Cấu tạo hoá học của prôtêin

1. Acid amin – đơn vị cơ bản cấu tạo nên phân tử protein
Vào đầu thế kỷ XIX (thời kỳ của nhà hoá học Hà Lan Mulder) người ta chưa phân biệt được protein của động vật và thực vật. Người ta tưởng rằng protein là đồng nhất, chỉ khác nhau về số lượng ở các sinh vật.
Mãi cho tới năm 1820 lần đầu tiên Bracono đã dùng kiềm và acid đặc để thuỷ phân protein ở nhiệt độ cao (100 – 1200c) Và đã thu được Các acid amin đầu tiên, trong đó có tinh thể glycocol.
Năm 1871 Lubavin đã cho thấy rằng protein dưới tác dụng của các dịch tiêu hoá phân tích thành các acid amin.
Đặc biệt công trình của Fisher (1901 – 1902) đã có ý nghĩa quan trọng về việc nghiên cứu bản chất hoá học của protein.
Tất cả các công trình nghiên cứu trên đã cho chúng ta thấy rằng: thành phần phân tử của protein là các acid amin.
Ngày nay, người ta đã tìm thấy hơn 200 acid amin khác nhau, nhưng trong thành phần của protein tự nhiên thường có 20 loại acid amin.
1.1. Định nghĩa acid amin
Acid quân là một acid hữu cơ, mà trong đó một nguyên tử hydro của gốc carbonalfa (Ca) được thay thế bởi nhóm quan (NH2)

Nếu trong một acid amin có hai nhóm quản thì nhóm quan thứ 2 nằm ở vị trí carbon cuối cùng kể từ nhóm carboxyl (COOH).
Ví dụ:

1.2. Hoạt tính quang học của acid amin
Chỉ trừ glycin trong phân tử chất này không có nguyên tử carbon bất đối, còn tất cả các acid amin còn lại đều có ít nhất một nguyên tử carbon bất đối (tức là bốn hóa trị của nó được bão hòa bởi bốn nhóm nguyên tử khác nhau – ký hiệu C*), do đó chúng đều có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng, nghĩa là chúng đều là những chất hoạt quang.
Tất cả các acid amin có trong thành phần protein đều có cấu hình L ở nguyên tử carbon a, các acid amin có cấu hình D rất ừ gặp trong thiên nhiên.
Chữ L cho ta biết cấu lluul của phân tử chứ không cho ta biết hướng góc quay của mặt phẳng phân cực .
- Các đồng phân hữu tuyến (làm quay mặt phẳng phân cực sang phải) được ký hiệu bằng dấu (+)
- Các đồng phân tả tuyến (làm quay mặt phẳng phân cực sang trái) được ký hiệu bằng dấu (-)
Người ta qui ước rằng đối với glucid, chất aldehyd D-glyceric được chọn làm chất tiêu chuẩn để so sánh, còn đối với acid amin L-serin được chọn làm chất tiêu chuẩn.

Đa số các acid amin dãy D đều có vị ngọt, còn các acid quân thiên nhiên thuộc dãy L – thì đều có vị đắng hoặc không vị.
Các acid amin tổng hợp đều là những RAXEMAT không có tính hoạt quang, nghĩa là một hỗn hợp cùng phân tử của dạng D và dạng L.

1.3. Các phản ứng hoá học đặc trưng của acid amin
* Phản ứng với acid và bazơ tạo thành muối

ứng dụng: Do tính chất lưỡng tính nên acid quân là những chất đệm tốt, ổn định độ pa.
* Phản ứng với acid Nitơ (hay là phản ứng Van-slyke)
Trừ thoăn và oxyprolin (hai chất này là iminoacid) các acid amin đều phản ứng với lem nào để giải phóng khí Nitơ:

ứng dụng: Căn cứ vào lượng nhỏ thoát ra người ta có thể tính được hàm lượng của acid quan trong dung dịch.
* Phản ứng Sorensen (phản ứng với Aldehydformtc -formalin)

ứng dụng: Bằng cách chuẩn độ với dung dịch kiềm tiêu chuẩn người ta có thể xác định được hàm lượng acid amin có trong dung dịch.
* Phản ứng với kim loại nặng
Acid amin tạo thành các muối phức nội phân tử với các chuồn của kim loại nặng, đặc biệt là với con Cu2+.

* Phản ứng Sanger
Đây là một phương pháp phổ biến nhất dùng để xác định acid amin trong mạch polvpen~id từ đầu N.
Khi nghiên cứu tính chất hóa học của acid quân ta đã thấy rõ nhóm a-amin có thể trùng hợp với dửủtronuobenzen. Trong mạch polypeptid chỉ có một nhóm a-amin tự do. ở đầu N, khi trùng hợp sẽ tạo thành dinitrophenyl-polypeptid. Mối liên hệ này rất bền vững, do đó khi dùng HCl để thủy phân protein sẽ giải phóng ra tất cả các acid nhún tự do cùng với acid amin. nằm ở đầu N dưới dạng dinitrophenyl-aminoacid (DNP-aminoacid). Sau đó bằng phương pháp sắc ký có thể dễ dàng nhận biết tên của acid amin đó.
* Phản ứng màu với ninhydrin (trixetohydrinden)
Khi đun nóng các acid D- quan với ninhydrin, nếu môi trường pH < 5 thì chúng sẽ bị oxy hoá và phân giải thành aldchyd tương ứng, CO2 và NH3

