Tổng quan hóa sinh về thoái hóa acid béo có mạch nhánh

Bộ YTẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI ĐÀM THỊ NGA TỎNG QUAN HÓA SINH VÈ THOÁI HÓA ACID BÉO CÓ MẠCH NHÁNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP D ược sĩ KHÓA 59 (2004-2009) - Người hưóng dẫn: TS. Nguyễn Văn Rư DS. Nguyễn Thị Mai Hương - Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa sinh - Thời gian thực hiện: Từ 01/2009 đến 05/2009 fCUoìiX;Ạ "‘ĩ'!ỉư Ị ỉ ' HÀ NỘI 2009 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết 0fn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Văn Rư người thầy đáng kính đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm on cô giáo DS. Nguyễn Thị Mai Hương, người đã trực tiếp tận tình quan tâm, chỉ bảo tôi, hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm on tới các thầy cô, các chị kỹ thuật viên của Bộ môn Sinh Hóa đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô của Trường Đại Học Dược Hà Nội đã dạy dỗ tôi, giúp tôi trưởng thành trong suốt năm năm học vừa qua. Đồng thời tôi xin được gửi lời cảm om Thư viện Trường Đại Học Dược Hà Nội là nơi đã cung cấp cho tôi những nguồn tư liệu quí giá, giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi vô cùng biết ơn gia đình, người thân và bạn bè, những người đã luôn giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Hà nội, ngày 14 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Đàm Thị Nga MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐÈ 1 PHẦN I: TỔNG QUAN VẺ ACID BÉO 3 1.1. L ipid 3 1.1.1: Định nghĩa 3 1.1.2. Phân loại 3 1.1.3. Vai trò của lipid trong cơ thể 3 1.1.4. Tính chất vật lý 4 1.2. Acid béo 4 1.2.1. Định nghĩa acid béo, cách ký hiệu 5 1.2.2. Tính chất vật lý của acid béo 6 1.2.3. Phân loại 7 1.2.4. Nguồn gốc của acid béo 12 1.2.5. Vai trò sinh học của acid béo 14 PHẦN II: THOÁI HÓA ACID BÉO MẠCH NHÁNH 15 2.1. Phân loại và nguồn gốc 15 2.1.1. Acid béo bão hòa nhánh ỉso- và antieiso-methyl 15 2.1.2. Acid béo bão hòa có nhánh methyl- ở giữa mạch (Saturated Mid-Chain Methyl-Branched Fatty Acids) 17 2.1.3. Acid béo Isoprenoid (Isoprenoid Fatty Acids) 19 2.1.4. Acid béo mạch nhánh không bão hòa (Unsaturated Methyl-Branched Fatty Acids) 20 2.1.5. Acid Mycolic 21 2.2 Sự thoái hóa acid béo mạch nhánh 22 2.2.1 Các con đường thoái hóa acid béo 22 2.2.2.Vai trò của peroxisome trong quá trình a và B-oxh 23 2.2.3. Vai trò của mạng lưới nội chất trơn trong quá trình co-oxh AB mạch nhánh 24 2.2.4. Sự hoạt hóa acid béo 25 2.2.5. Sự thoái hóa của acid béo mạch nhánh 26 2.2.6. Ý nghĩa của sự thoái hóa AB mạch nhánh 38 2.2.7. Hội chứng Refsum - bệnh liên quan đến rối loạn peroxisome 38 PHẦN III: BÀN LUẬN 41 PHẦN IV: KÉT LUẬN 46 PHẦN V: ĐÈ XUẤT 48 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AA AB ACOXl/AOX AC0X2/B0X AC0X3 AMACR c CYP4A DGLA DHA DMN-CoA DMHC EPA ER GLA 2-HPCL MFE NL nsL-TP oxh PA PAHX RD SCP SCP-X