Tìm hiểu về protein: Thành phần, tính chất và cấu tạo

Protein là gì?

Protein (chất đạm/ protid) là phân tử sinh học hay đại phân tử gồm nhiều amino axit liên kết với nhau. Protein thực hiện rất nhiều chức năng bên trong tế bào, bao gồm các phản ứng trao đổi có xúc tác, sao chép DNA, đáp ứng lại kích thích và vận chuyển phân tử từ một vị trí đến một vị trí khác. Thực tế, các protein khác nhau chủ yếu ở trình tự của các amino acid cấu thành (theo Wikipedia).

Protein có phân tử khối rất lớn (từ vài chục nghìn đến vài triệu), có cấu tạo phân tử rất phức tạp và có vai trò đặc biệt quan trọng trong trong quá trình sống. Nếu không có protein cơ thể sẽ không thể hoạt động được.

Phân loại protein

Protein được chia thành 2 loại bao gồm protein đơn giản và protein phức tạp.

• Protein đơn giản: Là dạng protein mà khi thủy phân chỉ cho hỗn hợp α-amino axit ví dụ anbumin lòng trắng trứng, fibroin tơ tằm…
• Protein phức tạp: Được tạo thành từ các protein đơn giản kết hợp với các phân tử không phải protein như nucleoprotein chứa axit nucleic, lipoprotein chứa chất béo…

Trạng thái tự nhiên của protein

Protein có trong cơ thể người, động vật và thực vật như trứng, thịt, sữa, tóc, sừng, móng, lá, quả, hạt..

Thành phần và cấu tạo phân tử của protein

Tìm hiểu về protein không thể không nhắc tới thành phần và cấu tạo phân tử của chúng.

Thành phần cơ bản cấu tạo nên protein

Thành phần nguyên tố chủ yếu của protein là cacbon, hidro, oxi, nito và một lượng nhỏ lưu huỳnh, phot pho và kim loại…

Cấu tạo phân tử protein

Xét về cấu tạo phân tử của protein chúng ta có thể khẳng định rằng, protein có phân tử khối rất lớn, từ vài vạn đến vài triệu đơn vị cacbon và có cấu tạo rất phức tạp. Khi tiến hành đun nóng protein trong dung dịch axit ta sẽ thu được hỗn hợp các amino axit, trong đó chất đơn giản nhất là axit amino axetic H2N-CH2-COOH. Ngược lại, nếu chúng ta cho các phân tử amino axit kết hợp với nhau thì sẽ thu được loại protein đơn giản nhất.

Từ những thí nghiệm trên ta có thể kết luận rằng: “Protein được tạo ra từ các amino axit, mỗi phân tử amino axit tạo thành một “mắt xích” trong phân tử protein” (SGK Hóa học 9, NXB giáo dục Việt Nam trang 159).

Các nhà khoa học đã phát hiện ra 4 bậc cấu trúc của protein, bao gồm:

• Cấu trúc bậc 1: Các amino acid nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của amino acid thứ nhất và cuối mạch là nhóm carboxyl của amino acid cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các amino acid trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các amino acid trên chuỗi polypeptide thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi đó, tạo nên hình dạng lập thể của protein, quyết định tính chất cũng như vai trò của nó. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các amino acid có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.

• Cấu trúc bậc 2: Là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide 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 Hydro giữa những amino acid ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, Collagen... (có trong lông, tóc, móng, sừng) gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein hình cầu có nhiều nếp gấp β hơn.

• Cấu trúc bậc 3: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử... Các liên kết yếu hơn như liên kết Hydro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu

• Cấu trúc bậc 4: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết Hydro. (Theo Wikipedia)

Tính chất vật lý của protein

Tìm hiểu tính chất vật lý của protein, chúng ta nên chú ý một số nội dung cơ bản sau:

• Dạng tồn tại protein: Protein tồn tại ở hai dạng chính là protein hình sợi và protein hình cầu. Ví dụ đơn giản về protein hình sợi là keratin của tóc, sừng hay móng; Ví dụ về protein hình cầu là anbumin của lòng trắng trứng hay hemoglobin của máu.

• Tính tan của protein: Nhiều protein tan được trong nước tạo thành dung dịch keo và bị đông tụ lại khi đun nóng. Ví dụ khi chúng ta hòa tan lòng trắng trứng vào nước sau đó tiến hành đun sôi thì lòng trắng trứng sẽ bị đông tụ. Sự đông tụ và kết tủa của protein cũng xảy ra khi cho axit, bazơ hoặc một số muối vào dung dịch protein.

Tính chất hóa học của protein

Protein có 3 tính chất hóa học quan trọng nhất đó là: Phản ứng thủy phân, bị đông tụ và bị phân hủy bởi nhiệt.

Phản ứng thủy phân

Thực hiện đun nóng protein trong dung dịch axit hoặc bazo, protein sẽ bị thủy phân sinh ra các amino axit. Phương trình phản ứng như sau:

Protein + nước -> Hỗn hợp amino axit (Điều kiện: Nhiệt độ/ axit hoặc bazo).

