Giáo trình hóa sinh đại cương phần 1

PGS.TS NGUYỄN THỊ HOA (Chủ biên) TS BÙI THỊ THU HƯƠNG, ThS LÊ THỊ MINH HIÊN BS PHẠM THỊ THÙY (Tham gia biên soạn) P G S.T S N G U Y Ê N T H Ị H O A (C hú biên) T S B Ìl| THỊ T H U H Ư Ơ N G , T h S LÊ T H Ị M IN H H IÊN , BS PH Ạ M T H Ị T H Ủ Y (T h am gia biên soạn ) GIÁO TRÌNH HĨA SINH ĐẠI CƯƠNG NHÀ X LÁ T BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NĂM 2018 MÃ SỎ: ° ' 23? ĐHTN-2018 MỤC LỤC Trang Lịi nói đầu Bài 1: Hóa học Protein Bài 2: Enzym 25 Bài 3: Năng lượng sinh học 50 Bài 4: Chuyển hóa Protein 69 Bài 5: Hóa học chuyền hóa Glucid 91 Bài 6: Hóa học chuyền hóa Lipid 128 Bài 7: Chuyển hóa nước chất vơ 155 Bài 8: Hóa sinh dịch thề 176 Tài liệu tham kháo 191 LỜI NÓI ĐÀU Hóa sinh đại cương mơn học nghiên cứu sớ phân tứ cùa sống, nghỉa nghiên cứu cấu tạo chất chuyển hóa chất sống Mục tiêu học phần hóa sinh sinh viên y khoa cung cấp cho sinh viên kiến thức cấu tạo chuyển hóa chất, nồng độ chất thể, chế tạo thành q trinh vận chuyển, thối hóa chất, trao đối lượng đề tri sống Hóa sinh đại cương giúp sinh viên phân tích thay đổi, chế thay đổi chất lựa chọn xét nghiệm hóa sinh số bệnh lý thường gặp Giáo trinh “Hóa sinh đại cương” sử dựng cho sinh viên y khoa Giáo trinh biên soạn dựa lồng ghép, tích hợp với số mơn thuộc khoa học bản, y học sờ y học lâm sàng theo dự án “Đồi chương trinh đào tạo bác sĩ đa khoa” năm 2017 cúa Bộ Y tế Nội dung giáo trình gồm phần: - Hóa sinh tĩnh gồm cấu tạo, tính chất vai trị chất cấu tạo nên sống glucid, lipid, protein, vitamin cấu trúc chức cúa enzym khái niệm bán lượng sinh học - Hóa sinh động gồm chuyển hóa chất chuyền hóa glucid, lipid, protein - Hóa sính mơ quan bao gồm chuyến hóa chất xảy mơ quan chuyển hóa nước chất vơ cơ, hóa sinh dịch thể Đây lần biên soạn đầu tiên, cố gắng song khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận càm thơng ý kiến đóng góp quý báu Quý bạn đọc đề lần biên soạn sau, nội dung tài liệu phong phú hồn chình Trân trọng cảm ơn! Thay mặt tác giả PGS.TS Nguyễn Thị Hoa Bài I HÓ A H Ọ C PR O TE IN Lẽ Thị M inh Hiển MỤC TIÊU: Sau học xong này, sinh viên có kha năng: / Trình bày vai trị cua acid amìn sổ peptid quan trọng Vhọc ứ n g dting mội số tinh chai cua protein vào tro n g y học Trình bày vai trị cua nucleoliJ với thê Trình bày linh chaI cua hemoglobin ứng dựng lâm sàng NỘI DUNG Protein phân tứ lớn tế bào sống Protein có mặt tất cá tế bào phần te bào Trong tế bào có hàng ngàn loại protein, chiếm khống 50% trọng lượng khơ cùa tế bào Protein đóng vai trị bàn hình thành, tri cấu trúc chức cùa the song Protein qui định tinh đặc thù cùa tế bào, đặc thù cá thể dặc thù loài Protein cấu tạo từ 20 acid amin Các aciđ amin liên kết với liên kết peptid Trọng lượng phân từ cùa chúng từ 6000 đvC đến 1.000.000 đvC lớn nũa Ngày nay, người ta ước tính có khống 101" đến 1012 protein khác chi 20 acid amin khác tạo thành Acid amin 1.1 Cấu