T„c TLPT a-oxh 6-oxh ff)-oxh Acid arachidonic Acid béo Straight chain acyl-CoA oxidase Branched chain acyl-CoA oxidase Enzyme peroxisome pristanoyl-CoA oxidase 2-methylacyl-CoA racemase Carbon Cytochrome P450 4A Acid dihomo-gamma-linolenic Acid docosahexaenoic Dimethylnonanoyl-CoA Dung môi hữu cơ Acid eicosapentaenoic Endoplasmic reticulum Acid gama linolenic 2-hydroxyphytanoyl -CoA lyase Multifunctional enzyme Năng lượng non-specific lipid transfer protein Oxy hóa Acid phytanic Phytanoyl-CoA hydroxylase Refsum’s disease Sterol caưier protein Sterol carier protein X Điểm nóng chảy Trọng lượng phân tử Alpha oxy hóa Beta oxy hóa Omega oxy hóa ĐẶT VẤN ĐÈ Lipid được biết đến là một trong ba thành phần cơ bản của sự sống. Nó không chỉ là thành phần cấu tạo nên cơ thể sống, tham gia điều hòa nhiều hoạt động chức năng của cơ thể mà còn là nguồn sinh năng lượng vô cùng quan trọng duy trì sự tồn tại của sinh vật. Khoa học ngày nay cũng đã chứng minh những rối loạn chuyển hóa lipid là nguyên nhân của hàng loạt những bệnh thời sự đang ngày càng gia tăng như xơ vữa động mạch, đái tháo đường, béo phì Vì vậy, nghiên cứu quá trình chuyển hóa lipid là mối quan tâm không chỉ của ngành dinh dưỡng học, hóa sinh học mà còn của chung ngành V dược nhằm mục đích chăm sóc sức khỏe con người ngày một tốt hơn. Một trong những trọng tâm trong nghiên cứu quá trình chuyển hóa của lipid là vấn đề thoái hóa các acid béo. Nhờ sự tiến bộ của khoa học, những nghiên cứu thoái hóa acid béo đã mở ra rất nhiều hiểu biết mới. Tuy nhiên các tài liệu giảng dạy cũng như nghiên cứu tại Việt Nam mới chỉ đề cập đến con đường beta oxy hóa - con đường chủ yếu, kinh điển thoái hóa các acid béo mạch thẳng, rất ít tài liệu đề cập đến các con đường thoái hóa khác của acid béo. Trong khi với nguồn thức ăn đa dạng các loại acid béo thì bên cạnh quá trình thoái hóa các acid béo mạch thẳng thông thường, câu hỏi đặt ra là các acid béo mạch nhánh được thoái hóa như thế nào trong cơ thể người và động vật? Hậu quả gì xảy ra nếu chúng không được thoái hóa? Nhằm mục đích tiếp cận những hiểu biết toàn diện hơn và mới nhất về quá trình thoái hóa acid béo trong cơ thể người và động vật bậc cao, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Tổng quan hóa sinh về thoái hóa acid béo có mạch nhánh” Với 3 mục tiêu sau: 1. Tìm hiểu được đặc điểm cấu tạo, cấu trúc và nguồn gốc của một số acid béo mạch nhánh có trong tự nhiên. 2. Tìm hiểu các con đưòng thoái hóa của các acid béo mạch nhánh và so sánh sự thoái hóa acid béo mạch nhánh với acid béo mạch thẳng. 3. Phân tích ảnh hưởng của việc tích lũy acid béo mạch nhánh trong cơ thể; đề xuất biện pháp khắc phục. I. TỒNG QUAN VÈ ACID BÉO 1.1. Lipid 1.1.1. Định nghĩa lipid Lipid là chất hữu cơ phức tạp, ta có thể định nghĩa như sau: * Định nghĩa rộng: Lipid là chất tan được trong DMHC, không tan trong nước, định nghĩa này không phản ánh hết tính chất của các lipid. * Định nghĩa hẹp: Lipid là ester của rượu và AB. Tuy nhiên có nhCrng lipid do AB liên kết với rượu bằng liên kết peptide. * Định nghĩa dung hoà; Lipid là những chất chuyển hoá của AB và tan được trong DMHC. Lipid gồm các AB, glycerid, glycerol, phospholipid, sterol. [28] \.