Bạn vừa ăn một miếng thịt gà. Trong dạ dày, axit và enzim bắt đầu làm việc: chúng cắt nhỏ các phân tử protein khổng lồ thành những mảnh nhỏ hơn, rồi cắt tiếp thành từng amino acid riêng lẻ để cơ thể hấp thụ. Quá trình cắt nhỏ đó có tên là thủy phân peptit — phản ứng mà nước tham gia vào để phá vỡ các liên kết peptit nối các amino acid với nhau. Mỗi liên kết bị cắt cần đúng một phân tử nước, và đếm số liên kết bị cắt là bạn biết ngay cần bao nhiêu nước và thu được bao nhiêu amino acid. Bài này sẽ giúp bạn nắm chắc hai công thức đơn giản đó, kèm theo 4 ví dụ và 5 bài tập có đáp án chi tiết.
Peptit được tạo thành khi các amino acid nối với nhau bằng liên kết peptit: nhóm COOH của amino acid này kết hợp với nhóm NH₂ của amino acid kia, tách ra một phân tử nước. Một peptit có k mắt xích amino acid thì có k − 1 liên kết peptit, vì cứ hai mắt xích kề nhau mới tạo ra một liên kết. Ví dụ đipeptit có 2 mắt xích và 1 liên kết, tripeptit có 3 mắt xích và 2 liên kết, tetrapeptit có 4 mắt xích và 3 liên kết. Khi thủy phân hoàn toàn, mỗi liên kết peptit cần một phân tử nước để phá vỡ, nên số mol nước cần dùng bằng số liên kết nhân với số mol peptit, còn số mol amino acid thu được bằng số mắt xích nhân với số mol peptit.
Thủy phân peptit: hai công thức đếm bằng đầu ngón tay
Khi thủy phân hoàn toàn một peptit có k mắt xích, bạn dùng hai công thức sau. Thứ nhất, số mol nước cần dùng bằng số liên kết peptit nhân với số mol peptit: nH₂O = (k − 1) × n(peptit). Thứ hai, số mol amino acid thu được bằng số mắt xích nhân với số mol peptit: n(amino acid) = k × n(peptit). Bạn hãy nhớ hai con số k − 1 và k: số nước cần dùng thì lấy k trừ 1, còn số amino acid thu được thì lấy đúng k. Chỉ cần nhớ "nước thì trừ một, amino acid thì giữ nguyên" là bạn không bao giờ nhầm hai công thức này với nhau.
Bạn hãy kiểm chứng hai công thức này với tetrapeptit, peptit có 4 mắt xích. Tetrapeptit có 4 − 1 = 3 liên kết peptit, nên thủy phân 1 mol tetrapeptit cần 3 mol nước và thu được 4 mol amino acid. Phương trình viết gọn là: tetrapeptit + 3H₂O → 4 amino acid. Bạn kiểm tra bảo toàn khối lượng: khối lượng tetrapeptit cộng với khối lượng 3 phân tử nước đúng bằng khối lượng 4 phân tử amino acid, vì mỗi liên kết peptit khi hình thành đã tách ra một phân tử nước, nay thủy phân thì nước được cộng trở lại. Đây cũng là cách bạn kiểm tra kết quả tính toán của mình sau mỗi bài tập.
Với tripeptit, peptit có 3 mắt xích, công thức cho ra nH₂O = 2 × n(peptit) và n(amino acid) = 3 × n(peptit). Với pentapeptit, peptit có 5 mắt xích, công thức cho ra nH₂O = 4 × n(peptit) và n(amino acid) = 5 × n(peptit). Bạn thấy quy luật rất rõ ràng: peptit càng dài thì càng cần nhiều nước để thủy phân và càng thu được nhiều amino acid. Trong bài tập lớp 12, người ta thường cho số mol peptit và số mắt xích k rồi hỏi số mol nước hoặc số mol amino acid, hoặc cho khối lượng peptit rồi hỏi khối lượng amino acid thu được — tất cả đều giải được bằng hai công thức trên.
Một điểm bạn cần lưu ý là hai công thức này chỉ đúng với thủy phân hoàn toàn, tức là mọi liên kết peptit đều bị phá vỡ và peptit biến thành các amino acid riêng lẻ. Nếu thủy phân không hoàn toàn, peptit chỉ bị cắt thành các đoạn ngắn hơn, số mol nước cần dùng sẽ ít hơn và sản phẩm sẽ là hỗn hợp các peptit ngắn chứ không phải amino acid. Trong chương trình lớp 12, trừ khi đề bài nói rõ là thủy phân không hoàn toàn, bạn luôn hiểu là thủy phân hoàn toàn và áp dụng hai công thức trên.
