HSCN - Chương 1 Protein
Hóa Sinh
CHƯƠNG I : PROTEIN
I.1. Vai trò sinh học và giá trị dinh dưỡng trong công nghiệp thực phẩm protein
I.1.1 Vai trò sinh học của protein
Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống. Protein là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật .
I.1.1.1. Xúc tác
Các proin có chức năng xúc tác các phản ứng gọi là enzyme. Hầu hết các phản ứng của cơ thể sống từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrat hóa, phản ứng khử nhóm cacoxyl đến những phản ứng phức tạp như sao chép mã di truyền… đều do enzyme xúc tác
I.1.1.2. Vẩn tải
Một số protein có vai trò như những ‘ xe tải ‘ vẩn chuyển các chất trong cơ thể. Nhờ các chất ‘tải’ này ,mặc dù oxy có độ hòa tan trong nước thấp vẫn đảm bảo thỏa mãn được nhu cầu oxy của cơ thể.
I.1.1.3. Chuyển động
Nhiều protein trực tiếp tham gia trong quá trình chuyển động như : co cơ, chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào.
Động vật có xương sống có sự co cơ vanã được thực hiện nhờ chuyển động trượt trên nhau của hai loại sợ protein : sợi to chứa protein miozin và sợi mảnh chức các protein actin, troponiozin và troponin.
I.1.1.4. Bảo vệ
Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những protein đặc biệt có khả năng nhận biết và bắt những chất lạ xâm nhập vào cơ thể như protein lạ, virut, vi khuẩn hoặc tế bào lạ.
Các interferon là những protein do tế bào động vật có xương sống tổng hợp và tiết ra để chống lại sự nhiễm virut. Tác dụng của các interferon rất mạnh chỉ cần ở nồng độ 10-11 M đã có hiệu quả kháng virut rõ rệt. Interferon kết hợp vào màng nguyên sinh chất của các tế bào khác trong cơ thể và cảm ứng trạng thái kháng virut của chúng.
Các protein tham gia trong quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu.
I.1.1.5 Truyền xung thần kinh
Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh đối với các kích thích đặc hiệu.
I.1.1.6 Điều hòa
Một số protein có chức năng điều hòa quá trình truyền thông tin di truyền, điều hòa quá trình trao đổi chất. Protein điều hòa quá trình biểu hiện gen, như các protein reprexo ở vi khuẩn có thể làm ngừng quá trình sinh tổng hợp enzyme của các gen tương ứng. Ở cơ thể bậc cao sự điều hòa hoạt động biểu hiện gen theo một cơ chế phức tạp hơn, nhưng các protein cũng đóng vai trò quan trọng.
Các protein có hoạt tính hormom, các protein ức chế đặc hiệu enzyme đều có chức năng điều hòa nhiều quá trình trao đổi chất khác nhau.
I.1.1.7 Kiến tạo chống đỡ cơ học
Các protein này thường có dạng sợ như sclerotin trong lớp vỏ ngoài của côn trùng, fibroin của tơ tằm, tơ nhện, collagen, elastin của mô liên kết, mô xương, collagen bảo đảm độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết.
I.1.1.8 Dự trữ dinh dưỡng
Protein còn là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các axitamin cho phôi phát triển.
I.1.2 Giá trị dinh dưỡng của protein
- Protein là hợp chất chủ yếu, quyết định toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn. Chỉ trên nền tảng protein cao thì tính chất sinh học của các cấu trúc khác mới thể hiện đầy đủ.
- Khi thiếu protein trong chế độ thức ăn hang ngày sẽ dẫn đến nhiều biểu hiện xấu sức khỏe như suy dinh dưỡng, sút cân mau, chậm lớn, giảm khả năng miễn dịch, khả năng chống đỡ của cơ thể đối với một số bệnh.
- Thiếu protein sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động bình thường của nhiều cơ quan chức năng như gan, tuyến nội tiết và hệ thần kinh.
- Thiếu protein cũng sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và cấu tạo hình thái của xương ( lượng canxi giảm, lượng magiê tăng cao). Do vậy mức protein cao chất lượng tốt là cần thiết trong thức ăn cho mọi lứa tuổi.
I.1.3.Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm
- Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc, tạo hình khối, tạo trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm. Nhờ khả năng này mới có qui trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm tương ứng từ các nguyên liệu giàu protein.
