Nhập môn hóa sinh

Chương I MỞ ĐẦU I TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1] Hóa sinh công nghiệp – Lê Ngọc Tú tập thể tác giả NXB ĐH & THCN, Hà Nội, 1977 [2] Hóa sinh học – Phạm Quốc Thăng ĐHBK Hà Nội, 1994 [3] Hóa sinh học – Phạm Trân Châu NXB Giáo Dục, 1997 [4] Hóa học thực phẩm – Lê Ngọc Tú tập thể tác giả NXB KH & KT, Hà Nội, 1994 [5] Giáo trình sinh hóa – Đồng Thò Thanh Thu Tủ sách ĐH KHTN, 1999 [6] Giáo trình sinh hóa đại – Nguyễn Tiến Thắng, Nguyễn Đình Huyên NXB Giáo Dục, 1998 [7] II CHƯƠNG TRÌNH HỌC HÓA SINH CÔNG NGHIỆP : Chương : Mở đầu Chương : Protein Chương : Enzym Chương : Glucid Chương : Lipid Chương : Vitamin Chương : Màu TP Chương : Mùi TP III KHÁI NIỆM CHUNG : Đònh nghóa hóa sinh học : Từ ban đầu, có ba ngành khoa học lớn là: hóa học, vật lý sinh học - Hóa học: nghiên cứu thành phần hóa học phản ứng xảy vật chất, vô lẫn hữu - Vật lý: nghiên cứu tượng học xảy đònh luật chi phối chúng Sinh học: nghiên cứu sống sinh vật sống Ba môn học phân bố thành ba góc tam giác Sinh học Hóa sinh Sinh lý Hóa học Vật lý Hóa lý - Sự phát triển phối hợp ngành khoa học làm phát sinh tất yếu thêm ba ngành khoa học trung gian Đó là: hóa lý , sinh lý sinh hóa ( hay hóa sinh) - Sinh hóa ngành khoa học trẻ so với ngành khoa học khác Nhưng năm gần , sinh hóa ngành đà phát triển Nó xâm nhập có ứng dụng cách thiết thực hiệu nhiều lónh vực khác y dược, thú y, nông lâm , công nghệ thực phẩm , sinh vật học…  Đònh nghóa: Hóa sinh học hóa học chất sống sống Nó nghiên cứu thành phần , cấu tạo hóa học tính chất chất sống đồng thời nghiên cứu vận động chất sống trình sống • Chất sống: sở tế bào , có cấu tạo hóa học chất khác, lại phát triển, sinh sôi nảy nở Tập hợp tế bào tạo vi sinh vật, thực vật, động vật Con người thể sống bậc cao • Quá trình sống: trình trao đổi chất Cơ thể sống hấp thu chất dinh dưỡng từ bên Trong thể sinh vật có chuyển hóa chất dinh dưỡng để phát triển thải môi trường sản phẩm thừa trình chuyển hóa Thí dụ: - hít O2 thải CO2 : người , động vật - hít CO2 thải O2 : thực vật Đối tượng Hóa sinh học : Đối tượng Hóa sinh học sinh vật sống - Hóa sinh động vật - Hóa sinh thực vật - Hóa sinh vi sinh vật Trên đối tượng ta nghiên cứu hai phần: Tónh hóa sinh : nghiên cứu thành phần cấu tạo chất sống Động hóa sinh: nghiên cứu vận động trình xảy thể sống ( trình trao đổi chất ) Hóa sinh công nghiệp : Là ứng dụng Hóa sinh học vào trình chế biến sản phẩm có nguồn gốc sinh vật Đặc biệt lónh vực thực phẩm Nhờ Hóa sinh phát nguồn nguyên liệu , tìm nguyên tắc bảo quản nguyên liệu thành phẩm cách tối ưu đề qui trình công nghệ sản xuất Thí dụ: (1) Trước , thành phần protein thực phẩm phải bổ sung thòt, cá, hóa sinh học chứng minh đậu nành hàm lượng protein cao đậu nành trở thành nguyên liệu cung cấp protein giảm giá thành sản phẩm Đặc biệt đậu nành cần thiết sản phẩm thực phẩm chay (2) Trong việc bảo quản nguyên liệu sản phẩm thực phẩm ứng dụng hóa sinh biểu rõ Bảo quản lương thực