CHỦ ĐỀ: PROTEIN – NỀN TẢNG CỦA SỰ SỐNG

1. ĐẶC ĐIỂM PROTEIN

1. 1. Protein là gì?

- Protein (còn gọi là đạm hay protit) là polipeptit cao phân tử có phân tử khối

từ vài chục nghìn đến vài triệu.

- Protein là thành phần không thể thiếu được của mọi cơ thể sống. Chúng

đóng vai trò cốt lõi của cấu trúc nhân, của mọi bào quan, đặc biệt là hệ màng sinh

học có tính chọn lọc cao.

1.2. Phân loại

Dựa vào nguồn gốc:

+ Protein thực vật: Có nhiều trong rau, củ, quả và hạt. Thực phẩm có nhiều

protein nhất là đậu vàng, cứ 100 gam thì có 36,6 gam, tiếp đến là các loại đậu khác,

vừng, ngũ cốc...

+ Protein động vật: Loại thực phẩm có nhiều protein động vật nhất là thịt gà

có 23,3 gam/ 100 gam. Các loại thuỷ hải sản có hàm lượng protein cao nhất, tiếp đến

là các loại thịt, cá nước ngọt, sữa, trứng,...

Dựa vào thành phần hóa học:

+ Protein đơn giản: Là những protein khi thủy phân hoàn toàn chỉ cho hỗn hợp

các -L-amino axit. Ví dụ:

Anbumin có trong lòng trắng trứng, sữa, đậu Hà Lan.

Hình 1. Anbumin

Globulin có trong sữa, lòng đỏ trứng, đậu tương, máu.

Hình 2. Globulin

Dựa vào hình dạng phân tử protein:

Protein hình cầu là những phân tử có dạng hình cầu và tan trong nước. Ví dụ:

anbumin, globumin…

Protein hình sợi là những phân tử hình sợi và không tan trong nước. Ví dụ:

Keratin của tóc, fibroin của tơ tằm…

Hình 3. Keratin

1.3. Đặc điểm chung phân tử protein

- Protein là đại phân tử hữu cơ có cấu trúc đa dạng nhất.

- Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân của protein là axit amin (20 loại

axit amin).

- Protein đa dạng và đặc thù do số lượng thành phần và trật tự sắp xếp các axit

amin.

Hình 4. Liên kết peptit trong phân tử protein

1.4. Cấu trúc không gian của protein

Protein có 4 bậc cấu trúc cơ bản như sau:

- Cấu trúc bậc 1:

+ Thành phần, số lượng, trình tự sắp xếp của các axit amin trong chuỗi

polipeptit thể hiện cấu trúc bậc 1 của protein. Các axit amin liên kết với nhau bằng

các liên kết peptit tạo nên chuỗi polipeptit.

+ Cấu trúc bậc 1 của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin

trên chuỗi polipeptit sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polipeptit, là cơ

sở cho việc hình thành cấu trúc không gian của protein và từ đó quy định đặc tính

của protein. Phân tử protein ở bậc 1 chưa có hoạt tính sinh học vì chưa hình thành

nên các trung tâm hoạt động. Phân tử protein ở cấu trúc bậc 1 chỉ mang tính đặc thù

về thành phần acid amin, trật tự các axit amin trong chuỗi. 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.

+ Trong tế bào protein thường tồn tại ở các bậc cấu trúc không gian. Sau khi

chuỗi polipeptit - protein bậc 1 được tổng hợp tại ribosome, nó rời khỏi ribosome và

hình thành cấu trúc không gian (bậc 2, 3, 4) rồi mới di chuyển đến nơi sử dụng thực

hiện chức năng của nó.

- Cấu trúc bậc 2:

+ Cấu trúc bậc 2 của protein là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polipeptit trong

không gian. Chuỗi polipeptit 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 hiđro giữa những

axit amin ở gần nhau.

+ Liên kết hiđro được tạo thành giữa các nhóm cacboxyl của 1 liên kết peptit với

nhóm amin của liên kết peptit thứ tự sau nó (cách nhau 3 gốc axit amin) trên cùng

một mạch polipeptit

+ Ví dụ: Các protein sợi như keratin, collagen,... (có trong lông, tóc, móng,

sừng) gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu (hemoglobin và mioglobin) có

nhiều nếp gấp β hơn.

- Cấu trúc bậc 3:

+ Các xoắn α hoặc gấp nếp β lại có thể cuộn lại với nhau thành búi có cấu hình

không gian ba chiều đặc trưng cho từng loại protein. Đó là cấu trúc bậc 3 của

protein. Cấu trúc không gian này quyết định hoạt tính chức năng của protein. Cấu

trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polipeptit.