tạo cùa acid am in Acid amin đon vị cấu tạo nên protein, tất acid amin có phân từ nhóm carboxyl (-COOH) nhóm amin (-NH-,) liên kết với nguyên tứ carbon gọi carbon a Công thức tồng quát acid amin: R— CH — COOH I NH2 R gốc hữu cơ, thành phần nguyên 10 cùa gốc R c, H, o, N, s Ngồi hai nhóm chức chinh nhóm carboxyl nhóm amin Trong phân từ protein cịn có nhóm hoá chức khác hydroxyl (-OH) thiol (-SH) * Dồng phân quang hục a d d amirt Trừ glycin tất acid amin chứa carbon bất đối (C*) phân tứ nên có đồng phân quang học Tuỳ theo vị trí nhóm amin (-NH 2) đirợc gắn vào bẽn phải hay bên trái cùa carbon bất đối a mà acid amin thuộc dãy D L Trong tự nhiên phô biên acid amin dãy L COOH COOH H2N - ^ — H R D-acidamin 1.2 R L -acidam in Phân loại acid amin Dựa vào cấu tạo gốc R đề phân loại 20 acid amin cấu tạo protein thành nhóm: - Acid amin mạch thẩng - Acid amin mạch vòng Trong acid amin mạch thang phân thành nhóm tùy thuộc vào số lượng nhóm -N H -C O O H mà có acid amin trung tính, acid amin acid acid amin kiềm A c id am in K í hiệu C n g thức A c id am in tru n g tính Glycin G ly -G H -Ọ H -C O O H nh2 Alanin Ala - A C H -9 H -C O O H NH2 H 3C'C H -C H -C O O H H3c NH2 Valin V a l-V Valin: Giúp ngăn chặn phân hùy cùa bắp cách cung cấp thêm đường cho bắp đê sán xuất lượng trinh hoạt động thề lực Valine giúp loại bò nitơ dư thừa độc hại từ gan, có vận chuyển nitơ đến mô khác cần thiết Giúp điều trị bệnh gan túi mật, tốn hại gây bới chúng nghiện rượu ma túy, giúp điều trị chí đáo ngược bệnh não gan, tổn thương não liên quan đến rượu Sự cân bang lý tưởng cùa acid amin quan trọng chế độ ăn cùa người tập the dục nhiều :1:1 (leucin:valin:isoleucin) Nguồn thực phầm chứa valin: Sữa, thịt, ngũ cốc, nấm, đậu tương lạc H3C CH-CH2“ CH-COOH h 3c Íh Leucin Leucin: acid amin có khả điều hòa sụ tổng hợp protein cơ, iàm giảm thoái hoái tăng tống hợp protein Đóng vai trị quan trọng chế độ ăn cùa vận động viên Leu - L việc rèn luyện bắp bên cạnh acid amin isoleucin valin Leucin cần nhiều gan, mô mỡ mô để tổng hợp sterol, thành phần cấu tạo nên hormon, giúp trì lượng hormon tăng trưởng để thúc đẩy trinh phát triển mô Nguồn thực phẩm chứa leucin: Đậu tương, lòng đò trứng, hạnh nhân, cá, lạc, tôm H3C -H 2Cn CH-ỌH-COOH NH2 Isoleucin Ile - Serin S e r-S Isoleucin: Đóng vai trị sống cịn q trình phục hồi sức khỏe sau thời gian luyện tập thể dục thể thao Đồng thời giúp điều tiết lượng đường glucose máu, hỗ trợ q trinh hình thành hemoglobin đơng máu Nguồn thực phẩm chứa isoleucin: Thịt gà, cá, hạnh nhân, hạt điều, trứng, gan, đậu lăng thịt bò HO-CHj-ỌH-COOH nh2 H;,C' CH- ỢH-COOH HO NH2 Threonin T h r-T Threonin: Giúp trì cân protein thích hợp thể Là chất cần thiết để tạo glycin serin, hai loại acid amin cần thiết cho việc sản xuất collagen, elastin, mô cơ, giúp giữ cho mô liên kết bắp khắp khóe mạnh đàn hồi, bao gồm cá tim Nó giúp xuơng men khoè, tăng tốc độ chữa lành vết