Chương 2 Protein

Trong dung dịch pH = 7, acid amin tồn tại chủ yếu dạng ion lưỡng cực Phân loại theo cấu tạo Nhóm1: Acid monoamino monocarboxylic có 7 acid amin mạch thẳng Glycin R=H, alanin R=CH3, val

−Protein của mỗi cá thể SV rất khác nhau về chủng loại, số lượng và sự phân bố tại các cơ quan

Động vật: protein chiếm 70 % ck, cơ / 16-23% ck; gan / 18-19% ck; tim / 16-18% ckThực vật: protein chiếm 5% ck; hạt / 10-13% ck; lá, thân / 1,2-3% ck; rễ có 0,5% ck

Nguồn Protein

Protein động vật: Thịt các gia súc, gia cầm, cá, tôm, trứng, sữa,…

Cua, cáy , tép, các động vật thân mềm Phế liệu lò mổ như tiết và xương

Protein thực vật: Hạt các loại đậu, đặc biệt là đậu nành

Bèo hoa dâu, tảo, nấm

Bảng thành phần protein một số loại thực phẩm

Trứng (gà, vịt, chim cút) 13 – 15

CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA PROTEIN

Thành phần nguyên tố

H : 6-7.5%

O : 21-24% một số protein còn chứa một lượng rất nhỏ các

C : 50-55% nguyên tố khác như P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca

N : 15-18%

S : 0 - 0.24%

Trong đó Nitơ là thành phần ổn định nhất (16%), người ta thường định lượng Nitơ rồi dựa

vào đó để tính hàm lượng protein: % protein = 100/16 * %N = 6,25 * %N

Công thức chung là: α β

Có hơn 100 loại acid amin khác nhau trong tự nhiên nhưng chỉ có 22 loại α -acid amin tham gia vào cấu trúc protein Tuy chỉ có 22 loại, nhưng sự khác nhau về thành phần và trình tự sẵp xếp của các acid amin đã dẫn đến sự đa dạng về cấu tạo của protein

Trong dung dịch pH = 7, acid amin tồn tại chủ yếu dạng ion lưỡng cực

Phân loại theo cấu tạo

Nhóm1: Acid monoamino monocarboxylic có 7 acid amin mạch thẳng

Glycin (R=H), alanin (R=CH3), valin (R=(CH3)2CH), leucin (R=(CH3)2CH2CH), Isoleucin (R=(CH3)(C2H5)CH), serin (R=(HO)CH2), threonin (R=(HO)(CH3)CH)

Nhóm 2: diamino monocarboxylic nhóm này có hai acid amin

Lysin (R=(NH2)(CH2)4), Arginin ((R=(NH2)(NH)C-NH(CH2)3)

Nhóm 3: acid monoamin dicarboxylic nhóm này có 2 acid amin

Aspatic (R=(COOH)CH2), Glutamic (R= (COOH)CH2CH2)

Nhóm : amid của acid amin dicarboxylic

Asparagin (R=(NH2)COCH2), Glutamin (R=(NH2)COCH2CH2)

Nhóm 5: acid amin chứa S có 3 acid amin

Cystein (R=(SH)CH2), cystin (R=(alanin)-S-S-(alanin)), methionin (R=CH3S(CH2)2)

Nhóm 6: acid amin dị vòng có 4 acid amin

Nhóm 7: các acid amin nhân thơm có 2 acid amin

Phenylalanin CH2 Tyrosin HO CH2

Phân loại theo tính chất dinh dưỡng

Acid amin thay thế: cơ thể có thể tổng hợp được từ các aa khác

Acid amin không thay thế: cơ thể không tự tổng hợp được, phải bổ sung đều đặn.

Val, Leu, Ileu, Met, Thr, Phe, Try, Lys, Arg, His

Tính chất của acid amin

Tính chất vật lý:

−Dạng tinh thể, màu trắng, bền ở nhiệt độ 20-250C

−Đa số các aa đều có vị ngọt, làm chất tạo vị (MSG, Asp, Lys)

−Tan khá tốt trong nước, mức độ tan có khác nhau, tan tốt nhất là prolin (162g/100mL),

tan kém nhất là cystein (0,011g/100mL)

−Đa số acid amin có vùng hấp thu tử ngoại 240-280 nm

−Trừ glycin, các aa khác đều có C bất đối nên đều có hai dạng đồng phân quang học,

dạng D và dạng L

−Protein chỉ chứa aa dạng L, động vật và thực vật cũng chỉ hấp thu được dạng L, dạng D

đôi khi còn có ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất

Tính chất hóa lý:

Tính điện ly lưỡng cực: vì aa có cả hai nhóm chức –COOH và –NH2 nên trong dung dịch nó tồn tại 2 dạng, dạng phân tử và dạng ion lưỡng cực

