Protein là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học về Protein

Protein là gì?

Protein, hay còn gọi là chất đạm, là một trong ba chất dinh dưỡng đa lượng thiết yếu đối với cơ thể con người, cùng với carbohydrate và lipid (chất béo). Về bản chất, protein là các phân tử sinh học lớn và phức tạp, được tạo thành từ các chuỗi axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Cấu trúc của một protein có thể bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn axit amin, được xếp theo trình tự đặc hiệu để tạo ra hình dạng ba chiều đặc trưng và quyết định chức năng sinh học của phân tử đó.

Có khoảng 20 loại axit amin tham gia vào quá trình tổng hợp protein, trong đó có 9 loại được gọi là axit amin thiết yếu – cơ thể con người không thể tự tổng hợp và phải lấy từ thực phẩm. Các axit amin không thiết yếu có thể được tổng hợp từ các hợp chất khác trong cơ thể. Mỗi loại protein có một trình tự axit amin riêng biệt, và thậm chí chỉ một sự thay đổi nhỏ trong trình tự cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng của protein. Điều này được minh họa rõ qua các bệnh lý di truyền như thiếu máu hồng cầu hình liềm (sickle cell anemia), nơi chỉ một thay đổi axit amin đã làm biến đổi cấu trúc và chức năng của hemoglobin.

Nguồn: MedlinePlus Genetics

Cấu trúc của protein

Protein có cấu trúc phân cấp rõ ràng, bao gồm bốn cấp độ chính, mỗi cấp độ đóng vai trò cụ thể trong việc xác định tính ổn định và chức năng của protein:

• Cấu trúc bậc một (Primary structure): Là trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptide. Đây là nền tảng của toàn bộ cấu trúc protein, được mã hóa bởi DNA thông qua quá trình phiên mã và dịch mã. Bất kỳ thay đổi nào trong trình tự này đều có thể ảnh hưởng đến toàn bộ cấu trúc và chức năng của protein.
• Cấu trúc bậc hai (Secondary structure): Là sự gấp nếp cục bộ của chuỗi axit amin thành các dạng như alpha-helix (xoắn α) và beta-sheet (tấm β), được duy trì bởi liên kết hydro giữa các nhóm amide và carbonyl trong xương sống peptide.
• Cấu trúc bậc ba (Tertiary structure): Là hình dạng không gian ba chiều của toàn bộ chuỗi polypeptide. Cấu trúc này được giữ vững nhờ nhiều loại tương tác như liên kết disulfide, liên kết ion, lực Vander Waals và tương tác kỵ nước. Đây là cấp độ cấu trúc quyết định chức năng sinh học của protein.
• Cấu trúc bậc bốn (Quaternary structure): Áp dụng cho các protein gồm nhiều chuỗi polypeptide (tiểu đơn vị), như hemoglobin. Các tiểu đơn vị kết hợp với nhau để tạo thành một phức hợp chức năng.

Việc hiểu cấu trúc protein là cơ sở để phát triển thuốc, công nghệ sinh học và chẩn đoán bệnh. Ví dụ, nhiều loại thuốc điều trị ung thư nhắm vào protein có cấu trúc bất thường hoặc bị đột biến.

Nguồn: Khan Academy

Chức năng sinh học của protein

Protein tham gia vào hầu hết các hoạt động sinh học trong cơ thể, từ cấu trúc tế bào đến truyền tín hiệu và điều hòa chuyển hóa. Một số chức năng chính bao gồm:

• Enzyme: Gần như tất cả enzyme là protein. Chúng xúc tác các phản ứng sinh hóa, từ tiêu hóa thức ăn đến tổng hợp DNA. Ví dụ, amylase phân giải tinh bột, lactase phân giải đường lactose.
• Vận chuyển: Protein như hemoglobin vận chuyển oxy trong máu, còn các protein màng tế bào điều khiển sự di chuyển của chất qua màng.
• Cấu trúc: Các protein như collagen (trong mô liên kết), keratin (trong tóc, móng) và elastin (trong mô đàn hồi) tạo khung cho mô và cơ quan.
• Hệ miễn dịch: Kháng thể (immunoglobulin) là protein đặc hiệu nhận diện và trung hòa tác nhân gây bệnh như virus, vi khuẩn.
• Hormone: Một số hormone như insulin, glucagon là protein có vai trò điều hòa chuyển hóa glucose và duy trì cân bằng nội môi.
• Dự trữ năng lượng: Trong trường hợp khẩn cấp, protein có thể bị phân hủy để cung cấp năng lượng khi cơ thể thiếu carbohydrate và chất béo.

Không có protein, sự sống như chúng ta biết sẽ không thể tồn tại vì mọi hoạt động từ cấp độ tế bào đến hệ thống cơ quan đều phụ thuộc vào chúng.

Nguồn: Healthline

Protein trong chế độ ăn uống

Protein là một thành phần dinh dưỡng thiết yếu, đóng vai trò nền tảng trong việc duy trì, tái tạo và phát triển các mô trong cơ thể. Không giống như carbohydrate và lipid – là các nguồn năng lượng chính – protein không chỉ cung cấp năng lượng mà còn tham gia vào hầu hết các chức năng sống, bao gồm cả chức năng miễn dịch, nội tiết và enzym. Vì cơ thể không lưu trữ protein theo cách giống như chất béo hay carbohydrate, nên việc cung cấp đầy đủ protein mỗi ngày là điều bắt buộc để duy trì sức khỏe tối ưu.