Ví dụ, nhờ có protein của tơ cơ ở thịt, cá mới tạo ra được cấu trúc gel cho các sản phẩm như giò lụa kamaboko. Công nghệ sản xuất bánh mì là dựa trên cơ sở tính chất tạo hình, tính chất cố kết và tính chất giữ khí của hai protein đặc hữu trong bột mì là gliadin và glutenin.
Nhờ có các protein hòa tan của malt mà bọt CO2 (một thành tố quan trọng của chất lượng bia) trong bia mới giữ được bền.Nhờ tính chất đặc thù của casein trong sữa mới chế tạo ra được 2000 lọai phomat hiện nay trên thế giới.
- Protein còn giám tiếp tạo ra chất lượng cho các thực phẩm.
Các xitamin (từ protein phân giải ra) có khả năng tương tác với đường khi gia nhiệt để tạo ra được màu vàng nâu cũng như hương thơm đặc trưng của bánh mì gồm 70 cấu tử thơm.
Hình thơm đặc trưng của chè gồm tới 34 cấu tử thơm cũng như nhờ các axitamin và các polyphenolcủa lá chè tương tác với nhau khi gia nhiệt.
Các protein còn có khả năng cố định mùi tức là khả năng giữ hương được lâu bền cho thực phẩm.
I.2 Cấu tạo phân tử protein
I.2.1 Đơn vị cấu tạo cơ sở của protein
I.2.1.1 Cấu tạo và tính chất của axitamin
- Axitamin là cấu tử cơ bản của protein, hay nói một cách khác, axit amin là những ‘viên gạch’ để xây nên ‘các tòa lâu đài muôn hình nghìn vẻ’ của phân tử protein.
- Axitamin là những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vòng trong phân tử có chứa ít nhất một nhóm amin (-NH2) và một nhóm cácboxyl (-COOH).
- Các axitamin thường gặp trong các protein (trong tự nhiên) là những L – a – axitamin có nhóm amin đính vào nguyên tử cacbon a (anpha) đứng cạnh nhóm cácboxyl.
- Công thức cấu tạo tổng quát của axitamin :
R – CH – COOH hoặc R – CH – COO-
I I
NH2 NH3+
R: được gọi là mạch bên hay nhóm bên, vậy là các axitamin chỉ khác nhau ở mạch R
Đa số các protein đều được cấu tạo từ 20 L – a – axitamin và 2amit tương ứng.
I.2.1.2 Axitamin cần thiết
Trong số 20 axitamin thường gặp trong phân tử protein có một số axitamin mà cơ thể người và động vật không thể tự tổng hợp được mà phải đưa từ ngoài vào qua thức ăn gọi là axitamin cần thiết hoặc axitamin không thay thế.
Khi thiếu, thậm chí chỉ một trong số các axitamin cần thiết có thể làm cho protein được tổng hợp ít hơn protein bị phân giải kết quả dẫn đến cân bằng nitơ âm.Các axitamin cần thiết đối với cơ thể còn tùy thuộc vào những điều kiện riêng biệt loài động vật, lứa tuổi… Theo nhiều tài liệu có tám axitamin cần thiết cho người lớn : valin, lơxin, izolơxin, metionin, phenylalanine, triptophan và lyzin. Đối với trẻ em có them hai axit amin cần thiết : arginin và histidin.
Hàm lượng các axitamin không thay thế và tỉ lệ giữa chũng trong phân tử protein là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng protein.
I.2.2. Các mức mức cấu trúc của phân tử protein
I.2.2.1 Cấu trúc bậc một
Cấu trúc bậc một của protein là thành phần và trình tự sắp xếp của gốc axitamin trong mạch polipeptit. Cấu trúc này được giữ vững nhờ liên kết peptit (liên kết cộng hóa trị).
Liên kết peptit (-CO-NH-) đựoc tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm a- cacboxyl của một axitamin này với nhóm a – amin của một axitamin khác, loại đi một phân tử nước.
CH3 – CH – COOH + H2N – CH2 – COOH -> CH3 – CH – CO – NH – CH2 – COOH
I I
NH2 NH2
CH2 - COOH + H2N – CH – COOH -> CH2 – CO – NH – CH – COOH
NH2 CH3 NH2 CH3
Sản phẩm của phản ứng giữa hai axitamin là dipeptit. Nếu có 3,4,5,… hoặc nhiều axitamin kết hợp không lặp lại với nhau thì sẽ có : tripeptit, tetrapeptit, pen- tapeptit… và polypeptit.