kho, ta biết hạt sau thu hoạch tiếp tục hô hấp, thải CO2 , H2O tỏa nhiệt lượng , nên đống hạt muốn bảo quản tốt phải đảo trộn thường xuyên thông gió để hạt khỏi bò thối mọc mầm Sản phẩm thực phẩm thường hư bò oxy hóa, ta biết vitamin C chất dễ bò oxy hóa, nên cho vào sản phẩm thực phẩm , bò oxy hóa trước, sản phẩm thực phẩm bảo vệ, (3) Qui trình sản xuất nước ép trái Trong trái có pectin làm dòch nhớt, ép xong khó lọc thu lấy nước quả, hiệu suất Ta biết có enzym pectinaza thủy phân pectin thành mạch ngắn ta thêm enzim vào dòch trước lọc , pectin bò phân cắt , độ nhớt giảm, dễ lọc , hiệu suất thu hồi cao (4) Qui trình làm nước mắm Đây trình thủy phân protein cá thành acid amin Qui trình cũ lợi dụng enzym vi sinh vật có sẵn cá để lên men Nhưng hóa sinh cho biết , phản ứng lên men phản ứng enzym xúc tác nên rút ngắn thời gian lên men cách cho enzym dạng chế phẩm , thời gian giảm xuống từ 1/4 - 1/3 thời gian lên men kiểu cũ IV THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT : Thành phần nguyên tố : Cũng giống chất khác, thể sống cấu tạo từ nguyên tố Tuy thể sống có mặt khoảng 30 số 100 nguyên tố mà người ta biết Phân tử lượng 30 nguyên tố đa số nhỏ, nguyên tố chủ yếu C, H, O, N, khác với nguyên tố chủ yếu vỏ đất O , Si, Al, Fe Phân bố nguyên tố không giống - Các nguyên tố đa lượng : - Nguyên tố vi lượng : - Nguyên tố siêu vi lượng: hàm lượng lớn 10-5 C, H, O, N, S, P ,Cl, Ca, Na, K, Mg, Fe, Zn Các nguyên tố chiếm khoảng 99% trọng lượng thể vi sinh vật hàm lượng khoảng 10-8 - 10-5 Cu, Co, Mo, B, F, Cr, I, Mn, Al, Si, Sn, Ni hàm lượng nhỏ 10-8 Hg, Au, U, Ra, Se, Vd Các nguyên tố vi lượng siêu vi lượng chiếm khoảng 1% lại thể sống Cơ thể cần thiết phải có nguyên tố Tuy phải với hàm lượng đó, không lại có hại, thí dụ Hg, Se, Ra, U, hàm lượng tăng cao gây nhiễm độc cho thể Hg làm khả sinh sản, đồng vò phóng xạ U, Ra tạo biến dò không mong muốn sinh quái thai tạo chứng bệnh nan y ung thư, Thành phần hóa học chất sống: Trong thể sống thành phần chủ yếu nước - Nước: chiếm 60 - 80 % trọng lượng thể, thành phần quan trọng thể sống ( trình bày phần riêng) Chất khô : chiếm 20 – 40% trọng lượng thể Chất khô bao gồm tất chất khác nước Đó chất hữu cơ, vô cơ, nguyên tố vi lượng, siêu vi lượng - + Nguyên tố vi lượng, siêu vi lượng : nói + Hợp chất vô : Chiếm – 6% chất khô, thường dạng muối muối Ca , Na, K , Cl - , PO43-, dạng acid HCl (ở dày) Mặc dù chiếm hàm lượng nhỏ hợp chất vô có vai trò quan trọng hoạt động sống sinh vật Chúng có hai chức chính: (1) Chức cấu trúc chất sống (2) Chức điều hòa hoạt động sống Thí dụ: (1) Canxi , photpho: tạo khung xương Tỷ lệ Ca/P phải cố đònh, tăng giảm Khi thiếu Ca dẫn đến cấu trúc xương không vững chắc, dễ gãy, đau nhức xương Khi dư Ca lại dẫn đến xương bò dòn, dễ gãy , thể không chuyển hóa hết Ca đọng lại thành gai cột sống gây bệnh gai cột sống Fluor : tạo ngà , men Thiếu fluor lớp ngà, men bò mỏng đi, vi sinh vật gây sâu dễ xâm nhập tường thành bảo vệ gây sâu (2) Zn: có ảnh hưởng đến hormon Insulin( thiếu Insulin gây bệnh bướu cổ) Cu: tham gia vào thành phần enzym oxy hóa Duy trì cân acid/baz mô tế bào, dòch bào, tạo áp suất thẩm thấu cần thiết để tiến hành chuyển hóa + Hợp chất hữu cơ: Đây thành phần chất khô, gồm : protein, lipid, glucid, enzym, vitamin, , hormon…Sự phân bố chất khác động vật thực vật Hợp chất hữu Protein Glucid Lipid Acid nucleic Động vật 70% < 5% 10% 15% Thực vật < 5% 50 - 70% ≤ 25% 10% V NƯỚC VÀ VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG CƠ THỂ : Vai trò nước thể : Có vai trò, chức nước: 1) Tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào : Nước liên kết với chất keo ( polime sinh học) tạo dạng hydrat hóa tạo nên dung dòch keo Dòch keo thành phần tế bào 2) Dung môi: Nùc dung môi hòa tan chất thể chất thể dễ hòa tan vào nước môi trường để xảy phản ứng hóa học 3) Tham gia vào phản ứng hóa học thể : Có nhiều phản ứng sinh học cần đến nước chất tham gia phản ứng : phản ứng thủy phân , phản ứng hydrat hóa , phản ứng oxy hóa khử sinh học 4) Vận chuyển: Nhờ tính chất dễ hòa tan nước chất , nước đóng vai trò vận chuyển chất đến quan cần thiết 5) Ổn đònh nhiệt: Nước giữ nhiệm vụ điều hòa thân nhiệt ổn đònh nhiệt cho thể Thân nhiệt loài sinh vật có khác chút lúc phải không thay đổi Thân nhiệt người 37 0C Nước nhờ khả dễ bay nên có khả giảm nhiệt độ cho thể 6) Ổn đònh pH: Do tính điện ly yếu, nước giữ vai trò chất đệm ổn đònh pH pH trung bình 7) Bảo vệ: Có hai công việc : + Bảo vệ tế bào , mô , quan , khớp xương nhờ phần đệm nước gian bào , dòch bào tế bào có tác dụng tránh va chạm học + Qua trao đổi mà thể đào thải chất dư thừa, cặn bã , chất độc vi sinh vật có hại khỏi thể Mọi biểu đặc trưng cho sống rối loạn lượng nước tế bào giảm tới mức đònh , dẫn đến chết lượng nước 12 % so vơí trọng lượng thể Đã có thí nghiệm cho thấy người khỏe mạnh nhòn ăn đến 40 ngày uống nước , không uống nước chưa tới 10 ngày chết Thiếu nước nguy hiểm đến tính mạng thiếu ăn Hoạt tính nước : (aw : water activity) Mỗi chất lỏng có áp suất bão hòa , nước dung dòch nước Tuy nhiên áp suất dung môi nguyên chất (nước ) khác với áp suất dung dòch có tương tác phân tử dung môi với phân tử chất hòa tan nên khả bay nước Trong loại thực phẩm , có lượng nước đònh có áp suất nước Ta gọi P0 : áp suất dung môi nước nguyên chất P : áp suất nước dung dòch n : số phân tử gam chất hòa tan N : số phân tử gam dung môi Biểu thức Raoult để tính hoạt tính nước : n N +n P0 − P ∆P n = = P0 P0 N +n P0 − P = P0 × 1− P n = P0 N + n P n = 1− P0 N +n P N = P0 N + n Trên công thức tính hoạt tính nước Hoạt tính nước tỉ số áp suất dung dòch dung môi Trong thực tế P < P0 nên aw < Dựa vào công thức tính hoạt tính nước ta có nhận xét : hoạt tính nước độ ẩm liên quan tỉ lệ với độ ẩm Độ ẩm : (kí hiệu W) hàm lượng nước có thực phẩm Đơn vò tính : % nùc toàn khối lïng sản phẩm thực phẩm Hoạt tính nước : kí hiệu aw , đơn vò tính Hoạt tính nước liên hệ với độ ẩm sau: aw= W%