ĐIỀN TỪ VÀO CHỖ CHẤM - PROTEIN

Protein là một đại phân tử hữu cơ được nhiều người biết tới bởi vai trò quan trọng của nó trong cuộc sống thường ngày. Sự cao lớn, trí thông minh, sức đề kháng của trẻ nhỏ hay tuổi thọ của người già thường được gắn liền một cách mặc định là do protein mang lại. Để hiểu rõ về những vấn đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu cặn kẽ về cấu tạo, tính chất và các thuộc tính cũng như chức năng cụ thể của nó.

Cấu trúc của protein
Protein có cấu trúc là một đa phân tử được cấu tạo từ nhiều đơn phân, mỗi đơn phân có tên gọi là amino acid. Một amino acid gồm có ba thành phần chính là nhóm amin (-NH₂); nhóm carboxyl (-COOH) và gốc -R được nối với nhau qua một nhóm -CH trung tâm. Có khoảng 20 gốc -R khác nhau tạo nên các loại amino acid khác nhau. Trong hai dạng đồng phân D.amino acid và L.amino acid thì chỉ có dạng L.amino acid mới tham gia cấu tạo protein còn dạng D.amino acid chỉ tồn tại tự do trong tế bào.
Protein tồn tại trong tế bào ở nhiều trạng thái khác nhau, có thể phân thành các bậc cấu tạo như sau:
- Cấu trúc protein bậc I: được hình thành từ các amino acid nối với nhau nhờ liên kết peptide tạo nên chuỗi polypeptide. Phản ứng tách nước để liên kết hai amino acid cạnh nhau được gọi là phản ứng trùng ngưng. Tuy nhiên, không phải mọi chuỗi polypeptide đều là protein bậc I. Nhiều chuỗi polypeptide chỉ tồn tại ở dạng tự do trong tế bào mà không tạo nên phân tử protein. Phân tử protein ở bậc I chưa có hoạt tính sinh học vì chưa hình thành nên các trung tâm hoạt động.
- Cấu trúc protein bậc II: cấu trúc bậc I được cuộn xoắn nhờ các liên kết nội phân tử (liên kết hydrogen) làm cho chuỗi mạch thẳng cuộn xoắn lại tạo nên cấu trúc bậc II của protein. Sở dĩ chuỗi polypeptide có thể cuộn xoắn lại được là do trong các liên kết trên chuỗi polypeptide thì liên kết peptide (C - N) là liên kết bền vững, còn các liên kết xung quanh nó (Cα - C), (Cα - N) là liên kết yếu có thể quay quanh trục của liên kết peptide. Do đó, chuỗi polypeptide có thể cuộn xoắn lại tạo cấu trúc bậc II của protein. Có nhiều kiểu cấu trúc protein bậc II khác nhau, phổ biến nhất là xoắn α, gấp nếp β và xoắn colagene.
+ Xoắn α: chuỗi polypeptide xoắn lại theo kiểu xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn có 3,6 amino acid, khoảng cách giữa hai amino acid là 1,5 Ao, chiều dài một vòng xoắn là 5,4 A^o. Cấu trúc protein bậc II dạng xoắn lò xo do nhiều liên kết hydrogen tạo nên, nhưng năng lượng của mỗi liên kết rất nhỏ nên xoắn α có thể được kéo dài ra hay co ngắn lại như một chiếc lò xo nên có khả năng đàn hồi cao. Cấu trúc bậc II dạng xoắn α là cơ sở hình thành cấu trúc protein hình cầu hay hình sợi xoắn.
