Giáo trình Hóa sinh học thực phẩm PDF

Discussion in 'Tủ Sách Giáo Dục Đại Học' started by VienESC5, Oct 13, 2021.

Tags:

[You must log in or sign up to reply here.]

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀNGiáo trình “Hóa sinh thực phẩm” do chúng tôi biên soạn là tài liệu thuộc loại sách giáotrình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mụcđích về đào tạo và tham khảo.Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lànhmạnh sẽ bị nghiêm cấm.iLỜI MỞ ĐẦUBiên soạn giáo trì nh là một hoạt động thuộc Ti ểu hợp phần 3.1: Tăng cường năng lựcquản lý, giảng dạy và cải tiến giáo trình - trong khuôn khổ Dự án Khoa học công nghệ Nôngnghiệp - vay vốn ADB. Cuốn giáo trình “Hóa sinh thực phẩm” là một sản phẩm của Dự ánđược chúng tôi biên soạn dùng cho việc giảng dạy và học tập ngành Công ngh ệ Chế biếnthủy sản - hệ cao đẳng.Cuốn giáo trình này được biên soạn dựa trên cơ sở tham khảo các tài liệu trong và ngoàinước được xuất bản trong những năm gần đây, nhằm phục vụ cho sinh viên ngành Chế biếnthủy sản. Giáo trình này nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức sinh hóa cơ bản nhất,làm nền tảng để sinh viên có cơ sở đi sâu học tập nghiên cứu về môn Sinh hóaGiáo trình Hóa sinh thực phẩm được biên soạn dựa trên cơ sở tập hợp các tài liệutrong và ngoài nước được xuất bản trong những năm gần đây, nhằm phục vụ cho sinh viênngành Chế biến thủy sản. Giáo trình này nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức sinhhóa cơ bản nhất, làm nền tảng để sinh viên có cơ sở đi sâu học tập nghiên cứu về môn Sinhhóa và Hóa học thực phẩm. Giáo trình còn cung cấp cho sinh viên những kiến cơ bản về cấutạo, giá trị dinh dưỡng, tính chất và quy luật biến đổi chất của các chất thực phẩm.Giáo trình gồm 6 chương đề cập đến cấu tạo, tính chất, chức năng của các chất thamgia vào cấu tạo tế bào và các quá trình phân giải các chất đó trong cơ thể.Trong quá trình biên soạn giáo trình tác giả đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp củacác đồng nghiệp và các chuyên gia trong ngoài trường. Xin chân thành cám ơn sự đóng gópchân thành và vô cùng quý báu của quý vị.Mặc dù đã rất cố gắng, song việc biên soạn giáo trình này khó tránh khỏi sót. Chúng tôirất mong tiếp tục nhận được nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc để cuốn giáo trình được, bổsung, chỉnh sửa ngày một hoàn thiện hơn.Chúng tôi chân thành cảm ơn Bộ Nông nghiệp và P hát triển N ông thôn, Ngân hàng pháttriển châu Á [ADB], Ban Quản lý Trung ương Dự án Khoa học công nghệ Nông nghiệp đãtạo điều kiện cho giáo viên Trư ờng Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiệp Nam Bộ trong việcnâng cao năng lực , kinh nghiệm về biên soạ n cải tiến giáo trình giảng dạy , góp phần nângcao chất lượng dạy và học trong nhà trường .Tham gia biên soạn1. Nguyễn Thành Trung - Chủ biên2. Võ Thị Anh MinhiiMỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................... iiMỤC LỤC ............................................................................................................................... iiiDANH SÁCH BẢNG ............................................................................................................. viiDANH SÁCH HÌNH ............................................................................................................. viiiDANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... xiiChƣơng 1. PROTEIN ............................................................................................................... 11.1.1.2.1.3.1.4.1.5.KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PROTEIN..................................................................... 11.1.1.Cấu tạo và phân loại ...................................................................................... 11.1.2.Chức năng ...................................................................................................... 2ACID AMIN ............................................................................................................. 31.2.1.Cấu tạo chung và phân loại ........................................................................... 31.2.2.Tính chất của acid amin ................................................................................. 7PROTEIN ............................................................................................................... 161.3.1.Peptide ......................................................................................................... 161.3.2.Cấu trúc của protein..................................................................................... 181.3.3.Tính chất của protein ................................................................................... 27CÁC PROTEIN THỰC PHẨM ............................................................................. 331.4.1.Protein của thịt ............................................................................................. 331.4.2.Protein của cá .............................................................................................. 351.4.3.Hệ thống protein của sữa ............................................................................. 361.4.4.Protein của trứng ......................................................................................... 36CÁC BIẾN ĐỔI CỦA PROTEIN CÓ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM ...... 371.5.1.Khả năng tạo gel .......................................................................................... 371.5.2.Khả năng tạo bột nhão ................................................................................. 391.5.3.Khả năng tạo màng ...................................................................................... 401.5.4.Khả năng nhũ hóa ........................................................................................ 401.5.5.Khả năng tạo bọt .......................................................................................... 421.5.6.Khả năng cố định mùi.................................................................................. 43CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................................................... 