Bài giảng Hóa sinh thực phẩm: Chương 2 - ThS. Phạm Hồng Hiếu (2017)

25/06/2017

Chương 2: PROTEIN

I. VAI TRÒ SINH HỌC CỦA PROTEIN

I. Vai trò sinh học của protein II. Cấu tạo phân tử protein III.Một số tính chất quan trọng của protein IV.Phân loại protein V. Các quá trình biến đổi protein trong gia công, chế biến thực phẩm và ứng dụng VI.Các biến đổi của protein trong QTSX và

bảo quản thực phẩm

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 1 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 2

Vai trò của protein trong cơ thể sinh vật

Vai trò của protein trong cơ thể sinh vật 5. Truyền xung thần kinh: chất màu thị giác

rodopxin ở màng lưới mắt.

6. Điều hòa: hormon, ức chế đặc hiệu

enzyme

1. Xúc tác: enzyme 2. Vận tải: hemoglobin, mioglobin (ở ĐV có xương sống), hemocyanin (ở động vật không xương sống)

3. Chuyển động: co cơ, chuyển vị trí của

fibroin/tơ tằm,

NST

7. Chống đỡ cơ học: protein sợi như sclerotin/côn trùng, tơ nhện, colagen, elastin/mô liên kết, mô xương

4. Bảo vệ: kháng thể, interferon chống sự nhiễm virus, chống đông máu, độc tố (toxin)

8. Dự trữ dinh dưỡng: ovalbumin/lòng trắng zein/ngô,

gliadin/hạt

lúa mì,

trứng, feritin/lá.

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 3 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 4

Axit amin

Giá trị dinh dưỡng

 Protein quyết định đặc trưng khẩu phần thức ăn 

•Công thức cấu tạo tổng quát: 



nền tảng protein cao

R – CH – COOH

R – CH – COO–



 Thiếu protein:

NH2

NH3

Dạng ion lưỡng cực

Dạng không ion hóa

 Suy dd, sụt cân mau, chậm lớn  Giảm khả năng miễn dịch  Gan, tuyến nội tiết, hệ thần kinh không hoạt

động bình thường

 Thay đổi TPHH và cấu tạo hình thái của

xương (Ca, Mg)

lượng tốt (đủ các axit amin

Protein cao, chất không thay thế)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 5 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 6

1 25/06/2017

Phân loại các axit amin thường gặp

Các axit amin thường gặp

Axit amin phân cực

Axit amin không phân cực

Trung tính

Axit tính

Kiềm tính

Viết tắt

Tên gọi thông thường

Viết tắt

Tên gọi thông thường

Đa số protein cấu tạo từ 20 L- axit amin và 2 amit

Asn Cys

a.Aspartic a.Glutamic

Asp Glu

Arginine Lysine Histidine

Arg Lys His

COOH (axit amin)  CONH2 (amit) axit aspartic  Asparagin axit glutamic  Glutamin

Asparagine Cysteine Cystine Glutamine Serine Tyrosine Threonine

Gln Ser Tyr Thr

Ala Phe Gly Leu Ileu Met Pro Trp Val

Alanine Phenylalanine Glycine Leucine Isoleucine Methionine Proline Tryptophan Valine Oxyproline

8 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 7 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein

Axit amin phân cực, trung tính

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 9 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 10

Axit amin phân cực, kiềm tính

Axit amin phân cực, trung tính Cysteine, Cystine

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 11 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 12

2 25/06/2017

Axit amin không phân cực

Axit amin phân cực, axit tính

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 13 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 14

Axit amin không phân cực

Axit amin không phân cực Oxyproline



Proline

Oxyproline

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 15 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 16

Một số axit amin ít gặp trong protein

Một số axit amin không có trong protein

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 17 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 18

3 25/06/2017

Các axit amin không thay thế

Các axit amin không thay thế và nhu cầu hàng ngày của người trưởng thành

aa không thay thế (cần thiết, thiết yếu) = aa mà người/ĐV không thể tự tổng hợp  lấy từ thức ăn

TT

axit amin

Thiếu  cân bằng N (-) Tùy thuộc vào loài, lứa tuổi: lớn: 8 (valine,

– Người

leucine,

threonine,

isoleucine, phenylalanine,

methionine, tryptophan, lysine)