Sự thủy phân của protein cũng xảy ra nhờ tác dụng của men ở nhiệt độ thường.

Sự phân hủy bởi nhiệt

Thực hiện thí nghiệm đốt cháy một ít sừng, tóc hoặc lông gà, lông vịt… Quan sát và ngửi thấy có mùi khét. Thực hiện tương tự với các protein khác cũng có hiện tượng tương tự. Từ thí nghiệm này ta có thể rút ra kết luận khi tiến hành đun nóng mạnh và không có nước, protein bị phân hủy và tạo ra những chất bay hơi và có mùi khét.

Sự đông tụ

Thực hiện thí nghiệm cho một ít lòng trắng trứng vào hai ống nghiệm. Với ống nghiệm chứa lòng trắng trứng thứ nhất, chúng ta cho thêm 1 ít nước, lắc đều rồi đun nóng. Với ống nghiệm còn lại, ta cho thêm một ít rượu rồi lắc đều. Quan sát 2 ống nghiệm đều cho kết quả có kết tủa trắng.

Như vậy, ta có thể rút ra kết luận rằng Khi đun nóng hoặc cho thêm rượu etylic lòng trắng trứng sẽ bị kết tủa. Một số protein có khả năng tan trong nước, tạo thành dung dịch keo. Khi ta đun nóng hoặc cho thêm hóa chất vào các dung dịch này thường xảy ra hiện tượng kết tủa protein. Hiện tượng này được định nghĩa là sự ngưng tụ.

Xem thêm: 

• Saccarozo: Chi tiết lý thuyết + bài tập thực hành và đáp án
• Glucozo là gì? Công thức, cấu tạo, tính chất và vai trò của glucozo

Ứng dụng của protein

Protein có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sống của con người và sinh vật vì cơ thể sống được tạo nên từ các tế bào. Chúng cũng có rất nhiều ứng dụng trong đời sống chủ yếu là làm thức ăn. Ngoài ra, protein còn có những ứng dụng khác trong công nghiệp như ngành công nghiệp dệt len, tơ tằm, sản xuất đồ da, mĩ nghệ…

Xét riêng về mặt dinh dưỡng, protein là thành phần chính trong thức ăn của người và động vật. Cơ thể động vật không thể tự tạo protein mà phải chuyển hóa protein trong thức ăn thành protein của mình và đồng thời oxi hóa để lấy năng lượng cho hoạt động của cơ thể.

Bài tập về protein SGK Hóa học 9 kèm lời giải

Dựa vào những kiến thức lý thuyết về protein ở trên, bạn có thể ứng dụng làm các bài tập trong sách giáo khoa Hóa học để ôn tập lại kiến thức và ghi nhớ bài học lâu hơn.

Bài tập 1 (SGK Hóa học 9, trang 160)

Hãy điền những từ hoặc cụm từ thích hợp vào các dấu chấm:

a) Các protein đều chứa các nguyên tố ...

b) Protein có ở…của người, động vật, thực vật như ...

c) Ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của men, protein ... tạo ra các aminoaxit.

d) Một số protein ... khi đun nóng hoặc cho thêm một số hóa chất.

Gợi ý đáp án: 

a) Các protein đều chứa các nguyên tố cacbon, hiđro, oxi, nitơ

b) Protein có ở mọi bộ phận cơ thể của người, động vật, thực vật như trứng, thịt, máu, sữa, tóc, sừng, móng, rễ, thân lá, quả, hạt,…

c) Ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của men, protein thủy phân tạo ra các aminoaxit.

d) Một số protein đông tụ khi đun nóng hoặc cho thêm một số hóa chất.

Bài tập 2 (SGK Hóa học 9, trang 160)

Hãy cho (giấm hoặc chanh) vào sữa bò hoặc sữa đậu nành. Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích.

Gợi ý đáp án:

Khi cho (giấm hoặc chanh) vào sữa bò hoặc sữa đậu nành thì sữa bò và sữa đậu nành bị vón cục do có sự đông tụ protein.

Bài tập 3 (SGK Hóa học 9, trang 160)

Có hai mảnh lụa bề ngoài giống nhau: Một được dệt từ sợi tơ tằm và một được dệt từ sợi bông. Cho biết cách đơn giản để phân biệt chúng.

Gợi ý đáp án: 

Đốt hai mảnh lụa, nếu mảnh nào khi cháy có mùi khét, đó là mảnh được dệt từ sợi tơ tằm, còn sợ bông không có hiện tượng mùi khét.

Trên đây là những thông tin tổng quan về protein và hướng dẫn giải bài tập áp dụng trong SGK Hóa học. Đừng quên chia sẻ bài viết và truy cập vào website của Monkey mỗi ngày để cập nhật thêm kiến thức các môn học thú vị như Hóa học, Vật lý, Toán, Tiếng Việt…