Hiện nay cấu trúc bậc một của nhiều protein đã được thiết lập,protein có mạch ngắn nhất là từ 20 – 100 axitamin. Đa phần protein có số gốc axitamin giữa 100 và 500, có một số còn có tới hàng ngàn gốc.
Cấu hình không gian của liên kết peptit và chuỗi peptit như sau :
- Bốn nguyên tử của liên kết peptit và hai nguyên tử cacbon a nằm trong cùng một mặt phẳng, trong đó nguyên tử oxy và hiđro lại ở vị trí trans so với C – N
- Các mạch bên R1, R2, R3 … ở vị trí trans thì nằm bên ngoài mạch poly peptit
- Chuỗi peptit có thể được biểu diễn bằng một dãy các mặt phẳng cách nhau bằng những nhóm – HCR -
Độ dài của liên kết C – N bằg 1,32 Ao ngắn hơn độ dài của liên kết đơn C – N bình thường (1,47 Ao) còn độ dài của liên kết C = O ở đây bằng 1,24 Ao lại lớn hơn độ dài của liên kết C = O bình thường ( 1,215Ao). Do đó liên kết C – N có một phần mang đặc tính của liên kết đôi (khoảng 40%) nên có thể hình thành dạng anol :
H
- C – N - <--à - C = N –
O OH
- Liên kết peptit rất bền (hơn 400 J/mol). Độ bền của liên kết này có được là sự cộng hưởng của hai dạng mesome (đồng phân không hoạt quang) như đã nói ở trên, do đó ,một mặt, nhóm – NH – không được proton hóa giữa pH = 0 và pH = 14, mặt khác nó sẽ không có sự quay tự do của liên kết - C – N.
- Cấu trúc bậc một là bản phiên dịch mã di truyền. Cấu trúc bậc một cho biết quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống.
I.2.2.2 Cấu trúc bậc hai
Trong các protein, người ta đã phat hiện thấy các cấu trúc bậc hai chủ yếu như sau:
- Cấu trúc xoắn ốc : xoắn a, xoắn ar, xoắn y và xoắn 310
- Cấu trúc gấp nếp Beta (B) : cấu trúc tờ giấy xếp, cấu trúc mặt cong B.
a) Cấu trúc xoắn a
Cấu trúc xoắn a là cấu trúc có trận tự, rất bền vững, tương tự lo xò. Mỗi vòng xoắn ốc có 3,6 gốc axitamin (18 gốc thì tạo được 5vòng). Các nguyên tử cacbon a nằm trên đường sinh hình trụ. Các mạch bên R hướng ra phía ngoài. Đường kính biểu kiến của xoắn ốc (không kể đến các mạch bên R)vào khoảng 0,6nm. Khoảng cách giữa các vòng (hay một bước) là 0,54nm. Góc xoắn là 26o. Có thể có xoắn a phải và xoắn a trái (ngược chiều kim đồng hồ). Với các axitamin thì tạo xoắn trái không thuận lợi.
Xoắn ốc a được giữ chặt bởi một số liên kết hiđroo tối đa. Các liên kết hiđrô gần như song song với trục của xoắn ốc và nhóm nối – NH – của liên kết peptit này với nhóm – CO – của liên kết paptit thứ ba kề đó.Cứ mỗi nhóm – CONH – tạo được hai liên kết hyđrô với hai nhóm – CONH – khác .
Vì mỗi liên kết peptit đều tham gia vào việc tạo liên kết hiđrô và vì các dipol (lưỡng cực mang điện) được hình thành và cũng hướng theo chiều như thế nên cấu trúc xoắn a có độ bền rất lớn. Hơn nữa cấu trúc này lại có mật độ dày đặc nên sẽ làm giảm tương tác với các phân tử khác (chẳng hạn không có liên kết hyđro với các phân tử nước).
Xoắn a rất phổ biến trong mọi protein. Có protein tỉ lệ xoắn đến 75%( như trong hemoglobin và mioglobin) nhưng cũng có protein tỉ lệ xoắn rất thấp (như trong kimotripxin).