thương hồi phục sau chấn thương Threonin kết họp với acid amin acid aspartic methion để giúp gan có chức lipotropic (kích thích thể sư dụng mỡ), tiêu hóa chất béo acid béo, khơng có đù threonin chất béo tích tv gan cuối gây suy gan Ngoài ra, giúp hỗ trợ sản xuất kháng thế, tăng cường miễn dịch, hữu ích điều trị số loại bệnh trầm cảm Nguồn thực phấm chúa nhiều threonin nhất: thịt, cá, trứng Cystein C y s-C HS-CH ị -ỌH-COOH nh2 H3C -S -(C H 2)2-ỌH-COOH nh2 Methionin Methionin: Do có chứa lưu huỳnh, cần thiết cho sán xuất chất acid amin (như cystein taurin) glutathion - chống oxy hóa tự nhiên giúp trung hịa độc tố gan M ethionin lipoừopic (kích thích thể sử dụng mỡ) giúp ngăn chặn tích Met - M tụ mỡ gan Là chất cần thiết để tạo creatine, cung cấp lượng cho bắp để tăng hiệu suất thể thao thời gian ngắn, tập cường độ cao, hỗ trợ hoạt động bình thường tim hệ tuần hồn Methionin cịn ẸÍúp cho hình thành cùa collagen sử dụng đề tạo thành da, móng, mơ liên kết, giúp giảm mức độ dị ứng viêm ưong thể Thịt, cá, đậu đỗ tươi, trứng, đậu lăng, hành, sữa chua, loại hạt thực phẩm chứa menthionin Acid amin Kí hiệu Cơng thức Acid amin acid Aspartic acid Asp - D Asparagin Asn - N h o o c - ch 2- ọh - co o h nh2 h 2n - ọ - c h 2- ọ h - c o o h ỏ nh2 E HOOC-CH2- CH2- ỌH-COOH nh2 G ln - Q h 2n - c - c h 2- c h 2- ọ h - c o o h Ỗ nh2 Glutamic acid Glu Glutamin Acid amin kiềm h n - c h - c h 2- c h 2- c h - c o o h Arginin A rg -R 9- NH nh2 NH2 H2N-(CH2)4-ỌH-COOH nh2 Lysin Lysin: Là thành phần quan trọng tất protein thể Lysin đóng vai trị quan trọng việc hấp thu canxi, tạo bắp, phục hồi sau Lys - K chấn thương hay sau phẫu thuật; tổng họp hormon, enzym kháng thể Lysln tham gia cấu tạo camitin chất vận chuyển acid béo vào ty thể Lysin chất đối vận cùa serotonin ống tiêu hóa, có tác dụng giái lo âu làm giảm tác dụng thụ thể serotonin Lysin có phơ mai, khoai tây, sữa, trứng, thịt đò, sán phẩm men Acid amin nhân thom ( V - C H 2- 9H-COOH w Phenylalanin P h e -F Tyrosin T y r-Y nh Phenylalanin: Là acid amin có tính giảm đau chống trầm càm Phenylalanin có sữa, hạnh nhân, bơ, lạc, hạt vừng Nếu tăng phenylalanin máu ẻ nhỏ cần ý đến bệnh thuộc nhóm bệnh di truyền (Bệnh phenylketon niệu) h o ^ ^ V c h 2- 9h - c o o h x=/ NH2 Acid am in dị vòng _1 -CHg-ỌH-COOH Histidin H is - H HNk^N: NH2 Histidin: Là thành phần quan trọng cùa lóp vị myelin cùa tế bào thẩn kinh, đám bào việc truyền tải Arginase protein có tiêu đơn vị, cần ion Mn2 cho hoạt động xức tác Enzym thay não, thận số quan khác Omitin tạo thành vận chuyên vào ty phản ứng với carbamyl phosphat, bat đầu chu trinh Urê tống hợp gan yếu tới thận đào thái nước tiểu Lượng urẻ xuất qua nước tiểu hàng ngày phụ thuộc vào lượng protein ăn vào Binh thường lượng urẽ xuất khoáng 15 - 20g/24h Hàm lượng urẻ người binh thường máu 0,2 - 0,4g/L, định lượng urê có giá trị thăm dị chức cùa thận Hình 4.1 C hu trìn h u rê SÓ PHẬN CỦA