43Phần tự luận ....................................................................................................................... 43Phần trắc nghiệm ............................................................................................................... 44iiiChƣơng 2. ENZYME .............................................................................................................. 462.1.2.2.2.3.2.4.2.5.CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA ENZYME ...................................................... 462.1.1.Khái niệm .................................................................................................... 462.1.2.Bản chất hóa học của enzyme ..................................................................... 462.1.3.Danh pháp của enzyme ................................................................................ 472.1.4.Cấu tạo hóa học của enzyme ....................................................................... 502.1.5.Hiệu lực xúc tác và tính đặc hiệu của enzyme ............................................ 51CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA ENZYME ................................................................. 522.2.1.Năng lƣợng hoạt hóa ................................................................................... 522.2.2.Cơ chế tác dụng của enzyme ....................................................................... 53CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME .................. 552.3.1.Ảnh hƣởng của nhiệt độ .............................................................................. 552.3.2.Ảnh hƣởng của độ pH.................................................................................. 552.3.3.Ảnh hƣởng của nồng độ cơ chất .................................................................. 572.3.4.Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme ................................................................. 592.3.5.Ảnh hƣởng của chất hoạt hóa ...................................................................... 592.3.6.Ảnh hƣởng của chất kìm hãm ...................................................................... 59PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ENZYME ........................................................ 602.4.1.Phƣơng pháp xác định độ hoạt động của enzyme ....................................... 602.4.2.Phƣơng pháp tách và làm sạch enzyme ....................................................... 61CÁC PHẢN ỨNG CỦA ENZYME TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM .......... 622.5.1.Phản ứng thủy phân ..................................................................................... 622.5.2.Phản ứng oxy hóa khử ................................................................................. 63CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................................................... 64Phần tự luận ............................................................................................................... 64Phần trắc nghiệm........................................................................................................ 64Chƣơng 3. VITAMIN ............................................................................................................. 663.1.3.2.ĐẠI CƢƠNG VỀ VITAMIN ................................................................................. 663.1.1.Khái niệm .................................................................................................... 663.1.2.Phân loại ...................................................................................................... 67CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG CHẤT BÉO ............................................... 673.2.1.Vitamin A [Retinol] ..................................................................................... 673.2.2.Vitamin D [Canxipherol] ............................................................................. 69iv3.3.3.4.3.2.3.Vitamin E [Tocopherol] .............................................................................. 713.2.4.Vitamin K .................................................................................................... 733.2.5.Vitamin Q .................................................................................................... 74CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG NƢỚC ....................................................... 753.3.1.Các vitamin nhóm B .................................................................................... 753.3.2.Vitamin C [Acid ascorbic]........................................................................... 833.3.3.Vitamin H [Biotin] ...................................................................................... 85CÁC ANTIVITAMIN ............................................................................................ 87CÂU HỎI ÔN TẬP ........................................................................................................... 87Phần tự luận ............................................................................................................... 87Phần trắc nghiệm........................................................................................................ 884.1.4.2.4.3.4.4.KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GLUCID .................................................................... 914.1.1.Cấu tạo và phân loại .................................................................................... 914.1.2.Chức năng .................................................................................................... 91MONOSACCHARIDE .......................................................................................... 934.2.1.Phân loại, danh pháp và cấu tạo phân tử ..................................................... 934.2.2.Tính chất vật lý .......................................................................................... 1004.2.3.Tính chất hóa học ...................................................................................... 