Vì vậy,nếu biết được cấu trúc bậc một protein thì có thể dự đoán được tỉ lệ xoắn a cũng như vị trí của cấu trúc xoắn a trong phân tử protein đó.
b) Cấu trúc gấp nếp b
Cấu trúc gấp nếp b là một cấu trúc hình chữ chi. Xoắn a có thể chuyển thành cấu trúc gấp nếp b khi không còn các liên kết hydro.
- Các mạch đã duỗi ra sẽ liên kết với nhau bằng liên kết giữa các phân tử để tạo ra cấu trúc tờ giấy xếp. Các mạch polypeptit có thể song song hoặc đối song song. Các gốc bên R của các axitamin có thể ở trên hoặc ở dưới mặt phẳng của tờ giấy do đó độ tích điện hoặc độ cứng kềnh không gian của chúng ít có ảnh hưởng đến sự tồn tại của cấu trúc này.
- Cấu trúc mặt cong b là cấu trúc rất thường gặp. Các chuỗi polypeptit có thể tự gấp lại thành một cấu hình có góc và được ổn định nhờ một liên kết hydro. Có thể coi cấu trúc mặt cong b như là điểm xuất phát của xoắn a với bước bằng không.
- Trong một số protein còn có cấu trúc tương tự xoắn ốc gọi là polyprolin I (xoắn trái với 3,3 gốc/ một vòng, liên kết peptit có hình thể cis) và polyrolin II (xoắn trái với 3 gốc/một vòng,liên kết peptit có hình thể trans, khoảng cách giữa 2gốc tính từ hình chiếu của chũng trên các trục là 0,31 nm). Hai cấu trúc này có thể chuyển đổi cho nhau và thường thì dạng II trong môi trường nước, bền hơn.Cấu trúc tương tự xoắn ốc này thường gặp trong collagen, là protein rất giàu trong da,gân, xương và sừng).
- Cấu trúc hình thể cuộn thống kê hay xoắn ngẫu nhiên là một cấu trúc không xác định, không có cả mặt phẳng và trục đối xứng. Cấu trúc kiểu này sẽ hình thành khi những nhóm bên R của các gốc axitamin có mang điện tích hoặc có án ngữ không gian khiến cho chũng không thể tạo ra được cấu trúc xoắn.Khí đó mạch polypeptit sẽ có cấu trúc trong đó khoảng cách mang điện tích cùng dấu sẽ là cực đại do đó năng lượng tự do của sự đẩy tĩnh điện là cực tiểu.Chuỗi polyizolơxin cũng tạo ra được cấu trúc này là do án ngữ không gian của mạch bên.
I.2.2.3 Cấu trúc bậc ba
Chuỗi peptit với các vùng có cấu trúc bậc 2 xắc định (xoắn a, tờ giấy xếp, mặt cong b) và kém xác định sắp xếp lại thành cấu trúc ba chiều sẽ taọ ra một dạng cấu trúc gọi là cấu trúc bậc ba.
Các protein hình cầu có cấu trúc bậc ba đã biết, đều hòa tan trong nước. Ở những protein này các gốc axitamin kỵ nước quay vào phía trong, còn các gốc axitamin ưa nước thì được phân bố chủ yếu ở bề mặt một cách khá đều đặn.
Một số protein không hòa tan trong nước, hòa tan trong dung môi hữu cơ thì các axitamin kỵ nước lại phân bố ở trên bề mặt của phân tử.
I.2.2.4 Cấu trúc bậc bốn
Các ‘ phần dưới đơn vị’ có cấu trúc bậc ba liên hợp lại với nhau bằng liên kết phi đồng hóa trị (liên kết hiđro, tương tác tĩnh điện,tương tác kị nước,tương tác dipol – dipol) tạo ra cấu trúc gọi là cấu trúc bậc bốn.
Các phần dưới đơn vị này có thể giống nhau hoắc không giống nhau và sự sắp xếp của chúng không bắt buộc phải đối xứng.
I.2.3 Một số tính chất quan trọng của protein
I.2.3.1 Tính hòa tan
Các protein hình cầu tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng, rất hoạt động về mặt hóa học.
Các protein hình sợi tương đối trơ về mặt hóa học chủ yếu có chức năng cơ học..
I.2.3.2.Tính điện ly lưỡng tính
Protein cũng là chất điện ly lưỡng tính, vì trong phân tử protein có nhiều nhóm phân cực của mạch bên (gốc R) của axitamin.