KHUNG CARBON CỦA ACID AMIN Sau nhóm amin, acid amin thành sán phẩm pyruvat, oxaloacetat, a-cetoglutarat biến đổi thành acetyl CoA, succinyl CoA Các sản phẩm vào chu trinh acid citric tống hợp nên glucose tồng hợp nên thể cetonic - Acid amin tạo oxaloacetic: acid aspactic, asparagin - Acid amin tạo pyruvat: alanin, cystein,threonin, glycin, serin - Acid amin lạo succinylCoA: methionin, isoleucin, valin - Acid amin tạo a cetoglutaraic: glutamic, glutamin, prolin, arginin, histidin - Acid amin tạo acetylC oA : tyrosin, tryphtophan, lysin, leucin Các chất trung gian tiếp tục chuyên hoá theo COI1 đường khác v chu trinh krebs sứ dụng đề tong hợp glucid, lipid so acid ainin 76 Hình 4.2 sá phận khung carbon C lia acid amin TÓNG HỢP ACID AMIN Ớ người động vật cao cấp chí tổng hợp 10 số 20 acid amin Các acid amin cần thiết phái nhận từ thức ăn Quá trinh tong hợp acid amin q trình gẳn nhóm amin vào khung carbon tương ứng tạo acid amin tương ứng 4.1 Tổng htrp m ột số chất có hoạt tính sinh học từ acid amin Trong c thể acid am in tiền chất đề tồng hợp nên m ột số chất c ó hoạt tinh sinh học glycin succinylCoA cần cho tổng hợp porphyrin Các base purin pyrimidin cần cho tồng hợp acid nucleic (ADN, ARN), nucleotid (ATP, UTP) coenzym (NAD FAD) Các base tông hợp từ so acid amin nhir glycin, aspartic, glutamic serin Một số hormon dẫn xuất cũa acid amin hormon Tj, Tj cua tuyến giáp epinephrin, Nor-epinephrin cúa tuý thượng thận tông hợp từ phenylalanin tyrorin Serin tiền chất đê tơng hợp nên cholin, ethanolamin có thành phần phospholipid Một dạng dự trữ lirợng creatin phosphat Creatin tông hợp tứ arginin, glycin, methionin gan vào 77 máu tuần hoàn đến mô creatinm chuyến thành creatin phosphat nhờ enzym creatin kinase Glutathion tripeptid gồm glutamic- cystein - glycin có chức chống oxy hố báo vệ màng, đăc biệt màng hồng cầu Ngoài số acid amin tiền thân cùa số chất dẫn truyền thần kinh glutamic tạo GABA, histidin tạo histamin, tryptophan tạo serotonin, phenylalanin tạo catecholannn taurin thành phần acid mật sán phẩm chuyển hoá cùa cystein 1.1 Sự tạo thành creatin, creatin phosphal Creatinin Creatin đirợc tổng hợp từ acid amin: glycin, arginin methionin Creatin kinase xúc tác vận chuyển nhóm pliosphat từ ATP sang creatin tạo thành creatin phosphat nghi tái tạo lại ATP cần Creatin nước đóng vịng tạo creatinin (sơ đồ tồng hợp xem chương hóa sinh gan) Mỗi ngày tạo thành creatinin với lượng định Creatinin xuất qua thận nuớc tiểu Lượng creatin creatinin tỷ lệ với khối lượng 4.1.2 S ự tỏng hạp gluiathion Glutathion lả tripeptit: y-Glu-Cys-Gly Trong hồng cầu glutathion có nồng độ cao, có vai trị chất khứ Sự tồng hợp glutathion: Glv A D P +P i ATP ADP+Pi ATP A G lu + Cys _ í y-G lu-C ys Synthetase ^ y-G lu-C ys-G ly Synthetase Glutathion dạng khù (GSH) khù MetHb thành Hb thành glutathion dạng (GSSG) GSH + M e tH b - ► GSSG + Hb 0X hoa + H Coenzym khử NADPHH cung