+ Gấp nếp β: từ hai đến nhiều chuỗi polypeptide có thể hình thành cấu trúc bậc II theo dạng gấp nếp β. Trước hết, từng chuỗi tự gấp nếp theo dạng cấu trúc lượn sóng nhờ sự linh động của các liên kết (Cα - C) và (Cα - N) trong chuỗi polypeptide. Sau đó, giữa hai chuỗi gần nhau hình thành liên kết hydrogen: nhóm CO của chuỗi này liên kết với nhón NH của chuỗi kia tạo nên một thể thống nhất. Cấu trúc protein theo dạng gấp nếp β cho phép phân tử có thể gấp lại ở bất kì vị trí nào trong chuỗi, nhưng nếu kéo căng ra dễ dàng bị đứt. Protein bậc II theo dạng gấp nếp β là cơ sở tạo nên phân tử protein dạng sợi như fibrin.
+ Xoắn collagene: Cấu trúc bậc II theo dạng xoắn colagene chỉ có ở loại protein colagene. Đây là dạng xoắn đặc biệt từ ba chuỗi polypeptide ở dạng xoắn α lại xoắn vào với nhau tạo nên sợi siêu xoắn (xoắn cấp 2).
Protein ở dạng cấu trúc bậc II chưa hình thành các trung tâm hoạt động nên chưa có hoạt tính sinh học. Cấu tạo bậc II của protein tham gia cấu tạo nên màng tế bào và trong các sợi cơ,...
- Cấu trúc protein bậc III: Từ cấu trúc bậc II, nhờ các loại liên kết khác nhau như liên kết disulfide, liên kết ion, liên kết kị nước nối các amino acid ở các vị trí khác nhau lại với nhau làm cho phân tử protein cuộn xoắn lại chặt hơn, chuyển từ cấu trúc dạng sợi sang cấu trúc dạng khối (cầu, bầu dục,...). Cấu trúc bậc III của protein tồn tại là do sự có mặt của gốc R. Mức độ cuộn xoắn phụ thuộc vào sự có mặt và vị trí của các amino acid có khả năng tạo nên các loại liên kết ion, disunfit, kị nước. Ở cấu trúc bậc III, phân tử protein đã hình thành các trung tâm hoạt động do có điều kiện để tập hợp các amino acid thích hợp lại gần nhau để tạo trung tâm hoạt động nên protein bậc III có hoạt tính sinh học và tham gia thực hiện các chức năng sinh học.
- Cấu trúc protein bậc IV: một số phân tử protein bậc III cùng loại hay khác loại liên kết lại với nhau nhờ liên kết hấp dẫn để tạo nên phân tử protein lớn hơn, phức tạp hơn. Ví dụ, phân tử hemoglobin (Hb) gồm bốn phân tử protein bậc III (hai chuỗi α và hai chuỗi β) kết hợp lại.

Các thuộc tính và vai trò của protein
- Protein có hai thuộc tính cơ bản là:
+ Tính chất lưỡng tính của protein do protein được cấu tạo từ các amino acid có tính chất lưỡng tính hoặc do các protein được cấu tạo từ các amino acid mang tính acid và các amino acid kiềm (khi pH thay đổi thì protein có khả năng phân li tạo ra COO- hoặc NH₃⁺). + Tính chất kết tủa và biến tính của protein do trong điều kiện nhiệt độ cao (protein bị mất màng nước bảo vệ nên kết vón) hoặc pH thấp (protein trung hòa về điện, không tạo màng nước bao bọc nên kết vón). Sự kết tủa làm protein mất hoạt tính (sự biến tính protein). Sự kết tủa có thể thuận nghịch (khi không còn tác nhân gây kết tủa nữa thì protein lại trở lại trạng thái hoà tan bình thường), có thể không thuận nghịch (khi không còn tác nhân gây kết tủa, phân tử protein vẫn không hoà tan trở lại). Ví dụ, protein kết tủa do muối (NH₄)₂SO₄ khi không còn tác nhân muối thì protein trở lại trạng thái hoà tan còn khi kết tủa bởi nhiệt độ cao thì dù có làm nguội dung dịch protein trở lại, protein cũng không hoà tan được.