Mỗi aa sẽ tồn tại một pH ở đó phân tử aa sẽ trung hòa về điện, được gọi là điểm đẳng điện (pI), PA : pH tại đó phân tử acid amin bắt đầu tích điện (+)

PB : pH tại đó phân tử acid amin bắt đầu tích điện (-)

Glycin pA = 2,34 , pB = 9,60 pI = 5,67

Đa số aa trung tính có pI ở vùng pH acid amin yếu

pI (aspartic) = 2,77

pI (arginin) = 10,76

Tính chất hóa học

[1] Phản ứng với cả acid và base

[2] Tính bền với acid , base

 Acid-nhiệt độ cao (HCl6N, 100-1070C, 20-72g): đa số aa không bị phân hủy, 30% aa có S bị oxy hóa, try bị phân hủy hoàn toàn, không xảy ra hiện tượng racemic hóa

10- Kiềm (NaOH 4-8N, Ba(OH)2 14%, đun sôi, 18-29g) aa bị racemic hóa, mất giá trị dinh dưỡng của aa

[3] Phản ứng với formaldehyd:

Tính acid của acid mới mạnh hơn aa và có thể định phân bằng NaOH

[4] Phản ứng với ninhydrin:

 Tất cả aa tạo phức Ruheman màu xanh tím với ninhydrin

 Prolin và oxyprolin sẽ tạo hợp chất màu vàng và không giải phóng NH3

2

B

A pH pH

pI = +

C* HR

N

H2

COOH(L.a.acid)

RHCOOH

[5] Tạo phức với kim loại nặng:

aa có thể tác dụng với kim loại nặng , nhất là kim loại hóa trị II tạo ra muối nội phức (Pb, Hg, Cu,…) có màu đặc trưng

[6] Sự tạo thành ester:

aa có thể tác dụng với rượu tạo thành ester Ester của acid amin đều là những chất lỏng dễ bay hơi, có tính kiềm, dễ điều chế bằng cách cất ở trong chân không

D Các kiểu liên kết hóa học của acid amin :

Liên kết peptid:

Một trong những phản ứng quan trọng nhất của acid amin là sự tổng hợp các peptid, khi đó gốc –COOH của acid amin này sẽ kết hợp với gốc α-NH2 của acid amin khác, loại đi một phân tử nước Phương trình biểu diễn như sau:

liên kết peptid

Tương tự như vậy nếu có nhiều acid amin hơn

Những sản phẩm này được gọi chung là peptid Tùy theo số lượng acid amin có trong peptid người ta gọi tên như sau:

2 acid amin n = 2 dipeptid số liên kết peptid = 1

3 acid amin n = 3 tripeptid số liên kết peptid = 2

4 acid amin n = 4 tetrapeptid số liên kết peptid = 3

5 acid amin n = 5 pentapeptid số liên kết peptid = 4

n acid amin n polypeptid số liên kết peptid = n -1

Số lượng peptid trong cơ thể có hàng trăm hay hàng nghìn Hiện nay người ta đã phân lập và chiết xuất hơn 120 loại peptid Có thể đưa ra một vài loại như sau :

Glutation: là peptid nội bào phổ biến nhất, tham gia trong quá trình oxy hóa khử của tế bào Glutation tồn tại ở hai dạng:

Dạng oxihóa: 2 phân tử Glutation khử liên kết lại tạo ra cầu disulphua.

Ophatalmic: lòa peptid đối kháng với glutation, có tác dụng kìm hãm các phản ứng có glutation làm chất kích thích

Carnosin: peptid trong bắp thịt động vật, duy trì tính đệm của dịch cơ, xúc tiến phân giải glucid trong bắp thịt, tham gia vào việc trao đổi năng lượng

Oxytosin và Vasopresin : là peptid ở não, có tác dụng trong sự co cơ và điều chỉnh cân bằng nước ở thận

Liên kết peptid rất bền ( > 400kj/mol) , và là cơ sở tạo nên phân tử protein

Liên kết thứ cấp:

là các liên kết nối liền giữa các acid amin ở các vị trí khác nhau trong cùng một chuỗi polypeptid hay liên kết giữa các acid amin của các chuỗi khác nhau , được gọi là liên kết ngang

Liên kết ngang giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc không gian của phân tử protein

Các liên kết thứ cấp bao gồm:

Liên kết Hydro:

Là liên kết được tạo thành giữa O thừa điện (-) và nguyên tử H+

thừa điện (+) Liên kết này là liên kết yếu, không bền (8-12 kj/mol).Tuy vậy số lượng liên kết này rất lớn nên đó là một liên kết quan trọng trong việc hình thành cấu trúc không gian của protein

Liên kết di sulphua (cầu di sulphua)

