PROTEIN VÀ CÁC CHỨC NĂNG

gày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ứng dụng, đặc biệt là các ngành công nghệ sinh học, y học và công nghiệp chế biến thực phẩm thì việc đánh giá chất lượng thực phẩm đang rất được quan tâm và chú ý.

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ứng dụng, đặc biệt là các ngành cơng nghệ sinh học, y học và cơng nghiệp chế biến thực phẩm thì việc đánh giá chất lượng thực phẩm đang rất được quan tâm và chú ý. Trong số các chỉ tiêu dùng để đánh giá chất lượng thực phẩm như hàm lượng đường, hàm lượng lipit, các chất khống, các chất Vitamin … thì hàm lượng protein chứa trong thực phẩm là chỉ tiêu quan trọng hơn cả. Trong những năm vừa qua, ở nước ta vấn đề vệ sinh và an tồn thực phẩm đang trở thành một đề tài nóng bỏng, thu hút được sự chú ý của rất nhiều nhà khoa học. Vì vậy, mục đích của khố luận này là bước đầu xác định hàm lượng các axit amin và protein trong thực phẩm. Nội dung nghiên cứu của bản khố luận này bao gồm: * Xây dựng một phương pháp cho phép xác định nhanh và tương đối chính xác hàm lượng các axit amin và protein trong thực phẩm. * Ứng dụng phương pháp trên vào việc đánh giá sơ bộ chất lượng của một số loại thực phẩm. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. PROTEIN VÀ CÁC CHỨC NĂNG [1,2,3]. 1.1. Định nghĩa. Protein là polyme sinh học của L-ỏ-aminoaxit kết hợp với nhau bằng liên kết peptit. 1.2. Phân loại. Dựa vào thành phần hố học các protein được phân thành hai nhóm lớn: * Protein đơn giản: - Các L-ỏ-aminoaxit. - Polypeptit gồm hai hay vài chục aminoaxit liên kết với nhau. - Protein gồm vài chục aminoaxit trở lên liên kết với nhau. * Protein phức tạp: Phân tử của nó bao gồm phần protein và phần khơng phải protein gọi là " nhóm ngoại ". Tuỳ theo bản chất hố học của nhóm ngoại, có thể phân thành các nhóm nhỏ như : - Metaloprotein (nhóm ngoại là ion kim loại như Fe 3+ , Zn 2+ ). - Lipoprotein (nhóm ngoại là lipit). - Glycoprotein (nhóm ngoại là gluxit). - Phosphoprotein (nhóm ngoại là phosphat, ví dụ casein sữa). - Nucleoprotein (nhóm ngoại là axit nucleic). - Cromoprotein(nhóm ngoại là các chất mang màu). 1.3. Hàm lượng. Ở động vật có hàm lượng cao hơn thực vật, ở người protein chiếm tới 45% trọng lượng khơ. Tỷ lệ protein cũng khác nhau giữa các bộ phận trong cơ thể sống. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Bảng 1: Hàm lượng protein trong một số ngun liệu động vật và thực vật. Ngun liệu % Protein Ngun liệu % Protein Gan 18-19 Moi 13-16 Tim 16-18 Ốc 11-12 Thịt gia súc 16-22 Sò 8-9 Trứng gia cầm 13-15 Hến 4-5 Sữa bò 3-5 Đậu tương 34-40 Cá 17-21 Lạc 23-27 Tơm 19-23 Ngơ 8-10 Mực 17-20 Gạo 7-8 1.4. Chức năng. Protein là thành phần khơng 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. Dưới đây là một số chức năng quan trọng của protein: 1. Xúc tác. Các protein có chức năng xúc tác các phản ứng sinh học gọi là enzim. Hầu hết các phản ứng của cơ thể sống từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrat hố, phản ứng khử nhóm cacboxyl đến những phản ứng phức tạp như sao chép mã di truyền … đều do enzim xúc tác. 2. Vận tải. Protein đóng vai trò như là các phương tiện vận tải chun chở các chất trong cơ thể sống. Ví dụ, hemoglobin, mioglobin (ở động vật có xương sống), hemoxiamin (ở động vật khơng xương sống) kết hợp với O 2 rồi vận chuyển O 2 đến THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN khắp các mơ và cơ quan trong cơ thể. Hemoglobin còn vận tải cả CO 2 và H + . Glubolin lại vận tải Fe. 3. Vận động. Nhiều protein trực tiếp tham gia trong q trình chuyển động như : co cơ, chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong q trình phân bào, di động của tinh trùng. Ở động vật có xương sống, sự co cơ được thực hiện nhờ chuyển động trượt trên nhau của hai loại sợi protein: sợi to chứa protein miozin và sợi mảnh chứa các protein actin, troponiozin, troponin. 