+ Cấu trúc bậc 3 là dạng không gian của cấu trúc bậc 2, làm cho phân tử protein

có hình dạng gọn hơn trong không gian, giúp cho phân tử protein ổn định trong môi

trường sống. Cấu trúc bậc 3 đã tạo nên trung tâm hoạt động của phần lớn các loại

enzim.

+ Cấu trúc bậc 3 được giữ vững nhờ các liên kết cầu đisunfua (-S-S-), tương tác

Van der Waals, liên kết hiđro, liên kết ion. Liên kết -S-S- được hình thành từ hai

phân tử cystein nằm xa nhau trên mạch peptit nhưng gần nhau trong cấu trúc không

gian do sự cuộn lại của mạch polipeptit. Đây là liên kết đồng hoá trị nên rất bền

vững. Vì vậy khi phá vỡ các liên kết này phân tử duỗi ra đồng thời làm thay đổi một

số tính chất của nó, đặc biệt là tính tan và hoạt tính xúc tác của nó.

- Cấu trúc bậc 4:

+ Là một trạng thái tổ hợp hình thành từ nhiều tiểu phần protein đã có cấu trúc

bậc ba hoàn chỉnh. Khi protein có chứa từ 2 chuỗi polipeptit trở lên, chúng có cấu

trúc bậc 4. Các chuỗi polipeptit liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết

hiđro.

+ Phân tử protein có cấu trúc bậc 4 có thể phân li thuận nghịch thành các tiểu

phần đơn vị. Khi phân li, hoạt tính sinh học của nó bị thay đổi hoặc có thể mất hoàn

toàn. Do tồn tại tương tác giữa các tiểu phần đơn vị nên khi kết hợp với một chất

nào đó dù là phân tử bé cũng kéo theo những biến đổi nhất định trong cấu trúc

không gian của chúng.

+ Rất nhiều trường hợp protein phải tổ hợp lại mới có hoạt tính sinh học. Trong

những trường hợp này, cấu trúc bậc bốn là điều kiện để hình thành nên tính năng

mới của protein.

+ Sự hình thành cấu trúc bậc bốn tạo điều kiện cho quá trình điều tiết sinh học

thêm tinh vi, chính xác.

Hình 5. Cấu trúc protein từ cấu trúc bậc 1 tới cấu trúc bậc 4

1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến cấu trúc protein

- Yếu tố môi trường: Nhiệt độ cao, độ pH… làm phá huỷ cấu trúc không gian

3 chiều của protein, làm cho protein mất chức năng.

- Hiện tượng biến tính: là hiện tượng protein bị biến đổi cấu trúc không gian.

2. TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN

2.1. Tính chất vật lý của protein

- Protein tồn tại ở 2 dạng chính:

+ Dạng protein hình sợi như keratin của tóc, móng, sừng; miozin của bắp,

fibroin của tơ tằm, mạng nhện.

+ Dạng protein hình cầu như anbumin của lòng trắng trứng, hemoglobin của

máu.

Hình 6. Fibroin của tơ tằm, mạng nhện

Hình 7. Keratin của tóc, móng

Hình 8. Miozin của cơ bắp

Hình 9. Anbumin của lòng trắng trứng Hình 10. Hemoglobin của máu

- Tính tan của các loại protein rất khác nhau.

+ Protein hình sợi hoàn toàn không tan trong nước.

+ Protein hình cầu tan trong nước tạo thành dung dịch keo như anbumin (lòng

trắng trứng), hemoglobin (máu).

- Sự đông tụ của protein xảy ra khi cho axit, bazơ hặc một số muối vào dung dịch

protein. Ví dụ: Quá trình đông tụ của sữa chua, đậu phụ…

Hình 11. Quá trình đông tụ của sữa chua, đậu phụ

2.2. Tính chất hóa học của protein

2.2.1. Phản ứng thủy phân

Đun nóng protein trong dung dịch axit hay dung dịch kiềm, hoặc nhờ xúc tác

enzim, phân tử protein bị phân cắt thành các chuỗi polipeptit, thủy phân tiếp tục tạo

thành hỗn hợp các α-amino axit.

2 2H O H O

xt xtProtein polipeptit α-amino axit

2.2.2. Phản ứng màu

Phản ứng Xangtoproteic: Protein tác dụng với HNO3 đặc tạo ra kết tủa vàng.

Nhóm của một số gốc amino axit trong protein đã phản ứng với

HNO3 cho hợp chất mới mang nhóm NO2 có màu vàng, đồng thời protein bị đông tụ

bởi HNO3 thành kết tủa.

Phản ứng biure: Protein phản ứng với CuSO4 trong môi trường kiềm cho

dung dịch xuất hiện màu tím đặc trưng.

3. VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN ĐỐI VỚI SỰ SỐNG

3.1. Vai trò

Protein là thành phần nguyên sinh chất tế bào.

- Protein chiếm trên 50% khối lượng khô của tế bào và là vật liệu cấu trúc của

tế bào.

- Thiếu protein dẫn đến suy dinh dưỡng, chậm lớn, suy giảm miễn dịch,…

Protein cần thiết cho sự chuyển hóa bình thường của các chất dinh dưỡng

khác.

- Đặc biệt là các vitamin và chất khoáng; thiếu protein, nhiều vitamin không

phát huy đầy đủ chức năng của chúng mặc dù không thiếu về số lượng

Protein tham gia vào cân bằng năng lượng của cơ thể.

- Protein điều hòa chuyển hóa nước và cân bằng kiềm toàn trong cơ thể.

- Protein cung cấp 10 - 15% năng lượng của khẩu phần, 1 gam protein đốt

cháy trong cơ thể cho 4 Kcal.

Protein kích thích ngon miệng.

- Protein kích thích sự thèm ăn nên giữ vai trò chính tiếp nhận các chế độ ăn

khác nhau.

- Thiếu protein gây rối loạn cơ thể.

Tóm lại, nếu không có protein thì không có sự sống. Ba chức năng chính của

vật chất sống là phát triển, sinh sản và dinh dưỡng đều liên quan chặt chẽ đến

protein.

3.2. Chức năng

Protein là thành phần không thể thiếu của mọi cơ thể sống. Cấu trúc của

protein quy định chức năng sinh học của nó. Protein có cấu trúc và chức năng sinh

học đa dạng nhất trong số các hợp chất hữu cơ có trong tế bào.

Protein có một số chức năng chính sau:

+ Cấu tạo nên tế bào và cơ thể. Chúng đóng vai trò cốt lỗi trong cấu trúc của

nhân, của mọi bào quan, đặc biệt là hệ màng sinh học có tính chọn lọc cao. Ví dụ:

collagen tham gia cấu tạo nên các mô liên kết, histon tham gia cấu trúc nhiễm sắc

thể.

Hình 2. Collagen tham gia cấu tạo mô liên kết

+ Vận chuyển các chất. Một số protein có vai trò như xe tải vận chuyển các chất

trong cơ thể. Ví du: hemoglobin vận chuyển oxi đến các cơ quan cơ thể…

Hình 13. Hemoglobin vận chuyển oxi đến các cơ quan

+ Bảo vệ cơ thể. Ví dụ các kháng thể (có bản chất là protein) có chức năng bảo

vệ cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh…

Hình 14. Các kháng thể bảo vệ cơ thể khỏi các độc tố

+ Thu nhận thông tin. Ví dụ: các thụ thể trong tế bào.

+ Xúc tác cho các phản ứng sinh hóa. Ví dụ: các enzim có bản chất là protein

đóng vai trò xúc tác cho các phản ứng sinh học…

+ Điều hòa quá trình trao đổi chất. Các hoocmôn – phần lớn là protein – có chức

năng điều hòa quá trình trao đổi chất trong tế bào và trong cơ thể. Ví dụ: insulin điều

hòa lượng đường trong máu…

+ Vận động. Nhiều loại protein tham gia vào chức năng vận động của tế bào và

cơ thể. Ví dụ: miozin trong cơ.

+ Dự trữ. Lúc thiếu hụt cacbohiđrat và lipit, tế bào có thể phân giải protein dự

trữ, cung cấp năng lượng cho tế bào và cơ thể hoạt động. Ví dụ: anbumin, casein,

protein dự trữ trong các hạt của cây.

Hình 15. Protein dự trữ trong hạt đậu nành

Sự đa dạng của cơ thể sống do tính đặc thù và tính đa dạng của protein quyết

định.

4. CÔNG DỤNG TỔNG QUAN CỦA PROTEIN TRONG DINH DƢỠNG

- Protein là một thành phần chính của các tế bào bạch cầu, có nhiệm vụ chống

lại vi khuẩn. Vì vậy, protein rất cần thiết để đẩy lùi tình trạng nhiễm trùng và các

loại bệnh. Đây cũng là dưỡng chất cần thiết cho sự hình thành kháng thể.

- Nuôi dưỡng da và tóc. 90% thành phần của tóc và mô da là protein. Sự thiếu

hụt protein sẽ khiến tóc trở nên giòn, dễ gãy và da xuất hiện các nếp nhăn.