–S-S-Đây là liên kết đồng hóa trị , rất bền vững (300 kj/mol)

Làm cho phân tử protein bị gấp khúc

liên kết ion ( liên kết muối)

còn gọi là liên kết tĩnh điện , tạo bởi các gốc phân cực, mang điện tích (+), (-) có trong phân tử protein : OH-, NH3+ , COO-, …

liên kết này khá bền (>160 kj/mol)

Liên kết lỵ nước (lực Valdervalse)

Giữa các nhóm kỵ nước cũng có thể có mối liên kết hóa học , liên kết này không bền 8.5 kj/mol) ( -CH3, -C2H5 , -C6H5 )

(4-Cấu trúc phân tử của Protein:

phân tử protein có 4 cấu trúc khác nhau

cấu trúc bậc I:

Đây là cấu trúc cơ sở, về bản chất đó là chuỗi polypeptid tạo thành do các acid amin liên kết với nhau bằng liên kết peptid Cấu trúc bậc I là cấu trúc mạch thẳng

Điểm cần nhớ là ở cấu trúc bậc I chỉ có một loại liên kết đó là liên kết peptid

+2H

Một chuỗi polypeptid luôn còn một đầu –COOH và một đầu –NH2 Theo qui ước ta sẽ viết gốc –COOH ở đầu bên phải, các gốc R1, R2 ,… Rn được phân bố hai bên mặt phẳng chứa các liên kết peptid.

Vì tất cả gốc R1, R2 ,… Rn đều ở mạch bên nên chiều dài của chuỗi protein không phụ thuộc tính chất của các acid amin mà phụ thuộc vào số lượng acid amin

Protein cấu trúc bậc I là bản dịch mã di truyền, được tổng hợp trong cơ thể sống từ những đoạn gen trong ADN tại Ribosome Protein đặc trưng riêng cho từng cá thể

-Phân tử protein được cấu tạo từ 22 acid amin , do đó lượng đồng phân rất lớn Tuy vậy số đồng phân trong thực tế ít hơn nhiều protein mạch ngắn nhất có từ 20-100 acid amin Đa số protein có 100-500 acid amin , có một số protein có tới cả ngàn gốc acid amin

Để nghiên cứu cấu trúc bậc I của protein người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp:

Phương pháp sắc ký, điện di : ta phải thủy phân toàn bộ protein thành các acid amin Phương pháp này cho biết thành phần protein

Phương pháp nhóm –NH2 tận cùng (cắt đứt từng acid amin từ đầu –NH2 ) , hay phương pháp nhóm –COOH tận cùng ( thủy phân từng acid amin từ đầu –COOH bằng các loại enzyme) Phương pháp này cho biết trật tự sắp xếp các acid amin

Cấu trúc bậc II:

Vì tất cả các acid amin tự nhiên đều bất đối nên một tính chất quan trọng của acid amin là khả năng quay tự do của chúng quanh mối liên kết của Cα , do đó làm mạch polypeptid có khuynh hướng hình thành cấu trúc xoắn

Cấu trúc xoắn này được ổn định nhờ vô số các liên kết hydro giữa gốc –C=O của acid amin này với gốc –N-H của acid amin thứ ba đứng sau nó Số lượng liên kết hydro rất lớn Do đó tuy là liên kết yếu nhưng vẫn giúp cho cấu trúc xoắn bền vững

Vậy với cấu trúc bậc II có hai loại liên kết : peptid và liên kết hydro

Có hai loại cấu trúc bậc II:

Cấu trúc xoắn ốc : xoắn α , αΠ ,γ ,…

Cấu trúc gấp nếp β , cấu trúc mặt cong β

Cấu trúc xoắn α :

Là xoắn được taọ bởi một chuỗi polypeptid có hình xoắn ốc giống như lò xo Mỗi vòng xoắn có 3.6 gốc acid amin (18 gốc tạo 5 vòng xoắn) Mỗi acid amin mhư một bậc thang cao 1.5 A0 ( 1 A0 = 10 -10 µm) Có thể có xoắn α phải và xoắn α trái ( cùng và ngược chiều kim đồng hồ)

Xoắn α rất bền vì nó được giữ chặt bởi số tối đa liên kết hydro, cứ mỗi nhóm -CO-NH- tạo được 2 liên kết hydro.