Trạng thái điện tích của các nhóm cũng tùy thuộc pH môi trường.Ở một pH nào đó mà tổng số điện tích dương và điện tích âm của phân tử protein bằng không,phân tử protein không di chuyển trong điện trường gọi là pHi của protein.
- Ở môi trường có pH < pHi protein là một đa cation, số điện tích dương lớn hơn số điện tích âm
- Ở pH > pHi phân tử protein thể hiện tính axit, cho ion H+,do đó số điện tích âm lớn hơn số điện tích dương, protein là đa anion, điện tích âm.
- Ở trong môi trường có pH = pHi protein dễ dàng kết tụ lại với nhau,có thể sử dụng tính chất này để xác định pHi của protein cũng như để kết tủa protein.
I.2.3.Một số tính chất quan trọng của protein
I.2.3.3.Tính chất dung dịch keo và sự kết tủa của protein
Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo. Các phân tử keo có kích thước lớn, không đi qua màng bán thấm.
Trên bề mặt phân tử protein có các nhóm phân cực, khi hòa vào nước, các phân tử lưỡng cực cao được hấp thụ bởi các nhóm này, tạo thành màng nước bao quanh phân tử protein gọi là các vỏ hydrat.
Dùng pp phân tích Rơnghen đã xác định được rằng lớp nước ở sát bề mặt phân tử protein có bề dày 3Ao(đúng bằng kích thước phân tử nước) là lớp nước đơn phân tử.
Độ bền của dung dịch keo protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: sự tích điện của phân tử protein, mức độ hydrat hóa,nhiệt độ….Khi thay đổi các yếu tố này các phân tử lớn protein sẽ kết tụ lại với nhau tạo thành khối lớn,tách khỏi dung dịch thường gọi là kết tủa protein.
Hai yếu tố đảm bảo độ bền dung dịch keo protein là :
- Sự tích điện cùng dấu của các phân tử protein
- Lớp vỏ hydrat bao quanh phân tử protein
Loại bỏ hai yếu tố này protein sẽ bị kết tủa.
I.2.3.4.Sự biến tính của protein
a)Khái niệm về biến tính
Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý (tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học) hoặc hóa học (axit,kiềm mạnh,muối kim loại nặng,tannin),protein bị biến đổi các cấu hình bậc hai,ba và bốn không bị phá hủy cấu trúc bậc nhất,kèm theo các tính chất tự nhiên ban đầu của nó cũng bị mất đi hiện tượng đó gọi là sự biến tính của protein.
Protein sau khi bị biến tính, thường thu được các tính chất sau :
- Độ hòa tan giảm là do làm lộ các nhóm kị nước
- Khả năng giữ nước bị giảm
- Mất hoạt tính sinh học (tính chất enzyme hay tính chất miễn dịch)
- Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzyme proteaza là do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với vùng tác dụng đặc hiệu của enzyme
- Tăng độ nhớt nội tại
- Mất khả năng kết tinh
b)Tác nhân biến tính
*) - Nhiệt độ là tác nhân biến tính protein thường gặp nhất.Dưới tác dụng của nhiệt độ thì phân tử protein bị giãn mạch.
- Vận tốc biến tính phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ.
- Sự biến tính của các protein do nhiệt thường phụ thuộc vào bản chất và nồng độ protein, hoạt độ nước,pH, lực ion cũng như bản chất của các ion có mặt.
- Sau biến tính nhiệt độ hòa tan của protein do nhiệt thường phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của protein, hoạt độ nước, pH, lực ion cũng như bản chất của các ion có mặt.
- Không những nhiệt độ cao mà nhiệt độ thấp cũng làm biến tính nhiều protein.
- Nói chung, các protein có tỉ lệ axitamin kỵ nước/ axitamin có cực cao thì rất dễ bị biến tính ở nhiệt độ thấp.
*) Xử lý cơ học. Các xử lý cơ học như nhào trộn hoặc cán bột mì, tạo ra các lực cắt cũng làm biến tính protein. Động tác kéo lặp đi lặp lại nhiều lần cũng làm biến tính protein do phá hủy các xoắn a.
*) Các bức xạ tia cực tím thường bị hấp thụ bởi các gốc axitamin thơm do đó có thể dẫn đến sự biến đổi hình thể và mức năng lượng đủ cao, thì làm đứt được các cầu disulfua.
