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

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP D ư ợ c s ĩ 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 ' ! ỉ ư 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 ip id 3

1.1.1: Định nghĩa 3

1.1.2 Phân lo ạ i 3

1.1.3 Vai trò của lipid trong cơ thể 3

1.1.4 Tính chất vật l ý 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 b é o 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

Straight chain acyl-CoA oxidase Branched chain acyl-CoA oxidase Enzyme peroxisome pristanoyl-CoA oxidase2-methylacyl-CoA racemase

CarbonCytochrome P450 4A Acid dihomo-gamma-linolenic Acid docosahexaenoic

Dimethylnonanoyl-CoA Dung môi hữu cơ

Acid eicosapentaenoic Endoplasmic reticulum Acid gama linolenic2-hydroxyphytanoyl -CoA lyase Multifunctional enzyme

Năng lượngnon-specific lipid transfer protein Oxy hóa

Acid phytanicPhytanoyl-CoA hydroxylase Refsum’s disease

Sterol caưier protein Sterol carier protein X Điểm nóng chảy Trọng lượng phân tử

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

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

- v ề 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 j j ( • “ 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 C 00-

+ 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)

— < CH ,) Cp ^ c „ — c = o

OH

Hình 2: Kỷ hiệu mạch carbon của acid béo bằng chữ cải Hy Lạp

Theo cách ký hiệu này, trên mạch carbon của AB, carbon gần nhóm carboxyl (C 00-) nhất được ký hiệu là carbon alpha (Ca) , tiếp sau carbon alpha là carbon beta (C p), tiếp đến là carbon gamma (Cy ) , carbon của nhóm methyl (-CH3) là carbon omega (Coj ) là carbon ở vị trí cuối cùng của mạch AB

- Có nhiều cách ký hiệu công thức cấu tạo mạch carbon của AB Cách đơn giản nhất là: Độ dài mạch carbon : số liên kết đôi (A*: chỉ vị trí liên kết đôi)

Ví dụ: Acid Oleic là một AB chưa no có 18 nguyên tử Carbon và có một liên kết đôi tại carbon số 9, được ký hiệu là 18:1( A ^) [2

1.2.2 Tính chất vật lý của acid béo

Các phân tử AB bão hòa có mạch thẳng, thường dễ gắn chặt với nhau Ngược lại, các phân tử AB chưa bão hòa có mạch c thưòng bị bẻ cong ở các

vị trí liên kết đôi, do đó chỉ gắn với nhau một cách lỏng lẻo và dễ bị phá vỡ bởi nhiệt độ hơn hơn các AB bão hòa Vì vậy các chất béo giàu AB chưa bão hòa có nhiệt độ nóng chảy thấp hom các chất béo giàu AB bão hòa (đặc biệt các AB có chuỗi carbon dài hơn 12 carbon)

Chiều dài của mạch carbon trong AB ảnh hưởng đến độ rắn chắc của triglycerid ở nhiệt độ thường Cụ thể, các AB bão hòa chuỗi dài từ 12C trở lên tồn tại ở những trạng thái rắn khác nhau ở nhiệt độ thường, trong khi các AB bão hòa chuỗi trung bình từ 6 đến 10 carbon (ví dụ dầu dừa) và chuỗi ngắn dưới 6 carbon tồn tại ở dạng lỏng ở nhiệt độ thường

Các triglycerid chứa các AB chưa bão hòa (có một hay nhiều liên kết đôi) cũng tồn tại ở dạng lỏng

Vị trí nối đôi c = c trong chuỗi carbon của các AB chưa bão hòa tạo nên

sự khác biệt lớn trong quá trình chuyển hóa chúng ở người Nếu nối đôi đầu tiên nằm cách 3 carbon so với đầu methyl (đầu omega) của AB, nó là AB omega-3 (00-3) Nếu nối đôi đầu tiên nằm cách đầu omega 6 carbon, nó là AB omega-6 ((0-6) Theo qui ước tương tự, AB omega-9 (co-9) có nối đôi đầu tiên cách đầu co của AB 9 carbon Cơ thể người không thể tự tổng hợp được AB co-3 và co-6 Do đó, hia loại AB này chỉ có thể lấy qua chế độ ăn uống hàng ngày Chúng được gọi là AB thiết yếu [1], [4]

