc không gian bậc 3 (và bậc 4 nếu có) không chỉ là hình dạng — nó quyết định trực tiếp CHỨC NĂNG sinh học của protein. Với enzyme, việc cuộn đúng hình dạng tạo ra một hốc nhỏ vừa khít gọi là "trung tâm hoạt động" (active site), nơi cơ chất gắn vào để phản ứng xảy ra; nếu cấu trúc bậc 3 bị phá vỡ (như khi đông tụ), hốc này biến dạng, enzyme mất hoàn toàn khả năng xúc tác dù mạch peptide bậc 1 vẫn còn nguyên vẹn. Đây chính là lý do sốt cao kéo dài nguy hiểm cho cơ thể: nhiệt độ tăng làm biến tính các enzyme quan trọng, phá vỡ hàng loạt phản ứng sinh hoá cần thiết cho sự sống, dù về mặt hoá học không một liên kết peptide nào bị đứt.