Mô tả quá trình phân giải Protein, Pôlisaccarit và ứng dụng

1. Khái quát chung về quá trình phân giải Protein:

1.1. Phân giải Protein được hiểu như thế nào:

Phân giải protein là quá trình tiến hành phân hủy cấu trúc protein thành các polypeptide nhỏ hơn hoặc amino acid. Khi không có xúc tác, quá trình phân hủy các liên kết peptit trong protein diễn ra rất chậm và có thể mất hàng trăm năm để hoàn thành. Để tăng tốc quá trình này, thường cần sự can thiệp của các enzyme gọi là protease, mà chúng có mặt trong tế bào. Tuy nhiên, protein cũng có khả năng tự phân hủy trong môi trường không có enzyme, thậm chí chính các phân tử protein cũng có thể tham gia vào quá trình này.

Độ pH thấp hoặc nhiệt độ cao có thể tạo điều kiện cho quá trình phân giải protein mà không cần enzyme. Những điều kiện này có thể làm thay đổi cấu trúc của protein, làm cho các liên kết trong protein bị phá vỡ và cuối cùng dẫn đến phân hủy protein thành các phân đoạn nhỏ hơn

Sự phân giải protein trong các sinh vật có nhiều mục đích khác nhau và đóng vai trò quan trọng trong các khía cạnh của cuộc sống:

1. Tiêu hóa và cung cấp amino acid: Các enzyme tiêu hóa trong hệ tiêu hóa của sinh vật phân hủy protein trong thức ăn thành các phân đoạn nhỏ hơn, chủ yếu là amino acid. Những amino acid này sau đó được hấp thụ và cung cấp năng lượng cho cơ thể.

2. Tạo ra protein có hoạt tính: Quá trình phân giải protein của chuỗi polypeptide sau khi tổng hợp có thể tạo ra các đoạn nhỏ hơn có chức năng hoạt tính. Điều này thường liên quan đến việc cắt và tạo thành các mảnh protein có khả năng tham gia vào các hoạt động sinh học cụ thể.

3. Điều chỉnh quá trình sinh lý và tế bào: Sự phân giải protein có thể đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các quá trình sinh lý và tế bào. Nó có thể ảnh hưởng đến việc kiểm soát sự hoạt động của các protein tham gia vào các con đường tế bào và tương tác giữa chúng.

4. Ngăn chặn tích tụ protein không mong muốn: Sự phân giải protein cũng giúp ngăn chặn sự tích tụ các protein không mong muốn hoặc protein bất thường trong tế bào. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính đúng đắn và sức khỏe của tế bào.

Tuy nhiên, cần phải điều hòa quá trình phân giải protein để tránh các vấn đề liên quan đến sự tích tụ protein không mong muốn hoặc mất cân bằng trong các quá trình sinh lý. Nếu sự phân giải protein không được điều chỉnh, có thể dẫn đến các bệnh và tác động có hại đối với cơ thể.

1.2. Quá trình phân giải Protein:

Quá trình phân giải protein là một loạt các phản ứng hoá học dẫn đến phân hủy cấu trúc protein thành các đơn vị cơ bản hơn như polypeptide nhỏ hoặc amino acid. Đây là quá trình quan trọng trong tế bào và có thể xảy ra trong nhiều ngữ cảnh khác nhau. Dưới đây là một sơ đồ tổng quan về quá trình phân giải protein:

– Các prôtêin phức tạp được phân giải thành các axit amin nhờ prôtêaza của vi sinh vật tiết ra môi trường, quá trình này diễn ra bên ngoài tế bào. Trong bước này, prôtêin phức tạp được phân giải thành các đơn vị nhỏ hơn là axit amin, thông qua sự tác động của một enzyme được gọi là prôtêaza. Các prôtêaza này được sản xuất và tiết ra bởi vi sinh vật. Quá trình này xảy ra bên ngoài tế bào, trong môi trường xung quanh chúng.

– Vi sinh vật hấp thụ axit amin và phân giải tiếp tạo ra năng lượng. Sau khi prôtêin đã bị phân giải thành các axit amin, vi sinh vật hấp thụ những axit amin này thông qua các quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng. Sau đó, vi sinh vật tiến hành quá trình phân giải tiếp các axit amin này để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động của chúng.

– Khi môi trường thiếu C và thừa nitơ ⟶ Vi sinh vật khử amin, sử dụng axit hữu cơ làm nguồn cacbon. Trong trường hợp môi trường có lượng cacbon (C) ít hơn so với nhu cầu và có dư nitơ, vi sinh vật tiến hành quá trình khử amin. Trong quá trình này, vi sinh vật sử dụng các axit hữu cơ (có chứa cacbon) làm nguồn cacbon để chuyển đổi và tiêu thụ nitơ dư.

– Nhờ prôtêaza của vi sinh vật phân giải prôtêin thu được các axit amin ứng dụng trong: làm tương, làm nước mắm… Vi sinh vật sử dụng prôtêaza để phân giải prôtêin thành các axit amin. Những axit amin này sau đó có thể được sử dụng trong việc sản xuất các sản phẩm thực phẩm như làm tương, làm nước mắm, hay các sản phẩm khác có chứa các thành phần axit amin.

2. Quá trình phân giải Pôlisaccarit:

Nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải các pôlisaccarit (như tinh bột, xenlulôzơ và chất sơ) thành các đường đơn (mônôsaccarit) thông qua quá trình ngoại bào. Sau đó, các đường đơn này có thể được vi sinh vật hấp thụ và tiếp tục qua các con đường khác nhau để tạo ra năng lượng cho vi sinh vật thông qua quá trình hô hấp, kị khí hoặc lên men.