1 Valin 2 Lơxin 3 Izolơxin 4 Treonin

Nhu cầu (g/ngày) 8,8 9,0 3,3 3,5

axit amin Nhu cầu (g/ngày) 3,0 5,2 1,1 4,4

5 Methionin 6 Lizin 7 Triptophan 8 Phenilalanin

– Trẻ em: 8 + 2 (arginine, histidine)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 19 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 20

Một số tính chất hóa lý của axit amin

Tính chất chung

 Bền trong môi

trường nước, bền (không bị phá huỷ ở 100-

 Tính chất chung  Tính đồng phân quang học (đồng phân

nhiệt 200oC)

lập thể) của axit amin

 Bền trong môi

trường axit (riêng

các axit amin chứa S bị phá huỷ)  Không bền trong môi trường kiềm:

 Khả năng hydrat và tính tan  Tính điện ly lưỡng tính  Các phản ứng hoá học

hiện tượng raxemic

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 21 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 22

Tính đồng phân quang học

C bất đối b

(đồng phân lập thể)

* a – C – c

– Trừ glycine, các axit amin đều chứa C bất đối

(C*)

– Phân tử tồn tại dưới 2 dạng L(-, quay trái) và

R’

D (+, quay phải)

* X – C – H

* H – C – X

– Đa phần các axit amin thực phẩm tồn tại dưới dạng L  protein có tính làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực sang trái.

Dạng L(-)

Dạng D(+)

– Dạng D không được cơ thể hấp thụ

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 23 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 24

4 25/06/2017

Ở axit amin:

Trong đó:

– C* chính là C – Gốc R’ là COOH – X là NH2

Do đó, cấu hình D và L có dạng:

– Gốc R’ có mức độ oxy hóa cao hơn R: COOH > CHO > CH2OH > CH3

COOH

– Dị tố X: Br, Cl, OH, NH2



 H – C – NH2

NH2 – C – H

Dạng D(+)

Dạng L(-)

Người ta quy ước lấy Serine làm đơn vị so sánh để xét đồng phân quang học của axit amin:

COOH



 H – C – NH2

H2N – C – H

CH2OH

D – Serine

L – Serine

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 25 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 26

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 27 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 28

Khả năng hydrat hoá và tính tan

Tính điện ly lưỡng tính

+ và nhóm

 Do phân tử vừa chứa nhóm NH3

COO-

Gốc R chứa các nhóm chức có khả

 Môi trường axit:

năng tạo liên kết hydro với nước

Thường khả năng hydrat hoá cao sẽ có

– a.a tích điện dương (+) – a.a chuyển về cực âm (-)

tính hòa tan

 Môi trường kiềm:

Tính tan phụ thuộc vào bản chất axit

– a.a tích điện âm (-) – a.a chuyển về cực dương (+)

amin, vào dung môi...

 Ở giá trị pH mà các a.a không tích điện là

pH đẳng điện (pI, pHi)

 Cơ sở ứng dụng của phương pháp điện di

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 29 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 30

5 25/06/2017

Các phản ứng hoá học

Tính điện ly lưỡng tính

R – CH – COOH + H+  R – CH – COOH

NH2

NH3

R – CH – COOH + OH–  R – CH – COO– + H2O

 Phản ứng tạo muối  Phản ứng tạo phức với kim loại nặng  Phản ứng tạo amid  Tác dụng với HNO2 (axit nitrơ)  Phản ứng ester hoá  Phản ứng với formaldehit (formaldehyd)  Phản ứng với ninhydrin (Trixetohidrinden)

NH2

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 31 ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein HSTP1 – Chương 3: Protein 32 32

Phản ứng tạo muối

– Phản ứng tạo muối với axit:

 Do tính lưỡng tính, trong công thức cấu tạo có cả nhóm – COOH và – NH2, mà axit amin có khả năng tạo muối với cả axit và baz: – Phản ứng tạo muối với baz: Chất tạo thành là muối

Natri của axit amin

COOH

HCl

H3N

COO-

COONa + H2O

+ NaOH

NH2

+ NH3

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 33 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 34

Phản ứng tạo phức với KL nặng

Phản ứng tạo amit

 Axit amin có thể tác dụng với các kim loại nạng (Pb, Hg,

- H2O

Cu,..) tạo muối nội phức

CH COOH

CH2

HOOC

CH COOH

CH2

+ NH3

NH2

Asparagine

NH2 Aspartic (Asp)

 Đặc biệt với dung dịch CuSO4 axit amin tạo muối Cu kết tinh màu xanh đậm hoặc xanh tím. Phản ứng này cũng được sử dụng để xác nhận sự hiện diện của axit amin

- 2 H2O

CuSO4

H2N

R dixetopiperazin

H2N

35 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 36

6 25/06/2017

Phản ứng ester hoá

Tác dụng với HNO2 (axit nitrơ)

 Trừ proline và oxy – proline không tham gia phản ứng,

 Ester của các axit amin là những chất lỏng dễ bay hơi, có tính kiềm, các chất này có thể điều chế được bằng phương pháp cất chân không

các axit amin bậc 1 khác có khả năng phản ứng với axit nitrơ để tạo ra khí nitrơ và oxyaxit

 Phản ứng này dùng để định lượng N có trong axit amin

COOH

R, OH

COOR ,

H2O

căn cứ vào lượng khí nitrơ thoát ra

NH2

CH COOH

HNO 2

+ N2 + H2O

NH2

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 37 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 38

Phản ứng với formaldehit (formaldehyd)

Phản ứng với ninhydrin (Trixetohidrinden)

Dùng định tính và định lượng axit amin

 Dùng để định lượng axit amin  Khi thêm một lượng dư formol trung tính vào dung dịch axit amin, lúc này formol sẽ đẩy H+ ra khỏi – NH3+ và phản ứng với nhóm – NH2 tạo thành dẫn xuất methyl hóa. Vậy axit amine sẽ mất đi tính baz và chỉ còn tính axit do chỉ còn lại nhóm – COOH tự do

 Chuẩn độ lượng axit này bằng dung dịch NaOH, từ đó tính

được lượng axit amine tương ứng

nhờ: – phương pháp sắc ký trên giấy – sắc ký trên cột nhựa trao đổi ion bằng máy phân tích axit amin tự động (g)

Các  - axit amin + ninhydrin  hợp

+ CH COO-

R CH COO-

NH3

+ H+

H2N

chất màu xanh tím

Riêng: iminoaxit (prolin) + ninhydrin 

+ 2 HCHO

R CH COO-

CH COOH

H2N

hợp chất màu vàng

CH2 N CH2

ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein HSTP1 – Chương 3: Protein 39 39 ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein HSTP1 – Chương 3: Protein 40 40

Phản ứng với ninhydrin (Trixetohidrinden)

Phân tích axit amin bằng phương pháp sắc ký giấy

NH3 + CO2 + RCHO +

R – C – COOH +

NH2

ninhidrin

dixetooxyhindriden

– N =

Các cấu tử cần tách được di chuyển trên giấy nhờ lực mao dẫn của dung môi. Chúng được tách ra nhờ sự khác nhau về ái lực giữa pha động và pha tĩnh

+ NH3 +

indandion – 2 – N – 2 – indanon

ONH

+ NH3

– N =

Hợp chất màu xanh tím (Ruheman)

ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein HSTP1 – Chương 3: Protein 41 41 ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein HSTP1 – Chương 3: Protein 42 42

7 25/06/2017

Phương pháp điện di trên giấy, trên bản mỏng, trên cột gel

Kỹ thuật tách và định lượng axit amin bằng cột sắc ký trao đổi ion

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 43 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 44

Cấu tạo phân tử protein

Kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp (HPLC – high perfomance liquid chromatography)

 Các nguyên tố cơ bản: C, H, O, N

– Cacbon: 50-55% – Hydro: 5,5-7,3% – Oxy: 21,5-23,5% – Nitơ: 15-18%  [Pr] = [NPr] x f f = 6,25: protein thường f = 5,7: protein ngũ cốc f = 6,38: protein sữa

• • •

– Các nguyên tố khác: S (0,3-2,5%), P (0,1-0,2%),

Fe, Zn, Cu...