- Cung cấp năng lượng được sinh ra từ protein và có nhiệm vụ chuyển hóa

thức ăn thành năng lượng. Vì vậy, protein có tác động trực tiếp lên quá trình sản sinh

năng lượng của cơ thể. Protein cũng là thành phần chủ chốt trong hooc môn, ảnh

hưởng đến đường huyết và sự trao đổi chất của cơ thể.

- Phát triển và duy trì ổn định protein đóng vai trò chính trong việc sản sinh

và tái tại hệ mô. Ví dụ, phục hồi vết thương hoặc vết bỏng, hay giúp tóc mọc lại sau

khi cắt tỉa. Các tế bào và hệ thống không thể được tái tạo nếu không có protein.

- Protein có nhiệm vụ điều chỉnh mật độ của các chất trong cơ thể dưới dạng

nước. Nhờ tính hút nước, protein giúp duy trì sự cân bằng chất lỏng trong tế bào.

Protein cũng giúp chuyển hóa các chất như muối, kali và chất điện phân trong và

ngoài cơ thể.

- Là thành phần quan trọng của máu.

- Các cơ bắp, xương cốt và nội tạng cơ thể chủ yếu đều do protein tạo thành.

Protein chính là thứ vật chất đã phát huy tác dụng quan trọng trong hoạt động của cơ

thể, đồng thời còn đóng vai trò chất kích thích miễn dịch trong cơ thể, là thành phần

cung cấp vitamin, vật chất miễn dịch và năng lượng cho cơ thể.

- Protein là chất kiểm soát sự hưng phấn cũng như là quá trình kiểm soát của

các tế bào não. Nó đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của não như: trí nhớ,

ngôn ngữ, suy nghĩ, vận động, thần kinh dẫn truyền.

- Protein là yếu tố tạo hình chính, tham gia vào thành phần các cơ bắp, máu,

bạch huyết, hocmôn, men, kháng thể, các tuyến bài tiết và nội tiết. Do vai trò này,

protein có liên quan đến mọi chức năng sống của cơ thể (tuần hoàn, hô hấp, sinh

dục, tiêu hóa, bài tiết hoạt động thần kinh và tinh thần...).

- Protein cần thiết cho chuyển hóa bình thường các chất dinh dưỡng khác, đặc

biệt là các vitamin và chất khoáng.

- Protein kích thích sự thèm ăn và vì thế nó giữ vai trò chính tiếp nhận các chế

độ ăn khác nhau. Thiếu protein gây ra các rối loạn quan trọng trong cơ thể như

ngừng lớn hoặc chậm phát triển, mỡ hóa gan, rối loạn hoạt động nhiều tuyến nội tiết

(giáp trạng, sinh dục), thay đổi thành phần protein máu, giảm khả năng miễn dịch

sinh học của cơ thể và tăng tính cảm thụ của cơ thể với các bệnh nhiễm khuẩn.

5. PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG PROTEIN CÓ HIỆU QUẢ

5.1. Những ảnh hƣởng khi cơ thể thiếu hụt hay dƣ thừa protein

Thiếu protein tất sẽ dẫn đến thiếu dinh dưỡng, dễ mắc các bệnh phù thũng,

loạn nhịp tim, mệt mỏi, thiếu máu, trẻ em chậm phát triển, đầu óc kém minh mẫn,

ảnh hưởng đến kinh nguyệt, sức đề kháng kém, ăn không ngon, cơ bắp teo lại, khớp

xương rã rời,...

Hình 16. Một số bệnh thường gặp nếu thiếu protein

Tuy nhiên cũng không thể ăn quá nhiều chất protein trong thức ăn. Khi chất

protein thay thế trong cơ thể sẽ sản sinh ra amin, nước tiểu chứa chất azote, trong đó

amoniac là chất có hại, phải trải qua xử lí giải độc ở gan mới có thể từ thận bài tiết

ra ngoài, ăn nhiều protein sẽ gây hại cho gan và thận. Ngoài ra, ăn nhiều protein tuy

có thể tăng cường cơ bắp nhưng nếu không tập luyện thì chất protein dư thừa chuyển

hoá thành chất béo ở dưới da, cơ thể sẽ trở nên béo phì.

Hình 17. Ăn quá nhiều protein dẫn đến béo phì

5.2. Sử dụng protein có hiệu quả

- Protein thường có trong các loại thực phẩm có nguồn gốc từ động thực vật.

Tuy nhiên, protein động vật chứa hàm lượng chất béo cao. Vì thế, khi tiêu thụ với số

lượng nhiều protein động vật sẽ góp phần làm tăng nguy cơ mắc bệnh của cơ thể

như bệnh cao huyết áp và các bệnh về tim mạch.

