Chương 2 Protein

Định nghĩa Protein những đại phân tử sinh học,  chứa nitơ,  được cấu tạo từ các acid amin,  có trọng lượng phân tử lớn hơn 5000 danton,  bị kết tủa hoàn toàn bởi acid tricloacetic

HÓA SINH THỰC PHẨM

CHƯƠNG 2

PROTEIN

Định nghĩa Protein

 những đại phân tử sinh học,

 chứa nitơ,

 được cấu tạo từ các acid amin,

 có trọng lượng phân tử lớn hơn 5000 danton,

 bị kết tủa hoàn toàn bởi acid tricloacetic 10% (TCA)

Nguồn Protein

Động vật: Lượng protein chiếm 70 % chất khô,

Thịt các gia súc, gia cầm, cá, tôm, trứng, sữa, Cua, cáy, tép, các động vật thân mềm,

Phế thải lò mổ: tiết và xương.

Thực vật: Hạt các loại đậu, đặc biệt là đậu nành (25 -35%)

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PROTEIN

Nguyên liệu Protein Nguyên liệu Protein

Hàm lượng protein trong một số nguyên liệu động vật và thực vật

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PROTEIN

Thành phần nguyên tố

Các nguyên tố khác: P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PROTEIN

 22 loại α - acid amin / 100 loại acid amin

 Tồn tại chủ yếu dạng ion lưỡng cực trong dung dịch pH = 7

 Acid amin là dẫn xuất của acid carboxylic trong đó hydro

được thay thế bằng nhóm amin ở vị trí α hay β

 Các acid amin chỉ khác nhau gốc R

ACID AMIN Định nghĩa

Phân loại theo cấu tạo ACID AMIN

1 Monoamino monocarboxylic 7 Glycin

Alanin Valin Leucin Isoleucin Serin Threonin

H

CH3(CH3)2CH (CH3)2CH2CH (CH3)(C2H5)CH (HO)CH2(HO)(CH­3)CH

2 Diamino monocarboxylic 2 Lysin

Arginin

(NH2)(CH2)4(NH2)(NH)C-NH(CH2)3

3 Monoamino dicarboxylic 2 Aspatic

Glutamic

(COOH)CH2(COOH)CH2CH2

4 Amid của aa dicarboxylic 2 Asparagin

Glutamin

(NH2)COCH2(NH2)COCH2CH2

5 Acid amin chứa S 3 Cystein

Cystin Methionin

(SH)CH2(alanin)-S-S-(alanin)

CH3S(CH2)2

6 Acid amin dị vòng 4 Proline

Oxiproline

Tryptophane Histidin

CH2HO

1 Acid amin thay thế: cơ thể có thể tổng hợp được

từ các aa khác

2 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,

8,8 9,0 3,3 3,5

6 7 8 9

Lysin Tryptophan Phenylalanin Histidin

5,2 1,1 4,4 2,0

 Tinh thể, màu trắng, bền ở nhiệt độ 20 - 25 0

 Đa số đều có vị ngọt, (glutamate Na bột ngọt, Asp, Lys)

 Tan khá tốt trong nước, mức độ tan có khác nhau

Phổ hấp thu: vùng hấp thu tử ngoại 240-280 nm,

aa nhân thơm như tyr, phe có phổ hấp thu ở 280nm

Tính hoạt quang: Có hai dạng đồng phân quang học,

dạng D và L

Tính bền với acid, base:

Acid: không xảy ra hiện tượng racemic hóa aa,

chuyển từ dạng L sang D Kiềm: aa bị racemic hóa, mất giá trị dinh dưỡng

Tính điện ly lưỡng cực

 Trong môi trường acid (H+) sự phân ly nhóm -COOH sẽ bị

kìm hãm, phân tử aatích điện (+) , tác dụng như một base

 Trong môi trường kiềm (dư -OH- ), sự phân ly nhóm -NH2 bị

kìm hãm, phân tử aatích điện (-) , tác dụng như một acid

COO-Điểm đẳng điện (pI)

pH ở đó phân tử acid amin sẽ trung hòa về điện, khi đó tổng

điện tích (-) và (+) sẽ bằng không

GlycinHistidin4-hydroxyprolinIsoleucin

Leucin

Lysin

Methionin

6,07,55,76,06,0

9,6

5,7

ProlinSerinThreoninTryptophan

TyrosinValin

6,35,75,65,95,76,06,9

Điểm đẳng điện của một số acid amin

1 Phản ứng với acid, base

Acid amin là hợp chất lưỡng tính nên chúng có thể tạo

muối với acid hay base

2 Phản ứng với acid Nitrơ HNO2 (ph pháp Van-Slyke)

3 Phản ứng với formaldehyd (ph pháp Sorensen)

4.1 Desamin hóa theo phản ứng thuỷ phân

4.2 Desamin hóa theo phản ứng khử

R CH COOH

NH2

4.3 Desamin hóa theo phản ứng oxy hóa

5 Phản ứng decarboxyl hóa

R CH COOH

NH2

R CH2 NH2 + CO2

6 Chuyển acid amin

Cetoacid A + Acid amin B === Acid amin A + Cetoacid B

A.pyruvic - Ala

COOH

CH3(piruvic)