 axit amin  peptit  polypeptit  protein

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 45 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 46

Peptit (Peptide)

Liên kết Peptit

Peptit là sản phẩm ngưng tụ của các axit amin:

H2N – CH – COOH + HNH – CH – COOH

R1 axit amin 1

axit amin 2

- H2O

Liên kết peptit (-CO-NH-) = liên kết giữa nhóm amino (NH2) và nhóm cacboxyl (COOH) của 2 phân tử axit amin khác nhau

H2N – CH – CO – NH – CH – COOH

Dipeptit

Liên kết peptit

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 47 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 48

8 25/06/2017

Cấu trúc của phân tử protein

Peptit, polypetit

 Thuyết polipeptit: axit amin  peptit 

polypeptit  protein

2,3..n aa  dipeptit, tripeptit..polipeptit Phân biệt giữa polipeptit và protein bởi

 Các mức cấu trúc

khối lượng phân tử (M): – Polipeptit có M nhỏ  tan được trong

– cấu trúc bậc 1: mạch thẳng – cấu trúc bậc 2: xoắn lò so, tờ giấy xếp,

dd axit tricloaxetic 10%

cuộn thống kê….

– Protein có M lớn  không tan được

– cấu trúc bậc 3: cấu trúc cầu – cấu trúc bậc 4: cấu trúc cầu, do nhiều

trong dd axit tricloaxetic 10%

dưới đơn vị

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 49 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 50

Cấu trúc bậc 1

Quy định bởi thành phần và trình tự kết hợp của các axit amin có trong protein đó.

Liên kết đặc trưng = liên kết peptit Quy định từ trong gen, xác định quan

hệ họ hàng và lịch sử tiến hoá

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 51 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 52

Cấu trúc bậc 2

Cấu trúc xoắn 

 Vòng xoắn quay theo chiều từ trái sang phải vì các axit amin có cấu hình L

Liên kết đặc trưng = liên kết H giữa nhóm imin (NH) và nhóm cacbonyl (CO) Gồm:

– cấu trúc xoắn kiểu  – cấu trúc xếp nếp kiểu 

 Mỗi vòng xoắn gồm 3,6 gốc axit amin (18 aa  5 vòng)  Có các axit amin không có khả năng tạo xoắn ở cacbon  như prolin, glixin, izolơxin, serin

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 53 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 54

9 25/06/2017

Cấu trúc xoắn 

Cấu trúc xếp nếp 

Cấu trúc dạng sợi, dịch đặc, gấp nếp Tương tác giữa:

– 2 chuỗi polipeptit – giữa các đoạn mạch của 1 chuỗi polipeptit

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 55 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 56

Cấu trúc bậc 3

Cấu trúc xếp nếp 

(a): D¹ng song song

(b) D¹ng ®èi song song

liên liên

 Trên cơ sở cấu trúc bậc 1 và 2  cấu trúc gấp khúc không gian 3 chiều  Liên kết đặc trưng = liên kết ion, liên không phân kết kết cực, hydro, kết disunfit (-S-S-)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 57 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 58

Cấu trúc bậc 3

Phân tử chymotrysin

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 59 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 60

10 25/06/2017

Các liên kết hydro trong protein

Cấu trúc bậc 4

 Dạng: hình cầu, tập hợp của nhiều dưới đơn vị (subunit)  Liên kết: tĩnh điện, tương tác kỵ nước, liên kết H, Van der Waal, cầu disulfua…

phân tử hemoglobin

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 61 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 62

Tóm tắt các mức cấu trúc của protein

III. Một số tính chất quan trọng của protein

 Khối

lượng và hình dạng của phân tử

protein

 Tính chất lưỡng tính của protein  Tính chất của dung dịch keo protein  Sự biến tính của protein

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 63 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 64

Tính chất lưỡng tính của protein

Khối lượng, hình dạng của protein  Khối lượng: M lớn, hàng nghìn  triệu hoặc lớn hơn  Hình dạng:

– Hình cầu:

• trục dài/trục ngắn <20 • Tan / nước muối loãng • Hoạt động hh  xúc tác • Hemoglobin, myoglobin...