- Protein là một trong hai thành phần quan trọng bậc nhất trong cơ thể sinh vật. Cụ thể, protein thực hiện các chức năng sau:
+ Protein là thành phần chủ yếu cấu tạo nên tế bào, đặc biệt là cấu trúc nên màng tế bào, chất nguyên sinh (quyết định tính chất của chất nguyên sinh và điều tiết các hoạt động sống xảy ra trong cơ thể).
+ Protein tạo nên các enzyme, là chất xúc tác sinh học, xúc tác các phản ứng hoá sinh xảy ra trong tế bào nên có vai trò quyết định quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng trong cơ thể.
+ Một số protein là hormone, có vai trò quan trọng trong điều tiết hoạt động sinh lí của cơ thể (như insulin điều chỉnh lượng glucose trong máu ổn định ở 1%).
+ Nhiều loại protein là các loại kháng thể được tạo ra trong cơ thể đề kháng lại các kháng nguyên gây bệnh giúp cho cơ thể miễn dịch với bệnh tật.
+ Trong quá trình dị hóa của cơ thể, ngoài saccharide, lipid thì protein cũng là một chất tạo ra năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể. Năng lượng do sự phân giải protein tương đương so với saccharide và bằng khoảng một nửa so với lipid.
+ Nhiều loại protein có chức năng vận chuyển như hemoglobin vận chuyển O₂; CO₂ trong máu, các chất làm nhiệm vụ vận chuyển qua màng và nhiều protein trong cơ có vai trò vận động.

Nguồn thức ăn chứa nhiều protein
Trong suốt cuộc đời, chúng ta luôn cần cung cấp đủ lượng protein cho cơ thể. Bạn đôi khi bắt gặp những người theo đuổi những tôn giáo, tín ngưỡng khác nhau. Có những tôn giáo thực hiện ăn chay trong suốt cuộc đời. Bạn có thể nghĩ rằng thức ăn của họ chủ yếu là thực vật, không cung cấp đủ lượng protein cần thiết cho cơ thể. Tuy nhiên, không hẳn là như vậy, nguồn protein mà họ ăn vào cơ thể đến từ các loài cây có hàm lượng protein cao như đậu tương, đậu đen, đậu xanh, chùm ngây, măng tây, cải xanh,...
Chúng ta cũng cần bổ sung đầy đủ nguồn protein cho cơ thể, đặc biệt là những thức ăn có chứa nhiều các amino acid không thay thế hay còn gọi là amino acid thiết yếu (essential amino acid) là những amino acid mà cơ thể không tự tổng hợp được mà phải lấy vào qua thức ăn. Trứng gà và sữa mẹ là những gợi ý tốt nhằm cung cấp lượng amino acid đầy đủ cho cơ thể.
Khi sinh con, nguồn sữa non (colostrum) hay còn gọi là sữa đầu, có màu vàng, đặc dính được coi là nguồn protein tốt nhất cho trẻ mới chào đời. Sữa non có chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng, các kháng thể diệt vi khuẩn, virus độc hại và các chất điều hòa miễn dịch giúp cho cơ thể trẻ sơ sinh chống lại bệnh tật, phát triển và khỏe mạnh. Vì thế, khi một đứa trẻ được sinh ra, đừng bao giờ quên cung cấp cho bé nguồn protein quý hiếm này.
Khi sử dụng nguồn thức ăn giàu protein, chúng ta cũng cần lưu ý tới thuộc tính kết tủa và biến tính của protein để có thể bảo quản, chế biến sao cho phù hợp. Protein bị biến tính trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp. Vì thế, nếu chế biến, bảo quản đồ ăn không phù hợp có thể làm thay đổi tính chất của protein và gây độc cho cơ thể. Khi uống sữa kết hợp với đồ ăn có vị chua (thường có pH thấp) làm cho sữa kết tủa và dễ bị đau bụng; Khi nấu đồ ăn cho bột ngọt (mì chính) mà để ở nhiệt độ cao có thể sẽ làm acid glutamic bị biến tính và gây độc cho cơ thể;...