1004.2.4.Các monosaccharide tiêu biểu ................................................................... 105OLIGOSACCHARIDE ........................................................................................ 1084.3.1.Khái niệm chung........................................................................................ 1084.3.2.Các oligosaccharide tiêu biểu .................................................................... 108POLYSACCHARIDE .......................................................................................... 1105.2.1.Đặc tính chung ........................................................................................... 1105.2.2.Các polysaccharide tiêu biểu ..................................................................... 111CÂU HỎI ÔN TẬP ......................................................................................................... 117Phần tự luận ............................................................................................................. 117Phần trắc nghiệm...................................................................................................... 117Chƣơng 5. LIPID .................................................................................................................. 1205.1.ĐẠI CƢƠNG........................................................................................................ 1205.2.3.Khái niệm .................................................................................................. 1205.2.4.Vai trò ........................................................................................................ 1205.2.5.Phân loại .................................................................................................... 121v5.2.5.3.LIPID ĐƠN GIẢN ............................................................................................... 1215.2.1.Triacylglycerols ......................................................................................... 1215.2.2.Sáp ............................................................................................................. 1275.2.3.Sterid.......................................................................................................... 129LIPID PHỨC TẠP ............................................................................................... 1315.3.1.Phospholipid .............................................................................................. 1315.3.2.Glycolipid .................................................................................................. 134CÂU HỎI ÔN TẬP ......................................................................................................... 136Phần tự luận ............................................................................................................. 136Phần trắc nghiệm...................................................................................................... 136Chƣơng 6. PHÂN GIẢI SINH CHẤT ................................................................................. 1396.1.6.2.6.3.SỰ PHÂN GIẢI GLUCID ................................................................................... 1396.1.1.Phân giải tinh bột và glycogen .................................................................. 1396.1.2.Phân giải các disaccharide ......................................................................... 1406.1.3.Phân giải glucose ....................................................................................... 141SỰ PHÂN GIẢI LIPID ........................................................................................ 1536.2.1.Sự chuyển hóa của lipid trong quá trình tiêu hóa và hấp thụ .................... 1536.2.2.Sự phân giải triacylglycerols ..................................................................... 1546.2.3.Sự β oxy hóa các acid béo ......................................................................... 1556.2.4.Chuyển hóa lipid trong bảo quản và chế biến ........................................... 161SỰ PHÂN GIẢI PROTEIN .................................................................................. 1626.3.1.Sự tiêu hóa protein ở động vật ................................................................... 1626.3.2.Những đƣờng hƣớng chuyển hóa của acid amin ....................................... 162CÂU HỎI ÔN TẬP ......................................................................................................... 164Phần tự luận ............................................................................................................. 164Phần trắc nghiệm...................................................................................................... 164TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 166viDANH SÁCH BẢNGBảng 1.1. Những acid amin thƣờng gặp trong protein ............................................................... 4Bảng 1.2. Giá trị pKa và pI của các acid amin ......................................................................... 11Bảng 1.3. Khối lƣợng phân tử của một vài protein................................................................... 27Bảng 1.4. Giá trị pI của một vài protein ................................................................................... 28Bảng 2.1. Một số ion kim loại là coenyme ............................................................................... 50Bảng 2.2. pH tối thích của một vài enzyme .............................................................................. 56viiDANH SÁCH HÌNHHình 1.1. Công thức cấu tạo chung của acid amin ..................................................................... 3Hình 1.2. Công thức cấu tạo của acid amin vòng thơm .............................................................. 4Hình 1.3. Công thức cấu tạo của acid amin có tính acid ............................................................ 5Hình 1.4. Công thức cấu tạo của các acid amin không phân cực kỵ nƣớc ................................. 5Hình 1.5. Công thức cấu tạo của các acid amin phân cực với điện tích dƣơng .......................... 