Bài 18. Prôtêin

THÁNG 05/2008
Nhóm 3 - lớp 06SH
Gồm các thành viên:
Nhóm trưởng: Trần Hải Hùng
Phạm Xuân Khánh
ph?m th? m? l?
Hoàng Văn Tân
Phan Tuấn Lộc
Hồ Sỹ Huân
Dinh th? kim phu?ng
Hu?nh Van T��n
Vịng Th�nh Long Minh

Giảng viên:
Kính chào: Cô và các bạn
seminar
Lời nói đầu

Từ lâu người ta đã biết rằng protein tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể sinh vật, từ việc tham gia xây dưng tế bào, mô, tham gia hoạt động xúc tác và nhiều chức năng sinh học khác. Ngày nay, khi hiểu rõ vai trò to lớn của protein đối với cơ thể sống, người ta càng thấy rõ tính chất duy vật và ý nghĩa của định nghĩa thiên tài của Engels P. “Sống là phương thức tồn tại của những thể protein”. Với sự phát triển của khoa học, vai trò và ý nghĩa của protein đối với sự sống càng được khẳng định. Cùng với nucleic acid, protein là cơ sở vật chất của sự sống.

Protein là gì
Protein là hợp chất cao phân tử giữ nhiều vai trò nòng cốt trong cơ thể. Hầu hết chúng làm việc trong tế bào đáp ứng yêu cầu của các bào quan và mô trong cơ thể về cấu trúc, chức năng và điều hòa.
Protein có dạng mạch thẳng hình thành từ hàng trăm hoặc hàng ngàn đơn vị nhỏ gọi là amino acid liên kết với nhau. Có 20 loại amino acid khác nhau có thể được kết hợp để hình thành một protein. Trình tự amino acid xác định cấu trúc không gian 3 chiều của protein và chức năng chuyên biệt của chúng.
I -ĐẶC TÍNH CHUNG VÀ VAI TRÒ SINH HỌC
CỦA PROTEIN, NGUỒN PROTEIN
Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sinh vật nhưng lại có tính đặc thù cao cho từng loài, từng cá thể của cùng một loài, từng cơ quan, mô của cùng một cá thể. Protein rất đa dạng về cấu trúc và chức năng , là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sống.
a. Chức năng


1-Xúc tác
Các protein có chức năng xúc tác cho các phản ứng gọi là enzyme. Hầu hết các phản ứng của hệ thống sinh học , từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrat hóa CO2 đến những phản ứng khá phức tạp như sao chép mã di truyền v . v.. đều do enzyme xúc tác. Enzyme đóng vai trò quan trọng xác định kiểu biến đổi hóa học trong hệ thống sống. Đến nay đã biết và phân loại được hơn 3500 enzyme
Vi du:
Các Enzyme thủy phân trong dạ dày phân giải thức ăn, Enzyme Amylase trong nước bọt phân giải tinh bột chín, Enzyme Pepsin phân giải Protein, Enzyme Lipase phân giải Lipid
Enzyme là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein
2 . Vận tải

Một số protein có vai trò như những chiếc" xe tải " vận chuyển các chất trong cơ thể .
Ví dụ : hemoglobin, mioglobin (ở động vật có xương sống ), hemoxianin(ở động vật có xương sống) kết hợp với oxy và tải chúng đến khắp các mô và cơ quan trong cơ thể . Nhờ các chất tải oxy này , mặc dù độ hòa tan trong nước của oxy thấp , vẫn đảm bảo thỏa mãn nhu cầu oxy của cơ thể. Có hemoglobin trong máu đã làm tăng dung tích " tải " oxy của máu. Hemoglobin còn có vai trò quan trọng trong vận tải CO2 , H+.
3 . Chuyển động

Nhiều protein trực tiếp tham gia trong quá trình chuyển động như : co cơ , chuyển vị trí các nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào ….
Ở động vật có xương sống, sự co cơ vẫn được thực hiện nhờ chuyển động trượt trên nhau của hai loại sợi protein : sợi to chứa protein miozin và sợi mảnh chứa protein actin, tropomiozin và troponin. Ngày nay người ta cũng đã biết được rằng actin và miozin có vai trò co cơ ở hầu hết các tế bào Eukaryote khác.