*) Phần lớn protein bị biến tính khi ở pH quá cao hoặc quá thấp. Vì pH ở cực trị này sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm bị ion hóa do đó sẽ làm giãn mạch các phân tử protein.
*) Các ion kim loại kiềm chỉ tác dụng một cách hạn chế với protein trong khi đó các kim loại kiềm thổ hoạt động hơn.
*) Các dung môi hữu cơ là những tác nhân biến tính của protein. Vì chúng làm biến đổi hằng số điện môi của môi trường và do đó cũng làm biến đổi các lực tĩnh điện vốn làm bền phân tử protein.
Các dung môi hữu cơ không cực có thể xâm nhập vào các vùng kỵ nước,phá hủy các tương tác kỵ nước do đó làm dễ dàng cho biến tính.
Các yếu tố làm biến tính protein thường được sử dụng để loại bỏ protein khỏi dung dịch, làm ngừng phản ứng enzyme.Đơn giản hơn cả là đun sôi dung dịch protein. Các hóa chất thường dùng làm biến tính protein là các axit, kiềm ở nhiệt độ cao.
I.2.3.5.Các tính chất chức năng trong công nghiệp thực phẩm
Axitamin là đơn vị cấu tạo cơ sở của peptit và protein. Các axitamin kết hợp với nhau qua liên kết peptit ( - CO – NH - ) tạo thành peptit có chiều dài mạch khác nhau gọi là polypeptit.
Phân tử protein có thể bao gồm một hay nhiều chuỗi polypeptit. Từ đó có thể phân các phản ứng của protein thành bà nhóm:
- Phản ứng của liên kết peptit (phản ứng Biure) là phản ứng đặc trưng cho tất cả polypeptit, protein.
- Phản ứng đặc trưng của một hay một số gốc axitamin trong phân tử polypeptit,protein
- Phản ứng của nhóm a – amin tự do đầu N của chuỗi polypeptit
I.2.3.6. Các phản ứng màu đặc trưng của protein
a) Phản ứng Biure là phản ứng đặc trưng của liên kết peptit.
- Tất cả các chất có chứa từ hai liên kết peptit trở lên đều cho phản ứng này.
- Trong môi trường kiềm mạnh, liên kết peptit trong phân tử protein phản ứng vơi8s CuSO4 tạo thành phức chất màu tím hoặc màu đỏ.
- Phức chất màu có cực đại hấp thụ ở bức sóng 540nm.
b) Phản ứng với thuốc thử Folin – Ciocalteau (pp Lowry định lượng protein)
- Thuốc thử Folin – Ciocalteau có chứa axit phosphomolipdic và axit phos – phovolframic. Các chất này một mặt làm tăng độ nhạy phản ứng Biure, mặt khác phản ứng với gốc Tyr và Trp trong phân tử protein. Các gốc axitamin này tham gia trong quá trình tạo phức chất màu. Phức được tạo thành có màu xanh da trời, hấp thụ cực đại ở bức sóng 750nm.
- Trong phương pháp Lowry, giai đoạn đầu thực hiện phản ứng Biure, sau đó mới them thuốc thử Folin – Ciocalteau để tạo phức màu xanh. Phương pháp này có độ nhạy cao, cho phép phát hiện được protein trong dung dịch ở nồng độ 1ug/cm3.tuy nhiên cường độ phản ứng còn tùy thuộc nhiều vào loại protein.
- Các chất làm tăng cường độ màu phản ứng : phenol,axit uric, các chất chứa nhóm – SH, một số ion kim loại…
- Các chất làm giảm cường độ màu phản ứng : etanol,ete ở nồng độ cao hơn 5%,axeton,Cl3COOH,Ba(OH)2 ở nồng độ cao hơn 1%.
c) Phản ứng với ninhidrin : Phản ứng màu đặc trưng quan trọng để định tính định lượng axitamin.
- Tất cả các a – axitamin của protein đều phản ứng với ninhidrin tạ thành hợp chất màu xanh tím,riêng iminoaxit như prolin tạo thành màu vàng.Phản ứng này rất nhạy, có thể phát hiện được đến microgram axitamin, vì vậy được dùng nhiều trong phân tích định tính định lượng axitamin.