6Hình 1.6. Công thức cấu tạo của các acid amin phân cực không tích điện ................................ 6Hình 1.7. Hai đồng phân cấu tạo của leucine ............................................................................. 8Hình 1.8. Đồng phân lập thể của alanine .................................................................................... 9Hình 1.9. Acid amin ở dạng không tích điện [1] và dạng lƣỡng cực [2] .................................... 9Hình 1.10. Công thức cấu tạo của glutamate theo pH .............................................................. 10Hình 1.11. Sự phân bố các nguyên tố trong liên kết peptide .................................................... 17Hình 1.12. Cấu tạo và tên gọi của một pentapeptide ................................................................ 18Hình 1.13. Cấu trúc bậc 1 ribonuclease .................................................................................... 19Hình 1.14. Xác định trình tự acid amin bằng phản ứng Edman ............................................... 20Hình 1.15. Xác định trình tự acid amin bằng phản ứng Senger................................................ 21Hình 1.16. Trình tự acid amin một đoạn hemoglobin .............................................................. 22Hình 1.17. Cấu trúc xoắn α của protein .................................................................................... 23Hình 1.18. Cấu trúc gấp nếp song song của protein ................................................................. 24Hình 1.19. Cấu trúc gấp nếp đối song song của protein ........................................................... 24Hình 1.20. Cấu trúc bậc 3 của ribonuclease ............................................................................. 25Hình 1.21. Cấu trúc bậc 4 của deoxyhemoglobin ..................................................................... 26Hình 1.22. Sơ đồ tích điện của phân tử protein ........................................................................ 28Hình 1.23. Sơ đồ hình thành hạt keo protein ............................................................................ 30Hình 1.24. Công thƣ́c cấu tạo của hem ..................................................................................... 34Hình 2.1. Cấu trúc bậc ba của chymotripsin ............................................................................. 51Hình 2.2. Biến dạng năng lƣợng của phản ứng ........................................................................ 53Hình 2.3. Sơ đồ minh họa thuyết chìa khóa - ổ khóa” của Fise................................................ 54Hình 2.4. Sơ đồ minh họa thuyết “tiếp xúc cảm ứng” của Kosland ......................................... 54Hình 2.5. Dạng chung của đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc vận tốc phản ứng enzyme vào nhiệtđộ ....................................................................................................................................... 55viiiHình 2.6: Ảnh hƣởng của pH tới độ hoạt động của pepsin và glucose 6-phosphatase............. 56Hình 2.7. Dạng chung của đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc vận tốc phản ứng enzyme vào nồngđộ cơ chất .......................................................................................................................... 58Hình 2.8. Đƣờng biểu diễn tuyến tính sự phụ thuộc vận tốc phản ứng enzyme vào nồng độ cơchất .................................................................................................................................... 58Hình 2.9: Cơ chế hoạt động của chất kì m hãm ......................................................................... 60Hình 3.1. Công thức cấu tạo của vitamin A .............................................................................. 67Hình 3.2. Sự hình thành vitamin A1 từ β caroten...................................................................... 68Hình 3.3. Sự hình thành vitamin D từ sterol ............................................................................. 70Hình 3.4. Công thức cấu tạo của vitamin E .............................................................................. 71Hình 3.5. Công thức cấu tạo của vitamin K .............................................................................. 73Hình 3.6. Công thức cấu tạo của vitamin Q .............................................................................. 74Hình 3.7. Công thức cấu tạo của vitamin B1 ............................................................................ 75Hình 3.8. Công thức cấu tạo của vitamin B2 ............................................................................ 77Hình 3.9. Công thức cấu tạo của vitamin B6 ............................................................................ 78Hình 3.10. Công thức cấu tạo của vitamin PP .......................................................................... 79Hình 3.11. Công thức cấu tạo của vitamin B5 .......................................................................... 79Hình 3.12. Công thức cấu tạo của acid folic ............................. Error! Bookmark not defined.Hình 3.13. Cấu tạo của cyanocobalamin .................................................................................. 82Hình 3.14. Cấu tạo của vitamin C ............................................................................................. 83Hình 3.15. Cấu tạo phân tử biotin ............................................................................................. 85Hình 3.16. Cấu tạo của biocytin ............................................................................................... 86Hình 3.17. Các antivitamin của vitamin B1.............................................................................. 87Hình 4.1. Công thức cấu tạo của D-glucose và D-fructose ...................................................... 93Hình 4.2. Công thức cấu tạo của monosaccharide có tính kiềm và tính acid ........................... 94Hình 4.3. Cấu hình D và L của glucose .................................................................................... 95Hình 4.4. Công thức cấu tạo của các D-aldose ......................................................................... 