Bốn bài toán mẫu tính từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol tetrapeptit. Tính số mol nước cần dùng và số mol amino acid thu được.
Tetrapeptit có k = 4 mắt xích, nên số liên kết peptit bằng 4 − 1 = 3. Số mol nước cần dùng bằng nH₂O = 3 × 0,1 = 0,3 mol. Số mol amino acid thu được bằng n(amino acid) = 4 × 0,1 = 0,4 mol. Vậy thủy phân hoàn toàn 0,1 mol tetrapeptit cần 0,3 mol nước và thu được 0,4 mol amino acid. Bạn hãy kiểm tra lại bằng cách nhớ quy tắc "nước thì trừ một, amino acid thì giữ nguyên": nước lấy 3, amino acid lấy 4, cả hai đều nhân với 0,1 mol peptit.
Ví dụ 2 (pentapeptit): Thủy phân hoàn toàn 0,05 mol pentapeptit. Tính số mol nước cần dùng và số mol amino acid thu được.
Pentapeptit có k = 5 mắt xích, nên số liên kết peptit bằng 5 − 1 = 4. Số mol nước cần dùng bằng nH₂O = 4 × 0,05 = 0,2 mol. Số mol amino acid thu được bằng n(amino acid) = 5 × 0,05 = 0,25 mol. Vậy thủy phân hoàn toàn 0,05 mol pentapeptit cần 0,2 mol nước và thu được 0,25 mol amino acid. Bạn thấy dù số mol peptit chỉ bằng một nửa ví dụ 1, số mol amino acid thu được vẫn khá lớn vì pentapeptit có tới 5 mắt xích. Khi cần kiểm tra lại phép tính, bạn có thể nhờ máy tính Casio online trên ClassOn hỗ trợ.
Ví dụ 3 (tripeptit): Thủy phân hoàn toàn 0,2 mol tripeptit. Tính số mol nước cần dùng và số mol amino acid thu được.
Tripeptit có k = 3 mắt xích, nên số liên kết peptit bằng 3 − 1 = 2. Số mol nước cần dùng bằng nH₂O = 2 × 0,2 = 0,4 mol. Số mol amino acid thu được bằng n(amino acid) = 3 × 0,2 = 0,6 mol. Vậy thủy phân hoàn toàn 0,2 mol tripeptit cần 0,4 mol nước và thu được 0,6 mol amino acid. Bạn hãy để ý: số mol amino acid thu được luôn lớn hơn số mol nước cần dùng, vì k luôn lớn hơn k − 1, và tỉ số giữa hai đại lượng này là k / (k − 1).
Ví dụ 4 (tính theo khối lượng): Thủy phân hoàn toàn 18,9 gam tripeptit Gly-Gly-Gly. Tính khối lượng nước cần dùng và khối lượng glycine thu được.
Trước hết bạn tính khối lượng mol của Gly-Gly-Gly: mỗi glycine có M = 75, ba glycine nối với nhau tách ra hai phân tử nước, nên M = 3 × 75 − 2 × 18 = 225 − 36 = 189 gam trên mol. Số mol tripeptit bằng n = 18,9 / 189 = 0,1 mol. Số mol nước cần dùng bằng 2 × 0,1 = 0,2 mol, khối lượng bằng 0,2 × 18 = 3,6 gam. Số mol glycine thu được bằng 3 × 0,1 = 0,3 mol, khối lượng bằng 0,3 × 75 = 22,5 gam. Bạn kiểm tra bảo toàn khối lượng: 18,9 + 3,6 = 22,5, đúng bằng khối lượng glycine thu được. Cách kiểm tra này giúp bạn phát hiện ngay nếu tính sai số mắt xích hay số liên kết.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Lấy số mol nước bằng k × n(peptit) thay vì (k − 1) × n(peptit).
Nhiều bạn nhớ số mắt xích là k rồi lấy luôn k làm hệ số cho nước. Cách tránh: bạn hãy nhớ số liên kết peptit luôn ít hơn số mắt xích một đơn vị, vì hai mắt xích kề nhau mới tạo ra một liên kết. Viết rõ dòng "số liên kết = k − 1" ra giấy nháp trước khi tính sẽ giúp bạn không nhầm.
Lỗi 2: Lấy số mol amino acid bằng (k − 1) × n(peptit).
Nhiều bạn áp dụng ngược: lấy k − 1 cho amino acid và k cho nước. Cách tránh: bạn hãy tự nhắc "nước thì trừ một, amino acid thì giữ nguyên" — nước cần dùng bằng số liên kết nên phải trừ một, còn amino acid thu được bằng số mắt xích nên giữ nguyên k. Một mẹo nhỏ là hình dung một sợi dây có 4 hạt: cắt 3 nhát thì được 4 hạt rời — số nhát cắt là k − 1, số hạt thu được là k.