Xoắn α là cấu trúc phổ biến nhất ngoài ra còn có xoắn αΠ(4.4 acid amin / vòng) , xoắn γ (5.2 acid amin / vòng) hoặc xoắn 310 ( 3 acid amin / vòng) Các loại xoắn này ít gặp hơn

(2) Gấp nếp β :

Cấu trúc này do cấu trúc xoắn α tạo thành khi liên kết hydro bị phá vỡ( do nhiệt)

Cấu trúc β tạo ra từ nhiều mạch polypeptid Các mạch duỗi ra và tạo liên kết hydro giữa các nhóm của các chuỗi polypeptid khác nhau Cấu trúc này có dạng như một tờ giấy gấp nếp

Cấu trúc bậc hai là cấu trúc điển hình của các protein hình sợi : kerotin ( tóc ) , collagen ( da, xương )

C Cấu trúc bậc III:

Thực tế đa số protein lại có cấu trúc hình cầu

Chứng minh: kích thước đo được trên phân tử protein so với kích thước lý thuyết khác nhau

Lý thuyết: chiều daì vòng xoắn 900A0

Đường kính d = 15A0

Tỉ lệ trục lớn / trục nhỏ = 900 / 15 = 60

Thực tế: trục lớn / trục nhỏ = 4 Điều này chứng tỏ protein còn có cấu trúc dạng cầu

Điều này chứng tỏ các chuỗi xoắn lại tiếp tục gấp khúc tạo cấu trúc dạng cầu

Liên kết cầu disulphua, liên kết kỵ nước Valderval là những liên kết chủ yếu tạo ra cấu trúc bậc III dạng cầu Ngoài ra còn có các liên kết khác như liên kết ester, liên kết tĩnh điện, liên kết hydro

Phần lớn các protein có cấu trúc bậc III đều hòa tan trong nước Ở các protein này các gốc acid amin kỵ nước đều cuộn vào trong còn các gốc acid amin ưa nước thì phân bố đều đặn ở mặt cầu bên ngoài

có một số protein không tan trong nước , mà tan trong dung môi hữu cơ, ở các protein này sẽ có sự phân bố ngược lại Các gốc acid amin kỵ nước lại phân bố trên bề mặt cầu

D> Cấu trúc bậc IV:

Do trên bề mặt các hình cầu của cấu trúc bậc II có chứa các nhóm chức , nên giữa các hình cầu này có thể hình thành những liên kết ngang, kết hợp các cấu trúc bậc III lại thành một cấu trúc lớn hơn gọi là cấu trúc bậc IV

Các cấu trúc bậc III được gọi là monome, kết hợp lại thành cấu trúc bậc IV gọi là oligome Cấu trúc bậc IV lại cũng dễ phân ly thành các tiểu phần monome

Cấu trúc bậc IV hình thành do các liên kết ngang giữa các quả cấu trúc bậc III: đó là liên kết hydro, Van dervan, liên kết tĩnh điện , nhưng không có liên kết cầu disulfua

Một trong những cấu trúc bậc IV của protein được nghiên cứu kỹ là cấu trúc bậc IV của hemoglobin ( Hb)

Phân tử Hb được cấu tạo từ 4 tiểu đơn vị : 2 mạch α và 2 mạch β M= 64500 Trong phân tử có sự tham gia của 1 nguyên tử Fe

Hemoglobin đóng vai trò vận chuyển OØ trong máu và là sắc tố đỏ của máu

Còn một số protein có cấu trúc bậc IV khác như : insulin( 2 tiểu đơn vị), lactatdehydrogenaza ( 4 tiểu đơn vị), catalaza (4 tiểu đơn vị),pepsin, amilaza(2 tiểu đơn vị).Hoạt tính sinh học của protein thường chỉ thể hiện ở những cấu trúc bậc cao (III, IV) Tùy theo chức năng của protein mà tỉ lệ và các dạng cấu trúc cũng khác nhau Khi bị thay đổi cấu trúc không gian , lập tức chức năng sinh học bị ảnh hưởng Bất kỳ một biến đổi hóa lý nào ảnh hưởng đến cấu trúc không gian của protein sẽ làm protein mất chức năng sinh học Sự thống nhất giữa cấu trúc và chức năng giúp protein thực hiện được vai trò điều hòa các phản ứng sinh học bằng cách tự thay đổi cấu trúc không gian.

Phân loại Protein:

Do cấu trúc phức tạp và đa dạng nên sự phân loại protein thường gặp khó khăn Người ta thường dựa vào hình dạng , tính tan hoặc chức năng , thành phần hóa học để phân nhóm protein

Protein theo thành phần hóa học chia làm hai nhóm lớn : protein đơn giản và protein phức tạp Trong mỗi nhóm lại phân ra thành từng nhóm nhỏ

Protein đơn giản (homoprotein) : chỉ có acid amin trong thành phần cấu tạo: albumin, glubulin,prolamin, glutelin, protamin, histon

Protein phức tạp (heteroprotein):

cấu tạo gồm acid amin và các phần phi protein khác như glucid, lipid, người ta gọi các nhóm này là nhóm ngoại: nucleoprotein, mucoprotein, lipoprotein, phosphoprotein, metalo-protein, cromoprotein