95Hình 4.5. Glucose và hai đồng phân không đối quang của nó ................................................. 96Hình 4.6. Sơ đồ hình thành vòng của glucose .......................................................................... 97Hình 4.7. Công thức cấu tạo vòng của glucose và fructose ...................................................... 98Hình 4.8. Mối quan hệ giữa công thức cấu tạo dạng Fisher và Haworth của glucose.............. 99ixHình 4.9. Cấu hình dạng ghế và dạng thuyền của glucopyranose ............................................ 99Hình 4.10. Công thức cấu tạo của glyceraldehyde và dihydroxyacetone ............................... 105Hình 4.11. Công thức cấu tạo của D-erytrose......................................................................... 105Hình 4.12. Công thức cấu tạo của các pentose thƣờng gặp .................................................... 106Hình 4.13. Công thức cấu tạo của D-glucose ......................................................................... 106Hình 4.14. Công thức cấu tạo của D-fructose......................................................................... 107Hình 4.15. Công thức cấu tạo của D-galactose....................................................................... 107Hình 4.16. Công thức cấu tạo của D-mannose ....................................................................... 107Hình 4.17. Công thức cấu tạo của sucrose .............................................................................. 108Hình 4.18. Công thức cấu tạo của maltose ............................................................................. 109Hình 4.19. Công thức cấu tạo của lactose ............................................................................... 109Hình 4.20. Mô hình cấu tạo của homopolysaccharide và heteropolysaccharide .................... 110Hình 4.21. Công thức cấu tạo của amylose ............................................................................ 111Hình 4.22. Mô hình cấu trúc xoắn ốc của amylose................................................................. 112Hình 4.22. Công thức cấu tạo của amylopectin ...................................................................... 113Hình 4.23. Sơ đồ minh họa cấu trúc nhánh của amylopectin ................................................. 113Hình 2.24. Công thức cấu tạo của pectin ................................................................................ 115Hình 2.25. Công thức cấu tạo của cellulose............................................................................ 116Hình 4.26. Công thức cấu tạo của chitin ................................................................................. 116Hình 5.1. Công thức cấu tạo chung của triacylglycerols ........................................................ 121Hình 5.2. Công thức cấu tạo của 1-Stearoyl, 2-linoleoyl, 3-palmytoyl glycerol .................... 122Hình 5.3. Công thức cấu tạo của các acid béo no ................................................................... 125Hình 5.4. Công thức cấu tạo của các acid béo không no ........................................................ 126Hình 5.5. Công thức cấu tạo của acid palmitic ....................................................................... 126Hình 5.6. Công thức cấu tạo của acid linoleic ........................................................................ 127Hình 5.7. Công thức cấu tạo chung của sáp ............................................................................ 127Hình 5.8. Công thức các gốc rƣợu trong sáp .......................................................................... 127Hình 5.9. Công thức các acid béo trong sáp ........................................................................... 128Hình 5.10. Công thức cấu tạo của sáp ong ............................................................................. 128Hình 5.11. Công thức cấu tạo của cholesterol ........................................................................ 130Hình 5.12. Công thức cấu tạo của các steroid hormone ......................................................... 130xHình 5.13. Công thức cấu tạo chung của glycerophospholipid .............................................. 132Hình 5.14. Công thức cấu tạo của các nhóm phân cực ........................................................... 132Hình 5.15. Công thức cấu tạo của sphingolipid ...................................................................... 133Hình 5.16. Công thức cấu tạo của hai galactolipid trong màng lục lạp .................................. 134Hình 5.17. Công thức cấu tạo của acid N-acetylneuraminic .................................................. 135Hình 5.18. Công thức cấu tạo glycosphingolipid của tế bào máu .......................................... 135Hình 6.1. Sơ đồ thể hiện vị trí phân cắt của các loại enzyme amylase trên phân tử tinh bột . 139Hình 6.2. Sự thủy phân glycogen bằng enzyme glycogen phosphorylase ............................. 140Hình 6.3. Chu trình Krebs ....................................................................................................... 146Hình 6.4. Sơ đồ phản ứng của pha không oxy hóa ................................................................. 152Hình 6.5. Sơ đồ phân giải glycerol ......................................................................................... 155Hình 6.6. Sơ đồ vận chuyển acyl CoA qua màng trong ty thể ............................................... 156Hình 6.7. Sơ đồ β oxy hóa acid palmitic................................................................................. 157Hình 6.8. Sự β oxy hóa oleoyl-CoA ....................................................................................... 158Hình 6.9. Sự β oxy hóa acid linoleic....................................................................................... 159Hình 6.10. Sơ đồ chuyển hóa propionyl-CoA ........................................................................ 160Hình 6.11. Các con đƣờng phân giải acid amin ...................................................................... 163xiDANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮTADPAdenosine diphosphate.AlaAlanine.ArgArginine.AsnAsparagine.AspAspartate.ATPAdenosine triphosphate.CysCystein.DNADeoxyribonucleic acid.FADflavin adenine dinucleotide.GalGalactose.GalNAcN-acetyl-D-galactosamine.GlcGlucose.GlnGlutamine.GluGlutamate.GlyGlycine.HisHistidine.IleIsoleucine.LeuLeucine.LysLysine.MetMethionine.NADPNicotinamide adenine dinucleotide.NADPNicotinamide adenine dinucleotide phosphate.PhePhenylalanine.ProProline.SerSerine.ThrThreonine.TrpTryptophan.TyrTyrosine.ValValine.xiiChƣơng 1. PROTEINProtein là chất thực phẩm quan trọng nhất trong hoạt động sống. Không có protein thìkhông thể có sự sống, sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật trên Trái đất. Protein làthành phần chủ yếu của nguyên sinh chất, tại đây liên tục xảy ra quá trình phân giải vàtổng hợp protein từ thức ăn. Protein cũng là hợp phần quan trọng của nhân tế bào, enzyme,hormone, kháng thể…1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PROTEIN1.1.1. Cấu tạo và phân loạiGiữa thế kỷ thứ XIX, nhà hóa học ngƣời Đức Gerardus Mulder đã chiết đƣợc một loạihợp chất đặc biệt, chúng vừa có mặt ở tế bào động vật, vừa có mặt ở tế bào thực vật. Hợpchất này đóng vai trò quan trọng trong sự tồn tại của mọi tế bào sinh vật trên trái đất. Theođề nghị của Berzelius - nhà hóa học Thụy Điển nổi tiếng, G. Mulder đặt tên chất đó làprotein – theo tiếng Hy Lạp "proteos" có nghĩa là quan trọng hàng đầu.Protein là những hợp chất hữu cơ cao phân tử phổ biến nhất trong tự nhiên, có trong tất cảcác loại tế bào và chiếm trên 50% so với trọng lƣợng khô tế bào. Khi thủy phân protein thì cácacid amin đƣợc tạo thành.Protein đƣợc tìm thấy ở mọi thành phần của mọi tế bào, nó là cơ bản cho cấu trúc và chứcnăng của tế bào. Protein cùng với acid nucleic tạo thành nucleoprotein giữ vai trò quyết địnhvà là cơ sở của sự sống, quá trình sinh trƣởng và phát triển của sinh vật.Không giống với các hợp chất hữu cơ khác, protein có nhiều tính chất đặc trƣng, có nhiềuloại protein khác nhau và mỗi loại giữ một chức năng sinh học khác nhau. Protein có tính đặcthù cao, chức năng của nó đa dạng mà không có ở bất kỳ hợp chất hữu cơ nào.Rất nhiều protein khác nhau đã đƣợc chiết tách ở dạng tinh thể, tinh chất, nhƣng tất cảchúng đều chứa các nguyên tố cơ bản là: C: 50 ÷ 55%; O: 21,5 ÷ 23,5%; N: 15 ÷ 18%; H: 6,5÷ 7,3%; S: 0,3 ÷2,5%; P: 0,1 ÷ 2%. Ngoài ra trong thành phần protein còn có một lƣợng rất ítsắt, đồng, kẽm, canxi… Ví dụ: trong hemoglobin có chứa sắt, đóng vai trò quan trọng trongviệc vận chuyển oxy trong quá trình hô hấp.Để phân loại protein, ngƣời ta dựa vào thành phần hóa học trong cấu tạo phân tử củachúng. Hiện nay protein đƣợc phân làm hai nhóm lớn là: Protein đơn giản: trong thành phần cấu tạo của nó chỉ có acid amin, nhóm này gồmcó các protein tiêu biểu: albumin, globulin, prolamin, histone, glutenin và protamin. Protein phức tạp: trong thành phần của nó ngoài các acid amin còn có những hợpchất khác không phải là acid amin, nhóm này có những protein quan trọng sau: nucleoprotein,chromoprotein, mucoprotein, lipoprotein và phosphoprotein.11.1.2. Chức nănga. Chức năng sinh học:Mọi cơ thể sống đều có chứa protein, cơ thể càng phức tạp thì chức năng do protein đảmnhận càng phức tạp.Protein có tính đặc thù cao, sự khác biệt giữa các loài sinh vật là do sự khác nhau giữa cácloại protein đặc trƣng của mình. Sự khác nhau của protein không chỉ ở những cơ thể khác loàimà ngay cả ở những cá thể cùng loài, và trong cùng một cá thể ở những cơ quan khác nhau cócác loại protein khác nhau.Protein rất đa dạng về mặt cấu trúc và chức năng. Có thể kể đến những chức năng sinhhọc quan trọng sau đây: Chức năng cấu trúc: protein là thành phần cấu tạo của tế bào, kể từ siêu khuẩn đếncác tế bào có nhân. Tại các mô, protein tạo nền tảng của chất nguyên sinh của bất kỳ tế bàosống nào, protein kết hợp với lipid tạo thành hợp chất lipoprotein – là vật liệu cấu trúc cơ bảncủa các màng sinh học. Chức năng xúc tác sinh học: tất cả các enzyme đều là protein, vai trò của enzymetrong cơ thể sống là giúp cho các phản ứng hóa sinh học xảy ra, từ những phản ứng đơn giảnnhất cho đến những phản ứng phức tạp. Chức năng điều hòa chuyển hóa: đó là các protein hormone, giúp cho các phản ứngtrong tế bào xảy ra đúng chiều hƣớng, đúng cƣờng độ mà cơ thể đòi hỏi. Chức năng vận chuyển các chất: ví dụ hemoglobin vận chuyển O2 và CO2, transferinvận chuyển sắt, cytochrome vận chuyển điện tử... Chức năng co duỗi, vận động: sự vận động của cơ thể là nhờ chức năng co dãn củaprotein myosin và actin trong tơ cơ. Chức năng bảo vệ cơ thể: các yếu tố có tính miễn dịch quan trọng và kháng thể làcác protein đặc hiệu cao, chúng nhận biết và kết hợp với các chất lạ nhƣ virus, vi khuẩn vàcác tế bào từ các cơ thể khác. Vì thế protein giữ một vai trò quan trọng trong việc phân biệtgiữa “mình” [self] và “không phải mình” [nonself]. Chức năng trợ giúp cơ học [điểm tựa]: sự kéo căng của da và xƣơng là do collagen[một loại protein dạng sợi]. Phát xung và vận chuyển các xung thần kinh. Sự đáp ứng của các tế bào thần kinhđối với một kích thích đặc hiệu đƣợc thực hiện qua trung gian các protein tiếp nhận [receptor].Chẳng hạn nhƣ rhodopsin là một protein nhạy cảm với ánh sáng trong các tế bào hình que ởvõng mạc. Các protein receptor cũng có thể đƣợc tạo ra bởi các phân tử nhỏ đặc hiệu chẳnghạn nhƣ acetylcholine, nó đáp ứng cho sự vận chuyển xung thần kinh ở các synaps [khoảngkhông giữa tế bào thần kinh và các các mô bào khác].2 Chức năng dự trữ dinh dƣỡng: protein là chất dự trữ năng lƣợng, là một thành phầndinh dƣỡng quan trọng, nếu thiếu protein sẽ dẫn đến sự suy nhƣợc cơ thể, đặc biệt đối với trẻem sẽ bị suy dinh dƣỡng.b. Vai trò của protein trong chế biến thực phẩm:Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc, tạo hình khối, tạo trạng thái cho các sản phẩmthực phẩm. Protein tơ cơ ở thịt và cá tạo cấu trúc gel cho các sản phẩm thịt, gliadin và glutenintạo cấu trúc xốp cho bánh mỳ, gelatin của da có khả năng tạo gel, albumin của trứng tạo cấutrúc cho các loại bánh và kem…Protein còn gián tiếp tạo ra chất lƣợng cho các thực phẩm: tạo màu và mùi cho sản phẩm[phản ứng Maillard], cố