4. Bảo vệ. Đó là các kháng thể trong máu động vật có xương sống. Chúng có khả năng nhận biết , "bắt" những chất lạ xâm nhập vào cơ thể như protein lạ, virut, vi khuẩn hoặc tế bào lạ và loại chúng ra khỏi cơ thể. Ví dụ, 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 ngun sinh chất của các tế bào khác trong cơ thể và cảm ứng trạng thái kháng virut của chúng. Các protein tham gia trong q trình đơng máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu. Ở một số thực vật có chứa các protein có tác dụng độc đối với động vật, ngay cả ở liều lượng rất thấp chúng cũng có tác dụng bảo vệ thực vật khỏi sự phá hoại của động vật. 5. Điều hòa. Một số protein có chức năng điều hồ q trình thơng tin di truyền, điều hồ q trình trao đổi chất. Protein điều hồ q trình biểu hiện gen, như các protein reprexơ ở vi khuẩn có thể làm ngừng q trình sinh tổng hợp enzim của các gen tương ứng. Ở cơ thể bậc cao sự điều hồ hoạt động biểu hiện gen theo một cơ chế phức tạp hơn nhưng các protein cũng đóng vai trò quan trọng. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Các protein có hoạt tính hormon, các protein ức chế đặc hiệu enzim đều có chức năng điều hồ nhiều q trình trao đổi chất khác nhau. 6. 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. Ví dụ vai trò của sắc tố thị giác rodopxin ở màng lưới mắt. 7. Cấu trúc. Các protein này thường có dạng sợi như sclerotin trong lớp vỏ ngồi của cơn trùng, fibroin của tơ tằm, tơ nhện, colagen, elastin của mơ liên kết, mơ xương. 8. Dự trữ dinh dưỡng. Protein còn là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các axit amin cho phơi phát triển. Ví dụ, albumin trong lòng trắng trứng, casein trong sữa, gliadin trong hạt lúa mì, zein của ngơ… 1.5. CẤU TẠO PHÂN TỬ PROTEIN [1,2,3]. 1.5.1. Thành phần các ngun tố của protein. Tất cả các protein đều chứa các ngun tố C, H, O, N. Một số còn có chứa một lượng nhỏ S. Tỷ lệ phần trăm khối lượng các ngun tố này trong phân tử protein như sau: C: 50 - 55% O: 21 - 24% N: 15 - 18% H: 6.5 - 7.3% S : 0 - 0.24% THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Ngồi các ngun tố trên, một số protein còn chứa một lượng rất nhỏ các ngun tố khác như: P, Fe,Zn, Cu, Mn, Ca … 1.5.2. Đơn vị cấu tạo cơ sở của protein: L--aminoaxit. Tuy protein rất đa dạng về cấu trúc và đảm nhận nhiều chức năng như vậy song hầu như đều xây dựng nên các đại phân tử của mình chủ yếu từ 20 L-- aminoaxit bằng liên kết peptit. Do vậy, cũng có thể xem các aminoaxit này là sản phẩm cuối cùng của sự thuỷ phân peptit và protein. Valin, một đại diện của -aminoaxit ở dạng khơng ion -aminoaxit và lưỡng tính ở pH trung tính Hình 1: Cấu trúc của -aminoaxit -Cacbon C H H H C H C H H H C N H H  H C O O H C N H H  H C O O H R D¹ng kh«ng ion C N + H H H  H R C O O _ THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Biểu diễn trên khơng gian 3 chiều Các đồng phân lập thể Hình 2: Cấu trúc lập thể của -aminoaxit Như vậy cấu tạo của chúng giống nhau ở chỗ cùng có nhóm cacboxyl - COOH và nhóm amin - NH 2 đều gắn vào ngun tử C ở vị trí , còn khác nhau bởi cấu tạo của mạch bên R. Khi thiếu thậm chí chỉ một trong các axit amin cần thiết có thể làm cho protein được tổng hợp ít hơn protein bị phân giải, kết quả dẫn đến mất cân bằng đối với nitơ. Hàm lượng các axit amin khơng thay thế và tỉ lệ giữa chúng trong phân tử protein là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng protein. Trong dung dịch, các aminoaxit thường ở dạng ion lưỡng tính mang cùng một lúc điện tích dương (+) do nhóm -NH 2 ở dạng -NH 3 + và điện tích âm (-) do nhóm -COOH ở dạng -COO - . Chúng hấp thụ ánh sáng, đặc biệt là dung dịch của 3 aminoaxit chứa nhân thơm: Tryptophan, tyrozin và phenylalanin hấp thụ khá mạnh ánh sáng UV ở bước sóng gần 280nm. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Trong dung dịch, tuỳ thuộc vào pH của mơi trường nó có thể là ion lưỡng tính, hoặc mang điện (+) hoặc (-). Giá trị pH mà ở đó amino axit tồn tại dạng ion lưỡng cực được gọi là điểm đẳng điện và pH dược gọi là pI. Vì các mạch bên R khác nhau giữa các aminoaxit nên mỗi aminoaxit có một điểm đẳng điện riêng. Tại điểm đẳng điện, tổng điện tích của aminoaxit bằng 0. Còn ở bất kỳ điểm pH nào thấp hơn pI hoặc cao hơn pI các aminoaxit đều mang điện tích dương hoặc âm, điều này tuỳ thuộc điện tích mạch bên R của chính nó. Vì vậy, trong thực tế đặc tính này được sử dụng để phân tách và xác định các aminoaxit. 1.5.3. Peptit. Peptit là những phân tử sinh học cấu tạo từ một vài cho tới hàng chục amino axit. Peptit tạo thành từ các aminoaxit thơng qua phản ứng nối đầu -NH 2 của phân tử này với đầu -COOH của phân tử kia tạo ra liên kết peptit. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình 3: Sự hình thành của một dipeptit Hì nh 4: Sự hình thành của một tetrapeptit. Glu N-điểm cuối Gly Ala C-điểm ố Lys THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đặc trưng liên kết đơi của bộ khung peptit Các góc và độ dài liên kết Hình 5: Cấu trúc của bộ khung peptit. Cấu trúc của liên kết peptit cho thấy hầu hết các liên kết bất biến -C=O và - N-H là song song hoặc gần song song và hơi bị xoắn xung quanh liên kết C-N. Chính sự lai tạo của ocbital  trong liên kết đơi C=O với đơi điện tử còn lại của N đã làm cho mặt phẳng liên kết trở nên vững chắc (xem hình 7) và nhờ các mặt phẳng này đã tạo ra liên kết bậc 2 (phiến gấp ) đối với cấu trúc của protein. Ngồi liên kết peptit, đơi khi giữa các aminoaxit còn có liên kết đisunfua nối 2 gốc xystein với nhau. Liên kết này có vai trò quan trọng giúp hình thành cấu trúc khơng gian của rất nhiều protein, đặc biệt protein ngoại bào có chức năng sinh học quan trọng như hocmon, immunoglobulin và kháng thể. Peptit có tính chất lý hố khơng khác nhiều so với aminoaxit vì cùng chứa một nhóm -NH 2 và -COOH tự do giống như aminoaxit. Sự khác nhau ở đây chỉ là do các mạch bên R của gốc amino axit tham gia chuỗi peptit gây ra. Các peptit bị thuỷ phân hồn tồn bởi dung dịch HCl 6N ở 110 0 C trong 24h, hoặc bởi dung dịch kiềm để cho các amino axit tự do. a-cacbon a-cacbon Ocbital  THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN [...]... Khả năng hấp thụ tia tử ngoại của protein Dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại ở vùng có bước sóng 180-220nm và 250-300nm [3,6] THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 1.6.5 Khả năng thuỷ phân của protein Các phân tử protein có thể bị thủy phân bằng axit, kiềm hay enzim cho các polypeptit và cuối cùng là các aminoaxit [1,3,6] 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG AMINOAXIT VÀ PROTEIN 2.1 Các. .. protein trong ngun liệu N-tổng số bao gồm N -protein và N-phi protein Muốn xác định hàm lượng protein trong ngun liệu phải xác định N-tổng số và N-phi protein Hàm lượng protein trong mẫu được tính