Dưới đây là một mô tả chi tiết về quá trình này:

a. Lên men êtilic: Quá trình lên men êtilic liên quan đến việc chuyển đổi tinh bột thành êtanol và CO2 thông qua một loạt các phản ứng.

– Tinh bột (polysaccharide) được phân hủy thành glucôzơ (mônôsaccarit) thông qua quá trình nấm đường hóa (enzyme amylase).

– Glucôzơ sau đó được tiến hành quá trình lên men rượu bởi nấm men rượu (Saccharomyces cerevisiae): Glucôzơ được chuyển đổi thành êtanol và CO2 thông qua quá trình lên men.

Kết quả cuối cùng của quá trình này là êtanol (cồn etylic) và CO2 (carbon dioxide).

b. Lên men lactic (chuyển hóa kị khí): Lên men lactic có hai loại: lên men đồng hình và lên men dị hình. Cả hai loại này đều liên quan đến chuyển đổi glucôzơ thành axit lactic, nhưng cách chuyển đổi có sự khác biệt.

– Lên men đồng hình:

+ Glucôzơ được tiến hành quá trình lên men đồng hình bởi vi khuẩn lactic đồng hình.

+ Glucôzơ được chuyển đổi thành axit lactic thông qua quá trình này.

– Lên men dị hình:

+ Glucôzơ được tiến hành quá trình lên men dị hình bởi vi khuẩn lactic dị hình.

+ Trong quá trình này, glucôzơ được chuyển đổi thành axit lactic, CO2, êthanol và axit axêtic.

c. Phân giải xenlulôzơ: Quá trình phân giải xenlulôzơ đề cập đến việc chuyển đổi xenlulôzơ, một loại polysaccharide có trong xác thực vật, thành các sản phẩm khác thông qua vi sinh vật.

– Xenlulôzơ trong xác thực vật bị vi sinh vật tiết enzim xenlulaza phân giải thành các đơn vị đơn giản hơn, như glucôzơ.

– Quá trình này tạo ra chất mùn và cung cấp chất dinh dưỡng cho đất, tránh ô nhiễm môi trường.

3. Ứng dụng của quá trình phân giải Protein, Pôlisaccarit:

3.1. Ứng dụng của quá trình phân giải Protein:

Phân giải prôtêin của cá và đậu tương để sản xuất nước mắm, nước chấm là một quá trình lên men trong ngành thực phẩm.

Phân giải prôtêin: Cá và đậu tương thường chứa nhiều prôtêin, nhưng để tạo ra nước mắm hoặc nước chấm, các prôtêin này cần được phân giải thành các thành phần nhỏ hơn như axit amin và các hợp chất thơm. Quá trình phân giải này thường được thực hiện bởi vi khuẩn, nấm men hoặc enzym thủy phân.

Quá trình lên men: Sau khi prôtêin đã được phân giải, các axit amin và hợp chất thơm có thể được sử dụng để tiến hành quá trình lên men, tạo ra các sản phẩm phụ và hương vị đặc trưng. Vi khuẩn, nấm men và enzyme thủy phân có thể tham gia vào quá trình này để chuyển đổi các thành phần đã phân giải thành các sản phẩm thực phẩm như nước mắm và nước chấm.

Tạo hương vị và mùi thơm: Trong quá trình lên men, các axit amin và hợp chất thơm có thể tạo ra hương vị và mùi thơm đặc trưng cho nước mắm và nước chấm. Các quá trình sinh hóa và hóa học xảy ra trong quá trình này, giúp tạo ra các hợp chất có hương vị và mùi thơm đa dạng.

Chế biến và tinh chế: Sau khi quá trình lên men hoàn thành, sản phẩm có thể trải qua các bước chế biến và tinh chế để tạo ra nước mắm và nước chấm có chất lượng cao và hương vị tốt nhất.

3.2. Ứng dụng của quá trình phân giải Pôlisaccarit:

Các quá trình lên men và phân giải xenlulôzơ có nhiều ứng dụng thực tế trong lĩnh vực thực phẩm và nông nghiệp. 

– Sản xuất thực phẩm và đồ uống: Quá trình lên men êtilic (lên men rượu) được sử dụng để sản xuất nhiều loại đồ uống chứa êtanol, chẳng hạn như bia, rượu vang và các loại đồ uống có cồn khác. Phân giải tinh bột thông qua quá trình lên men êtilic cũng là cách để tạo ra êtanol, một thành phần chính trong sản xuất nhiên liệu sinh học.

– Sản xuất thức ăn gia súc: Quá trình lên men lactic (lên men đồng hình và lên men dị hình) có thể được sử dụng để sản xuất thức ăn cho gia súc. Axit lactic, sản phẩm của quá trình lên men lactic, có thể cung cấp nguồn năng lượng cho các loài gia súc như heo, gà, bò…

– Sản xuất thức ăn chăn nuôi và thủy sản: Phân giải xenlulôzơ thông qua vi sinh vật tiết enzim xenlulaza có thể được sử dụng để tạo ra thức ăn cho chăn nuôi và thủy sản, đặc biệt là trong việc làm giàu chất dinh dưỡng cho thức ăn động vật.

– Tái chế và xử lý chất thải: Vi sinh vật có khả năng phân giải các loại polysaccharide có thể được sử dụng để tái chế và xử lý chất thải hữu cơ, chẳng hạn như bã thải thực vật. Các quá trình này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra nguồn tài nguyên tái chế.