+

CONH2

CH2

CH2CHNH2COOH (glutamin)

COOH

CH3(alanin)

COOH

CH2

CH2CHNH2COOH (a glutamic)

7 Phản ứng chuyển hóa gốc R

Phe - Tyr

8 Phản ứng với ninhydrin

OH OH O

O

+ R CH COOH

NH2

H OH O

O +H2O

pH > 4, xảy ra phản ứng tiếp theo tạo ra phức màu xanh tím

H OH O

O

+

HO HO O

Phức Ruheman (xanh tím)

Ninhydrin (oxh) ninhydrin (khử)

Acid aspartic khi tác dụng với ninhydrin giải phóng 2 CO 2

Prolin và oxyprolin tạo hợp chất màu vàng, không giải phóng NH 3

8 Phản ứng với ninhydrin

 Tác dụng với kim loại nặng, nhất là kim loại hóa trị II tạo ra

muối nội phức (Pb, Hg, Cu,…) đặc biệt với Cu

 Khi đun sôi aa với một lượng dư Cu(OH) 2 và CuCO 3 thu được:

10 Phản ứng tạo thành ester

9 Phản ứng tạo phức với kim loại nặng

Tùy độ dài và số liên kết peptid ta có pepton, peptid, polypeptid,

…

1 Liên kết peptid

Gốc –COOH của aa này sẽ kết hợp với gốc α-NH 2 của aa

khác, loại đi một phân tử nước

Các kiểu liên kết hoá học ACID AMIN

1 Liên kết peptid

Liên kết lỵ nước: (Liên kết Val der Walls)

Giữa các nhóm kỵ nước ( -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 6 H 5 )

2 Liên kết thứ cấp

Liên kết Hydro: liên kết yếu, không bền (8-12 kj/mol)

Số lượng liên kết rất lớn

Liên kết Disulphua (cầu–S-S-): Liên kết đồng hóa trị

Rất bền vững (300 kj/mol) Liên kết ion ( liên kết muối) Liên kết tĩnh điện, OH - , NH3 + , COO -

Khá bền (>160 kj/mol)

2 acid amin n = 2 dipeptide số liên kết peptide = 1

3 acid amin n = 3 tripeptide số liên kết peptide = 2

4 acid amin n = 4 tetrapeptide số liên kết peptide = 3

m acid amin m ≤ 10 oligopeptide số liên kết peptide = m-1

n acid amin n > 10 polypeptide số liên kết peptide = n -1

 Peptids là chuỗi aa liên kết với nhau bằng liên kết peptide

 Liên kết peptide rất bền (>400KJ/mol)

 Phân loại: theo số acid amin có trong chuỗi peptide

1 Tính phân ly lưỡng cực

Phụ thuộc vào các acid amin thành phần

Điểm đẳng điện của một số peptid

3,63

Asp-Gly Asp-Asp

Lys-Ala Ala-Lys-Ala

3,31 3,04

9,16 8,98

Lys-Lys Lys-Lys-Lys Lys-Glu

His-His

10,53 10,93 6,10 7,30

Ngưỡng nhận cảm các peptide tạo vị đắng [mmol/l]

Leu-Ala Gly-Leu Leu-Gly

65 – 75

16 – 18

15 – 17 1,0 – 1,5 1,0 – 1,5

2 Tính cảm quan

Đa số peptide có vị đắng

Trường hợp đặc biệt: vị ngọt (Aspartame, Neutrosweet)

vị mặn (ornithine, taurine,…)

Ngưỡng nhận cảm các peptide tạo vị mặn [mmol/l]

Orn-βAla-HCl Orn-γAbu-HCl

1,25 1,40

Orn-Tau-HCl Lys-Tau-HCl NaCl

3,68 5,18 3,12

Các peptide có vị ngọt

R 1

R 2

R 3

αL-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester

Aspartame / Nutrasweet L-aminomalonyl-L-phenylalanine methyl ester

C O O

-C H 2 C

H N H 3

C O

N H C

R 1

R 2

R 3

1 Glutathione

 Là peptide nội bào, tham gia quá trình oxy hóa khử của tế bào

 Là coenzyme của E glyoxalase,

 Có trong tất cả cơ thể sống ĐV,TV,VSV

 Glutathione tồn tại ở hai dạng:

Dạng khử:

Dạng oxihóa: 2 phân tử Glutathione khử liên kết tạo cầu disulfure

2 Glutation-SH -2H Glutation-S -S - Glutation

+2H

2 Ophatalmic:

Là peptide đối kháng với glutathione,

kìm hãm các phản ứng có glutathione làm chất kích thích

3 Carnosine, Anserine, Balenine

Là peptide của β-alanine, có trong dịch chiết thịt, nước, 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.

4 Oxytosine và Vasopresine:

Là peptide ở não,

có tác dụng trong sự co cơ và điều chỉnh cân bằng nước ở thận

Mạch thẳng Liên kết : peptid

 Protein là chuỗi polypeptide chứa hơn 100 acid amin

 Liên kết chủ yếu là liên kết peptide

 Các protein khác nhau do :

- Số lượng các a.a

- Thứ tự các a.a

1 Cấu trúc bậc 1

Cấu trúc phân tử PROTEIN

2 Cấu trúc bậc 2

 Nguyên nhân: có C bất đối

 Ổn định cấu trúc: liên kết Hydro giữa nhóm OH cua aa này

với nhóm NH cua aa thứ tư tiếp theo số lượng liên kết hydro rất lớn,

 Cấu trúc xoắn α: 3,6 gốc a.a tạo một vòng xoắn,

liên kết hydro song song với trục phân tử

 Cấu trúc gấp nếp β: giữa các sợi pp khác nhau

(song song hay không song song) hay trên một sợi pp có vòng uốn β

liên kết hydro song song với trục phân tử

 Là cấu trúc của các loại protein dạng sợi

Cấu trúc phân tử PROTEIN

Cấu trúc phân tử PROTEIN

3 Cấu trúc bậc 3

Nguyên nhân: cấu trúc xoắn tiếp tục cuộn tròn

Sắp xếp lại khoảng cách không gian giữa các aa

Bên trong chứa các aa kỵ nước

Bên ngoài có các aa ưa nước

Ổn định cấu trúc: liên kết disulfur,

Van Dervals, Độ hòa tan tốt,

nhờ các gốc ưa nước trên bề mặt

Cấu trúc phân tử PROTEIN

3 Cấu trúc bậc 3

- Hình dạng không gian 3 chiều

- Những “cái túi” hay “lô’ hổng”

Cấu trúc phân tử PROTEIN

4 Cấu trúc bậc 4

 Nguyên nhân: các tiểu cầu bậc 3 kết hợp lại (subunit)

Thường có 2 – 6 tiểu cầu trong 1 cấu trúc bậc 4

 Liên kết: Hydro, Van Dervals, ion, nhưng không có cầu

disulfur giữa các tiểu cầu

 Thường có hoạt tính sinh học: enzym, vận chuyển Oxy

 Mất cấu trúc 3, 4 mất hoạt tính sinh học

Cấu trúc phân tử PROTEIN

Cấu trúc phân tử PROTEIN

Nhóm protein Đặc tính Dung môi Phân bố

Albumin

Dạng cầu Dễ biến tính bởi nhiệt Dễ kết tủa bằng

(NH 4 ) 2 SO 4 bão hòa

Nước Lòng trắng trứng,

huyết thanh, lecosin (lúa mì), legumelin(đnành)

NaCl,KCl 4-10%

Eudestin (hbông) Glysin (đ.nành) Archin (đphộng) Huyết thanh

Hordein (đ mạch) Zein (bắp)

danton

Kiềm, acid loãng (0,2 – 2%)

Glutelin (lúa mì), Orizenin (lúagạo)

[1] Protein đơn giản: chỉ có a.a (homoprotein)

chia nhóm theo khả năng hòa tan

Protein Phi protein Đặc điểm Tồn tại

Nucleoprotein Acid nucleic Gắn vào các a.a kiềm Nhân và ribosom

Mucoprotein Glucid và

một số acid

Glycoprotein: Glu là lkết đồng hóa trị Mucoid(muxin): liên kết P-Glucid là liên kết ion

lkếtPro-Mô liên kết, máu,

hormon Nước miếng

Lipoprotein Lipid:

triglyceride phosphatid

Vận chuyển lipid huyết tương, màng

tbào, hdiệp lục, óc,

Hemoglobin

Cromo-protein Chất màu quang hợp, h hấp,

phứng oxyhóa khử

Hemoglobin (đỏ) Rodopsin (vàng, n

2 Protein phức tạp Ngoài a.a còn có các nhóm ngoại

Phân loại theo giá trị dinh dưỡng PROTEIN

1.Protein hoàn hảo: đủ a.a không thay thế,

tỷ lệ thích hợp (trứng, sữa)