định mùi cho sản phẩm.1.2. ACID AMIN1.2.1. Cấu tạo chung và phân loạiKhi thủy phân hoàn toàn phân tử protein thì ta sẽ nhận đƣợc các đơn vị cấu trúc tạo thànhprotein là acid amin [còn gọi là L–α–amino carboxylic]. Các phân tử protein đƣợc hình thànhtừ 20 loại acid amin.Về mặt hóa học thì acid amin là dẫn xuất của acid carboxylic, mà trong đó một [đôi khihai] nguyên tử hydro của gốc alkyl đƣợc thay thế bởi nhóm amin. Phần lớn các acid amin tựnhiên có nhóm amin ở vị trị Cα so với nhóm carboxyl cho nên còn đƣợc gọi là α–aminocarboxylic. Công thức chung của acid amin đƣợc trình bày ở hình 1.1.NH2RCH COOHHình 1.1. Công thức cấu tạo chung của acid aminTrong cấu tạo của acid amin ta thấy có một nhóm carboxyl mang tính acid, một nhómamin mang tính kiềm ở vị trí carbon α nên còn có tên là α-amino acid; một nguyên tử hydrogenvà một nhóm R có bản chất khác nhau. Nhóm R đƣợc biểu thị nhƣ là một chuỗi bên, gốc Rkhác nhau thì tạo nên các acid amin khác nhau. Trong một số acid amin, cùng với gốc amin vàcarboxyl trong phân tƣ̉ còn chƣ́a gốc hydroxyl [–OH], gốc phenyl [–C6H5], gốc thiol [–SH]...Cũng có các acid amin có hai nhóm amin hoặc hai nhóm carboxyl trong phân tử.Trong tự nhiên ngƣời ta đã tìm đƣợc 250 loại acid amin. Protein trong cơ thể sinh vật mặcdù rất khác nhau, nhƣng chúng cũng chỉ đƣợc cấu tạo từ 20 loại acid amin [bảng 1.1]. Ngoàinhững acid amin kể trên thì trong thành phần của collagen và gelatin còn có acidhydroxylysine [2,6-diamino-5-hydroxyhexanoic].3Bảng 1.1. Những acid amin thƣờng gặp trong proteinTên acid aminKý hiệuTên acid aminKý hiệuAlanineAla [A]MethionineMet [M]CysteinCys [C]AsparagineAsn [N]AspartateAsp [D]ProlinePro [P]GlutamateGlu [E]GlutamineGln [Q]PhenylalaninePhe [F]ArginineArg [R]GlycineGly [G]SerineSer [S]HistidineHis [H]ThreonineThr [T]IsoleucineIle [I]ValineVal [V]LysineLys [K]TryptophanTrp [W]LeucineLeu [L]TyrosineTyr [Y][Nguồn: David L. Nelson et al., 2008]Phân loại acid amin: dựa vào đặc tính của mạch bên R có thể chia acid amin thành nămnhóm [David L. Nelson et al., 2008]:Nhóm acid amin vòng thơm: nhóm này gồm có phenylalanine, tyrosine vàtryptophan. Vì mạch bên có cấu tạo vòng thơm nên chúng không phân cực và kỵ nƣớc, có khảnăng hình thành liên kết kỵ nƣớc. Trong công thức của tyrosine có nhóm hydroxyl nên nó cókhả năng hình thành liên kết hydro, đây là đặc tính quan trọng của tyrosine. Công thức cấu tạocủa 3 acid amin này đƣợc trình bày ở hình 1.2.Hình 1.2. Công thức cấu tạo của acid amin vòng thơm[David L. Nelson et al., 2008]4 Nhóm acid amin có tính acid: nhóm này gồm hai acid amin là aspartate vàglutamate, chúng có gốc R tích điện âm ở pH = 7, trong công thức cấu tạo của chúng có hainhóm carboxyl [hình 1.3].Hình 1.3. Công thức cấu tạo của acid amin có tính acid[David L. Nelson et al., 2008] Nhóm acid amin không phân cực kỵ nƣớc: gốc R của các acid amin này không phâncực và kỵ nƣớc, nhóm này gồm các acid amin: glycine, alanine, proline, valine, leucine,isoleucine và methionine [hình 1.4]. Trong các acid amin thì glycine có công thức cấu tạo đơngiản nhất, gốc bên R chỉ là một nguyên tử hydro.Hình 1.4. Công thức cấu tạo của các acid amin không phân cực kỵ nƣớc[David L. Nelson et al., 2008]5 Nhóm acid amin có tính kiềm: gồm có lysine, arginine và histidine; gốc R của cácacid amin này tích điện dƣơng ở pH = 7. Công thức cấu tạo của các acid amin này đƣợc trìnhbày ở hình 1.5.Hình 1.5. Công thức cấu tạo của các acid amin phân cực với điện tích dƣơng[David L. Nelson et al., 2008] Nhóm acid amin phân cực không tích điện: những acid amin này tan đƣợc trongnƣớc vì gốc R của chúng có khả năng hình thành liên kết hydro với nƣớc. Nhóm này gồm cácacid amin: serine, threonine, cysteine, asparagine và glutamine [hình 1.6].Hình 1.6. Công thức cấu tạo của các acid amin phân cực không tích điện[David L. Nelson et al., 2008]6 Tính phân cực của serine và threonine là do nhóm hydroxyl ở gốc R tạo thành,của cysteine là do nhóm sulfhydryl, của asparagine và glutamine là do nhóm amide. Asparagine và glutamine là hợp chất amide của aspartate và glutamate, chúngdễ dàng bị thủy phân trong môi trƣờng acid hoặc kiềm. Hai phân tử cysteine có khả năng kếthợp với nhau bằng liên kết disulfide tạo thành cystine.Ngƣời ta cũng có thể phân loại acid amin theo đặc tính sinh lý. Theo quan điểm này thìcác acid amin đƣợc phân ra làm hai loại: Acid amin thiết yếu: đây là những acid amin không tổng hợp đƣợc trong cơ thể độngvật. Để đảm bảo với nhu cầu của sự phát triển cơ thể thì các acid amin này phải đƣợc cungcấp bằng con đƣờng qua thức ăn. Nếu thiếu các acid amin này cơ thể động vật không pháttriển bình thƣờng. Các acid amin này bao gồm: Phe, His, Ile, Leu, Lys, Val, Met, Arg, Trp vàThr. Ở ngƣời trƣởng thành thì Arg và His không phải acid amin thiết yếu do cơ thể có khảnăng tƣ̣ tổng hợp đƣợc. Acid amin thứ yếu: đây là những acid amin cơ thể động vật có thể tổng hợp đƣợc từnhững nguyên liệu chuyển hóa nhƣ acid béo, glucid… Nhóm này gồm có các acid amin: Gly,Ala, Ser, Asp, Glu, Cys, Tyr, Pro, Gln, Asn.1.2.2. Tính chất của acid amina. Tính chất chung của acid aminCác acid amin tự nhiên có khả năng kết tinh thành tinh thể màu trắng, khi ở dạng tinh thểrắn nó bền ở nhiệt độ thƣờng [20 ÷ 250C].Khả năng hòa tan trong nƣớc của các acid amin rất khác nhau. Ngoại trừ một vài acidamin cấu tạo vòng nên ít tan, đa số acid amin tan tốt trong nƣớc, tan tốt nhất là proline vàglycine, tan kém nhất là tyrosine và cystein. Tính tan phụ thuộc vào mạch bên R của acidamin: tính tan trong nƣớc giảm dần khi mạch carbon của gốc R tăng số carbon lên, nhƣng khả7năng tan trong rƣợu thì ngƣợc lại. Dạng muối của các acid amin [natri và clorua] tan tốt hơnkhi ở dạng acid amin tự do.