Protein đơn giản :

Còn được gọi là homoprotein, là các protein chỉ chứa acid amin Dựa vào tính chất hòa tan

ta chia ra những nhóm nhỏ:

Không tan trong nước và dung dịch acid lõang

Tan trong dung dịch muối loãng NaCl – KCl 4 – 10%

MGlobulin = 100000 – 300000

Eudestin hạt bông, Glysin đậu nành, Archin đậu phộng, Globulin huyết thanh, Miozin của cơ

Prolamin:

Không tan trong nước và dung dịch muối lõang

Tan trong etanol 70 – 80%

Tan trong dung dịch kiềm loãng (0.2 – 2%)

M rất cao từ 50000 đến vài triệu danton

Có trong nội nhũ hạt: như glutelin lúa mì, orizenin lúa gạo (80% protein tổng)

Là protein kiềm, tính chất tương tự protamin

Có trong nhân tế bào

Có hai nhóm nhỏ:

glycoprotein: liên kết P-Glucid là liên kết đồng hóa trị

có trong mô liên kết, máu, hormon

Mucoid(muxin): liên kết P-Glucid là liên kết ion

Có trong nước miếng, quyết định độ nhớt của nước miếng, không bị thủy phân bởi proteaza

Lipoprotein:

Nhóm ngoại là lipid: triglycerid, phosphatid

Đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển lipid

Có trong huyết tương, màng tế bào, hạt diệp lục, óc, sữa,…

Phosphoprotein:

Nhóm ngoại là gốc acid phosphoric, liên kết với protein bằng liên kết ester với nhóm –

OH của Ser hay Thr

Giữ vai trò quan trọng trong việc trao đổi gốc photphat

Có casein sữa, vitelin của lòng đỏ trứng, vitelinin, photvitin trứng

Metalo-protein:

Nhóm ngoại là kim loại: Fe, Mg, Cu, Zn, Mn, Mo,…

Giữ nhiều chức năng :

Vận chuyển, dự trữ kim loại

Tham gia thành phần enzim xúc tác sinh học: catalaza, peroxydaza, itocrom(Fe), Ascorbat oxydaza, polyphenploxydaz (Cu),…

Đặc trưng là Hemoglobin: có nhóm ngoại là Fe

Cromo-protein:

Nhóm ngoại có màu, có thể bao gồm cả một số metalo-protein

Hemoglobin vừa có màu đỏ vừa chứa Fe.

Flavon màu vàng của nhóm ngoại Riboflavin

Rodopsin có màu vàng nhóm ngoại là tiền Vitamin A (Retinen)

Nhóm Metalo và Cromoprotein giữ vai trò quan trọng trong việc quang hợp, hô hấp, phản ứng oxyhóa khử

TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN:

Tính chất Vật lý:

Protein được cấu tạo chủ yếu từ các acid amin, do đó tính chất của protein có những điểm giống với tính chất của các acid amin , ví dụ phản ứng màu đặc trưng , hay tính điện ly lưỡng cực Tuy vậy protein cũng có những tính chất hòan toàn khác với acid amin

Hình dạng:

Có 3 loại: sợi, cầu và trung gian:

Sợi:

Tỉ lệ dài / rộng = hàng trăm, hàng nghìn

Thường là protein cấu trúc như keratin lông, tóc, fibroin của cơ, miozin của cơ

Thường không tan trong nước, bền với các tác nhân hóa học

Thường là do các sợi α , β sắp xếp quanh một trục liên kết với nhau bằng liên kết hydro, disulfua làm cho cấu trúc rất bền chặt

Cầu:

Tỉ lệ trục lớn / trục nhỏ = 4.5 ÷ 20 kích thước phân tử trung bình

Thường là protein chức năng : enzim, hormon,…

Dễ tan trong nước và dung dịch muối loãng, nhạy cảm với các phản ứng hóa học

Trung gian:

Cấu trúc sợi, không dài lắm

Tương đối dễ tan

Gồm fibroin (tơ), miofibrin (cơ)

B Kích thước trọng lượng phân tử

Một protein có kích thước trung bình có 100 – 500 acid amin

Khối lượng phân tử nằm trong khoảng 17000 – 68000 dalton (nhờ phương pháp ly tâm siêu tốc)

có một số protein có kích thước lớn hơn , do đó khối lượng phân tử cũng lớn hơn Protein của VR dài nhất, khối lượng phân tử lên đến hàng triệu dalton

Lactac dehydrogenaza

Catalaza Ureaza Miozin Virus

Phương pháp lọc gel dùng để xác định M của protein đặc biệt của E Do có hình dạng và phân tử lượng khác nhau, các protein được chiết ra khỏi cột gel sephadex có kích thước lỗ thích hợp bởi dung dịch KCN nồng độ thích hợp với tốc độ khác nhau Xác định thể tích chiết Vp của protein nghiên cứu , dùng đường chuẩn Vc _ M được xây dựng với các protein chuẩn đã biết trước khối lượng phân tử , ta suy ra M của protein nghiên cứu.