1.2.3 Phăn loại acid hẻo

Sự phân loại các AB có thể dựa vào:

a) Phân loại AB dựa vào số iiên kết đôi; [1]

- Acid béo no: là những AB bão hòa, không có liên kết đôi Ví dụ như

Hình 3: cấu trúc acỉd stearic

Acid béo chưa no: là những AB chưa bão hòa có một, hai, hay nhiều

liên kết đôi

Ví dụ như; Acid Oleic: 18:1 ( A ^), Acid linoleic; 18:2 ( A

Trong tự nhiên, acid béo chưa bão hòa thường có cấu hình cis

- C H2 H2C -

-D ạiig cis (d ạn g tlm yền) D ạn g trails (dạiig gliể)

Đ ố i xứiig qua m ậ t p h â n g Đ ố i x ứ iiạ qua tâ m

Hình 5: Câu hình acid béo trong tự nhiên

Khi đun nóng có mặt chất xúc tác thì dạng cis chuyển thành dạng trans Mạch carbon của AB no thường ở dạng zic zắc, kéo thành chuỗi dài không

bị bẻ cong Các AB không no, có một liên kết đôi dạng cis thì mạch carbon

bị uốn cong 30°, càng có nhiều liên kết đôi, mạch carbon càng bị uốn cong nhiều hơn Có giả thiết cho rằng mạch carbon của AB không no dạng cis có

ý nghĩa quan trọng đối với màng sinh học

Theo Paul B.Kelter và cộng sự, các nghiên cứu gần đây cho thấy các

AB dạng trans- trong chế độ ăn có thể liên quan đến sự gia tăng nguy cơ xảy

ra các cơn đau tim

b) Phân loại AB dựa vào độ dài mạch carbon; [44]

• Acid béo chuỗi ngắn:

- Đăc điểm:

Là những AB có từ 4 đến 6 nguyên tử c , thường là những AB bão hòa Các AB chuỗi ngắn này không cần phải nhũ hóa bởi muối mật mà chúng được hấp thụ trực tiếp để nhanh chóng cung cấp NL Vì lý do này mà chúng ít

có khả năng gây tăng cân so với một số dầu oliu và dầu thực vật khác

- Nguồn gốc:

Các AB chuỗi ngắn có trong động vật

Ví dụ như: acid butyric (4 C) có nhiều trong bò sữa, acid caproic ( 6C )

có nhiều trong dê

• Acỉd béo chuỗi trung bình:

• Acid béo chuỗi dài:

- Đăc điểm:

Là những AB có từ 14-18 nguyên tử c , ở dạng bão hòa và chưa bão hòa (chưa bão hòa có 1 nối đôi và chưa bão hòa có từ 2 nối đôi trở nên)

- Nguồn gốc:

+ Từ động vật: Acid stearic (18:0) có chủ yếu trong mỡ bò và cừu

+ Từ thực vật: Acid oleic (18 C-chưa bão hòa đơn) là thành phần chính trong dầu oliu, acid gamma-linolenic (GLA- 18:3) có nhiều trong tinh dầu hoa anh thảo Cơ thể chúng ta sử dụng acid GLA để tổng hợp các dẫn chất: prostaglandins và một số hocmon địa phương

• Acỉd béo chuỗi rất dài:

- Đăc điểm: những AB chuỗi rất dài có từ 20 đến 24 nguyên tử c Thường không bão hòa với những AB có 4, 5, hoặc 6 liên kết đôi

để tổng họp nên prostaglandins Thêm nữa, AA và DHA (22; 6) đóng vai trò quan trọng đối với chức năng hệ thần kinh,

c) Phân loại AB dựa vào cấu trúc mạch carbon; [20]

• AB mạch thẳng (straight chain)

Trong tự nhiên, các AB có cấu trúc mạch thẳng chiếm đại đa số

- Cấu trúc AB mạch thẳng, no; ví dụ như acid stearic

" " 'C O O H

- cấu trúc AB mạch thẳng, chưa no:

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

Hình 8: Hình minh họa các kiểu cấu trúc mạch nhánh của AB

AB mạch vòng (Ring containing fatty acids)

Cyclopropane Cyclopropene Epoxide Furan

Hình 9: Một số kiểu cấu trúc mạch vòng của acid béo

1.2.4 Nguồn gốc của acid béo

Triglycerid là lipid dự trữ có trong mỡ động vật và dầu thực vật [3]+ Trong thực vật: có nhiều ở nhiều cơ quan như củ, quả, hạt Vd: Dầu chiếm 65-70% ở hạt thầu dầu; 40-63% ở hạt vừng; 40-60% ở hạt lạc; 18% ở hạt đậu tương

+ ở động vật: AB có trong mô mỡ và chiếm 70-97%; trong tủy sống,

AB chiếm 14-20% khối lượng tươi Phần trăm AB chứa trong một số

loại thức ăn có nguồn gốc từ thức ăn điển hình (Xem phụ lục 1).

B ảng 1: N guồn gốc một số acid béo thường gặp trong tự nhiên [61],[62]

Tên thông thường SỐC So noi

Acid palmitoleic 1 16 1 Acid 9-hexadecenoic Mỡ động vậtAcid stearic

A.a-linolenic (ALA) 18 3 Acid 9,12,15

octadecatrienoic Dầu hạt lanh

Dựa vào Bảng 1 chúng ta thấy trong dầu cá có một số thành phần AB rất quan trọng đối với cơ thể: cung cấp EPA, DHA Nhóm dầu dừa là nhóm cung cấp AB bão hòa, mạch trung bình.

1.2.5 Vai trò của acid béo trong sinh học

• Cung cấp và dự trữ NL cho hoạt động của cơ thể sống.

• Là thành phần cấu tạo cơ bản của lipid

• Hoạt động như những tiền chất của một số hợp chất có hoạt tính sinh học bao gồm prostaglandin, prostacyclin và leukotriene [2]

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 nghiên cứu rất nhiều và được hiểu rõ nhất Trong khi đó sự hiều biết của con người

về các AB mạch nhánh còn hạn chế Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đi sâu vào nghiên cứu về các AB mạch nhánh Nguồn cung cấp các AB mạch nhánh cùng với quá trình thoái hóa các AB mạch nhánh xảy ra như thế nào vẫn là điều mới mẻ với chúng ta

Các AB mạch nhánh là những thành phần phổ biến trong cấu tạo lipid của động vật và vi khuẩn, rất hiếm thấy trong thực vật bậc cao Thông thường, mạch carbon của những AB loại 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 còn tác động đến trạng thái tồn tại của AB tương tự như ảnh hưởng của liên kết 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]

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]

+ 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

+ Acid béo chứa nhóm tert-butyl tại cacbon vị trí cuối cùng của mạch alkyl béo (chứa 2 nhóm iso-methyl) hay còn gọi là AB Neo

HOOC Acid 13,13 -dimethyl-tetradecanoic

> Đặc điểm chung:

- Dạng tồn tại thường gặp trong tự nhiên có từ 10 đến 30C.

- Hay gặp nhất là những acid có độ dài mạch từ 14 đến 18C

> Nguồn gốc:

- Phổ biến nhất là trong vi khuẩn

- Có trong động vật (mô, tế bào): động vật biển (dầu cá: chứa 1-2% acid béo mạch nhánh iso và anteiso so với acid béo toàn phần) và loài động vật nhai lại (có được là do đi theo con đường của chuỗi thức ăn hoặc tự tổng hợp trong

mô, tế bào) Loại AB Neo có trong các vi sinh vật, thạch, thực vật, và loài động vật biển không có xương sống

> Chất đại diện:

Hình 13: Acid 18-methyl-eicosanoỉc (mạch nhảnh Anteỉso-methyl)

Q

Hình 14: Acid 19-methyl-eicosanoic (mạch nhánh iso-methyl)

2.1.2 Acid béo bão hòa có nhánh methyl ở giữa mạch (Saturated Mid- Chain Methyl-Branched Fatty Acids) [63]

> Đặc điểm: AB bão hòa có nhánh methyl ở đoạn giữa của mạch Mạch nhánh có thể là gốc methyl, ethyl hoặc propyl

- Vi khuẩn: loại acid này là thành phần cấu tạo nên màng tế bào vi khuẩn Ví dụ như: ở vi khuẩn lao, acid 10-i?-Methyloctadecanoic (acid

tuberculostearic) là thành phần lipid chủ yếu trong trực khuẩn lao và một số

chủng vi khuẩn cùng loài Nó có cả trong nước bọt, đờm dãi của bệnh nhân

lao Ngoài ra, AB này cũng tồn tại trong loài Corynebacterium và nhiều loài

vi khuẩn khác nữa

Acid tuberculostearic

Hình 15: Acid béo bão hòa có nhánh ở giữa mạch

Một số AB bão hòa có một mạch nhánh methyl được phân lập từ một

số loài vi khuẩn Ví dụ như: acid 10-methylhexadecanoic và acid 11-

methyloctadecanoic chúng đều rất quen thuộc Acid 12-Methylhexadecanoic

và acid 14-methyloctadecanoic là thành phần chính cấu tạo nên loại vi khuẩn

halotolerant bacterium Rubrobacter radỉotolerans (loài vỉ khuẩn ưa mặn).

Trong loài vi khuân Mycobacterium phlei (vỉ khuấn phong, lao) có chứa

một số acid béo mạch nhánh methyl, trong đó gồm có: acid 8- và 10-

methylhexadecanoate, 9-methylheptadecanoate, 11-methylnonadecanoate, 12-

methyleicosanoate, 14-methyldocosanoate và 16-methyltetracosanoate Có rất

nhiều AB bão hòa mạch nhánh methyl khác nhau có thể tìm thấy dưới dạng

hỗn hợp trong các loài vi khuẩn thông thường được phân lập từ đất và môi

trường mẫu Tương tự, một số loài sinh vật xốp sống dưới biển và một số sinh

vật biển có chứa hỗn hợp các AB mạch nhánh methyl có nguồn gốc từ các vi

sinh vật làm thức ăn hoặc sống cộng sinh cùng với chúng Ví dụ: có cả các

AB /so- và a/7/eiso-methyl, 10-methyl 16:0, 11-methyl 18:0, 14-methyl 20:0,

18-methyl 24:0 và 20-methyl 26:0 đều có trong lipid của loài sinh vật xốp

sống dưới biển: Verongia aerophoba.

- Động vật: loại AB này có trong mô mỡ động vật nhai lại, có chứa hàm lượng cao thành phần AB mạch nhánh, đặc biệt là trong điều kiện chúng

được nuôi bằng chế độ ăn nhiều carbon hydrat, khi đó AB mạch nhánh có thể

lên tới 9% so với AB toàn phần Trên thực tế, có hơn 120 acid béo mono-, di-

, tri- (và có cả thành phần AB có nhánh ethyl) khác nhau được phân lập từ

chất béo động vật nhai lại

2.1.3 Acid béo Isoprenoìd (Isoprenoid Fatty Acids) [63]

> Đặc điểm:

Là những acid béo có cấu tạo từ những đoạn isoprene (có 5 c và có nhóm

methyl tại vị trí c số 2) NhCrng chất trong nhóm này được cấu tạo từ ít nhất 2

đon vị isoprene (như acid 2,6-dimethylheptanoic) cho đến 4 đơn vị isoprene

(như acid 5,9,13,17-tetramethyloctadecanoic)

Hình 16: cấu trúc đoạn isoprene trong acid béo

> Nguồn gốc:

- Động vật: Có trong mô mỡ

- Thực vật; có nguồn gốc từ chlorophyll trong diệp lục Trong công thức cấu

tạo của chlorophyll có một đoạn mạch béo là phytol

(3,7,11,15-tetramethylhexadec-íra«5'-2-en-l-ol), các acid béo isoprenoid chính là

những sản phẩm chuyển hóa của phytol

> Chất thường gặp:

- Acid 3,7,11,15-tetramethylhexadecanoic (acid phytanic)

- Acid 2,6,10,14-tetramethylpentadecanoic (acid pristanic)

- Acid 4,8,12-Trimethyltridecanoic

HOOC, acid 3,7,11,15-tetramethylheKadecanoic (phytanic)