2 Protein không hoàn hảo: Không đủ a.a không thay thế

rau trái, Lysine (ngũ cốc);

Met (đậu); Try (bắp)

3 Protein kém hoàn hảo: đủ a.a không thay thế

tỷ lệ không thích hợp

1 Hình dạng

Cầu : trục nhỏ / trục lớn = 4,5 – 20;

protein chức năng;

dễ tan trong nước

Sợi: dài / rộng = hàng trăm, hàng nghìn;

không tan trong nước (keratin, fibroin,…) Trung gian: kích thước trung bình

2 Khối lượng phân tử 100 – 500 acid amin

M = 17000 – 68000

Khối lượng phân tử một số loại protein

4 Tính chất quang học

Khuếch tán ánh sáng:

Khúc xạ ánh sáng:

Chỉ số khúc xạ = chiết suất (n protein/dd) Chiết suất ddprotein > chiết suất của nước Độ tăng chiết suất riêng = chiết suất dd 1% protein

- chiết suất nước Hấp thu ánh sáng:

180 – 220 nm: vùng hấp thu của các liên kết peptide

250 – 300 nm: vùng hấp thu các a.a vòng thơm Vùng hồng ngoại: do có nhóm –OH; -CO; phải loại nước trước khi đo độ hấp thu của protein ở vùng này

3 Tính khuếch tán Khuếch tán chậm

Không đi qua màng thẩm tích được

Protein pI Protein pI

Pepxin Gelatin Albumin trứng Alb.huyết thanh Cazein

Globulin

1.04.94.64.94.75.2

Tripxin Citocrom Prolamin Hemoglobin Ribonuclease

10.510.612.0 6.87.8

Tính điện ly lưỡng cực

pI của protein phụ thuộc vào tính điện ly

của các a.a thành phần

1 Phản ứng Biure

Từ 2 Lk peptide trở lên mới có phản ứng này Tạo phức tím hồng với CuSO4 trong môi trường kiềm Cực đại hấp thu tại 540 nm

2 Phản ứng Lorry

Thuốc thử Lorry chứa LiSO 4 và molipdat Na

Tác dụng với các a.a có vòng thơm, hấp thu cực đại ở 750 nm Độ nhạy cao, tạo phức màu xanh tím

Tính chất công nghệ PROTEIN

Là những tính chất của protein gây ra những biến

đổi trong quá trình bảo quản và chế biến

1 Tính hydrat hóa

 Khả năng kết hợp với nước, không hòa tan, trương nở.

 Nước - nhóm háo nước trên bề mặt của protein tạo thành

một lớp màng hydrat dày 3A

Tính chất công nghệ PROTEIN

2 Tính hòa tan kết tủa

 Nhờ lớp vỏ hydrat, các ptử protein trượt và phân tán trong nước

 Tính hòa tan của protein phụ thuộc nhiều yếu tố :

[1] pH :Tại pI, tính tan của protein thấp nhất [2] Nhiệt độ: nhiệt độ > nhiệt độ biến tính [3] Dung môi: hằng số điện môi

Dung môi làm tăng hsđm của dd thì độ tan tăng Dung môi làm giảm hsđm của dd thì độ tan giảm Nguyên nhân: dmôi háo nước, phá vỡ lớp vỏ hydrat

loại dmôi thì tính tan trở lại như cũ [4] Nồng độ muối trung tính: tại điểm muối tích độ hoà tan

của protein đạt cao nhất (NH ­) SO ­ > MgCl > NH Cl > NaCl > KCl

Tính chất công nghệ PROTEIN

3 Sự biến tính

Biến tính là sự thay đổi cấu trúc không gian của protein

dưới tác động của môi trường, dẫn đến sự thay đổi các

tính chất ban đầu của protein

Cấu trúc bậc 2,3,4 thay đổi; cấu trúc bậc 1 không đổi Biến tính thuận nghịch – Biến tính không thuận nghịch

Tính chất công nghệ PROTEIN

3 Sự biến tính

Tính chất protein sau khi biến tính: Độ hòa tan giảm;

Khả năng hydrat hóa giảm;

Mất hoạt tính sinh học;