- Dưới tác dụng của ninhidrin ở nhiệt độ cao, axitamin tạo thành NH3, CO2 và adehit tương ứng có mạch cacbon ngắn hơn axitamin một cacbon, ninhidrin chuyển thành dixetooxyhindriden
- Dixetooxyhindriden, NH3 mới được tạo thành, tiếp tục phản ứng với một phân tử ninhidrin khác tạo thành hợp chất màu xanh tím có công thức
I.2.4 Phân hạng protein
I.2.4.1 Protein đơn giản
a) Albumin : tan trong nước, bị kết tủa ở nồng độ muối (NH4)2SO4 khá cao ( 70 – 100 % độ bão hòa). Các protein thuộc nhóm này phổ biến ở tế bào động vật và thực vật.Tinh thể albumin lòng trắng trứng,albumin huyết thanh được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Khối lượng phân tử của các protein thuộc nhóm này rất khác nhau, từ 12000 – 60000 dalton, hoặc có thể đến 170000 daton.
b) Globulin : không tan hoặc rất ít tan trong nước, tan trong dung dịch loãng của muối trung hòa. Các protein nhóm này thường bị kết tủa ở nồng độ (NH4)2SO4 bán bão hòa. Globulin là protein dự trữ chủ yếu của các cây họ đậu, chiếm khoảng 60 – 80% protein tổng số của các hạt này.
Các protein thuộc nhóm này cũng có khối lượng phân tử rất khác nhau và thường có chứa sacarit.
c) Prolamin : không tan trong nước hoặc dung dịch muối khoáng, tan trong etanol hoặc izpropanol 70 – 80%.
Prolamin có khối lượng phân tử rất khác nhau.
Phần lớn các protein gliadin có cấu trúc bậc bốn .
d) Glutelin : chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc axit loãng.
Glutelin có cấu trúc bậc bốn phức tạp.
Prolamin và glutelin là các protein dự trữ điển hình của hạt hòa thảo, chúng kết hợp với các thành phần khác trong nội nhũ của hạt tạo thành hợp phức có khối lượng phân tử rất lớn gọi là gluten. Gluten có cấu trúc không gian cực kỳ phức tạp.
e) Histon : protein kiềm, có chứa nhiều axit amin kiềm như Lys,Arg,dễ tan trong nước, không tan trong dung dịch ammoniac loãng
I.2.4.2. Protein phức tạp
Do protein kết hợp với nhóm ngoại. Phần protein trong phân tử protein phức tạp gọi là apoprotein.
a) Nucleoprotein
Nhóm ngoại là axit nucleic, apoprotein là polypeptit hay protein có tính kiềm, vì vậy chúng kết hợp với nhau khá chặt.Muốn tách riêng chúng phải dùng dung dịch muối hoặc axit loãng. Nucleoprotein tập trung trong nhân tế bào riboxom.
Nucleoxom bao gồm một đoạn AND khoảng 160 – 240 cặp bazơ quấn quanh một lõi gồm bốn cặp phân tử của bốn dạng histon.
b) Cromoprotein
Nhóm ngoại là hợp chất có màu. Tùy theo đặc tính của nhóm ngoại ta có các cromoprotein có màu khác nhau.
Các cromoprotein có hoạt tính sinh học cao,tham gia nhiều quá trình sống quan trọng như hô hấp,oxy hóa khử,quá trình thu nhận ánh sáng.
c) Hemoglobin
Hemoglobin (Hb) bao gồm bốn chuỗi polypeptit,mỗi nhóm kết hợp với một nhóm ngoại hem.
- Nhóm ngoại hem có vòng protopocphirin và nguyên tử sắt. Vòng pocphirin được cấu tạo từ bốn vòng piron, các vòng này nối với nhau qua cầu meten tạo thành vòng tetrapiron. Bốn vòng metyl, hai vòng vinyl,hai nhóm propionate gắn với vòng protopocphirin. Các nhóm này có thể gắn vào các vị trí khác nhau của vòng theo 15 cách khác nhau nhưng chỉ một cách có trong hệ thống sinh học gọi là protopocphinrin IX. Công thức cấu tạo : nguyên tử sắt trong hem có thể có hóa trị hai hoặc hóa trị ba, hemoglobin có các tên tương ứng là ferohemoglobin và ferihemoglobin.