HOOC' acid 2 , 6 , 10 , 14 -tetramethi/lpentadeca no ic (pristanic)

acid 4^ ,12-trirnethyltridecarioic

Hình 17: Một sổ cấu trúc acid béo Isoprenoid

Bình thường, những AB thuộc loại này thưÒTig tồn tại trong mô động vật nói chung ở nồng độ cực thấp, đặc biệt cao nhất ở loài động vật nhai lại Acid phytanic chiếm khoảng 1% trong sữa béo và mô tế bào bò sữa Tuy nhiên, lượng AB này có thể lên tới 20% trong huyết tương bò và ở dạng triacylglycerols, vì nhánh methyl- gắn vào vị trí carbon số 3 trong chuỗi acyl béo do đó nó ức chế phản ứng của enzyme lipoprotein lipase, đây là enzyme loại bỏ triacylglycerol ra khỏi huyết tưong

2A.4 Acid béo mạch nhảnh không bão hòa (Unsaturated Methyl-Branched Fatty Acids).

> Đặc điểm; chủ yếu là những AB có một liên kết đôi, mạch nhánh thưòng

ở vị trí iso/anteiso nhưng cũng có thể nằm tại vị trí trung tâm của mạch AB.

> Nguồn gốc:

- Vi khuẩn

- Động vật biển: cá thái dương Mola mola, loài bọt biển

> Chất thưòng gặp: Acid 7-methyl-7-hexadecenoic, Acid 7-methyl-6-và 7-

2.1.5 Các acid Mycolic

> Đặc điểm: Những acid này là thành phần cấu tạo màng vi khuẩn, chủ yếu

có trong loài vi khuẩn Mycobacteria, có cấu trúc P-hydroxy-a-alkyl, có TLPT cao (có từ 60C đến 80C hoặc nhiều hơn)

> Nguồn gốc: chủ yếu có trong vi khuẩn Tùy thuộc vào từng loài, acid Mycolic có những nhóm chức khác nhau bao gồm: các liên kết đôi ở cả hai dạng cis và trans, vòng cyclopropane- cis và trans Thêm vào đó, chúng còn có nhóm methoxy-, epoxy- và keto- thường nằm liền kề với nhánh methyl

Từ M ỈU be rcu Ì 0 s/'s (x+y+z = 4 9 0 r 51)

Hình 18: Một sổ cấu trúc của nhóm Acid My colic

Các acid mycolic là thành phần cấu tạo cơ bản của màng tế bào vi khuẩn Mycobacteria Màng tế bào của loài vi khuẩn này có một số thuộc tính đặc biệt: hạn chế các hợp chất kỵ nước, kháng sự dehydrate hóa, chống lại đại

thực bào Vỏ bao bọc vi khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis là một ví dụ

Bản chất của lóp vỏ đó là hợp chất lipid đặc biệt, có liên quan đến cơ chế bệnh sinh của bệnh nhiễm khuẩn lao Theo đó, lớp lipid Mycolates là thành phần cấu trúc quan trọng tạo nên thành tế bào vi khuẩn Lớp vỏ ngoài cùng là một lóp lipid rất dày bảo vệ vi khuẩn khỏi hệ miễn dịch của vật chủ Các vòng cyclopropane 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 cấp năng lượng cho cơ thể khi nhịn đói hay trong thời kỳ ngủ đông của một số động vật

Ngày nay, 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 2- methyl) Những công trình nghiên cứu của Knoop (1904), Embden (1906)

và Dakin (1909) trên các AB mạch thẳng là những cơ sở đầu tiên về cơ chế thoái hóa AB đến nay vẫn còn giá trị Theo những tác giả trên, AB

mạch thẳng được oxy hóa dần dần từng giai đoạn và ở mỗi giai đoạn AB

bị cắt ngắn đi một mẩu 2 c Kiểu thoái hóa AB bằng cách loại ra lần lượt một mẩu 2C gọi là sự B-oxy hóa Carbon B của AB ban đầu sẽ trở thành carbon đầu của AB mới tạo thành [2], [32], [36'