4 . Bảo vệ

Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những protein đặc biệt có khả năng nhận biết và "bắt" các chất lạ vào cơ thể như protein lạ , vỉut, vi khuẩn hoặc tế bào lạ. Như vậy ở đây ta thấy protein như những "lính gác ", nhận biết được những vật thể lạ để loại trừ chúng ra khỏi cơ thể .
Các inteferon là những protein do tế bào động vật có xương sống tổng hợp và tiết ra để chống lại sự nhiễm vỉut. Tác dụng của các inteferon rất mạnh , chỉ cần ở nônggf độ 10-11 M đã có hiệu quả kháng vỉut rõ rệt. Inteferon kết hợp vào màng nguyên sinh của các tế bào khác trong cơ thể và cảm ứng trạng thái kháng vỉut của chúng .
Các protein tham gia trong quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu .
Ở một số thực vật có chứa các protein có tác dụng độc với động vật ngay cả ở liều lượng rất thấp. Chúng có tác dụng bảo vệ thực vật khỏi sự phá hại của động vật.
Globulin miễn dịch G là loại kháng thể lưu thông trong máu và nhận biết hạt ngoại lai gây hại. Foreign particle binding site : điểm bám của hạt ngoại lai
5 . Truyền xung thần kinh
Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh đối với các kích thích đặc hiệu.

Ví dụ : vai trò của các sắc tố thị giác rodopxin ở màng lưới mắt.
6 . Điều hòa
Một số protein cóchức năng điều hòa quá trình truyền thông tin di truyền, điều hòa quá trình trao đổi chất.
Protein điều hòa quá trình biểu hiện gen như các protein repressor ở vi khuẩn có thể làm ngừng sinh tổng hợp enzyme của các gen tương ứng. Ở các cơ thể bậc cao sự điều hòa hoạt động biểu hiện gen theo một cơ chế phức tạp hơn nhưng các protein cũng đóng vai trò quan trọng.
Các protein có hoạt tính hoocmon , các protein ức chế đặc hiệu enzyme đều có chức năng.

ví dụ:Hormone Insulin và Glucagon do tế bào đảo tụy thuộc tuyến tụy tiết ra có tác dụng điều hòa hàm lượng đường Glucose trong máu động vật có xương sống

7 . Kiến tạo chống đỡ cơ học

Các protein này thường có dạng sợi như : sclerotin có trong lớp vỏ ngoài ccủa sâu bọ, fibroin của tơ tằm, tơ nhiện; colagen elastin của mô liên kết, mô xương. Colagen đảm bảo độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết.
Sợi actin, một loại protein cấu trúc hình thành từ nhiều tiểu đơn vị, giúp co cơ và duy trì hình dạng tế bào
8 . Dự trữ dinh dưỡng
Protein là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các acid amine cho phôi phát triển. Ví dụ : ovalbumin trong lòng trắng trứng , gliadin trong hạt lúa mì, zein của ngô. Các protein dự trữ khác như cazein của sữa, feritin (protein dự trữ sắt) trong lá lách

Enzyme phenylalanine hydroxylase được hình thành từ 4 tiểu đơn vị. Enzyme sẽ chuyển hóa amino acid phenylalanine thành amino acid tyrosine
b. Nguồn protein

Nguồn protein động vật phổ biến là các loại thịt gia súc gia cầm, cá,tôm, trứng, sữa. Các động vật khác như cua, cáy, tép, các động vật thân mền cũng là nguồn protein đáng kể.
Nguồn protein thực vật quan trọng là các hạt loại đậu, đặc biệt là đậu tương. Các loại bèo dâu, tảo, nấm cũng là những nguồn protein quý giá đang được chú ý khai thác
BẢNG HÀM LƯỢNG PROTEIN TRONG MỘT SỐ NGUYÊN
LIỆU ĐỘNG VẬT VÀ THỰC VẬT
C- Giá trị dinh dưỡng của protein

- Protein lmà hợp phần chủ yếu, quyết định toàn bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn. Chỉ trên nền tảng protein cao thì tính chất sinh học của các cấu tử khác mới thể hiện đầy đủ
-Khi thiếu protein trong chế độ ăn hàng ngày sẽ dẫn đến nhiều biểu hiện xấu cho sức khỏe như suy dinh dưỡng, sút cân mau, chậm lớn (đối với trẻ em), giảm khả năng miễn dịch, khả năng chống đỡ của cơ thể đối với một số bệnh.
- Thiếu portein sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hoạt động bình thường của nhiều cơ quan chức năng như gan, tuyến nội tiết và hệ thần kinh.
- Thiếu protein sẽ làm thay đổi thành phần hoấ học và cấu tạo hình thái của xương(lượng canxi giảm, lượng magie tăng cao ). Do vậy mức protein cao chất lượng tốt (protein chứa đủ các acidamin không thay thế ) là cần thiết trong thức ăn cho mọi lứa tuổi.
1- Thành phần nguyên tố của prrotein
- Tất cả các protein đều chứa các nguyên tố C, H, O, N. Một số còn chứa một lượng nhỏ S. Tỷ lệ phần trăm khối lượng của các nguyên tố này trong phân tử protein như sau:

C : 50 - 55% ; H : 6,5 – 7,3% ; O : 21 - 24%
N : 15 - 18% và S : 0 – 0,24%

Ngoài các nguyên tố trên, một số protein còn chứa một rất lượng nhỏ các nguyên tố khác như: P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca


II- Cấu tạo của phân tử 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:

2. Đơn vị cấu tạo cơ sở của protein là các Amino acid
Công thức cấu tạo chung của các amino acid
3. Các amino acid thường gặp
Các amino acid thường gặp là những amino acid thường có mặt trong thành phần của các loại protein. Chúng có khoảng 20 loại và được thu nhận khi thuỷ phân protein. Các loại amino acid này có tên gọi, khối lượng phân tử và ký hiệu được trình bày bảng trên.
4. Các amino acid không thể thay thế

Các amino acid được hình thành bằng nhiều con đường khác nhau. Như đã biết, trong phân tử protein có khoảng 20 loại amino acid, tuy nhiên trong cơ thể người và động vật không tổng hợp được tất cả các loại đó mà phải đưa từ ngoài vào qua thức ăn. Những amino acid phải đưa từ ngoài vào được gọi là các amino acid không thể thay thế. Người ta biết được có khoảng 8-10 loại amino acid không thể thay thế bao gồm: Met, Val, Leu, Ile, Thr,Phe, Trp, Lys, Arg và His và ngày nay người ta còn xem Cys cũng là một amino acid không thể thay thế.
CÁC BẬC CẤU TRÚC CỦA PROTEIN

Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypepetide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl 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 một:
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 cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin 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 hyđro 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
Sơ đồ các bậc cấu trúc của protein
Bậc I
Bậc II
Bậc III
Bậc IV
Hình mô phỏng cấu trúc không gian của myoglobin
1. Hình dạng và phân tử lượng của protein
Hình dạng

Về hình dạng của phân tử protein: Protein thường được phân ra làm hai loại.
- Protein hình sợi
- Protein hình cầu
-Protein hình sợi như: Keratin của lông, tơ, tóc, Fibroin của cơ, miozin của cơ. Protein hình sợi thường không tan trong nước.
-Protein hình cầu như allbumin trứng, globulin sữa, hemoglobin máu….Protein hình cầu thường tan trong nước hay dung dịch muối loãng
- Sự phân chia trên chỉ có tính tương đối, vì trong những điều kiện nhất định thì protein hình cầu có thể chuyênr thành sợi.

III-Tính chất đặc trưng của protein
Phân tử lượng (M)
Protein là hợp chất cao phân tử, có phân tử lượng lớn, M nằm trong khoảng 17 000-68 000 có lúc lên tới hàng triệu dalton
Ví dụ

Tính tan của protein
Các loại protein khác nhau có khả năng hoà tan dễ dàng trong một số loại dung môi nhất định, chẳng hạn như albumin dễ tan trong nước; globulin dễ tan trong muối loãng; prolamin tan trong ethanol, glutelin chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc acid loãng v.v...
- Tính ngậm nước của protein
Trong môi trường nước, protein kết hợp với nước trương lên trở thành dạng keo, hay nói cách khác protein ở trạng thái hydrate hoá, các phân tử nước bám vào các nhóm ưa nước trong phân tử protein như -NH2, -COOH..., lớp áo nước bao quanh phân tử protein là một trong các yếu tố làm bền vững cấu trúc, ngăn cách các phân tử protein không cho chúng dính vào nhau để thành tủa
2. Tính hòa tan và ngậm nước của protein
3. Tính chất quang học của protein
Dung dịch protein có tính chất khuếch tán ánh sáng, bởi vì dung dịch protein thực chất có chứa những hạt protein rất bé, kích thước nhỏ hơn ½ độ dài của ánh sáng tới rất nhiều nên chúng không phản chiếu mà khuếch tán ánh sáng tới.
Dung dịch protein còn có tính khúc xạ ánh sáng. Chỉ số khúc xạ còn gọi là chiết xuất phụ thuộc vào nồng độ protein trrong dung dịch. Chiết xuất của dung dịch protein lớn hơn chiết xuất của nước
Đung dịch protein có khả năng hấp thụ các tia trong vùng tử ngoại. Quang phổ thu được phụ thuộc vào các acid amine có vòng như phenyllalanin, tyozin trytofan trong phân tử protein.
Dung dịch protein còn có khả năng hấp thu ánh sáng vùng hồng ngoại.

4. Phản ứng màu đặc trưng của mọi protein
Phản ứng Biure: khi thêm dung dịch đồng sulfat vào dung dịch kiềm của protein sẽ tạo phức có màu tím hay tím đỏ.
Phản ứng này đặc trưng cho nhóm –CO-NH-, gọi là phản ứng Biure ứng dụng định tính protein.
Ngoài phản ứng Biure còn có một số phản ứng tạo màu khác, đối với dung dịch protein.

Ví dụ:

Phản ứng với acid picric: Khi đun nóng dung dịch protein với acid picric và Na2CO3 sẽ có màu đỏ da cam.
Phản ứng Xantoprotein: Khi cho acid nitric đậm đặc tác dụng với protein sẽ có màu vàng. Phản ứng này xảy ra do trong phân tử protein có acid amin có vòng thơm.

5. Tính chất lưỡng tính của protein
Vì trong phân tử protêin chứa đồng thời nhóm chức acid (-COOH)và nhóm chức base(-NH2). Do vậy mà protein là chất điện ly lưỡng tính.
trong môi trường acid, sự phân ly của nhóm acid bị kìm hãm, protein có tác dung như là một base, tích điện +, chuyển về cực – trong điện trường.
Ngược lại trong môi trường kiềm sự phân ly của nhóm base bị kìm hãm protein có tác dụng như một acid, tích điện – và chuyển về cực + trong điện trường.

6. Tính chất biến tính
Dưới tác dụng của các tác nhân lý học ( tia cực tím, siêu âm, tác nhân cơ học…) và tác nhân hóa học ( acid, base, kim loại nặng…) protein sẽ mất tính tự nhiên ban đầu, trong phân tử sẽ có sự sắp xếp lại cấu trúc các bậc 2,3,4 do sự phá vỡ các liên kết, giảm tính tan, tính kết tủa… hiện tượng này gọi là sự biến tính protein.
Protein biến tính thường biểu lộ một số tính chất sau:
biến đổi hình dạng, kích thước, cấu trúc ban đầu. Có thể biến dạng cầu thành dạng sợi….
Mất tính hoạt động sinh học.
Mất khả năng kết tinh và thay đổi một số tính chất lý hóa khác(độ nhớt, sức căng bề mặt)

IV- Phân loại protein
Protein đơn giản:
1- albumin
2- Glubulin
3- Prolamin
4- Glutelin
5- Protamin
6- Histon

Có hai loại protein:
Protein đơn giản
Protein phức tạp

Protein Phức Tạp
1- Nucleprotein
2- Mucoprotein
3- Lipoprotein
4- phosphoprotein
5- Metalo-protein
6- Cromo-protein

Kết luận chung

- Protêin là thành phần không thể thiếu trong cơ thể sống. Nó tham gia vào mọi hoạt động sống của cơ thể. Trong cơ thể sinh vật protein tham gia xây dựng nên các tế bào, tổ chức các cơ quan, thành phần chủ yếu của các men, các nội tiết tố, kháng thể….
Vì vậy việc cung cấp đầy đủ protein sẽ giúp cho cơ thể hoạt động bình thường, phát triển tốt,có sức khỏe dồi dào và có khả năng phòng chống bệnh tật. Khi cơ thể thiếu protein sẽ dẫn đến rối loạn chuyển hóa trong cơ thể, giảm trọng lượng cơ thể.
-Ngoài giá trị về sinh học protein còn có ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp sản xuất thực phẩm.
Ngày nay trong công nghệ sản xuất thực phẩm đã sản xuất ra được nhiều loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, và tiện lợi trong sử dụng
1. Vũ Văn Vụ, Vũ Đức Lưu, Nguyễn Như Hiền, Ngô Văn Hưng, Nguyễn Đình Quyến, Trần Quý Thắng, Sinh học 10 nâng cao, (Sách giáo khoa lớp 10), Bộ Giáo dục và Đào tạo, Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Nguyễn Như Hiền,Giáo trình sinh học tế bào Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Đồng Thị Thanh Thu.2001 Giáo trình sinh hóa cơ bản, Đại học quốc gia tự nhiên.
4. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng.1999. Hóa sinh học. NXB Giáo dục, Hà Nội.
Tài liệu tham khảo