\2 . Phăn loại lipid Theo phân loại của Bloor -1920, lipid được chia thành 3 loại, [trích từ 2] • Lỉpid đơn giản'. Là este của AB với các alcol khác nhau, thuộc nhóm này có: Glycerid, sáp ong (wax) cerid, sterid. • Lipỉdphức tạp: Là este khi thủy phân giải phóng ngoài alcol và AB còn có các thành phần khác như acid phosphoric; bazơ nitơ; đưòng (ose) bao gồm: Phospholipid, glycolipid, các lipid phức tạp khác. • Tiền chất của lipỉd và các dẫn xuất của ỉỉpỉd: Loại này bao gồm các AB, glycerol và các alcol khác, steroid, sterol, aldehyd của chất béo và các thể ceton, hydratcacbon, vitamin tan trong lipid và hocmon. 1.1.3. Vai trò của lipỉd • Là thành phần cấu tạo màng sinh học (phospholipid, glycolipid). • Là dung môi hòa tan một số vitamin tan trong dầu: A, D, E, K • Là nguôn NL dự trữ quan trọng cung câp NL cho cơ thê. Nêu oxi hóa hoàn toàn 1 g mỡ sẽ giải phóng 9 kcal lớn gấp 2 lần NL thu được khi oxi hóa 1 g protein hoặc glucose. Ngoài ra còn: giảm nhẹ chấn động cơ học đổi với cơ thể (động vật chạy nhảy nhiều ở bàn chân có lớp đệm), vai trò trong sự vận chuyển hấp thu các chất hòa tan trong nó (hấp thu vitamin tan trong chất béo), lớp mỡ dưới da còn có vai trò cách nhiệt tốt giữ thân nhiệt ổn định nên có ý nghĩa đặc biệt đối với động vật ngủ đông ở các xứ lạnh, [trích từ 2' 1.1.4. Tỉnh chất vật ỉỷ của lipid-chất béo • Chất béo có tỷ trọng thấp hơn nước (0,86 - 0,97). • Chất béo không tan trong nước, khi trộn với nước sẽ tạo thành hai lóp: phần nước ở dưới và phần chất béo ở trên, đầu COO- tiếp xúc với nước, đuôi kị nước nằm ở phía trên. Dưới tác động của các chất gây nhũ tương hóa như xà phòng (muối Na^ hay của acid béo bậc cao) hoặc acid mật hay muối mật (do gan tiết ra), chất béo bị chia nhỏ trông như dạng sữa gọi là nhũ tương bền. Nhờ vậy, xà phòng là chất tẩy rửa dầu mỡ sau các dung môi hữu cơ. Ngoài ra, điều đó cũng giải thích các bệnh nhân bị bệnh gan phải hạn chế thức ăn chứa chất dầu mỡ, mỡ, vì ở các cơ thể này, dầu mỡ trong thức ăn không được nhũ tương hóa, do đó lipase phân giải chậm. AB là thành phần quan trọng nhất của lipid. • Tính chất của glycerid phụ thuộc vào thành phần AB của chúng, chiều dài mạch carbon và số lượng liên kết đôi trong phân tử. • Mỡ động vật chứa nhiều AB no. ở nhiệt độ bình thường, mỡ động vật tồn tại ở trạng thái rắn, nhất là mỡ bò, mỡ cừu. Dầu thực vật cũng tùy theo tỷ lệ giữa AB no và không no mà có điểm nóng chảy khác nhau. Ví dụ dầu ca cao (chứa 35% palmitat và 40% stearat) có điểm nóng chảy là 30 - 34°c. Ngược lại, dầu hướng dưong chứa 85% AB không không no là oleat và linoleat, có điểm nóng chảy rất