Hóa học trong công nghệ sinh học

Trong bài thực tập thu nhận collagen từ vảy cá lóc bông tôi luôn mãi thắc mắc một vấn đề: "Tại sao HCl và acetic acid đều là acid nhưng dùng HCl ngâm vảy cá để loại các tạp chất còn acetic acid lại được dùng để hòa tan collagen?". Tôi quyết định tìm hiểu và đây là những gì tôi hiểu được:

+ Collagen là tên gọi chung cho một tập hợp các phân tử protein và các cấu trúc cao hơn của chúng: từ procollagen, tropocollagen, các sợi nhỏ collagen (collagen fibrils) và các sợi collagen lớn(collagen fibers) mà quá trình hình thành và biến đổi của nó có thể được miêu tả đơn giản như hình dưới đây:



+Collagen trong vảy cá cũng như trong các bộ phận của nhiều cơ thể sống thường tồn tại dưới dạng những sợi collagen có cấu trúc bền vững.
và
Một số protein ngắn có khả năng bị hòa tan trong nước, acid.
nên

+Ở đây muốn hòa tan collagen trong vảy cá nhất thiết phải phá vỡ cấu trúc này.
Cấu trúc này ở đây là những cấu trúc tạo nên bởi các lên kết aldol giữa các amino acid (aldol cross-link) như hình H.1
Chúng ta có thể lấy 1 liên kết aldol để có thể thấy được sự tác động khác nhau của 2 loại acid này:


Với liên kết -HC=C-CH=O thuận lợi cho phản ứng với các gốc mang điện âm (anion) vào liên kết -C=C- để phân cắt liên kết này.

Trong 2 acid: HCl cho anion Cl- còn acetic acid cho CH3COO-. Trong 2 anion này thì CH3COO- tạo các chất trung gian có cấu trúc điện tử bền vững hơn cho quá trình phản ứng nên acetic acid phản ứng ưu thế hơn HCl (ưu thế ở đây là so với HCl thực sự thì acetic acid cũng cần thời gian lâu để phân cắt các liên kết này nên chúng ta phải ngâm trong thời gian lâu lần 1 ngâm 24 giờ, lần 2 ngâm 15 giờ).

Với lại có một chú ý rằng: HCl sử dụng trong thí nghiệm này là acid loãng 0.8% nhưng acetic acid dùng trong thí nghiệm với nồng độ cao 9% (trong giấm ăn 2-6%).

+Khi các liên kết aldol này bị phá hủy các sợi collagen sẽ trở thành các cấu trúc ngắn hơn và ngắn dần cho tới các tropocollagen có thể tan trong dung dịch acid tạo nên dung dịch mà chúng ta dùng để thu nhận collagen.
+Sau đó khi tủa lại chúng ta thu bột collagen chứ không còn là những sợi collagen nữa. *

Tới đây có lẽ tôi đã có thể tạm thời chấp nhận việc dùng acetic acid hòa tan collagen trong khi dùng HCl rửa nguyên liệu dùng thu nhận collagen.

*: Cần tìm hiểu thêm.

Phản ứng aldol:

References:
http://www.sciencedaily.com/releases/2006/11/061114190020.htm
http://wiz2.pharm.wayne.edu/biochem/prot.html
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=mcb&part=A6542
http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_axetic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simple_aldol_reaction.png

PS: Tui đã từng tự nhủ rằng mình không phải chuyên ngành sinh học lý thuyết hay hóa lý thuyết nhưng tôi vẫn không thể nào khỏi thắc mắc và luôn cố đi tìm câu trả lời.

Hihi xem như một niềm vui nho nhỏ