 Protein là chất điện ly lưỡng tính do các nhóm phân cực của gốc R như COOH thứ hai (Asp, Glu), NH2 (Lys), guanidin (Arg), imidazol (His), OH (Ser, Thr, Tyr)  pHi (pI): – pH < pHi:protein = đa cation – pH > pHi: protein = đa anion – pH = pHi, protein kết tụ  xác định pHi của

– Hình sợi:

protein, kết tủa protein

 Từ sự khác biệt về pHi của các protein  phương pháp điện di, tách chiết protein

• trục dài/trục ngắn=100 -1000 • Trơ hh chức năng cơ học • Colagen (da, sụn); keratin(tóc, lông); fibrin (tơ);

miozin (cơ).

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 65 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 66

11 25/06/2017

Điện di

Tính chất dung dịch keo protein  Khi hòa tan, protein  dung dịch keo (kích thước

lớn, không đi qua màng bán thấm)  tinh sạch protein bằng phương pháp thẩm tích

 2 yếu tố đảm bảo độ bền keo protein:

– Sự tích điện cùng dấu – Lớp vỏ hydrat  Loại bỏ 2 yếu tố này, protein sẽ bị kết tủa.  Các yếu tố gây kết tủa thuận nghịch protein:

– muối trung hòa như (NH4)2SO4 – dung môi hữu cơ như axeton, etanol (t<00C)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 67 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 68

Điện di trên gel polyacrylamit

Phương pháp điện di đẳng điện

Các protein cần tách sẽ di chuyển với các tốc độ khác nhau (do sự khác nhau về kích cỡ và độ tích điện) và sau đó chúng sẽ được định vị ở các vị trí khác nhau trên bản gel (các vệt gel)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 69 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 70

Phương pháp SDS-Page

Sự biến tính của protein

 Định nghĩa:

Điều kiện môi trường thay đổi  protein bị

thay đổi hoàn toàn về tính chất lý, hóa  cấu trúc bậc 2,3,4 bị phá vỡ (cấu trúc bậc 1 giữ nguyên)  protein bị biến tính

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 71 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 72

12 25/06/2017

Sự biến tính của protein

Khi biến tính, protein bị biến đổi:

Phân loại:

–Biến tính thuận nghịch: sau biến tính, dạng ban đầu của protein được phục hồi

–Biến tính không thuận nghịch:

– Tính hòa tan  do lộ các nhóm kỵ nước – Khả năng giữ nước  – Mất hoạt tính sinh học – Độ nhạy với enzyme proteaza – Độ nhớt nội tại – Mất khả năng kết tinh

sau biến tính, protein không thể khôi phục trạng thái ban đầu

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 73 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 74

Sự biến tính của protein

 Các tác nhân gây biến tính:

– Tác nhân hoá học:

– Tác nhân vật lý

• pH: tạo lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm bị

• Nhiệt độ: làm dãn mạch phân tử. • Tia cực tím: các gốc axit amin thơm (Trp,

ion hoá và làm giãn mạch các phân tử Protein.

• Các ion kim loại: đặc biệt là các ion kim

Tyr, Phe) hấp thụ các tia cực tím, làm thay đổi hình thể của phân tử Protein và nếu mức năng lượng đủ lớn sẽ làm đứt gẫy các cầu disunfua (-S-S-)

loại chuyển tiếp (Cu, Fe, Hg, Ag) tạo phức bền với protein làm thay đổi cấu hình phân tử ( nhóm -SH)

• Các dung môi hữu cơ: thay đổi hằng số

điện môi của môi trường, biến đổi các lực hút tĩnh điện vốn làm bền phân tử protein

• Xử lý cơ học: khi nhào trộn, cán, kéo hoặc dãn được lặp đi lặp lại nhiều lần tạo ra lực cắt cũng làm biến tính Protein.