Lỗi 3: Quên trừ nước khi tính khối lượng mol của peptit.
Nhiều bạn tính khối lượng mol của Gly-Gly-Gly thành 3 × 75 = 225 mà quên trừ đi 2 phân tử nước đã tách ra khi tạo liên kết. Cách tránh: bạn hãy nhớ mỗi liên kết peptit hình thành thì tách ra một phân tử nước, nên M(peptit) = k × M(amino acid) − (k − 1) × 18. Với tripeptit: 225 − 36 = 189, không phải 225.
Lỗi 4: Tính khối lượng amino acid thu được bằng khối lượng peptit ban đầu.
Nhiều bạn cho rằng thủy phân 18,9 gam tripeptit thì thu được 18,9 gam glycine. Cách tránh: bạn hãy nhớ mỗi liên kết bị cắt đều nhận thêm một phân tử nước, nên khối lượng amino acid thu được luôn lớn hơn khối lượng peptit ban đầu. Trong ví dụ 4, khối lượng glycine là 22,5 gam, lớn hơn 18,9 gam ban đầu đúng bằng khối lượng nước đã cộng thêm là 3,6 gam.
Lỗi 5: Nhầm thủy phân hoàn toàn với thủy phân không hoàn toàn.
Nhiều bạn thấy đề nói "thủy phân peptit" là áp dụng ngay hai công thức trên, dù đề cho biết chỉ một số liên kết bị cắt. Cách tránh: bạn hãy đọc kĩ đề — nếu đề nói "thủy phân hoàn toàn" thì dùng nH₂O = (k − 1) × n(peptit), còn nếu đề nói "thủy phân không hoàn toàn" thì phải đếm số liên kết thực tế bị cắt. Trong chương trình lớp 12, hầu hết bài tập đều là thủy phân hoàn toàn.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ quy tắc: nước thì lấy k − 1, amino acid thì lấy k.
Câu 1: Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol tetrapeptit cần dùng bao nhiêu mol nước?
A. 0,3 mol
B. 0,4 mol
C. 0,2 mol
D. 0,1 mol
Câu 2: Thủy phân hoàn toàn 0,05 mol pentapeptit thu được bao nhiêu mol amino acid?
A. 0,2 mol
B. 0,25 mol
C. 0,3 mol
D. 0,15 mol
Câu 3: Thủy phân hoàn toàn 0,2 mol tripeptit cần dùng bao nhiêu gam nước?
A. 3,6 gam
B. 10,8 gam
C. 7,2 gam
D. 5,4 gam
Câu 4: Một peptit có 6 mắt xích amino acid. Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol peptit này cần dùng bao nhiêu mol nước?
A. 0,6 mol
B. 0,7 mol
C. 0,4 mol
D. 0,5 mol
Câu 5: Một tetrapeptit có bao nhiêu liên kết peptit?
A. 3
B. 4
C. 2
D. 5
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | B | C | D | A |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A (0,3 mol) đúng: Tetrapeptit có 4 − 1 = 3 liên kết peptit, số mol nước cần dùng bằng 3 × 0,1 = 0,3 mol. Đáp án B (0,4 mol) sai vì đó là số mol amino acid thu được, không phải số mol nước. Đáp án C (0,2 mol) sai vì 0,2 = 2 × 0,1 — bạn đã lấy số liên kết của tripeptit. Đáp án D (0,1 mol) sai vì bạn lấy số mol nước bằng số mol peptit, quên nhân với số liên kết.
Giải thích Câu 2 — Đáp án B (0,25 mol) đúng: Pentapeptit có 5 mắt xích, số mol amino acid thu được bằng 5 × 0,05 = 0,25 mol. Đáp án A (0,2 mol) sai vì đó là số mol nước cần dùng, không phải số mol amino acid. Đáp án C (0,3 mol) sai vì 0,3 = 6 × 0,05 — bạn đã lấy số mắt xích là 6. Đáp án D (0,15 mol) sai vì 0,15 = 3 × 0,05 — bạn đã lấy số mắt xích là 3.
Giải thích Câu 3 — Đáp án C (7,2 gam) đúng: Tripeptit có 2 liên kết, số mol nước cần dùng bằng 2 × 0,2 = 0,4 mol, khối lượng bằng 0,4 × 18 = 7,2 gam. Đáp án A (3,6 gam) sai vì đó là khối lượng của 0,2 mol nước — bạn đã lấy số liên kết là 1. Đáp án B (10,8 gam) sai vì đó là khối lượng của 0,6 mol nước — bạn đã lấy số mol nước bằng số mol amino acid. Đáp án D (5,4 gam) sai vì đó là khối lượng của 0,3 mol nước, không có cơ sở nào cho ra 0,3 mol.
Giải thích Câu 4 — Đáp án D (0,5 mol) đúng: Peptit có 6 mắt xích thì có 6 − 1 = 5 liên kết peptit, số mol nước cần dùng bằng 5 × 0,1 = 0,5 mol. Đáp án A (0,6 mol) sai vì đó là số mol amino acid thu được, không phải số mol nước. Đáp án B (0,7 mol) sai vì 0,7 = 7 × 0,1 — bạn đã lấy số mắt xích là 7. Đáp án C (0,4 mol) sai vì 0,4 = 4 × 0,1 — bạn đã lấy số liên kết là 4.
Giải thích Câu 5 — Đáp án A (3) đúng: Tetrapeptit có 4 mắt xích nên có 4 − 1 = 3 liên kết peptit. Đáp án B (4) sai vì bạn lấy số liên kết bằng số mắt xích. Đáp án C (2) sai vì đó là số liên kết của tripeptit. Đáp án D (5) sai vì đó là số liên kết của hexapeptit.
Câu hỏi thường gặp về thủy phân peptit
Hỏi: Vì sao dạ dày tiêu hóa được thịt mà không tiêu hóa chính nó?
Đáp: Vì dạ dày được bảo vệ bởi một lớp chất nhầy dày, ngăn không cho axit và enzim pepsin tiếp xúc trực tiếp với thành dạ dày. Ngoài ra, các tế bào thành dạ dày liên tục được thay mới để sửa chữa những tổn thương nhỏ. Khi lớp chất nhầy bị suy yếu, axit sẽ tấn công thành dạ dày và gây ra bệnh viêm loét dạ dày.
Hỏi: Thủy phân peptit trong phòng thí nghiệm khác trong cơ thể như thế nào?
Đáp: Trong phòng thí nghiệm, người ta thường đun peptit với dung dịch axit HCl đặc ở nhiệt độ cao trong nhiều giờ để thủy phân hoàn toàn. Trong cơ thể, quá trình này xảy ra nhờ các enzim như pepsin trong dạ dày và trypsin trong ruột non, ở nhiệt độ 37 độ C và trong thời gian ngắn hơn nhiều. Enzim làm cho phản ứng xảy ra nhanh hơn hàng triệu lần so với khi không có xúc tác.
Hỏi: Peptit có bao nhiêu mắt xích thì được gọi là protein?
Đáp: Không có ranh giới tuyệt đối, nhưng người ta thường quy ước: peptit có từ 2 đến khoảng 50 mắt xích được gọi là peptit, còn chuỗi có trên 50 mắt xích thì được gọi là protein. Ví dụ insulin có 51 amino acid nên được coi là một protein nhỏ, còn các enzim tiêu hóa thường có hàng trăm amino acid.
Hỏi: Thủy phân peptit trong dung dịch kiềm có khác thủy phân bằng nước không?
Đáp: Có, và khác nhau ở lượng kiềm cần dùng. Khi thủy phân peptit trong dung dịch NaOH, ngoài nước tham gia phá vỡ liên kết peptit, các nhóm COOH sinh ra còn bị NaOH trung hòa, nên số mol NaOH cần dùng bằng số mắt xích k nhân với số mol peptit. Nếu muốn tìm hiểu kĩ hơn, bạn hãy xem bài tính số mol OH⁻ trong thủy phân peptit.
Hỏi: Học bài này để làm gì trong các bài sau?
Đáp: Thủy phân peptit là nền tảng để hiểu quá trình tiêu hóa protein trong cơ thể và để giải các bài toán về peptit trong dung dịch kiềm. Nó cũng giúp bạn hiểu vì sao đốt cháy peptit lại sinh ra khí N₂ với số mol phụ thuộc vào số nguyên tử nitơ trong phân tử. Nếu muốn đi tiếp, bạn hãy xem bài đốt cháy peptit.
Kết luận
Thủy phân peptit chỉ gói gọn trong hai công thức: nH₂O = (k − 1) × n(peptit) và n(amino acid) = k × n(peptit), trong đó k là số mắt xích amino acid trong phân tử peptit. Bạn hãy nhớ ba điều: số liên kết peptit luôn ít hơn số mắt xích một đơn vị, nước cần dùng thì lấy k − 1 còn amino acid thu được thì lấy đúng k, và khối lượng amino acid thu được luôn lớn hơn khối lượng peptit ban đầu vì đã cộng thêm khối lượng nước. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để tính số mol nước, số mol amino acid hay khối lượng sản phẩm trong bất kì bài toán thủy phân peptit nào — và hiểu thêm vì sao miếng thịt bạn ăn lại được dạ dày cắt nhỏ từng chút một trước khi cơ thể hấp thụ.