Cao Đăng Nguyên, Hồ Trung Thông 1 Protein và vai trò sinh học của chúng

Một số amino acid không được xếp vào nhóm không thể thay thế hay nhóm thay thế mà chúng được xếp vào nhóm bán thay thế (semi-dispensable) hay còn gọi là bán thiết yếu (semi-essential). Thuộc nhóm này có arginine, cysteine, tyrosine. Arginine được coi là bán thay thế đối với lợn vì arginine có thể được tổng hợp từ glutamine. 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 lượng arginine nhất định. Tuy vậy, ở giai đoạn kể từ sau khi thành thục về giới tính và giai đoạn mang thai, nhiều nghiên cứu cho thấy lợn có thể tổng hợp arginine với số lượng đủ đáp ứng nhu cầu của chúng. Tuy nhiên, sự tổng hợp arginine có thể không đủ để đáp ứng nhu cầu tiết sữa của lợn nái. Cysteine có thể được tổng hợp từ methionine. Tuy vậy, cysteine và dạng oxy hóa của nó là cystine có thể đáp ứng khoảng 50% nhu cầu của tổng lượng amino acid chứa lưu huỳnh (methionine + cysteine). Bằng cách này, cysteine có thể làm giảm nhu cầu đối với methionine. Tương tự như đối với nhóm amino acid chứa lưu huỳnh, phenylalanine có thể đáp ứng nhu cầu của tổng lượng phenylalanine và tyrosine (amino acid có nhân thơm) vì sự chuyển hóa phenylalanine có thể tạo thành tyrosine. Tyrosine có thể đáp ứng tối thiểu 50% tổng nhu cầu của hai loại amino acid này nhưng nó không thể là nguồn duy nhất và không thể thay thế cho phenylalanine vì nó không thể chuyển được thành phenylalanine.

1.2.2.4 Một số tính chất của amino acid

Các amino acid thường không màu, nhiều loại có vị ngọt kiểu đường như glycine, alanine, valine, serine, histidine, tryptophan; một số loại có vị đắng như isoleucine, arginine hoặc không có vị như leucine. Bột ngọt hay còn gọi là mì chính là muối của natri của glutamic acid (monosodium glutamate).

Các amino acid thường dễ tan trong nước và khó tan trong alcohol và ether (trừ proline và hydroxyproline). Chúng cũng dễ hoà tan trong acid và kiềm loãng (trừ tyrosine).

 

- Tính hoạt động quang học của amino acid

Các amino acid trong phân tử protein đều có ít nhất một nguyên tử carbon bất đối (trừ glycine). Do vậy, chúng đều có tính hoạt động quang học, nghĩa là có thể làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực sang phải hoặc sang trái. Quay phải được ký hiệu bằng dấu (+), quay trái được ký hiệu bằng dấu (-). Góc quay đặc hiệu của amino acid phụ thuộc vào pH của môi trường.

Tuỳ theo sự sắp xếp trong cấu trúc phân tử của các nhóm liên kết với carbon bất đối mà các amino acid có cấu trúc dạng D hay L (hình 1.7) gọi là đồng phân lập thể. Trong tự nhiên, tất cả các amino acid đều ở dạng L ở nguyên tử carbon bất đối . Một cách tổng quát, số đồng phân lập thể của một amino acid được tính theo 2ⁿ (n là số carbon bất đối).

 Hầu hết các amino acid hấp thụ tia cực tím ở bước sóng () từ 220 đến 280 nm. Đặc biệt cùng nồng độ 10^-3M,  ở bước sóng 280 nm tryptophan hấp thụ ánh sáng cực tím mạnh nhất, gấp 4 lần khả năng hấp thụ của tyrosine (hình 1.8) và phenylalanine là yếu nhất.  Phần lớn các protein đều chứa tyrosine nên người ta sử dụng tính chất này để định lượng protein.