theo cơng thức sau: Protein (mg) = (Ntổng số - Nphi protein) .6,25 Hoặc Protein (mg) = (Ntổng số - Nphi protein) .5,95 2.2.3 Định lượng protein theo phương pháp Bradford Các protein khi phản ứng với xanh Coomassie... polypeptit (hay các phần dưới đơn vị) trong phức hợp phân tử protein 1.5.4.1 Cấu trúc bậc 1: Các gốc aminoaxit trên chuỗi polypeptit được sắp xếp theo một trật tự nhất định và liên quan với chức năng sinh học của protein một cách hết sức chặt chẽ Với sự tổ hợp khác nhau của 20 aminoaxit đã dẫn đến các loại protein khác nhau Các protein có chức năng sinh học giống nhau thường có cấu trúc bậc 1 khá giống... thể điều chỉnh pH để tách riêng các protein ra khỏi hỗn hợp của chúng Khi pH = pI các protein dễ dàng kết tụ lại với nhau làm cho protein kết tủa [1,3,6] 1.6.3 Tính chất dung dịch keo protein, sự kết tủa protein Khi hồ tan, protein tạo thành dung dịch keo Các phần tử keo có kích thước lớn, khơng đi qua màng bán thấm Người ta sử dụng tính chất này để tinh sạch protein khỏi các chất phân tử thấp bằng phương... 2.2.2.2 Xác định nitơ phi protein Để xác định N-phi protein cần dùng các dung mơi thích hợp để chiết rút tất cả các dạng N-phi protein (ví dụ dung mơi là etanol 70%) Tuy nhiên, trong dịch chiết vẫn còn lẫn một vài loại protein, vì vậy cần dùng chất kết tủa để tách phần protein hồ tan trong q trình chiết rút Kết tủa protein có thể tiến hành theo nhiều cách như: bằng etanol, axeton, các muối kim loại nặng,... keo protein là: - Sự tích điện cùng dấu của các phân tử protein ở (pH # pI) - Lớp vỏ hyđrat bao quanh phân tử protein Người ta thường dùng các muối vơ cơ như (NH4)2SO4 hay các dung mơi hữu cơ như axeton, etanol để tạo kết tủa protein nhưng phải tiến hành ở nhiệt độ thấp Các yếu tố gây biến tính khơng thuận nghịch thường được sử dụng để loại bỏ protein ra khỏi dung dịch: dùng nhiệt, các axit mạnh, các. .. phân bởi enzim thuỷ phân protein gọi là proteazơ Chúng có mặt ở tất cả các tế bào và mơ tế bào để thực hiện nhiệm vụ chủ yếu là phân giải protein 1.5.4 Cấu trúc khơng gian của protein Cấu trúc khơng gian của protein là tập hợp khơng gian của tất cả các ngun tử trong phân tử Người ta phân biệt 4 bậc cấu trúc của protein như sau: a Cấu trúc bậc 1 là trình tự sắp xếp các aminoaxit và vị trí liên kết đisunfua... amin và protein trong một số thực phẩm Như đã trình bày ở phần tổng quan, các aminoaxit và protein phản ứng với hỗn hợp thuốc thử Biure + Folin-Ciocalteux tạo hợp chất màu xanh và được đo THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN quang ở bước sóng 750 nm Phương pháp này đã được hồn thiện từ lâu, các điều kiện tối ưu đã được xác lập, vì vậy chúng tơi chọn phương pháp này để xác định hàm lượng của các aminoaxit và protein. .. % protein trong ngun liệu Mẫu trắng: Song song với mẫu thí nghiệm, làm ống đối chứng trong đó thay dung dịch protein bằng nước cất và tiếp tục làm như đối với mẫu thật 2.2 Dựng đường chuẩn xác định hàm lượng aminoaxit và protein Để xác định được hàm lượng của các aminoaxit và protein trong thực phẩm ta phải xây dựng đường chuẩn Dùng pipet lấy chính xác 1 ml các dung dịch casein chuẩn có nồng độ protein. .. độ 1 mgprotein/ml Pha dung dịch casein chuẩn có nồng độ protein là 50g/ml từ dung dịch casein chuẩn ở trên bằng cách dùng pipet hút chính xác 5ml dung dịch casein chuẩn 1 mg/ml cho vào bình định mức 100ml, thêm nước cất vào bình, lắc đều, sau đó định mức đến vạch bằng nước cất Bằng cách tương tự ta sẽ pha được các dung dịch casein chuẩn có nồng độ protein là 100, 150, 200, 300, 400, 500 gprotein/ml