Tuy vậy tốc độ lắng hay tốc độ chiết còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Do đó tất cả các phương pháp nói trên chỉ cho giá trị tương đối Muốn có được kết quả chính xác hơn phải kết hợp đồng thời nhiều phương pháp

Các phương pháp khác :

Hóa học : xác định thành phần acid amin, từ M của acid amin suy ra M của protein

Vật lý :

Phương pháp thẩm thấu :

C: nồng độ dung dịch g / l

Π: áp suất thẩm thấu

R: hằng số khí

T: nhiệt độ tuyệt đối (T = t + 2730C)

Đo độ nhớt: mỗi dung dịch có nồng độ khác nhau sẽ có độ nhớt khác nhau

+ Để tăng tốc độ khuếch tán ta dùng máy khuấy và thay nước liên tục

Tính chất quang học:

Khuếch tán ánh sáng:

Đa số dung dịch protein rất trong suốt và đồng nhất Thật ra trong các dung dịch đó có chứa các hạt protein rất bé là nguyên nhân gây ra hiện tượng khuếch tán ánh sáng

Các hạt protein bé hơn ½ bước sóng ánh sáng tới nên không có hiện tượng phản xạ mà là hiện tượng khuếch tán ánh sáng

Nếu các hạt protein nhỏ đến mức chỉ khuếch tán được những ánh sáng có bước sóng ngắn (tím, lục) còn các ánh sáng có bước sóng dài (đỏ, vàng) đi vòng qua các hạt protein , khi đó có hiện tượng phát hùynh quang

Aùnh sáng tới có màu đỏ, trong ánh sáng phản chiếu lại có màu xanh Nếu tất cả tia tới đều

bị khuếch tán ta sẽ thấy hiện tượng vần đục

Khúc xạ ánh sáng:

Dung dịch protein có khả năng khúc xạ ánh sáng Chỉ số khúc xạ (chiết xuất) phụ thuộc nồng độ protein trong dung dịch và tăng tỉ lệ thuận với sự tăng lượng protein trong dung dịch

Chiết suất của dung dịch protein luôn lớn hơn chiết suất của nước

Hiệu số giữa chiết suất dung dịch 1% protein và chiết suất nước gọi là độ tăng chiết suất riêng Độ tăng chiết suất riêng không phụ thuộc lọai dung dịch protein, nồng độ muối, nhiệt độ của dung dịch do đó có thể đo hàm lượng protein bằng cách đo độ tăng chiết suất riêng của dung dịch

Hấp thu ánh sáng:

Π

=C RT M

dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng vùng tử ngọai Tuy vậy quang phổ hấp thu quan sát được không phải là tác dụng của tòan phân tử protein mà chỉ tác dụng của các acid amin có vòng thơm : phenylalanin, tyrosin, tryptophan Do đó dựa vào phổ hấp thu

ở vùng tử ngọai(280nm) mà ta biết được tổng lượng những acid amin đó trong protein (đây là nguyên tắc của bài thí nghiệm số 8)

dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngọai ở 2 vùng bước sóng khác nhau :

180 – 220nm và 250 – 300nm

180 – 220nm: là vùng hấp thụ của liên kết peptid trong phân tử protein, cực đại hấp thụ ở 290nm Do liên kết peptid có nhiều nên độ hấp thụ cao, do đó có thể định lượng protein ở nồng độ thấp

Nếu trong dung dịch protein có lẫn một số tạp chất thì vùng hấp thụ này sẽ dịch về phía phải Mặt khác có một số tạp chất cũng hấp thụ ánh sáng ở 180 – 220nm Thực tế thường

đo từ 220 – 240nm

250 – 300nm: đây là vùng hấp thụ acid amin thơm (his, try, tyr) cực đại hấp thụ là 280nm

Ơû bước sóng này Try có độ hấp thụ lớn nhất, rồi đến Tyr Dùng phương pháp đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 280nm để định tính và định lượng các protein có chứa acid amin thơm Kết quả tính tóan còn phụ thuộc nhiều yếu tố như những tạp chất, các loại acid amin trong những protein khác nhau, …Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng để định lượng protein đã tinh sạch hoặc để xác định protein sau khi qua cột sắc ký

Protein cũng có khả năng hấp thu các tia trong vùng hồng ngoại Nguyên nhân là do sự có mặt của nhóm CO và NH trong mối liên kết peptid

