Câu 2: Hãy nêu các tính chất vật lý và hóa học của protein? Cho biết những yếu tố nào có thể gây ra kết tủa protein, hãy phân tích và cho ví dụ minh họa?

Tính chất lý- hóa của protein.

1. Tính tan của protein.

Các loại protein khác nhau có khả năng hòa tan dễ dàng trong một số loại dung môi nhất định, ví dụ như: albumin dễ tan trong nước, globulin dễ tan trong muối loãng, prolamin tan trong ethanol,...

2. Tính ngậm nước của protein.

Trong môi trường nước, protein kết hợp với nước trương lên trở thành dạng keo hay nói cách khác protein ở trạng thái hydrate hóa, các phân tử nước bám vào các nhóm ưa nước trong phân tử protein như -NH2, -COOH,... lớp áo bao quanh phân tử protein là một trong các yếu tố làm bền vững cấu trúc, ngăn cách các phân tử protein không cho chúng dính vào nhau để thành tủa.

3. Độ nhớt của dung dịch protein.

Khi protein hòa tan trong dung dịch, mỗi loại dung dịch của những protein khác nhau có độ nhớt khác nhau. Người ta có thể lợi dụng tính chất này để xác định khối lượng phân tử của protein- độ nhớt càng cao thì khối lượng phân tử càng cao.

4. Hằng số điện môi của dung dịch protein.

Khi thêm các dung môi hữu cơ trung tính như ethanol, aceton vào dung dịch protein trong nước thì độ tan của các protein giảm tới mức kết tủa do giảm mức độ hydrate hóa của các nhóm ion hóa của protein, lớp áo mất nước, các phân tử protein kết hợp với nhau thành tủa. Như vậy, hằng số điện môi của dung môi làm ngăn cản lực tĩnh điện giữa các nhóm tích điện của protein và nước. Mối liên hệ đó được đặc trưng bởi biểu thức:

Trong đó: D - hằng số điện môi của dung dịch.

F - lực tĩnh điện giữa các ion tích điện.

L1, l2 - điện tích các ion.

r - khoảng cách giữa các ion

Lực tĩnh điện giữa các ion tỷ lệ nghịch với hằng số điện môi và khoảng cách giữa các ion protein.

5. Tính chất điện ly của protein.

Protein là chất điện ly lưỡng tính vì trong phân tử protein có nhiều nhóm phân cực mạnh (gốc bên R) của amono acid như: nhóm COOH thứ hai của Asp, Glu, nhóm NH2 của Lys, nhóm OH của Ser, Thr,... Trạng thái tích điện của các nhóm này phụ thuộc vào pH của môi trường. Ở một pH nào đó mà tổng điện tích (+) và điện tích (-) của phân tử protein bằng không, phân tử protein không di chuyển trong điện trường thì giá trị pH đó gọi là pHi (điểm đẳng điện) của protein. Với các protein chứa nhiều Áp, Glu (amino acid có tính acid mạnh) thì pHi ở trong vùng acid, ngược lại nhiều amino acid kiềm như Lys, Arg, His thì pHi ở trong vùng kiềm.

Ở môi trường có pH pHi phân tử protein thể hiện tính acid, cho ion H+, do đó số điện tích âm lớn hơn số điện tích dương, protein là một đa anion, tích điện âm. Ở pH = pHi , protein dễ dàng kết tụ lại với nhau vì thế người ta lợi dụng tính chất này để xác định pHi giữa các protein khác nhau, có thể điều chỉnh pH của môi trường để tách riêng các protein ra khỏi hỗn hợp của chúng.

6. Sự kết muối của các dung dịch protein.

Muối trung tính có ảnh hưởng rõ tới độ hòa tan của protein hình cầu, với nồng độ thấp chúng làm hòa tan nhiều protein. Tác động của muối trung tính không phụ thuộc vào bản chất của muối trung tính mà phụ thuộc vào nồng độ muối và số điện tích của mỗi ion trong dung dịch. Các muối có ion hóa trị 2 (MgCl2, MgSO4,...) làm tăng đáng kể độ tan của protein hơn các muối có ion hóa trị 1 (NaCl, KCl,...). Khi tăng đáng kể nồng độ muối trung tính thì độ tan của protein bắt đầu giảm và ở nồng độ muối rất cao, protein có thể bị tủa hoàn toàn.

7. Biểu hiện quanh học của protein.

Protein có khả năng hấp thụ và bức xạ ánh sáng ở vùng khả kiến (350 nm đến 800nm) và vùng tử ngoại (320nm xuống tới 180nm). Do đó, có thể đo cường độ hấp thụ của protein trong dung dịch (đo OD). Trong vùng ánh sáng khả kiến protein kết hợp với thuốc thử hấp thụ mạnh nhất ở vùng ánh sáng đỏ 750nm, trong vùng tử ngoại dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại ở 2 vùng bước sóng khác nhan 180- 220 nm và 250 - 300nm.Ở bước sóng từ 180nm - 220nm thì cực đại hấp thụ tại bước sóng 190nm, do liên kết peptide có nhiều trong phân tử protein nên độ hấp thụ khá cao, cho phép định lượng tất cả các loại protein với nồng độ thấp nhưng các tạp chất cúng hấp thụ ánh sáng tử ngoại ở vùng bước sóng này nên trong thực tế người ta thường đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 220nm - 240nm. Ở bước sóng 250nm - 300nm là vùng hấp thụ của các amino acid thơm (Phe, Tyr,Trp).

8. Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch protein.

Kết tủa thuận nghịch protein là phân tử protein sau khi bị kết tủa bằng dung dịch muối trung tính có nồng độ khác nhau hoặc bằng alcohol, aceton ở nhiệt độ thấp thì vẫn giứ nguyên được mọi tính chất và có thể hòa tan trở lại. Các yếu tố kết tủa thuận nghịch được dùng để thu nhận chế phẩm protein.

Kết tủa không thuận nghịch là phân tử protein sau khi bị kết tủa không thể phục hồi lại trạng thái ban đầu. Sự kết tủa này thường được sử dụng để loại bỏ protein ra khỏi dung dịch, làm ngưng phản ứng của enzyme.

9. Các phản ứng hóa học của protein.

Protein có các phản ứng hóa học: phản ứng của các nhóm -COOH, -NH2, gốc R và phản ứng tạo màu đặc trưng của liên kết peptide như phản ứng biure, phản ứng với thuốc thử Folin - Ciocalteau, phản ứng với ninhudrin.

Những yếu tố nào có thể gây ra kết tủa protein, phân tích và cho ví dụ minh họa:

Khi dung dịch protein có pH bằng điểm đẳng điện, lớp màng nước không được tạo thành sẽ làm cho các phân tử protein không tích điện kết vón lại với nhau. Hoặc do một tác nhân nào đó làm mất màng nước như nhiệt độ cao, acid đặc.... các phân tử protein không được bảo vệ bởi màng nước cũng bị kết vón lại - đó chính là sự kết tủa của protein. Có 2 loại kết tủa protein: Kết tủa thuận nghịch và kết tủa không thuận nghịch.

Có nhiều tác nhân gây nên hiện tượng kết tủa của phân tử protein như: pH, các muối vô cơ, các acid hữu cơ, acid vô cơ, nhiệt độ ....

Ví dụ: Kết tủa không thuận nghịch : Khi đun lòng trắng trứng, ta sẽ thấy hiện tượng lòng trắng bị vón lại, đây là hiện tượng kết tủa của protein.

Kết tủa thuận nghịch: protein kết tủa do muối (NH4)2SO4 khi không còn tác nhân muối thì protein trở lại trạng thái hoà tan.