- Trong khi đó, protein từ thực vật (như gạo, ngũ cốc, các loại đậu, đặc biệt là

đậu nành) có ít chất béo và được chứng minh giúp làm giảm lượng cholesterol trong

máu và giảm nguy cơ mắc các bệnh trên. Do đó, việc kết hợp hài hòa giữa protein

động vật và thức vật sẽ giúp bạn có được hỗn hợp protein tốt hơn cho sức khỏe.

- Cơ thể và thực phẩm đều do các axit amin khác nhau tạo nên. Con người

cần đến trên 20 loại axit amin, trong đó có 8 loại không thể tự có trong cơ thể, rất

cần hấp thụ từ các món ăn, đó là isoleucin, leucin, valin, methionin, phenibalanin,

threonin, tryptophan và lysin. Để thoả mãn nhu cầu protein do các axit amin tạo ra,

mỗi ngày cơ thể cần ăn những món ăn có dinh dưỡng khác nhau với một lượng vừa

đủ.

- Các thực phẩm giàu protein:

+ Cá và các chế phẩm từ cá: Hàm lượng protein cao, có nhiều chất khoáng và

vitamin hơn thịt đặc biệt trong gan cá có nhiều vitamin A, D, B12 nhưng cá dễ bị

hỏng hơn thịt.

+ Trứng: Là nguồn cung cấp chất đạm tốt nhất vì có đầy đủ các axit amin cần

thiết với tỷ lệ cân đối.

+ Sữa: Là môi trường rất tốt cho vi khuẩn phát triển vì vậy cần phải bảo quản

cẩn thận nhất là sau khi đã pha thành sữa nước. Khi sữa bị hỏng sẽ có màu vàng nâu

từ nhạt tới sẫm.

+ Đậu nành: Là thực phẩm giàu chất dinh dưỡng và có tác dụng tốt cho sức

khỏe.

+ Vừng, lạc: Hàm lượng protein trong vừng, lạc cao hơn nhưng chất lượng kém

hơn đậu đỗ. Khi rang lạc không làm ảnh hưởng tới chất lượng protein. Cần bảo quản

tốt để tránh nấm mốc.

Hình 18. Một số thực phẩm giàu protein

6. CÁCH BẢO QUẢN THỰC PHẨM GIÀU PROTEIN

- Yếu tố quyết định tốc độ quá trình hư hỏng của thực phẩm giàu protein là

nhiệt độ, độ ẩm và mức độ nhiễm vi sinh vật ban đầu. Quá trình biến chất thực phẩm

giàu protein thường thể hiện qua các dạng thối rữa, lên men mốc, đổi màu, hóa

nhầy…

- Có nhiều cách khác nhau được áp dụng trong bảo quản thực phẩm giàu

protein như:

+ Thực phẩm chưa dùng ngay cần để trong tủ mát hay tủ lạnh đặc biệt thực

phẩm là cá, thịt, sữa phải để trong tủ đá và được bọc kín bằng giấy sạch.

+ Thực phẩm, thức ăn sau khi chế biến cần được ăn ngay, không để lâu bên

ngoài.

+ Thức ăn thừa nên để ở tủ mát và dùng ngay 3 - 4 giờ sau, không nên dùng nếu

để trên 4 giờ. Thức ăn lấy ra nên đun nóng lại trước khi ăn.

+ Rau quả cất giữ ở tủ lạnh ngăn cuối cùng nên bọc kín và sử dụng sớm vì để lâu

các chất dinh dưỡng và vitamin sẽ bị mất đi.

+ Luôn giữ cho các ngăn đá tủ lạnh, tủ mát và ngăn rau quả sạch sẽ, làm vệ sinh

ít nhất 1 tuần/1 lần và không để lẫn lộn thức ăn, đồ uống chín và chưa chín hoặc thịt

cá lẫn với rau quả.

Tài liệu tham khảo

1. Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, Sách giáo khoa Hóa học 12 nâng cao, NXB Giáo

dục Việt Nam.

2. Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, Sách giáo khoa Sinh học 10 nâng cao, NXB Giáo

dục Việt Nam.

3. http://thuocchuabenh.vn/dinh-duong-hoc/gia-tri-dinh-duong-cua-thuc-pham-

va-cac-nhom-thuc-pham.html

4. http://fix.com.vn/huong-dan-cach-bao-quan-thuc-pham-dung-cach-trong-tu-

lanh/

5. https://voer.edu.vn/m/vai-tro-va-chuc-nang-cua-protein-trong-dinh-

duong/07c9b2d0

6. https://vi.wikipedia.org/wiki/Protein