Vì nước cũng có tính chất hấp thu ánh sáng vùng hồng ngoại nên không nghiên cứu dung dịch protein + nước trong vùng hồng ngoại, mà phải loại nước, tiến hành nghiên cứu trên những màng protein khô

Tính chất Hóa lý:

Nói đến tính chất hóa lý là nói đến tính năng công nghệ Đây là tính chất quan trọng nhất của protein vì nó quyết định tính năng công nghệ của protein

tính năng công nghệ: là tập hợp tất cả những tính chất hóa lý của protein gây ra những biến đổi trong quá trình chế biến và bảo quản

Trong thực tế, dung dịch protein là dung dịch keo và tồn tại 3 kiểu tương tác: protein –nước; protein -protein ; các tương tác bề mặt Các kiểu tương tác này tạo ra tính chất hóa lý của protein :

protein –nước: tính hydrat hóa, tính tan, độ nhớt, tính khuếch tán

protein -protein : tính kết tủa Tạo sợi, tạo gel

protein –chất kỵ nước (tương tác bề mặt): tính hoạt động bề mặt, tạo bọt, tạo nhũ, hấp phụ,

…

Tính hydrat hóa :

Là khả năng kết hợp với nước

Nhờ các nhóm ái nước có trên bề mặt phân tử protein (-COOH, NH2 , -OH,…) mà protein có khả năng hydrat hóa rất cao, có khả năng kết hợp với 1 lượng lớn các phân tử nước lưỡng cực Lượng nước ở dạng hydrat trong cơ thể sinh vật có thể chiếm 20 – 50%

Khả năng liên kết nước của các nhóm ái nước không giống nhau Và cơ chế kết hợp nước của protein cũng conø là vấn đề đang bàn cãi Bằng phương pháp phân tích Rơnghen, một số tác giả giả thiết rằng nước kết hợp rất chặt với protein bởi các nhóm có cực, bằng lực

hút tĩnh điện, tạo ra xung quanh phân tử protein một màmg hydrat dày 3 A0, giúp phân tử protein bền vững trong dung dịch

Thường ta sử dụng dạng protein đã hydrat hóa nên tính chất này là rất quan trọng

Khi kết hợp với nước, phân tử protein sẽ trương nở Khả năng ngậm nước và trương nở rất lớn Protein biến tính sẽ giữ nước nhiều hơn protein tự nhiên

Nước hydrat hóa không bị đóng băng ngay cả ở nhiệt độ lạnh sâu (-1000C)

Tính hòa tan – tạo tủa:

Tính hòa tan và tính hydrat hóa là 2 tính chất hoàn toàn khác nhau Các protein có tính hòa tan tốt thì tính hydrat hóa không cao và ngược lại có protein có khả năng hydrat hóa rất cao nhưng lại không hòa tan tốt

Tính hydrat: là khả năng ngậm nước và trương nở

Thí dụ: collagen, trương nở rất tốt, ngậm nước rất tốt(300 – 500%) nhưng lại không có khả năng hòa tan

Tính hòa tan: là sau khi bị hydrat hóa, sẽ phân tán trong dung môi thành dung dịch

protein nào dễ tan thì rõ ràng tính hydrat hóa không cao, vì khi vừa hydrat hóa xong là sẽ phân tán ngay đưa về trạng thái hòa tan (albumin lòng trắng trứng)

Protein tan trong nhiều dung môi khác nhau (đã đề cập ở phần phân loại protein ) : nước, muối lõang, kiềm, rượu,…

Cơ chế của tính tan:

Tương tự như hydrat hóa trên bề mặt phân tử protein có các gốc tích điện (+) , (-) , những nhóm háo nước, tạo ra một lớp vỏ nước làm các phân tử protein trượt khỏi nhau và phân tán trong dung môi (có nghĩa là hòa tan)

-Thường thì các nhóm kỵ nước sẽ tập trung bên trong, nếu vì lý do nào đó các nhóm này lộ

ra ngoài thì sẽ làm phá vỡ lớp vỏ hydrat, làm tính hòa tan protein bị ảnh hưởng

-tính chất hòa tan protein phụ thuộc nhiều yếu tố: pH, nhiệt độ, dung môi,…

pH:

-tính hòa tan chịu ảnh hưởng của pH theo giản đồ sau:

tương tự acid amin, protein chứa nhiều gốc acid amin nên cũng tích điện Nếu có nhiều acid amin (-) thì tích điện (-), nếu có nhiều acid amin (+) thì tích điện dương Khi ta thay đổi pH của dung dịch thì sự tích điện sẽ thay đổi làm ảnh hưởng đến tính tan của protein Tại pI: gọi là pH đẳng điện, là pH tại đó tính tan của protein thấp nhất Tại đó các phân tử trung hòa về điện, không có lực đẩy giữa các phân tử protein nên chúng dễ dàng kết dính (hình thành các liên kết ngang), tạo ra những khối phân tử lớn, lắng xuống thành kết tủa.Tại các pH khác pI , khi đó các phân tử protein tích điện cùng dấu, xuất hiện lực đẩy giữa các phân tử Do đó các phân tử protein phân tán đều trong dung dịch và không bị kết tủa, tính tan tăng

Ở pH bazơ, OH- nhóm NH3+ bị trung hòa COO- (-)

Người ta lợi dụng tính chất này trong quá trình thu nhận protein , enzyme trong dung dịch , hoặc trích ly một loại protein nào đó ra khỏi hỗn hợp.