- Apoprotein của Hb. Hb do bốn chuỗi polypeptit kết hợp lại với nhau nhờ các tương tác yếu.Mỗi chuỗi có một nhóm ngoại hem, như vậy Hb có thể kết hợp với bốn phân tử oxy.Có nhiều dạng khác nhau, trong cơ thể bình thường có 3dạng là HbA, HbA2 và HbF.
+) HbA : Hb chủ yếu của người lớn được cấu tạo từ hai chuỗi a, hai chuỗi beta do đó HbA = a2b2
+) HbA2 : Hb thứ yếu, chỉ chiếm khoảng 2% tổng số Hb trong cơ thể người lớn. Nó có cấu tạo là a2s2 (hai chuỗi a, hai chuỗi s)
+) HbF : Hb của bào thai, có cấu tạo là a2y2
- Mỗi hem kết hợp với apoprotein qua ba liên kết phối trí giữa sắt và nitơ của vòng imidazol của các gốc His (vị trí phối trí thứ năm).
Hb có khả năng kết hợp với O2, H+, CO2 ở ba trung tâm khác nhau, tương tác giữa các trung tâm này được truyền bằng những thay đổi dạng không gian của phân tử protein, gọi là tương tác alosteric.
Hb còn có thể kết hợp với cacbon monooxyt (CO) hơn nữa ái lực của Hb với CO gấp 200 lần ái lực của nó với O2. Vì vậy cacbon monooxyt là chất độc nguy hiểm, nó đẩy O2 khỏi oxy – Hb làm cho O2 không được vận chuyển đến tế bào, mô, cơ thể bị ngạt :
Hb + CO -> HbCO
Cacboxihemoglobin
Oxy hóa Hb, tạo thành metemoglobin (Fe+) mất khả năng kết hợ với O2. Các hợp chất xianua, H2O2, KMnO4 đều có tác dụng này,ở điều kiện nhẹ nhàng không làm biến tính globin, chỉ oxy hóa Fe2+ :
d) Lipoprotein
Lipoprotein đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển lipit trong cơ thể. Nhóm ngoại là lipit. Lipit không tan trong nước, nhưng sau khi kết hợp với protein, nước lipit cuộn vào trong, phần apoprotein tạo thành lớp vỏ bọc xung quanh, do đó nó có thể được vận chuyển trong môi trường nước.
Trong huyết tương có một số lipoprotein khác nhau về tỉ trọng và có vai trò khác nhau trong quá trình vận chuyển lipit.
e) Glicoprotein
Nhóm ngoại là sacarit. Các sacarit trong glycoprotein có thể là monosaccarit, oligosaccarit và dẫn xuất của chúng. Hàm lượng saccarit trong phân tử thay đổi khá nhiều, có thể đạt đến 80% khối lượng phân tử glycoprotein.
Nhóm ngoại sacarit có thể có vai trò định hướng glycoprotein trong màng và có thể có vai trò ‘nhận biết’ giữa các tế bào.
f) Phosphoprotein : Nhóm ngoại là axit phosphoric, kết hợp với apoprotein qua – OH của Ser hoặc Thr của protein. Phosphorotein phổ biến trong cơ thể sinh vật,tham gia điều hòa nhiều quá trình quan trọng.
Dưới tác dụng của kimozin và một số proteinaza axit khác, khi có ion Ca2+, cazein chuyển thành casein không tan (làm đông sữa).Kết tủa cazein được giữ trong dạ dày lâu hơn và được hấp thụ hoàn toàn hơn.
g) Metaloprotein : Các metaloprotein có thể có nhiều chức năng khác nhau
- Vận chuyển và dự trữ kim loại,liên kết giữa kim loại và apoprotein không bền.
- Trực tiếp tham gia trong hoạt động xúc tác của enzyme, khi loại bỏ kim loại thì enzim mất hoạt tính xúc tác.
- Kim loại ở trong nhóm ngoại
- Kim loại liên kết bền với protein
Để định lượng axitamin có thể dung phương pháp so màu, đo cường độ màu phản ứng hoặc dung pp đo thể tích khí CO2 hoặc NH3 được tạo thành.
d) Phản ứng của nhóm a – amin với formaldehit. Đây là phản ứng quan trọng thường dung để đánh giá mức độ thủy phân protein.Formaldehit phản ứng với nhóm amin tạo thành dẫn xuất metilen của axitamin theo phản ứng sau:
Bạn đang đọc truyện trên: AzTruyen.Top