Protein là gì?
Protein (Protit hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là axít amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein.
Cấu trúc của Protein
Axit amin – đơn phân tạo nên protein
Protein là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các axit amin. Axit amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20 axit amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. Các axit amin được liệt kê đầy đủ dưới bảng sau:
Các bậc cấu trúc của protein
Người ta phân biệt ra 4 bậc cấu trúc của protein:
- Cấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm carboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.
- Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, collagen… (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn.
- Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm -R của cysteine có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của proline cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử… Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu.
- Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hyđro.
Chức năng của protein
Sự biến tính của protein
Khái niệm sự biến tính:
Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học… hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng,… các cấu trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu. Đó là hiện tượng biến tính protein. Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau:
- Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bến trong phân tử protein
- Khả năng giữ nước giảm
- Mất hoạt tính sinh học ban đầu
- Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim proteaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của proteaza
- Tăng độ nhớt nội tại
- Mất khả năng kết tinh
Tính kỵ nước của protein:
- Do các gốc kỵ nước của các acid amin(aa) trong chuỗi polipectit của protein hướng ra ngoài các gốc này liên kết với nhau tạo liên kết kỵ nước.
- Độ kỵ nước có thể giải thích như sau: do các gốc aa có chứa các gốc R- không phân cực nên nó không có khả năng tác dụng với nước.
VD: chúng ta có các aa trong nhóm 7aa không phân cực :glysin, alanin, valin, pronin, methionin, lơxin, isoloxin chúng không tác dụng với nước.
Tính kỵ nước sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính tan của protein. VD: có 7aa liên kết peptit với nhau, trong đó có 3aa không phân cực( kỵ nước ) nếu như các aa này cùng nằm ở 1 đầu thì tính tan sẽ giảm so với khi các aa này đứng xen kẽ nhau trong liên kết đó
Tính chất của dung dịch keo:
Khi hoà tan protein thành dung dịch keo thì nó không đi qua màng bán thấm.
Hai yếu tố đảm bảo độ bền của dung dịch keo:
- Sự tích điện cùng dấu của các protein.
- Lớp vỏ hidrat bao quanh phân tử protein.
Có 2 dạng kết tủa: kết tủa thuận nghịch va không thuận nghịch:
- Kết tủa thuận nghịch: sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein vẫn có thể trở lại trạng thái dung dịch keo bền như ban đầu.
- Kết tủa không thuận nghịch: là sau khi chúng ta loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein không trở về trạng thái dung dịch keo bền vững như trước nữa.
Tính chất điện ly lưỡng tính:
Acid amin có tính chất lưỡng tính vì trong aa có chứa cả gốc axit(COO-) và gốc bazo(NH2-) suy ra protein cung có tính chất lưỡng tính.
Vai trò của protein đối với sự sống
Là chất nền tảng tạo nên sức sống của cơ thể:
Các cơ bắp, xương cốt và nội tạng cơ thể chủ yếu đều do protein tạo thành. Protein chính là thứ vật chất đã phát huy tác dụng quan trọng trong hoạt động của cơ thể, đồng thời còn đóng vai trò chất kích thích miễn dịch trong cơ thể, là thành phần cung cấp vitamin, vật chất miễn dịch và năng lượng cho cơ thể.
Cơ thể và thực phẩm đều do các axit amin khác nhau tạo nên. Con người cần đến trên 20 loại axit amin, trong đó có 8 loại không thể tự có trong cơ thể, rất cần hấp thụ từ các món ăn, đó là isoleucin, leucin, valin, methionin, phenibalanin, threonin, tryptophan và lysin. Để thoả mãn nhu cầu protein do các axit amin tạo ra, mỗi ngày cơ thể cần ăn những món ăn có dinh dưỡng khác nhau với một lượng vừa đủ.
Protein động vật và protein thực vật:
Có thể chia nguồn protein mà con người cần hấp thụ thành 2 loại lớn:
- Protein động vật: Loại thực phẩm có nhiều protein động vật nhất là thịt gà có 23,3g/100g. Các loại thuỷ hải sản có hàm lượng protein cao nhất, tiếp đến là các loại thịt, cá nước ngọt, sữa, trứng…
- Protein thực vật: Thực phẩm có nhiều protein nhất là đậu vàng, cứ 100g thì có 36,6g, tiếp đến là các loại đậu khác, vừng, ngũ cốc…
Phương pháp sử dụng protein:
- Thiếu protein tất sẽ dẫn đến thiếu dinh dưỡng, dễ mắc các bệnh phù thũng, loạn nhịp tim, mệt mỏi, thiếu máu, trẻ em chậm phát triển, đầu óc kém minh mẫn, ảnh hưởng đến kinh nguyệt, sức đề kháng kém, ăn không ngon, cơ bắp teo lại, khớp xương rã rời…
Tuy nhiên cũng không thể ăn quá nhiều chất protein trong thức ăn. Khi chất protein thay thế trong cơ thể sẽ sản sinh ra amin, nước tiểu chứa chất azote, trong đó amoniac là chất có hại, phải trải qua xử lí giải độc ở gan mới có thể từ thận bài tiết ra ngoài, ăn nhiều protein sẽ gây hại cho gan và thận.
Ăn nhiều protein tuy có thể tăng cường cơ bắp nhưng nếu không tập luyện thì chất protein dư thừa chuyển hoá thành chất béo ở dưới da, cơ thể sẽ trở nên béo.