cấp từ chu trinh pentose phosphat đế tái tạo lại GSH nhờ glutathion reductase GSSG + NADPH.H' - ► N A D P' + GSH Trong tế bào ti lệ GSH/GSSG (khử/oxi hoá) 500 Ngoài ra, glutathion khù độc H20 gốc tự nhớ enzym GSH peroxidase 4.1.3 Tông hợp chất dẫn truyền thần kinh Nhiều chất dẫn truyền thần kinh dẫn xuất acid amin: catecholamin dẫn xuất phenyalanin, tyrosin Serotonin tạo từ tryptophan, histamin dẫn xuất histidin Còn GABA sản phẩm khừ carboxyl cùa glutamic Glycin chất ức chế dẫn truyền thần kinh 4.1.4 Ngoài acid amin cịn tiền chất cua cholin, ethanolamìn Cholin, ethanolamin, senn chất tham gia cấu tạo phospholipid Thành phần cùa acid mật taurin Taurin sán phẩm chuyển hoá từ cystein (xem chương hoá sinh gan) Sản phẩm chuyền hoá cùa Tryptophan tạo vitamin pp (acid nicotinic) 78 C h u y ê n hóa hem oglobin (h b) / 7Y>/ĩ£ hợp hem oglobin Sự tồng họp hemoglobin hồng cầu chưa trướng thành tuý xương Sự tồng hợp hemoglobin phụ thuộc vào cung cap sat, tống họp hem tổng hợp globin * Q uá trình lỏng hợp Hh theo sơ đồ sau: H ình S o 'đ tốn g h ọ p hem oglobin G lycin Succinyl CoA ALA synthase H EM A cid d elta am inolevulinic (A LA) ALA dehydratase Ferrochelatase P o rphobilinogen Porphobilinogen deaminase P ro to p o rp h y rin IX H ydroxy m ethylbilan Uroporphyrinogen cosynthase Protoporphyrinogen oxidase U roporphyrinogen I cosynthase U ro p o rp h y rin o g en III U ro p o rp h y rin o g en I Uroporphyrinogen| decarboxylase Coroporphyrinogen oxidase P ro to p o rp h y rin o g e n IX C o ro p o rp h y r in o g e n lll C o ro p o rp h y rin o g en I 5.2 Thối hố hem oglobin Đời sống trung bình hồng cầu 120 ngày Hồng cầu chết thi Hb giải phóng tiếp tục thối hố xáy chủ yếu tế bào thuộc hệ thống võng nội mô gan, lách, t xuơng 5.2.1 Q trình thối hố sau * Tại tổ chức: mở vòng nhân porphừin Hem vị trí C a nhân pyrol I pyrol II tạo thành vecdohemoglobin VecdoHb tách Fe globin thành bilivedin (màu xanh) Biliverdin bị khứ thành bilirubin (màu vàng đò) với xúc tác enzym bilirubin reductase có coenzym NADPH Bilirubin gọi bilirubin tự (độc không tan nước, cho phản ứng diazo chậm) nên gọi bilirubin gián tiếp - Ớ máu: bilirubin tự kết hợp với albumin huyết vận chuyển tới gan - Tại gan: bilirubin tự liên hợp với I phân tứ acid glucuronic thành b iliru b in liê n h ợ p (k h ô n g đ ộ c, tan tro n g n c, c h o p h àn ứ n g d ia z o n h a n h ), nên cò n gọi bilirubin trực tiếp Bilirubin sac tố chu veu cua mật Bilirubin liên hợp theo mật đồ vào ruột 79 - Tại ruột: bilirubin liên hợp bị thuý phản thành bilirubin tự Tại đại tràng bilirubin tự tác dụng cua vi khuân ruột bị khư thành urobilinogen vá stercobilinogen Trên 50% urobilinogen stercobilinogen tái hấp thu qua tình mạch cửa trớ gan Ĩ gan chúng oxy hố thành bilirubin liên hợp lại đổ vào ruột (chu trinh ruột gan), phần nhò vào máu thận bị đào thài nước tiểu Còn 50% urobilinogen stercobilinogen ruột theo phân