(*) (*)

Quá trình (*) phải được thực hiện nhanh, ở nhiệt độ thấp nếu không sẽ đưa đến trạng thái biến tính thuận nghịch

+ đưa pH khác pI : trích ly protein ra khỏi hỗn hợp

Thí dụ protein đậu nành có pI = 4,6 (acid amin (-) > acid amin (+) )

Muốn làm sữa đậu nành thì phải làm sao cho protein hòa tan đưa về pH kiềm độ hòa tan tăng trích ly thành sữa đậu nành

Muốn làm đậu hũ thì phải ngược lại, tức là phải đưa về pI để protein đông tụ lại

Sản xuất bột soyaprotein có 2 loại: concentrate và Isolate

Bột concentrate: 65%protein , chỉ qua 1 công đọan tách protein

Bột Isolate: 90%protein , phải qua 2 công đọan tách protein

Concentrate Isolate

Tách béo bằng hexan

Đưa về pI= 4.6

Lọc lấy kết tủa

Đưa về pI= 4.6

Lọc kết tủa

Bột Isolate Sấy

*nhiệt độ:

Nhiệt độ là tác nhân nhạy cảm nhất Mỗi protein đều có 1 nhiệt độ giới hạn Nếu t0 < t0

tới hạn thì khi nhệt độ tăng , tính tan của protein cũng tăng Nhưng nếu gia tăng t0 > t0

tới hạn thì tính chất này mất đi

+Protein là những phân tử có cấu trúc bậc cao được ổn định bởi các liên kết ngang và liên kết thứ cấp Khi nhiệt độ tăng cao, nhiệt lượng sẽ làm bẻ gãy các liên kết ngang trong phân tử protein Protein sẽ bị biến tính và tủa xuống

+Ta cần lưu ý trong việc bảo quản, nên giữ nhiệt độ thấp để protein không bị mất tính chất hòa tan

*Tính điện môi của dung môi:

Tính tan của protein còn phụ thuộc vào bản chất của dung môi

Khi thêm chất làm tăng hằng số điện môi (glicin) sẽ làm protein tan nhiều hơn Khi thêm chất làm giảm hằng số điện môi (rượu, aceton,…) thì tính tan của protein giảm

Các dung môi hữu cơ như aceton, etanol, butylic,…dễ tan trong nước Khi cho vào dung dịch protein , chúng sẽ cạng tranh nước với protein (do hình thành sự tương tác với nước) Lúc đó protein bị mất lớp màng hydrat, tính tan giảm

Quá trình này cũng có thuận nghịch và không thuận nghịch

+ Nếu tiến hành nhanh ở nhiệt độ thấp, khi tủa protein xong ta tách tủa ra khỏi dung dịch , hòa tan lại vào nước sạch, protein sẽ khôi phục lại trạng thái ban đầu : thuận nghịch

+ Nếu xử lý dung môi ở nhiệt độ cao, thời gian dài, thì sự kết tủa protein sẽ không thuận nghịch Người ta sử dụng tính chất này để trích ly và làm sạch protein từ dung dịch

thí dụ: sản xuất bromelin từ cồi thơm

*Nồng độ muối trung tính:

sự phụ thuộc tính tan với nồng độ muối cũng được biểu diễn ở dạng đồ thị

Ta thấy ở đây có một điểm cực đại, tại nồng độ muối NaCl khỏang 0.5M

Nếu nồng độ muối thấp, độ tan của protein tăng lên rất nhiều Thậm chí một số protein khó tan cũng trở nên tan dễ dàng

Hiện tượng này gọi là “salting in”

Muối có hóa trị II có tác dụng tốt hơn muối hóa trị I : NH4SO4, MgCl2 > NH4Cl, NaCl, KCl,

…

Nguyên nhân hiện tượng này là các muối nồng độ loãng phân ly trong dung dịch thành các ion, các ion này trung hòa bớt các điện tích trái dấu của protein , giảm lực hút giữa các phân tử protein, tăng tính tan

Sự hòa tan này tỉ lệ với lực ion (do sự phân ly các phân tử muối)