Dễ bị thủy phân hơn;

Độ nhớt dung dịch tăng

Các tác nhân gây biến tính:

[1] Nhiệt độ : tăng 10 0 C thì tốc độ biến tính tăng 600 lần

Biến tính do nhiệt độ cao: > 60 0 C Biến tính do nhiệt độ thấp:

[2] pH:

[3] Muối kim loại: Na, K < Mg < Cu, Fe,

[4] Hợp chất hữu cơ: ure, guanidine, chất hoạt động bề

mặt phá huỷ liên kết Hydro; các chất khử phá hủy liên kết disulfur,…

[5] Bức xạ: tia bức xạ γ, α, UV, siêu âm (disulfur, lkết ion,…)

[6] Cơ học: nhào, trộn, cán, đánh,…

Tính chất công nghệ PROTEIN

4 Khả năng tạo gel

Cấu trúc mạng gel: biến tính duỗi mạch;

tạo các nút mạng;

có khả năng giữ nước Các liên kết tại nút mạng: hydro (độ dẻo);

disulfur,

kỵ nước (gel chắc, bền);

tĩnh điện (cầu nối ngang) Điều kiện tạo gel: Nhiệt độ : gia nhiệt ;

hạ nhiệt để có nhiều lk Hydro Acid hóa, kiềm hóa nhẹ để gel chắc hơn Các chất đồng tạo gel (polysaccharide) làm cầu nối giữa các hạt, tăng độ dẻo

 Protein biến tính, duỗi mạch, tạo liên kết ngang dọc theo

chiều dài sợi pp

 Gia cố độ bền sợi protein tại pI,

 Bổ sung polysaccharide ái nước để tăng số lk hydro

5 Khả năng tạo bọt

6 Khả năng tạo sợi

 Do bề mặt phân tử lớn lại có nhiều lỗ hổng do cấu trúc

không gian nên trường lực phân tử lớn có khả năng hấp phụ các chất K.L,R khác nhau

 Ứng dụng: định hương

7 Khả năng hấp phụ

 Hệ nhũ tương: dầu/nước – nước/dầu

 Nhũ tương bền: các hạt nhỏ phân tán tốt và không nhập lại

với nhau thành những giọt lớn tách ra.

 Cách tạo nhũ bền:

 Thêm các chất hoạt động bề mặt;

 Thêm các chất cao phân tử có khả năng hòa tan trong pha

8 Khả năng tạo nhũ

Những điều cần chú ý khi tách và tinh chế protein

 Luôn giữ nhiệt độ thấp (-100C)

 Tránh pH quá cao hay quá thấp

 Phải tiến hành nhanh khi sử dụng các dung môi hữu cơ

 Nếu thu nhận protein thường, phải vô hoạt enzym tránh

phản ứng thủy phân.

1 Phá hủy tế bào và rút chiết protein

 Cơ học : nghiền với cát, máy nghiền, đông lạnh,

 Hoá học : acetone, ethylic, glycerine,

 Hoá lý : thẩm thấu khuếch tán, thẩm tích,…

 Sinh học : enzym celullase

2 Phương pháp tách hỗn hợp protein

 Khối lượng phân tử: lắng, ly tâm siêu tốc

 Tính hòa tan: điều khiển bằbg dung môi, muối,…

 Hấp phụ : sắc ký cột, HPLC, sắc ký điện di

3 Protein concentrate và isolate

 Protein concentrate chứa 65% protein, một lần tách protein

 Protein isolate chứa 90% protein, qua hai lần tách protein

Xay bột Đậu nành

Tách béo

Sấy Lọc Chỉnh pI=4,6

Chỉnh pI=4,6

Lọc Sấy

P

isolate

Bã

Biến đổi protein trong cơ thể PROTEIN

Dạ dày

 Niêm mạc dạ dày tiết ra tiền enzym pepsinogen

 Dịch dạ dày có HCl (pH 1.5-2.2) hoạt hóa  pepsin hoạt động

 E pepsin thủy phân sơ bộ protein thành polypeptid

Ruột

 Tiền enzym tripsinogen, chimotripsinogen, protease được

hoạt hóa bởi các phản ứng dây chuyền

 Thủy phân hoàn toàn thành acid amin

 Acid amin sẽ được vận chuyển qua thành ruột, vào các mao

Protein thức ăn Acid amin Các sản phẩm chuyển hóa

Tổng hợp protein cho cơ thể

Thủy phân Oxy hóa

Tổng hợp

1 Sự chuyển hóa Protein

Protein trong thức ăn tham gia quá trình chuyển hóa