Các acid amin ngoài việc tồn tại ở dạng tự do còn kết hợp với nhau thông qua liên kết peptide. Tùy thuộc vào số lượng các acid amin trong mạch peptide mà có các dạng khác nhau (di, tri, teTra, oligopeptide). Khi số lượng acid amin trong chuỗi peptide lớn hơn 10 thì được gọi là polypeptide. Protein được tạo thành khi số acid amin trong mạch polypeptide đạt khoảng 100 đến trên 900, với khối lượng phân tử từ 10 đến trên 100 kDa.
Về phân loại, protein có thể được phân loại dựa vào tính đồng thể (homoprotein và heteroprotein) hay dựa vào chức năng của chúng trong các bộ phận, các cơ quan sinh học (protein cấu trúc, protein chức năng và protein dự trữ). Enzyme là những protein chức năng. Bên cạnh các protein chỉ có các acid amin trong thành phần (protein đơn giản), còn có một số loại protein phức tạp khác như: Phosphoprotein, chứa các gốc ester với phosphoric acid (như casein, phosvitin của lòng đỏ trứng), glycoprotein, chứa một hoặc nhiều
Ngành Công nghệ thực phẩm 13 Khoa Nông nghiệp
monosaccharide hoặc oligosaccharide trong thành phần như một số protein trong lòng đỏ và lòng trắng trứng, collagen của các mô liên kết, serum ở một số loài cá (Hoàng Kim Anh, 2007).
Về cấu trúc không gian, protein được phân thành 4 loại (Hình 2.2) như sau:
- Cấu trúc bậc một: Cấu trúc bậc một của protein được hiểu là số lượng và trình tự các acid amin trong mạch polypeptide. Các mạch này có hai đầu C-terminal (-COOH) và N-terminal (-NH2), trong đó gốc amin luôn ở bên trái.
- Cấu trúc bậc hai: Cấu trúc bậc hai của protein là sự sắp xếp không gian tương ứng với mạch polypeptide. Các cấu trúc bậc hai đã biết chủ yếu của protein là cấu trúc xoắn α và cấu trúc tấm xếp gấp β-sheet. Khả năng tạo cấu trúc xoắn, cấu trúc tấm xếp gấp hoặc không tạo cấu trúc này phụ thuộc vào loại acid amin. Do đó, có thể dự đoán cấu trúc không gian cho một chuỗi polypeptide khi đã biết trình tự các acid amin. Ngoài ra, nhiều cấu trúc xoắn α và cấu trúc tấm xếp gấp β-sheet có thể kết hợp lại với nhau để tạo thành siêu cấu trúc bậc hai, như trường hợp các cuộn xoắn nhỏ nằm trong một đoạn xoắn lớn hay trường hợp cấu trúc tấm nối tiếp cấu trúc xoắn …
- Cấu trúc bậc ba: Cấu trúc bậc ba của protein tương ứng với sự sắp xếp không gian ba chiều của mạch polypeptide có cấu trúc bậc hai ở các đoạn khác nhau. Hai dạng cấu trúc chính bậc ba gồm cấu trúc dạng sợi và cấu trúc dạng hình cầu. Các liên kết trong cấu trúc bậc ba của protein chủ yếu là liên kết hydro và liên kết kỵ nước (hydrophobe). Tuy nhiên, cũng tồn tại cả liên kết tĩnh điện và liên kết disulfide.
Ngành Công nghệ thực phẩm 14 Khoa Nông nghiệp
Hình 2 2: Cấu trúc protein từ bậc 1 tới bậc 4 (Nguồn: Kenneth, 2011)
Về biến tính protein, biến tính là hiện tượng thay đổi thuận nghịch hoặc không thuận nghịch cấu trúc không gian ban đầu của protein nhưng không làm biến đổi các liên kết hóa trị trong phân tử (trừ liên kết disulfide). Các liên kết bị phá vỡ có thể là các cầu hydro, liên kết kỵ nước hoặc liên kết ion. Khi protein bị biến tính, các tính chất của chúng cũng bị thay đổi. Hiện tượng biến tính xảy ra khi có mặt tác nhân gây biến tính và phục hồi lại (một phần hay hoàn toàn) các tính chất của protein khi loại bỏ các tác nhân này được gọi là sự biến tính thuận nghịch. Ngược lại, biến tính không thuận nghịch không có khả năng phục hồi lại các tính chất ban đầu và thường xảy ra khi các cầu disulfide bị phá vỡ.
Khi các protein bị biến tính, chúng dễ bị thủy phân bởi các protease hơn khi ở dạng chưa biến tính, còn các protein có hoạt tính sinh học như các enzyme thì thường sẽ bị mất hoạt tính (Hoàng Kim Anh, 2007).
Các tác nhân gây biến tính protein có thể gồm những loại sau:
- Đun nóng: Đun nóng ở nhiệt độ cao sẽ dẫn đến sự phá vỡ các liên kết hydro, làm cấu trúc bậc hai, ba và bốn của protein bị thay đổi. Hệ quả là các tính chất lý hóa học và hoạt tính sinh học đặc hiệu cũng bị thay đổi.
- Làm lạnh: Vài enzyme bền ở nhiệt độ phòng nhưng trở nên kém bền ở 0oC như L-threonine deaminase. Một số protein cũng sẽ bị biến đổi khi ở nhiệt độ thấp hoặc ở nhiệt độ đóng băng.
Ngành Công nghệ thực phẩm 15 Khoa Nông nghiệp
- Áp suất: Xử lý áp suất cao có thể dẫn đến sự phá vỡ cấu trúc bậc bốn của protein tạo thành các tiểu đơn vị ở áp suất từ 1.000-2.000 bar. Các protein cấu tạo từ một sợi polypeptide sẽ bị mất một phần cấu trúc bậc ba ở áp suất trên 3.000 bar có thể là do làm yếu tương tác kỵ nước và phá vỡ các cầu muối.
- Tác nhân hóa học: Ở pH cực trị, khả năng tích điện của protein bị ảnh hưởng dẫn đến sự giãn mạch. Urea và guanidine thì tác dụng lên liên kết hydro và tương tác kỵ nước. Còn các chất tẩy rửa tổng hợp sẽ phá vỡ tương tác kỵ nước và làm tăng xu hướng tháo cuộn. Bên cạnh đó, các chất khử (β-mecapto ethanol) phá vỡ liên kết cầu disulfide.
Sự biến tính protein thường không thuận nghịch trừ trường hợp tác nhân gây biến tính nhẹ hoặc đối với protein có phân tử lượng thấp (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2009).