thấp: -21°c. Vì vậy, dầu thực vật luôn ở dạng lỏng. [1] 1.2. Acid béo: Là thành phần cấu tạo lipid và có vai trò quyết định đến tính chất của lipid. Định nghĩa acid béo, cách kỷ hiệu. - Acid béo là những acid monocarbocylic, thường có số carbon chẵn và chúng được sinh tổng hợp từ các mẩu 2 carbon. Hầu hết AB trong tự nhiên đều là sản phẩm thủy phân của lipid. Trong máu AB chủ yếu được gắn vào albumin huyết thanh. - Số nguyên tử carbon trong AB thường là chẵn (14 đến 22C). Các AB thường gặp có số carbon từ 16 đén 18. - về cơ bản, AB có cấu trúc là một mạch dài các nguyên tử carbon liên kết với nhau và được bao quanh bởi nguyên tử hydro. - Có 2 cách ký hiệu mạch carbon trên một phân tử acid béo: + Ký hiệu mạch carbon bằng chữ số H , c ' - «'H .i jj. ( • “ r ú Ỏ H Hình 1: Cách ký hiệu acid béo bằng chữ sổ. Theo cách ký hiệu này, carbon ở vị trí số 1 chính là carbon của nhóm COO-, lần lượt carbon số 2 và số 3 là carbon đứng liền sau carbon của nhóm C00 + Ký hiệu mạch carbon theo ký hiệu bảng chữ cái Hy Lạp: a, p, y, (0, ( a là ký tự đầu tiên và 0) là ký tự cuối). [...]... hóa acỉd béo 2.2.5 Sự thoái hóa của acid béo mạch nhảnh Cấu trúc của các AB mạch nhánh thường tồn tại nhánh 2-methyl hoặc 3-methyl vì thế các AB mạch nhánh không thể thoái hóa theo con đưòng fìoxh thông thường (cắt ra từng mẩu 2C trong mỗi vòng thoái hóa) Sự thoái hóa AB mạch nhánh có thể diễn ra theo cả ba con đường thoái hóa: a , B, (0 oxh a) Quá trình lỉ-oxh acid béo mạch nhánh [2], [32], [36] >... cầu nổi methylene Hình 7: Hình mình họa acid béo chưa no, mạch thẳng • AB mạch nhánh (Branched-chain fatty acids) Phổ biến là những AB có nhánh methyl (-CH3), hydroxyl, ngoài ra có thể có nhánh ethyl-, propyl- OH Acid béo có nhánh Acid béo có nhánh Hydroxyl methyl (-CH3) Hình 8: Hình minh họa các kiểu cấu trúc mạch nhánh của AB AB mạch vòng (Ring containing fatty acids) Cyclopropane Cyclopropene Epoxide... xây dựng nên bức thành vững chắc ngăn ngừa tác hại của oxy hóa Những nghiên cứu về thành phần cấu tạo của vi khuẩn Mycobacteria có thành phần các AB mạch nhánh rất có ý nghĩa trong việc lựa chọn thuốc điều trị lao [63’ 2.2 Sự thoái hóa acid béo mạch nhánh 2.2,1 Các con đường thoái hóa acid béo: Sự thoái hóa AB là nguồn sản sinh năng lượng rất quan trọng, nhất là đối với các tổ chức: tim, cơ, và cung... leukotriene [2 ] 14 II THOÁI HÓA ACID BÉO MẠCH NHÁNH Nghiên cứu thoái hóa AB là một trong những trọng tâm của nghiên cứu hóa sinh về chuyển hóa các chất trong cơ thể nhằm làm sáng tỏ những bí ẩn nằm sâu dưới mối liên hệ giữa con người và môi trường Nghiên cứu thoái hóa AB trên thực tế có ý nghĩa lớn để giải thích những cơ chế bệnh sinh của nhiều bệnh rối loạn chuyển hóa Thoái hóa AB mạch thẳng đã được... này là mạch bão hòa, và nhánh là nhóm methyl Những AB mạch nhánh không bão hòa thường có trong các loài động vật biển, và mạch nhánh không phải nhóm - CH3 như nhánh - OH thì thường có trong lipid của vi khuẩn Acid béo mạch nhánh phổ biến nhất là những AB mạch nhánh mono - methyl, tuy nhiên vẫn có dạng di- và poly- methyl Chủ yếu chúng có vai trò cấu tạo nên màng tế bào vi khuẩn Sự có mặt của nhánh methyl... iso- Cs H Hình 10: cấu trúc acid béo mạch nhánh iso-methyl + Acid béo mạch nhánh anteiso-methyl: là những AB có nhánh tại vị trí anteiso với vị trí carbon cuối cùng của mạch (gắn vào carbon vị trí số 3 tính từ cuối lên) Chb HOOC^^., ,ChL C3 H aiitei^oHình 11: cấu trúc acid béo mạch nhánh anteiso-methyl + Acid béo chứa nhóm tert-butyl tại cacbon vị trí cuối cùng của mạch alkyl béo (chứa 2 nhóm iso-methyl)... đôi Chúng cũng được tổng hợp từ nhŨTig mẩu 2 c thông thưòng, nhưng không bắt đầu bằng mẩu 2C là acetate mà bằng acid 2-methyl propionic (từ valinine) hoặc acid 2-methyl butanoic (từ leucine) [63] 15 2.1 Phân loại và nguồn cung cấp acid béo mạch nhánh 2.1.1 Acid béo bão hòa nhánh iso- và antieiso-methyl [30], [63] > Phân loại: + Acid béo mạch nhánh iso-methyl; là những acid béo có nhánh tại vị trí carbon... được thoái hóa: a-oxh là con đường thoái hóa chủ yếu của các AB mạch nhánh 3-methyl (B-methyl) Đại diện cho các acid béo mạch nhánh 3-methyl được nghiên cứu là acid phytanic (3,7,11,15-tetramethylhexadecanoic acid) Dưới đây trình bày quá trình a-oxh acid phytanic như là ví dụ điển hình CTCT của acid phytanic: CTPT: C20H40O2 Acid phytanic (acid 3,7,11,15-tetramethylhexadecanoic) là một AB no, mạch nhánh. .. người ta tổng kết được AB có thể thoái hóa theo 3 con đường: > Con đường B-oxh: là con đường thoái hóa chính của các AB Xảy ra chủ yếu trong ty thể và trong peroxisome Trong đó, phần lófn các AB mạch thẳng thoái hóa ở ty thể ( bao gồm cả các AB bão hòa, chưa bão hòa, có số carbon lẻ hoặc có số carbon chẵn) Bên cạnh đó, peroxisome là nơi diễn ra quá trình thoái hóa các AB mạch nhánh isoprenoid (có nhánh. .. đi 1C trong mạch AB Quá trình này thưòng xảy ra trong tế bào thực vật, có thể có trong loài động vật có vú (đặc biệt trong não ) và vi khuẩn Quá trình này rất quan trọng đối với sự thoái hóa AB theo con đường B-oxy hóa của các AB mạch nhánh có nhánh 3-methyl Sự có mặt của nhánh 3-methyl khiến cho AB không thể tham gia vào quá trình fi-oxy hóa thông thường, gây ra hội chứng rối loạn chuyển hóa AB mà phổ . các con đưòng thoái hóa của các acid béo mạch nhánh và so sánh sự thoái hóa acid béo mạch nhánh với acid béo mạch thẳng. 3. Phân tích ảnh hưởng của việc tích lũy acid béo mạch nhánh trong cơ. hiện đề tài: Tổng quan hóa sinh về thoái hóa acid béo có mạch nhánh Với 3 mục tiêu sau: 1. Tìm hiểu được đặc điểm cấu tạo, cấu trúc và nguồn gốc của một số acid béo mạch nhánh có trong tự nhiên. 2 co-oxh AB mạch nhánh 24 2.2.4. Sự hoạt hóa acid béo 25 2.2.5. Sự thoái hóa của acid béo mạch nhánh 26 2.2.6. Ý nghĩa của sự thoái hóa AB mạch nhánh 38 2.2.7. Hội chứng Refsum - bệnh liên quan đến