Theo khuyến nghị của Viện Y học Hoa Kỳ (IOM), lượng protein cần thiết hàng ngày (RDA) cho người trưởng thành là khoảng 0.8 gam protein cho mỗi kilogram trọng lượng cơ thể. Tuy nhiên, nhu cầu này có thể cao hơn đối với người tập luyện thể thao, người cao tuổi, phụ nữ mang thai và người mắc một số bệnh lý mạn tính. Ví dụ, một người nặng 70 kg sẽ cần khoảng 56 gam protein mỗi ngày, nhưng người tập thể hình có thể cần đến 1.2–2.0 gam/kg/ngày tùy cường độ.

Nguồn: NCBI – Protein Requirements and Optimal Intakes

Nguồn thực phẩm giàu protein

Các nguồn protein trong chế độ ăn uống được chia thành hai nhóm lớn: protein hoàn chỉnh (complete protein) và không hoàn chỉnh (incomplete protein), dựa trên việc liệu chúng có chứa đủ 9 axit amin thiết yếu hay không:

• Nguồn động vật (protein hoàn chỉnh): Thịt đỏ, thịt gia cầm, cá, trứng, sữa và các sản phẩm từ sữa như sữa chua, phô mai. Đây là những thực phẩm giàu protein sinh học cao, chứa đầy đủ axit amin thiết yếu, dễ tiêu hóa và hấp thu. Ví dụ, 100g ức gà cung cấp khoảng 31g protein; 1 quả trứng cung cấp khoảng 6g protein chất lượng cao.
• Nguồn thực vật: Các loại đậu (đậu nành, đậu lăng, đậu xanh), hạt (hạt chia, hạt lanh, hạnh nhân), ngũ cốc nguyên cám (yến mạch, gạo lứt), và một số loại rau như bông cải xanh hoặc rau bina cũng cung cấp lượng protein đáng kể. Tuy nhiên, không phải thực phẩm thực vật nào cũng cung cấp đủ tất cả axit amin thiết yếu. Do đó, người ăn chay cần kết hợp đa dạng các nguồn thực vật để đảm bảo đủ dưỡng chất.

Ví dụ: kết hợp gạo (thiếu lysine) với đậu (thiếu methionine) trong một bữa ăn sẽ tạo ra một bữa ăn có đủ axit amin thiết yếu.

Nguồn: European Food Information Council (EUFIC)

Tác động của thiếu hụt hoặc dư thừa protein

Thiếu protein trong khẩu phần ăn có thể gây ra một loạt hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt ở trẻ em và người cao tuổi. Các tình trạng liên quan đến thiếu hụt protein bao gồm:

• Chậm tăng trưởng ở trẻ em: Protein là thành phần chính trong mô cơ, xương và da, thiếu protein sẽ cản trở quá trình phát triển thể chất.
• Suy giảm miễn dịch: Thiếu protein làm giảm tổng hợp kháng thể và enzyme, khiến cơ thể dễ nhiễm bệnh hơn.
• Giảm khối cơ (sarcopenia): Đặc biệt ở người cao tuổi, thiếu protein kết hợp với ít vận động sẽ dẫn đến mất khối lượng cơ và giảm chức năng vận động.
• Bệnh lý dinh dưỡng như kwashiorkor và marasmus: Rất phổ biến ở các khu vực có nạn đói hoặc thiếu hụt lương thực nghiêm trọng.

Ngược lại, tiêu thụ quá nhiều protein – nhất là từ nguồn động vật và kèm theo chất béo bão hòa – có thể gây áp lực lên gan, thận và làm tăng nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, rối loạn lipid máu và sỏi thận. Dù vậy, ở người khỏe mạnh, ăn nhiều protein không gây hại nếu duy trì lối sống lành mạnh và uống đủ nước.

Nguồn: Harvard Health

Vai trò của protein trong một số tình huống đặc biệt

• Thể thao và luyện tập: Protein rất cần thiết trong quá trình hồi phục và phát triển cơ bắp sau khi tập luyện. Việc bổ sung protein sau tập giúp tăng tổng hợp protein cơ và hạn chế phân hủy cơ. Các vận động viên thường dùng whey protein – một loại protein hấp thu nhanh – sau khi tập luyện.
• Phục hồi sau bệnh hoặc phẫu thuật: Người bệnh cần nhiều protein hơn bình thường để phục hồi mô tổn thương, tổng hợp enzyme và hỗ trợ hệ miễn dịch.
• Người cao tuổi: Protein giúp duy trì khối lượng cơ nạc và ngăn ngừa té ngã, gãy xương do sarcopenia. Một số nghiên cứu khuyến cáo người già nên dùng khoảng 1.2–1.5g/kg/ngày.
• Chế độ ăn chay: Người ăn chay hoặc thuần chay cần đặc biệt lưu ý đến việc phối hợp các nguồn protein thực vật để tránh thiếu hụt axit amin thiết yếu và sắt.

Nguồn: Journal of Aging Research – Protein Intake in the Elderly

Kết luận

Protein là thành phần thiết yếu cho sự sống, đóng vai trò trung tâm trong hầu hết mọi chức năng sinh học của cơ thể – từ cấu trúc tế bào đến miễn dịch, nội tiết và chuyển hóa. Việc hiểu rõ vai trò của protein và cách bổ sung phù hợp trong chế độ ăn uống hàng ngày giúp chúng ta bảo vệ và tối ưu sức khỏe lâu dài. Không chỉ người tập luyện, mà mọi người – từ trẻ em đến người lớn tuổi – đều cần một lượng protein thích hợp để duy trì sức khỏe thể chất, tinh thần và khả năng phục hồi.