Nếu pH > 5 thì sẽ sinh hợp chất màu lục.
Người ta có thể tính được hàm lượng acid amin tham gia trong phản ứng bằng cách định lượng khí CO2, NH3 hoặc aldehyd vừa tạo thành trong phản ứng. Phản ứng của acid amin với ninhydrin được sử dụng nhiều để định tính và định lượng acid amin, đặc biệt là phương pháp sắc ký trên giấy và sắc ký trên cột nhựa trao đổi lớn nhờ máy phân tích acid amin tự động do Spackman, Stein và Moose đề xướng. Phản ứng này rất nhạy, có thể cho phép ta xác định được các acid amin có nồng độ rất nhỏ (vài microgam).
1.4. Phân loại các acid amin
Có nhiều cách để phân loại acid amin. Các acid amin có thể phân loại theo hai quan điểm: Quan điểm hoá học và quan điểm sinh vật học
* Quan điểm hoá học (tức là xét về mặt cấu tạo phân tử và các hoá tính), người ta thường chia acid amin ra:
- Acid amin mạch thẳng: Trong acid amin mạch thẳng phụ thuộc vào số lượng nhóm quan (NH2) và nhóm carboxyl (COOH) mà lại chia ra:
+ Acid monoamin- monocarboxylic (chứa 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH)
+ Acid monoamin- dicarboxylic (chứa 1 nhóm NH2 và 2 nhóm COOH)
+ Acid diamin- monocarboxylic (chứa 2 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH)
- Acid amin mạch vòng: gồm loại vòng đồng nhất và loại dị vòng.
* Quan điểm sinh vật học (tức là xét tầm quan trọng đối với sự dinh dưỡng của động vật). Theo quan điểm này, acid amin gồm hai loại:
- Loại không thay thêm được (indispensable amino acid) hay còn gọi là acid amin thiết yếu (essential amino acid – EAA): Đây là loại acid amin rất cần thiết cho cơ thể động vật để cho quá trình sinh trưởng và phát triển. Cơ thể động vật không thể tự tổng hợp được để thoả mãn nhu cầu của bản thân mà phải thường xuyên đưa từ bên ngoài vào với thức ăn
Đối với động vật nói chung có 9 acid amin không thay thế được: Vang, leucin, isoleucin, treo nin, methionin, phenylalanin, tryptophan, ly sin, histidin.
Loại thay thê được (dispensable amino acid) hay còn gọi là acid amin không thiết yếu (nonessential amino acid – NEAA): tức là loại acid amin mà cơ thể động vật có thể tự tổng hợp được từ các nguyên liệu sẵn có (các acid béo, amiac, amid…). Nhóm này gồm các acid amin còn lại.
Cần phải chú ý thêm rằng không phải mọi acid amin đều có tác dụng v~ì ảnh hưởng như nhau đối với các loại động vật mà mỗi gia súc, gia cầm có những nhu cầu đặc trưng của mình đối với từng loại acid amin. Có loại động vật cần tới 10 acid amin không thay thế (ví dụ như đối với gà con thì arginin là acid tin không thay thế), nhưng có loại động vật lại chỉ cần 8 acid amin không thay thế (ví dụ như người thì histidin được xếp vào nhóm acid amin thay thế).
Một số acid amin không được xếp vào nhóm không thể thay thế hay nhóm thay thế mà chúng được xếp vào nhóm bán thay thế (sâm- dispensable) hay còn gọi là bán thiết yếu (semi-essential). Thuộc nhóm này có arginin, cystein, tyrosin. Arginin được coi là bán thay thế đối với lợn vì arginin có thể được tổng hợp từ glutamin. Tuy vậy, sự tổng hợp này không đủ đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cơ thể. Do đó khẩu phần cho lợn sinh trưởng phải chứa một lương arginin nhất định. Nhiều nghiên cứu cho thấy ở giai đoạn sau khi thành thục về tính và giai đoạn mang thai lợn có thể ứng hợp arginin với số lượng đủ đáp ứng nhu cầu của chúng, nhưng không đủ để đáp ứng nhu cấu tiết sữa của lợn nái. Cystein có thể được tổng hợp từ methionin. Tuy vậy, cystein và dạng oxy hoá của nó là cystin có thể đáp ứng khoảng 50% nhu cầu của tổng lượng acid amin chứa lưu huỳnh (methionin, cystein). Tyrosin được tổng hợp từ phenylalanin và có thể đáp ứng tối thiểu 50% tổng nhu cầu của tyrosin và phenylalanin, nhưng nó không thể là nguồn duy nhất và không thể thay thế cho phenylalanin vì nó không thể chuyển được thành phenylalanin.
1.5. Các loại acid amin
Có 20 loại acid amin tham gia vào cấu trúc của mô bào căn cứ vào nhóm quan và nhóm carboxyl trong phân tử mà acid amin chia ra:
Các acid amin mạch thẳng: