Quá trình thủy phân protein thành acid amin
Quá trình thủy phân protein là quá trình tiêu hóa protein của thức ăn xảy ra trong ống tiêu hóa nhờ hệ enzym tiêu hóa
Khi thức ăn vào dạ dày, nó kích thích tuyến dạ dày sản xuất hormone gastrin Hormone này sau đó kích hoạt các tế bào rìa tiết ra HCL và các tế bào chính tiết ra pepsinogen, hỗ trợ quá trình tiêu hóa.
Pepsinogen là tiền enzyme được chuyển đổi thành pepsin trong dịch dạ dày Quá trình tự hoạt hóa này cắt bỏ 42 acid amin ở đầu N của chuỗi polypeptid Pepsin có khả năng thủy phân các liên kết peptid, đặc biệt là những liên kết có nhóm –NH- thuộc các acid amin nhân thơm như Tyr, Phe và Trp, giúp phân giải protein thức ăn thành các peptid nhỏ hơn.
Trypsin và chymotrypsin là hai enzyme quan trọng trong quá trình tiêu hóa, giúp thủy phân các peptid nhỏ đã được pepsin xử lý ở dạ dày Trypsin tập trung vào việc cắt đứt các liên kết peptid có chứa nhóm –CO- của acid amin kiềm, trong khi chymotrypsin tác động vào các liên kết peptid có nhóm –CO- thuộc về acid amin nhân thơm.
Các peptid ngắn hơn sẽ được thủy phân hoàn toàn ở ruột non nhờ các peptidase, trong đó carboxypeptidase tác động vào liên kết peptid ở đầu C Ruột cũng tiết ra enzyme aminopeptidase và dipeptidase, với aminopeptidase tác động vào liên kết peptid ở đầu N, trong khi dipeptidase phân giải dipeptide thành 2 acid amin Nhờ sự tác động của các enzyme tiêu hóa protid, protein trong thức ăn được thủy phân hoàn toàn thành các acid amin Ở người, các protein hình cầu có nguồn gốc động vật được thủy phân hoàn toàn, trong khi các protein hình sợi như keratin và collagen chỉ được tiêu hóa một phần.
Chuyẻn hóa của nhóm amin trong acid amin
Axit amin là hợp chất chứa nhóm amin với nguyên tử nitơ, đứng sau carbon, hydro và oxy trong tế bào sống Trong cơ thể con người, nhóm NH4+ được hình thành từ quá trình chuyển hóa nhóm amin của axit amin và các phân tử hữu cơ chứa nitơ Quá trình chuyển hóa axit amin chủ yếu diễn ra ở gan, nơi một phần NH4+ được tạo ra.
+ hình thành được sử dụng để tổng hợp các acid amin mới hoặc các hợp chất chứa nito khác, một số được chuyển hóa thành acid uric hoặc ure
Sự chuyển hóa các acid amin được thực hiên bằng cách khử amin, chuyển amin
Khử amin là giai đoạn đầu của quá trình chuyển hóa acid amin trong gan, trong đó nhóm NH2 được tách ra khỏi phân tử acid amin dưới dạng NH3 Quá trình này có thể diễn ra theo hai cách: khử amin trực tiếp, khi nhóm NH2 được tách ra ngay lập tức thành NH3, và khử amin gián tiếp, khi nhóm NH2 được chuyển thành acid glutamic trước khi tiếp tục quá trình khử amin oxy hóa.
Trong cơ thể có 4 kiểu khử amin, đó là:
Khử amin nội phân tử:
Chuyển hoặc trao đổi amin :
(Acid béo không bão hòa)
Cơ chế của quá trình trao đổi amin được trình bày như sau :
Phần lớn các acid amin, bao gồm Ala, Asp, Asn, Cys, Ile, Leu, Lys, Phe, Tyr, Try, Val, thực hiện quá trình trao đổi amin thông qua cặp α-cetoacid-acid amin, trong đó α-cetoglutarat-glutamat là cặp quan trọng nhất Phản ứng trao đổi amin này liên quan đến việc tổng hợp các acid amin không cần thiết và quá trình thoái biến của hầu hết các acid amin, ngoại trừ lysin và threonin.
Chuyển hóa của nhóm carboxyl
Phản ứng được xúc tác bởi các decarboxylase đặc hiệu cho mỗi acid amin, chứa CoE là pyridoxalphosphat (B6)
Nhiều amin có tác dụng dược lý và sinh lý đặc biệt, được gọi là amin sinh học, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa chuyển hóa và chức năng của các cơ quan Chẳng hạn, histidin khi trải qua quá trình khử carboxyl nhờ enzyme histidin decarboxylase sẽ chuyển đổi thành histamin, một chất có khả năng giãn mạch, co cơ trơn và tăng tính thấm thành mạch.
Sự khử carboxyl của glutamat ở tổ chức thần kinh sẽ tạo thành α amino butyric acid (GABA).
Chuyển hóa của khung carbon
Sau khi mất nhóm amin khung carbon của acid amin sẽ chuyển thành sản phẩm trung gian như pyruvat, oxaloacetat, acetyl CoA, α cetoglutarat, succinyl CoA, acetoacetyl CoA
Các chất trung gian được chuyển hóa qua nhiều con đường khác nhau, có thể tham gia vào chu trình acid citric và quá trình bi oxy hóa hoàn toàn, hoặc được sử dụng để tổng hợp glucid, lipid và một số acid amin.
N H2N - C - H aminoacid II NH2 R1-CH-COOH
-cetoacid IIR1-CO-COOHTransaminase
Sự tạo thành glutamin và sự vận chuyển NH 3
Amoniac được hình thành chủ yếu qua quá trình khử amin oxy hóa và là sản phẩm của sự thoái hóa các base N purin và pyrimidin Do tính độc hại của nó đối với cơ thể, amoniac cần được chuyển đổi thành các hợp chất không độc trước khi được đào thải ra ngoài.
- Ở người NH3 chuyển thành ure tại gan rồi được đào thải qua nước tiểu
Chuyển hóa cua acid α cetonic
Acid α cetonic là sản phẩm trao đổi amin hay khử amin oxy hóa của các acid amin , chúng có thể chuyển hóa theo các con đường :
Tổng hợp trở lại thành acid amin tương ứng nhờ quá tình trao đổi acid amin với các acid amin khác hoặc kết hợp với NH 3 :
Tạo glucid : những acid α cetonic như pyruvate, oxaloacetate, α cetoglutarat có thể tạo thành glucose
Một số Acid α cetonic bị khử carboxyl oxy hóa tạo thành acid carboxylic:
Các con đương thoái hóa của acid amin dẫn dến chu trình krebs
Một số axit amin có khả năng chuyển hóa thành các axit α-cetonic, đóng vai trò là sản phẩm trung gian trong chu trình Krebs Ngoài ra, các gốc axit amin cũng có thể chuyển hóa theo những con đường riêng biệt, tạo ra các sản phẩm trung gian khác trong chu trình này.
Chuyển hóa của một số nhóm acid amin thành các sản phẩm đặc biệt
Sự tổng hợp taurin
Taurin kết hợp với các acid amin mật tại gan để tạo thành muối mật taurocholat, giúp nhũ tương hóa lipid Quá trình này tạo điều kiện cho enzyme lipase trong ống tiêu hóa dễ dàng thủy phân lipid.
Sự tạo thành cretinin
Cretinin phosphate là dạng dự trữ năng lượng ở cơ , khi cơ cần năng lượng creatin phosphat được dehydrat tạo creatinin và giải phóng năng lượng cho cơ sử dụng.
Tạo melanin
Melanin là sắc tố của da,thiếu tyrosin hydroxylase thì thiếu melanin dẫn tới bệnh bạch tạng
Ngoài tyrosin còn là nguyên liệu để tổng hợp ra catecholanin (adrenalin và noradrenalin), thyroid (hormone tuyến giáp)
CHƯƠNG 2: SINH TỎNG HỢP CÁC ACID AMIM 1.Nguồn nitơ Để tổng hợp axit amin, một nguồn nitơ là cần thiết Inanimals glutamate và glutamine đóng vai trò then chốt Nhóm α-amino của hầu hết các axit amin đến từ transamination phản ứng chuyển nhóm amino từ glutamate đến chất nhận α-ketoacid Glutamate được tổng hợp từ amoniac và α-ketoglutarate do tác động của glutamate dehydrogenase
Chúng tôi đã thảo luận enzyme này trong sự xuống cấp của các axit amin Nó xúc tác các phản ứng sau đây:
Phản ứng này diễn ra qua hai bước, trong đó cơ sở Schiff được hình thành từ sự kết hợp giữa amoniac và xeton của aketoglutarate Sau đó, cơ sở Schiff được giảm bằng cách chuyển hydride từ NADH hoặc NADPH, dẫn đến sự hình thành glutamate.
Việc chuyển giao hydride đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập cấu trúc lập thể tại các α-carbon Glutamate dehydrogenase liên kết α-ketoglutarate, cho phép chuyển giao hydride theo cách cụ thể, từ đó chỉ hình thành đồng phân L của glutamate.
Một ion amoni thứ hai được đưa vào glutamate do hành động của glutamine synthetase để tạo thành glutamine.Lúc này amin hoá được thúc đẩy bởi ATP
Quy định của glutamine synthetase là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát trao đổi chất nitơ Các cặp enzyme năng động như glutamate dehydrogenase và glutamine synthetase hiện diện trong tất cả các sinh vật sống.
2.Amino axit được tổng hợp FromMetabolites
Thực vật và vi khuẩn có khả năng tổng hợp tất cả 20 axit amin, trong khi con người chỉ có thể tự sản xuất 11 axit amin Chín axit amin còn lại, được gọi là axit amin thiết yếu, phải được cung cấp qua chế độ ăn uống Các axit amin thiết yếu bao gồm: Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine, Tryptophan và Valine Những axit amin không thiết yếu còn lại có thể được cơ thể tổng hợp.
Alanine, Arginine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamine, Glycine, Proline, Serine, and Tyrosine are classified as non-essential amino acids, which are synthesized through straightforward pathways In contrast, the biosynthesis of essential amino acids is considerably more complex.
Các axit amin là tiền chất cho các axit amin khác, với những axit amin thiết yếu được in đậm Các bộ xương carbon của chúng được hình thành từ các trung gian của đường phân, con đường pentose phosphate và chu trình acid citric Dựa trên 20 axit amin, chúng có thể được phân loại thành 6 nhóm khác nhau dựa trên tiền thân: oxaloacetate, PEP, α-ketoglutarate, pyruvate, 3-phosphoglycerate và ribose-5P.
3.Sinh tổng hợp Aspartat,Glutamat,Alanine
Oxaloacetate, pyruvate, and α-ketoglutarate are key α-keto acids involved in transamination reactions Aspartate aminotransferase facilitates the transfer of an amino group from glutamine to oxaloacetate, resulting in the formation of aspartate and α-ketoglutarate Various transaminases can transfer amino groups from amino acids such as aspartate or alanine to α-ketoglutarate, producing new amino acids Specifically, alanine aminotransferase transfers the amino group from glutamine to pyruvate, generating alanine and α-ketoglutarate.
Tất cả những phản ứng transamination được xúc tác bởi enzyme thatrequire pyridoxal phosphate như một đồng yếu tố Xem xét các cơ chế pyridoxal phosphate
Các phản ứng enzyme bắt đầu với sự hình thành aldimine giữa PLP và nhóm amin, trong đó nhóm amin được chuyển giao cho PLP, tạo ra phosphate pyridoxamine và giải phóng α-ketoacid Giai đoạn thứ hai của phản ứng ngược lại, trong đó các nhóm amin chấp nhận từ α-ketoacid để hình thành cơ sở Schiff với PMP, dẫn đến sự hình thành ketimine trung gian Cuối cùng, các nhóm amin được chuyển giao cho người chấp nhận, tạo thành các axit amin.
A crucial step in the transamination reaction involves the proton of the α-carbon of the quinonoid intermediate, which determines the stereochemistry at the α-carbons In the case of aspartate amino transferase (also known as postor transaminase), the chiral symmetry of amino acids is established through interactions with substrates Notably, the conserved arginine residue (Arg-386) interacts with the carboxylate group on the surface, guiding the substrate so that when Lys-268 protonates, the reaction proceeds effectively.
SINH TỔNG HỢP ACID AMIN 1.Nguồn nitơ
Sinh tổng hợp asparagin
Asparagin synthetase là enzyme chịu trách nhiệm chuyển đổi aspartate thành asparagin Quá trình này bắt đầu bằng việc kích hoạt các nhóm carboxylate của aspartate thông qua phản ứng với ATP, tạo ra một trung gian gọi là aspartyladenylate.
Các cacbonyl kích hoạt của aspartyl-adenylate trung gian bị tấn công bởi amoniac, một tác nhân nucleophin, để tạo ra asparagines Ở vi khuẩn, amoniac là nguồn nitơ cho phản ứng này, trong khi ở động vật có vú, nguồn nitơ đến từ sự thủy phân glutamine thành glutamate Amoniac được sản xuất trong phản ứng này sẽ được chuyển đến aspartyl-adenylate trung gian từ asparagin Lợi ích của con đường này là sử dụng glutamine làm nguồn nitơ, vì amoniac được sản xuất bởi enzyme và chuyển trực tiếp đến các trung gian, giúp tế bào không tiếp xúc với amoniac, chất độc hại đối với động vật.
5.Sinh tổng hợp Proline và Arginine
Proline và arginine đều có nguồn gốc từ glutamate Bước đầu tiên là hình thành glutamate γ-semialdehyde
Nhóm γ-carboxylate glutamate được kích hoạt thông qua quá trình phosphoryl hóa với ATP, tạo thành γ-glutamylphosphate trung gian Sau đó, các anhydride hỗn hợp được giảm bằng NADPH, dẫn đến việc giải phóng phosphate và sản xuất glutamate γ-semialdehyde.
Glutamate γ-semialdehyde sẽ tự cyclize loại bỏ H2O và hình thành pyrroline 5- carboxylate mà sau đó được giảm pyrolline-5-carboxylate reductase proline để hình thành
Glutamate γ-semialdehyde là chất nền cho ornithine-δ-aminotransferase, enzyme này chuyển giao nhóm amin từ glutamate sang ornithine và α-ketoglutarate Ornithine là một chất chuyển hóa quan trọng trong chu kỳ urê, phản ứng với phosphate carbamoyl để tạo ra citrulline Citrulline sau đó kết hợp với aspartate để hình thành argininosuccinate, và quá trình này tiếp tục cắt để tạo ra arginine và fumarate.
6.Sinh tổng hợp Serine, Cysteine và Glycine
Serine được tổng hợp từ 3-phosphoglycerate và là tiền thân của cysteine và glycine Quá trình bắt đầu với sự oxy hóa 3-phosphoglycerate thành 3-phosphohydroxypyruvate, được xúc tác bởi enzyme 3-phosphoglycerate dehydrogenase Oxy hóa này tạo ra một α-ketoacid, có thể được transaminated bằng cách chuyển nhóm amin từ glutamate để tạo ra 3-phosphoserine và α-ketoglutarate Nhóm phosphate sau đó được loại bỏ bởi phosphoserine phosphatase, dẫn đến sự hình thành serine Serine sau đó được chuyển đổi thành glycine nhờ enzyme serine hydroxymethyltransferase, có sự tham gia của pyridoxal phosphate và tetrahydrofolate, một đồng yếu tố quan trọng cung cấp các đơn vị One-Carbon.
Tetrahydrofolate (THF) là một phân tử đa năng vận chuyển carbon, bao gồm ba thành phần: pteridine, benzoate amin và chuỗi glutamate Mặc dù động vật có vú có khả năng tổng hợp cả ba thành phần này, nhưng chúng lại thiếu enzym cần thiết để kết hợp chúng Ngược lại, vi sinh vật có enzym liên hợp và có thể sản xuất folate Chúng ta có thể nhận folate từ chế độ ăn uống hoặc từ các vi sinh vật trong ruột Axit folic, một thành viên của phức hợp vitamin B, có mặt trong rau xanh, trái cây, nấm men và gan Folate được chuyển đổi thành THF thông qua enzym dihydrofolate reductase, yêu cầu hai hydride từ NADPH Một đơn vị carbon có thể gắn với THF tại các nitrogens N5 và N10, với các trạng thái oxy hóa khác nhau của carbon, bao gồm nhóm methyl, nhóm methylene và nhóm formimino Trạng thái oxy hóa cao hơn là carboxylate, được thực hiện bởi đồng yếu tố biotin.
Một trong những đơn vị carbon mang theo THF là co thể đổi lẩn nhau được như hình dưới đây
Tetrahydrofolate (THF) và các dẫn xuất của nó có khả năng trao đổi lẫn nhau để kích hoạt một đơn vị carbon, phục vụ cho nhiều quá trình sinh tổng hợp khác nhau Bên cạnh đó, THF cũng đóng vai trò là một đơn vị chấp nhận carbon trong các phản ứng phân hủy.
Sulfonamid, chẳng hạn như sulfanilamide, là các chất tương tự của p-aminobenzoate và đóng vai trò như chất thay thế axit folic Chúng hoạt động như các chất ức chế cạnh tranh đối với các enzyme conjugating của vi khuẩn, ngăn chặn sự tổng hợp folate và dẫn đến sự thiếu hụt, làm bất hoạt tất cả các enzyme cần thiết cho THF đồng yếu tố Do động vật có vú không có các enzym conjugating, sulfonamides trở nên không độc hại, điều này giải thích tại sao chúng được sử dụng rộng rãi như một loại kháng sinh.
SAM, nhà tài trợ chính của Methyl THF, có khả năng mang theo một nhóm methyl nhưng không có hiệu suất chuyển giao cao, đủ cho hầu hết các quá trình methyl hóa sinh hóa Sadenosylmethionine là dạng methyl được chọn để kích hoạt SAM được hình thành từ việc chuyển nhóm adenosyl từ ATP sang methionine Nhóm methyl của methionine được kích hoạt bởi điện tích dương trên nguyên tử lưu huỳnh lân cận, giúp methyl chuyển giao năng lượng nhiều hơn từ N5-methyl-THF SAM mang nhóm methyl được sử dụng cho phản ứng methyl hóa DNA.
Khi nhóm metyl của SAM được chuyển giao cho một người chấp nhận, SAM sẽ chuyển đổi thành Sadenosylhomocysteine, sau đó được thủy phân thành homocysteine Homocysteine có khả năng chuyển đổi trở lại thành methionine thông qua việc chuyển giao nhóm methyl từ N5 methyltetrahydrofolate, với sự xúc tác của enzyme homocysteine methyltransferase, enzyme này cần có đồng yếu tố B12.
Các phản ứng tạo thành chu trình methyl kích hoạt hiển thị dưới đây
Homocysteine is a synthetic intermediate of cysteine It is condensed with serine by the enzyme cystathionine β-synthase to form cystathionine, which is then deaminated and cleaved by cystathioninase Both enzymes require pyridoxal phosphate as a cofactor.
VAI TRÒ VÀ TÁC DỤNG CHUYỂN HÓA ACID AMIN 1.Phân loại acid amin (AA)
1 Phân loại acid amin (AA)
Amino acid (AA) tồn tại trong cơ thể động vật dưới hai dạng: tự do và kết hợp thành protein AA tự do được hình thành từ việc phân giải protein trong thức ăn, tự tổng hợp trong cơ thể, hoặc chuyển hóa giữa các AA Chúng có vai trò quan trọng trong việc tổng hợp protein cho cơ thể, tạo ra các hợp chất nito như acid nucleic, amin, peptid, hormone, cung cấp nguồn carbon cho các quá trình chuyển hóa trung gian, hoặc được oxy hóa để sản xuất năng lượng.
Khi nhắc đến Protein, không chỉ cần quan tâm đến hàm lượng mà còn đến các amino acid (aa) cấu tạo nên Protein, đặc biệt là thành phần và tỷ lệ của các aa thiết yếu Nhu cầu Protein thực chất là nhu cầu về aa, vì chúng không chỉ đóng vai trò cấu tạo Protein mà còn là tiền chất cho nhiều sản phẩm trao đổi chất khác Amino acid được chia thành hai loại: aa thiết yếu và aa không thiết yếu.
Acid amin không thiết yếu
Aa không thiết yếu là những aa mà cơ thể sinh vật tự tổng hợp được từ thức ăn Chúng bao gồm: alanine, glycine, serine, tyrosine, proline, cysteine, cystine…
Nhu cầu về axit amin thiết yếu được nghiên cứu nhiều vì động vật không thể tự tổng hợp mà phải lấy từ thực phẩm Giống như các loài động vật bậc cao, các loài động vật nói chung cũng cần cung cấp đầy đủ axit amin thiết yếu từ chế độ ăn uống để duy trì sức khỏe và phát triển.
10 loại aa bao gồm: arginine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophane và valine (Halver et al.,2002)
2 Vai trò của một số acid amin
Các acid amin được hình thành từ protid là nhóm dưỡng chất quan trọng, thường xuất hiện dưới dạng chuỗi dài phân tử Sau khi phân giải, các đại phân tử này chuyển hóa thành acid amin và được hấp thu qua đường tiêu hóa nhờ dịch tiêu hóa Có nhiều loại acid amin khác nhau, nhưng chỉ có 18 loại là thiết yếu mà cơ thể không thể tự tổng hợp, trong đó 8 loại được coi là tối cần thiết Những acid amin này đóng vai trò quan trọng trong việc tái tạo sợi cơ bắp, do đó, nhu cầu của cơ thể cần được đáp ứng đầy đủ; thiếu hoặc thừa acid amin đều có thể gây hại cho sức khỏe.
Acid glutamic đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa tế bào thần kinh và vỏ não Loại acid amin này thường được sử dụng trong các trường hợp như suy nhược chức năng thần kinh, trẻ em chậm phát triển về thể chất hoặc trí tuệ, rối loạn chức năng gan và hôn mê gan Bí ngô, hay còn gọi là bầu lào, bù rợ, bí đỏ, là nguồn thực phẩm tự nhiên chứa acid glutamic.
Methionin là một acid amin chứa lưu huỳnh, có vai trò bảo vệ tế bào gan và ngăn ngừa thoái hóa mỡ trong gan Nó hoạt động như một yếu tố hướng mỡ, tác nhân methyl hóa và sulfur hóa, đồng thời có khả năng chống nhiễm độc Trước đây, methionin là thành phần chính trong biệt dược lobamin, được các thầy thuốc sử dụng phổ biến để hỗ trợ giải độc gan.
Arginine là một acid amin quan trọng trong quá trình tạo ure tại gan, giúp giải độc ammoniac và điều hòa nồng độ ammoniac trong máu, đặc biệt ở những người mắc bệnh gan Nó cũng thúc đẩy quá trình tổng hợp trong cơ thể và hỗ trợ điều trị các rối loạn chức năng gan.
Cung cấp đủ acid amin cần thiết hàng ngày rất quan trọng để cải thiện tình trạng suy dinh dưỡng, mệt mỏi và hỗ trợ phục hồi sức khỏe sau khi ốm Điều này đặc biệt cần thiết cho người bệnh suy gan, phụ nữ mang thai và cho con bú, người cao tuổi, cũng như những người lao động nặng và vận động viên.