Ờ phân nước tiều u ro b ilin o g e n v ste rc o b ilin o g e n tự o x y h o bới o x y củ a k h ô n g th àn h u ro b ilin stercobilin có màu vàng da cam làm cho phân binh thường có màu vàng 5.2.2 Roi loạn chun hố Hb Binh thường bilirubin tồn phần lmg%, ừong tự lả 0,8 mg% liên hợp chi 0,2mg% Sự tăng bilirubin toàn phần huyết gây vàng da (jaundice) Vàng da chia thành nhóm chính: vàng da trước gan, vàng da gan vàng da sau gan * Vàng da trước gan (prehepatic jaundice) Nguyên nhân chủ yếu tan máu bất thường Tan máu di truyền tan máu mắc phái - Tan máu mắc phải hay gặp truyền nhầm nhóm máu, hố chất, vài loại ung thư dùng thuốc có gây tan máu - Tan máu di truyền xuất nhiều hồng cầu khơng bình thường, làm tăng tốc độ phá huỷ hồng cầu tuỷ xương Nên tăng bilirubin giái phóng tù t xương hồng cầu từ tuý xương vào máu tuần hoàn - Ngồi cịn tăng phá huỷ thành phần hem không phái hemoglobin gan số mô khác Hầu hết trường hợp vàng da trước gan chức gan binh thướng - Vàng da trẻ sơ sinh: loại vàng da có lượng bilirubin toàn phần huyết trẽn I5mg% xuất vài ngày sau sinh mức 10mg% sau sinh hai tuần Nguyên nhân cùa loại vàng da do: tăng tan máu sinh, gan cúa trẻ chua hoàn thiện nên enzym cùa gan chưa đù lượng nhu chức gây thiếu hụt tạm thời enzym glucLironyltransferase Vì có tăng tái hấp thu bilirubin tự từ ruột gây tăng bilirubin I0mg% Những đứa trẻ bình thuờng bilirubin cao hai, ba ngày sau sinh Rồi giảm nhanh, trờ binh thường trẻ bảy tuần Khi nồng độ bilirubin cao dai dăng hai tuần tiếp tục tăng 15mg% nghĩ tới bệnh lý nhóm máu Rh * Vàng da gan (Hepatic jaundice) - Vàng da khuyết tật vận chuyền bilirubin vào tế bào gan tăng nhiều bilirubin tự gặp hội chứng Crigler-Najar bệnh Gilberts thiếu hụt enzym liên hợp bilirubin với glucuronat glucuronyl transferase - Vàng da xuất tế bào gan bị huỷ hoại tiết sản phàm từ tế bào bị tổn thương Trong vàng da bilirubin liên hợp nhiều gặp hội chứng Rotor, viêm gan virus, nhiễm độc khối u * Vàng da sau gan (posthepatic jaundice) - Còn gọi vàng da tắc mật, gây càn ướ mật xuống ruột Những nguyên nhân gây tẳc mật phồ biến sói đường mặt, u đầu tuỵ u quan khác 80 chèn vào đường mật Vàng da sau gan tăng chủ yếu bilirubin liên hợp Lựợng bilirubin tới ruột giám nên phân bạc màu có nhiều bilirubin nước tiểu, nên nước tiều có màu vàng đậm Hình 4.4 So đồ thối hóa hemoglobin Hemoglobin Hem Globin NADPH- V Fe2* Hem oxygenase H20 o - A ^ -c o NADP Bilivecdin NADPH- Acid amin LÁCH Bilivecdin reductase NADP RUÒT 81 Trong trường hợp tẳc mật kéo dài, gan có thề bị tồn thương, khả liên hợp giám Nên trường hợp bilirubin liên hợp tăng khơng cao trường hợp vàng da sau gan với chức gan bình thường C huyến hóa acid nucleic 6.1 Thối hố acid nucleic: thối hố base nhân purin: Hình 4.5 Thối hóa base purin o Acid uric Ờ người sàn phẩm thoái hoá cuối base purin acid uric Hàm lư ợng acid uric máu người bình thường < mg% (< 420 |arnol/'L) nam < m g% (