Đa số acid amin đều bền trong dung dịch nƣớc, chúng không bị phân hủy khi hấp ở nhiệtđộ 100 ÷ 2000C trong thời gian 2 giờ [trừ acid glutamic và glutamine do có hiện tƣợng khépvòng].Tính bền của acid amin đối với tác dụng của acid và kiềm mạnh là rất khác nhau, tùythuộc vào nhiệt độ, thời gian và loại acid amin. Khi thủy phân bằng acid HCl 6N ở nhiệt độ100 ÷ 1070C trong thời gian 20 ÷ 72 giờ thì không xảy ra hiện tƣợng racemic hóa [sự tạothành hỗn hợp đồng phân quang học] và đa số acid amin không bị thủy phân ngoại trừtryptophane bị phân hủy hoàn toàn, còn các acid amin chứa lƣu huỳnh thì bị oxy hóa 10 ÷30%. Nhƣng khi thủy phân bằng dung dịch NaOH 4 ÷ 8N trong thời gian 18 ÷ 29 giờ ở nhiệtđộ sôi thì hầu hết các acid amin bị phân hủy và xảy ra hiện tƣợng racemic hóa.b. Tính chất hoạt quang của acid aminTrừ Gly, tất cả các acid amin khác đều là chất hoạt quang vì trong phân tử của chúng cóchứa nguyên tử carbon hoạt quang [carbon bất đối xứng]. Vì thế chúng có khả năng làm quaymặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải hoặc sang trái.Tồn tại hai dạng đồng phân đối với acid amin: Đồng phân cấu tạo là các phân tử với cùng công thức hóa học tổng quát và thôngthƣờng với cùng loại liên kết hóa học giữa các nguyên tử, nhƣng trong đó các nguyên tử đƣợcsắp xếp khác nhau. Ví dụ: Leu và Ile có công thức phân tử giống nhau nhƣng công thức cấutạo lại khác nhau [hình 1.7].COOHCOOHH 2NCHCH2H 3CH 2N C HH 3CC HCHCH2CH3CH3Leucine [Leu, L]Isoleucine [Ile, I]Hình 1.7. Hai đồng phân cấu tạo của leucine[Phạm Thu Cúc, 2002] Đồng phân lập thể là đồng phân với tính liên tục nhƣ nhau của các nguyên tử củahợp chất, nhƣng lại khác nhau về sự phân bố của các nhóm thế trong không gian. Các acidamin có thể tồn tại dƣới hai dạng đồng phân lập thể là L và D. Chất chuẩn đƣợc chọn dùng đểxác định dạng đồng phân lập thể của các phân tử acid amin là phân tử L-glyceraldehyde. Cácacid amin có cấu hình Cα giống nhƣ L-glyceraldehyde là dạng đồng phân L, ngƣợc lại là đồngphân D [hình 1.8].8Hình 1.8. Đồng phân lập thể của alanine[David L. Nelson et al., 2008]Tất cả các acid amin có trong thành phần của protein đều thuộc dạng L. Nếu thủy phânprotein trong điều kiện acid [hoặc kiềm] yếu và nhiệt độ thấp thì những acid amin nhận đƣợcvẫn giữ nguyên hoạt tính quang học của mình, còn nếu đun nóng khi thủy phân [trên 2000C]bằng kiềm mạnh sẽ có hiện tƣợng racemic hóa.Cấu hình D của acid amin trong thiên nhiên rất ít gặp, chúng tham gia vào thành phầnvách tế bào của một vài vi sinh vật hoặc trong một số polypeptide có hoạt tính kháng sinh[actinomixin, gramixidin, tiroxydin].Phần lớn cấu hình D có vị ngọt, khó tiêu hóa và ức chế sự trao đổi chất. Còn cấu hình Lcủa acid amin không có vị hay có vị cay.c. Tính lưỡng tính và điểm đẳng điện của acid aminTất cả acid amin tồn tại trong dung dịch nƣớc ở dạng ion lƣỡng cực [Zwitterions] dotrong phân tử acid amin có chứa nhóm amin và nhóm cacboxyl [hình 1.9].[1][2]Hình 1.9. Acid amin ở dạng không tích điện [1] và dạng lƣỡng cực [2][David L. Nelson et al., 2008]Các acid amin trong dung dịch pH trung tính chủ yếu ở dạng lƣỡng cực [Zwitterions] hơnlà dạng các phân tử không ion hóa. Trong dạng lƣỡng cực của acid amin thì nhóm amin ởdạng –NH3+, và nhóm Carboxyl bị phân ly –COO-.9Trong môi trƣờng acid mạnh, sự phân ly của nhóm cacboxyl bị kìm hãm, phân tử acidamin tác dụng nhƣ một chất kiềm, acid amin sẽ tích điện dƣơng.Trong môi trƣờng kiềm, sự phân ly của nhóm amin bị kìm hãm, phân tử acid amin tácdụng nhƣ một acid, acid amin sẽ tích điện âm.Giá trị pH tại đó phân tử acid amin trung hòa về điện đƣợc gọi là điểm đẳng điện củaacid amin và ký hiệu là pI. Tại điểm đẳng điện phân tử acid amin không dịch chuyển trongđiện trƣờng. Tại pH thấp hơn pI thì acid amin tích điện dƣơng, và ngƣợc lại tại pH cao hơn pIthì acid amin tích điện âm. Các acid amin khác nhau có giá trị pI khác nhau đặc trƣng chotừng loại, bảng 1.2 thể hiện giá trị pI của các acid amin.Để xác định giá trị pI của mỗi acid amin thì dựa vào giá trị pKa của nhóm carboxyl vànhóm amin trong phân tử của acid amin. Giá trị pKa cho biết trạng thái ion của các acid amintheo giá trị pH dung dịch. Nếu giá trị của pH dung dịch nhỏ hơn pKa thì dạng acid hiện diện,ngƣợc lại nếu giá trị pH lớn hơn pKa thì dạng kiềm hiện diện. Hình 1.10 thể hiện công thƣ́ccấu tạo của glutamate khi giá trị pH dung dịch thay đổi.pK1= 2,19; pKR = 4,25; pK2 = 9,67Hình 1.10. Công thức cấu tạo của glutamate theo pH[David L. Nelson et al., 2008]Ngƣời ta dựa vào điểm đẳng điện khác nhau của các acid amin khác nhau để tách cácacid amin ra khỏi hỗn hợp nhiều acid amin bằng phƣơng pháp điện di.10Bảng 1.2. Giá trị pKa và pI của các acid aminGiá trị pKaAcid aminpIpKa1 [α-COOH]pKa2[α-NH3+ ]Alanine2,349,69Arginine2,179,04Asparagine2,028,80Aspartate1,889,606,352,77Cystein1,9610,288,185,07Glutamate2,199,674,253,22Glutamine2,179,135,65Glycine2,349,605,97Histidine1,829,17Isoleucine2,369,686,02Leucine2,369,605,98Lysine2,188,95Methionine2,289,215,74Phenylalanine1,839,135,48Proline1,9910,966,48Serine2,219,155,68Threonine2,119,625,87Tryptophan2,389,395,89Tyrosine2,209,11Valine2,329,62pKaR [nhóm R]6,0112,4810,765,416,0010,5310,077,599,745,665,97[David L. Nelson et al., 2008]11d. Tính chất hóa học của acid aminCác phản ứng của acid amin bao gồm các phản ứng của các nhóm chức trên phân tử acidamin bao gồm nhóm chức carboxyl, nhóm chức amin và các nhóm chức khác trong mạch bênR của acid amin.Nhóm chức carboxyl của acid amin tác dụng nhƣ một acid tạo ra rƣợu, amide, ester vàmuối.Khi phản ứng với rƣợu tạo thành ester:R1 CHCOOHHONH2R1 CHR2NH2H2OKhi bị khử nhóm carboxyl thì tạo thành rƣợu bậc I:R1 CHCOOHLiBH4R1NH2COOR2CHCH2OHNH2Phản ứng với kiềm tạo muối:R1 CHCOOHR1 CHNaOHNH2H2OCOONaNH2 Phản ứng tạo phức với ion kim loại hóa trị II: hầu hết các acid amin đều có khả năngtạo phức với các ion kim loại hóa trị II. Phức của các acid amin với đồng dùng để che chởnhóm α-amin khi tiến hành một số phản ứng và dùng trong định lƣợng acid amin bằngphƣơng pháp so màu.H2N CH COOH + Cu2++ HOOC CH NH2R1R2H2NR1 CHC OOCuNH2HC R2O CO12Độ bền của phức hợp tăng theo thứ tự:Mg2+< Mn2+< Fe2+< Cd2+< Co2+< Zn2+< Ni2+< Cu2+Phản ứng tạo amide: những phản ứng này xảy ra dƣới sự xúc tác của enzyme.COOHH2NCCOOHH2O + ADPNH3 + ATPHH2NAsparagine sythetaseCH2CCH2COOHCONH2AsnAspCOOHH2NCNH3 + ATPCOOHH2O + ADPH[CH2]2H2NGlutamine sythetaseCH[CH2]2COOHCONH2GlnGluHPhản ứng khử nhóm carboxyl tạo thành amin dƣới tác dụng của enzyme:NH2R CH COOHdecarboxylaseacid aminNCH2NNR CH2 NH2 + CO2aminNH2CH COOHCO2HistidinedecarboxylaseLysineNNCH2 CH2 NH2HistamineHistidineNH2H2N [CH2]4 CH COOHNCO2LysinedecarboxylaseH2N [CH2]5 NH2Cadaverine13