Trong phân tử amino acid có nhóm carboxyl (-COOH) cho nên có khả năng nhường proton (H⁺) thể hiện tính acid, mặt khác có nhóm amin (-NH₂) cho nên có khả năng nhận proton nên thể hiện tính base. Vì vậy các amino acid có tính chất lưỡng tính.

Tương ứng với độ phân ly H⁺ của các nhóm -COOH và -NH₃⁺ có các trị số pK₁ và pK₂ (biểu thị độ phân ly của các nhóm được 1/2). Từ đó người ta xác định được pH_i (pI = pH đẳng điện) = (pK₁ + pK₂)/2. Ví dụ: khi hoà tan glycine vào môi trường acid mạnh thì hầu như glycine đều ở dạng cation. Nếu tăng dần lượng kiềm, thu được đường cong chuẩn độ. Trên đường cong chuẩn độ thấy rằng: glycine lần lượt nhường 2 proton trước tiên chuyển sang dạng lưỡng tính và sau cùng chuyển thành dạng anion.

Tương đương độ phân ly của nhóm -COOH được một nửa có trị số pK₁= 2,34 và độ phân ly của -NH₃⁺ được một nửa có trị số pK₂= 9,60. Như vậy ta có                                   

Mặt khác tại pK₁ + 2  sự phân ly H⁺ của nhóm -COO^- glycine là 99%, chỉ 1% ở dạng -COOH và ở pK₂ -2 dạng -NH₃⁺ là 99%, chỉ 1% ở dạng -NH₂. Như vậy trong vùng pH từ pK₁ + 2 đến pK₂ -2, phân tử glycine chủ yếu ở dạng lưỡng tính và kết quả ta có một vùng đẳng điện. Ngoài ra các amino acid trong gốc R có thêm nhóm -COOH hay -NH₂ sự phân ly của chúng sẽ có thêm một trị số phân ly nữa -pK_R.

Các amino acid đều có nhóm -NH₂ và -COOH liên kết với C_ , vì vậy chúng có những tính chất hoá học chung. Mặt khác, các amino acid khác nhau bởi gốc R, vì vậy chúng có những phản ứng riêng biệt. Người ta chia các phản ứng hoá học của amino acid thành 3 nhóm:

Do các amino acid có cấu tạo gốc R khác nhau, cho nên người ta có thể dựa vào đó để xác định từng amino acid riêng rẽ nhờ phản ứng đặc trưng của nó. Ví dụ, phản ứng oxy hoá khử có thể được sử dụng để nhận biết nhóm SH của cysteine, phản ứng tạo muối để nhận biết các nhóm  -COOH hoặc -NH₂ của glutamate hoặc của lysine, phản ứng tạo ester để nhận biết nhóm -OH của tyrosine, ...

Là phản ứng có sự tham gia của cả hai nhóm -COOH và -NH₂. Các amino acid phản ứng với ninhydrin trong điều kiện đun nóng tạo thành CO₂ , NH₃ , aldehyd và ninhydrin bị khử, cuối cùng tạo nên sản phẩm có màu xanh tím (đối với proline cho màu vàng chanh).

 + Phản ứng riêng biệt

Các phản ứng của nhóm -COOH: Ngoài các phản ứng của nhóm -COOH thông thường như tạo ester, tạo amid, tạo muối, ... thì nó còn có những phản ứng đặc trưng khác như có thể bị khử thành hợp chất rượu amin dưới sự xúc tác của NaBH_4.

Nhóm -COOH có thể tạo thành phức aminoacyl-adenylate trong phản ứng hoạt hóa amino acid để tổng hợp protein, hoặc có thể loại CO₂ là phản ứng gặp rất nhiều trong quá trình phân giải amino acid.

Để định lượng nitrogen của amino acid người ta cho phản ứng với HNO₂ để giải phóng N_{2 .}

Để định lượng amino acid người ta cho phản ứng với aldehyd tạo thành base schiff.

Để xác định amino acid đầu N-tận cùng người ta cho tác dụng với 2-4 dinitrofluobenzen (phản ứng Sanger) hay phenyliothiocyanate (phản ứng Edman).