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 75 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 76

Protein đơn giản (Phân loại dựa vào tính hòa tan)

IV. Phân loại protein

Sự phân bố của protein

Dung môi hòa tan

Dựa vào thành phần hóa học  2 nhóm

Nhóm protein Albumin Nước

Globulin dd muối loãng

Lòng trắng trứng, các loại hạt Hầu hết các loại thực vật

Prolamin Rượu etylic 70% Hạt hòa thảo

lớn: – Protein đơn giản – Protein phức tạp: phần protein + phần

phi protein (nhóm ngoại)

Glutelin Kiềm, axit loãng

Hạt lúa mì

Histon

axit loãng

Nhân tế bào

Protamin Nhiều dung môi

Nhân tế bào

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 77 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 78

13 25/06/2017

V. Các quá trình biến đổi protein trong gia công, chế biến thực phẩm và ứng dụng

Protein phức tạp (Phân loại dựa vào phần phi protein)

Nhóm protein

Phần phi protein

Nucleoprotein

axit nucleic

Glycoprotein

Gluxit

Lipoprotein

Lipit

Cromoprotein

Photphoprotein

 Khả năng tạo gel của protein  Khả năng tạo bột nhão  Khả năng tạo màng  Khả năng nhũ hóa  Khả năng tạo bọt  Khả năng cố định mùi

Metaloprotein

Chất màu H3PO4 Kim loại

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 79 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 80

Khả năng tạo gel của protein

 Các liên kết tạo nên cấu trúc gel:

– Liên kết hydrophop (kỵ nước hay ưa béo),

ổn định  khối gel cứng

– Liên kết H giữa nhóm peptit, OH, COOH  liên kết yếu, linh động  gel có độ dẻo nhất định, dễ bị đứt khi gia nhiệt, tái lập khi để nguội

Định nghĩa của sự tạo gel: • Protein bị biến tính  cấu trúc bậc cao bị phá hủy  mạch peptit bị giãn ra  các nhóm bên ẩn phía trong xuất hiện  các mạch polipeptit tiếp xúc và liên kết lại  mạng lưới không gian 3 chiều vô định hình, rắn, chứa đầy pha phân tán (H2O)

hoaëc

t 



t0 laømlaïnh 



) nN

nP N

) nD

– Liên kết tĩnh điện – Liên kết disulfua  gel rất chắc và bền

PN là protein tự nhiên ban đầu, PD là protein bị biến tính.

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 81 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 82

Khả năng tạo bột nhão

Khả năng tạo gel của protein

 Điều kiện tạo gel:

– Nhiệt độ: gia nhiệt  làm lạnh  tạo nhiều liên kết hydro  gel bền – axit hóa/kiềm hóa nhẹ: pH  pI – Thêm chất đồng tạo gel: polysacarit  gel

Các protein (gliadin và glutenin) của gluten bột mì có khả năng tạo hình  “bột nhão” (paste) có tính cố kết, dẻo và giữ khí  cấu trúc xốp cho bánh mì khi nướng

có độ cứng và độ đàn hồi cao hơn

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 83 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 84

14 25/06/2017

Khả năng nhũ hóa

Khả năng tạo màng

 Nhũ tương:

Protein như gelatin có thể tạo màng nhờ các liên kết hydro nên có tính thuận nghịch:

– Nhũ tương = hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn nhau (pha phân tán + pha liên tục)

– Nhũ tương là hệ không bền nhiệt

động  hợp giọt

– t > 300C: tan chảy – Để nguội: tái lập

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 85 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 86

Khả năng nhũ hóa

 Các phương pháp làm bền hệ nhũ

 Tác dụng làm bền hệ nhũ tương của

tương: – Cho các chất điện ly vô cơ  các giọt

tích điện và đẩy nhau

– Thêm chất hoạt động bề mặt  giảm

protein: – protein hấp thụ vào bề mặt liên pha  độ dày, độ nhớt, độ dàn hồi, độ cứng  ngăn hợp giọt

sức căng bề mặt giữa hai pha

– Ngoài ra, sự ion hóa các nhóm bên của protein  lực đẩy tĩnh điện làm cho nhũ tương bền.

– Thêm chất cao phân tử hòa tan được trong pha liên tục như polysacarit, protein hấp thụ vào bề mặt liên pha

 Bọt

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 87 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 88

Khả năng tạo bọt thực phẩm = hệ phân tán (bóng bọt/chất lỏng hay chất bán rắn), ví dụ kem ướp lạnh, bọt bia, bánh mì…

Khả năng cố định mùi  Protein hấp phụ chất có mùi qua tương tác Van der Waals, liên kết đồng hóa trị, liên kết tĩnh điện: – Các hợp chất bay hơi có cực như rượu đính

vào protein bằng liên kết hydro

 Để bọt bền: màng mỏng bao quanh bóng bọt phải đàn hồi và không thấm khí  khi protein được hấp thụ vào bề mặt liên pha thì sẽ tạo ra được một màng như thế

– Các hợp chất bay hơi có M thấp cố định vào các gốc axit amin không cực qua tương tác kỵ nước (ưa béo)

 Các chất tạo bọt thực phẩm thường là protein (lòng trắng trứng, máu, protein của đậu tương…)

– Một số có liên kết đồng hóa trị không thuận nghịch (aldehit hay xeton vào nhóm NH2/ protein, chất bay hơi có nhóm NH2 vào nhóm COOH/protein)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 89 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 90

15 25/06/2017

Biến đổi do nhiệt

VI. Các biến đổi của protein trong QTSX và bảo quản thực phẩm

 Gia nhiệt vừa phải (chần)  protein biến tính  vô hoạt độc tố, chất kìm hãm, enzyme không mong muốn

 Biến đổi do nhiệt  Biến đổi do enzyme

 Gia nhiệt kiểu thanh trùng (> 110 – 1150C)  một phần Cys, Cysn bị phá hủy  H2S, dimetylsunfua, axit xisteic… mùi đặc trưng  Gia nhiệt khan, t >2000C  Trp bị vòng hóa

 , ,  cacbolin

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 91 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 92

Biến đổi do nhiệt

Biến đổi do enzyme

 Gia nhiệt TP giàu protein có pH trung tính

hay kiềm ở t0 cao (>2000C) – Thủy phân lk peptit, raxemic  50% gt

dinh dưỡng (đphân D khó tiêu hóa)

– Phá hủy aa: Arg  ornitin, ure, sitrulin,

NH3; Cys  dehydroalanin

– Tạo cầu nối đồng hóa trị giữa các chuỗi

polypeptit

 Phản ứng khử amin  Phản ứng khử cacboxyl  Phản ứng khử amin khử cacboxyl  Phản ứng tạo mercaptan  Phản ứng tạo scatol, indol, crezol, phenol  Phản ứng tạo di-trimetylamin từ các lipoprotein  Phản ứng tạo phosphin

 Xử lý nhiệt thịt/cá ở t0 >t0 thanh trùng  cầu đồng hóa trị kiểu izopeptit giữa Lys và Glu/Asp

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 93 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 94

Phản ứng khử amin

Phản ứng khử cacboxyl

R – CH – COOH + NH3

R – CH – COOH + H2O

R – CH – COOH

R – CH2 – NH2 + CO2

NH2

R – CH2 – COOH + NH3

R – CH – COOH + H2

enzyme của VSV hiếu khí

NH2

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 95 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 96

16 25/06/2017

Phản ứng khử amin khử cacboxyl

Phản ứng tạo mercaptan

R – CO – COOH + NH3

1) R – CH – COOH + ½ O2

NH2

Decacboxylaza

CH2 - SH

R – CH = O + CO2

R – CO – COOH

CH3

+ CO2 + NH3

CH – NH2 +2H

2) R – CH – COOH + H2O

R – CH – COOH + NH3

COOH

NH2

R – CH – COOH

R – CH2 – OH + CO2

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 97 ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 98

Phản ứng tạo scatol, indol, crezol, phenol

Phản ứng tạo scatol, indol,

COOH

H2O

crezol, phenol

+ NH3

CH2 CH COOH OH

CH2 CH NH2

acid indoloxypropionic

NH Triptophan

 Tạo crezol, phenol:

CH2 COOH

CH2 CH COOH OH

+ H2O + CO2

+ O2

acid indolacetic

acid indoloxypropionic

COOH

CH2 CH

CH2 COOH

CH3

NH2

+ CO2

Tyrosine

crezol

phenol

scatol

NH acid indolacetic

CH3

+ H2O + CO2

+ 3/2 O2

NH scatol

indol

ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 99 99 ThS. Phạm Hồng Hiếu ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh TP1 – Chương 2: Protein 100 100