> Con đưcmg a-oxh xảy ra trong peroxisome là quá trình cắt ngắn 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 biến là bệnh Refsum do

sự tích lũy AB [5], [11], [23], [32], [36]

> Con đường co-oxh là quá trình thoái hóa các AB chuỗi trung bình và chuỗi dài bắt đầu từ carbon 0) Vị trí: xảy ra chủ yếu ở lưới nội chất (endoplasmic reticulum - ED) [16], [50]

2.2.2 Vai trò của peroxisome trong quá trình a và fi-oxh:[56\

Perosisome là tổ chức oxi hóa nhỏ bé trong tế bào nhân thật ( tế bào eukaryote) được giới hạn bởi một màng đơn và bên trong bao gồm một matrix chứa chủ yếu các loại protein có khả năng hòa tan Peroxisome lần đầu tiên được De Duve và Baudhuin mô tả vào năm 1954 trong một luận án của trường Đại học Karolinska Institutet (Huddinge, Thụy Điển) Ke từ đó không

có nghiên cứu gì thêm về bào quan hoàn toàn mới mẻ này và người ta vẫn gọi

nó một cách đofĩi giản là tiểu thể (microbody) Vào năm 1966, tổ chức tiểu thể này được De Duve đặt tên là peroxisome do ông phát hiện ra trong nó có các enzyme catalase phân hủy H2O2 thành O2 và H2O

Hầu hết các hoạt động chức năng xảy ra trong peroxisome mà chúng ta

đã biết đến đều liên quan đến lipid đó là:

1 6-oxh các acid béo.

2 a - oxh các acid béo

2.2.3 Vai trò của mạng lưới nội chất trơn trong quá trình (ữ-ữxh A B mạch nhánh [48]

Lưới nội chất (Endoplasmic Reticulum - ER): là một hệ thống các xoang và túi màng nằm trong tế bào nhân ứiật (Eukaryote) Chúng có chức năng biến đổi protein (tíiường gắn vào protein các gốc đường, hoặc lipid), hình thành các phân tử lipid, vận chuyển các chất bên trong tế bào Có hai loại

Endoplasmic Reticulum) và loại ttơn (không có ribosome - SmoothEndoplasmic Reticulum).

> Mạng lưới nội chất có hạt (Rough Endoplasmic Reticulum) chủ yếu tíiam

gia vào quá trình biến đổi và vận chuyển protein

> Mạng lưới nội chất trơn (Smooth Endoplasmic Reticulum) tham gia vào quá ừình chuyển hóa lipid và carbohydrate (trong mô não và cơ), giải độc

tố (trong gan)

Lưới nội chấtLưới nội chất trơn — t

I K - ;■ i J c i

Khe tủi dịch

Lưới nội chấf có hat Túi dịch

Ribosom

Giai đoạn hoạt hóa AB thành Acyl-CoA là giai đoạn đầu tiên và cũng

là giai đoạn chung của quá trình thoái hóa AB Phản ứng này có thể xảy ra ở màng ngoài hoặc bên trong peroxisome nhờ sự xúc tác của loại enzyme đặc biệt là thioesterase có ữong peroxisome [36], Có nhiều loại thioesterase khác nhau tương ứng với từng loại AB ngắn hay dài, một loại cho AB mạch ngắn (có độ dài mạch dưới 4 carbon), một loại cho AB mạch trung bình (từ 4-12 carbon), và một loại cho AB mạch dài (ứên 12 carbon)

TlùoesteraíỊeR-COOH + CoASH + ATP - ► R-CO-SCoA + AMP + PPi

Mg2+ Acyl CoA

PP, + H2G -V 2P,

Hình 21: Phản ứng hoạt hóa acỉd béo

2.2.5 S ự 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 fì- oxh 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]

> Đặc điểm cấu tạo của chất tham gia thoái hóa: Quá trình B-oxh là quá trình quan trọng chuyển hóa các AB có mạch nhánh là nhóm 2- methyl (a-methyl) Đại diện cho các AB 2-methyl là acid pristanic (Acid 2,6,10,14-tetramethylpentadecanoic)

> Vị trí xảy ra quá trình thoái hóa: Xảy ra trong peroxisome và trong

ty thể Theo những nghiên cứu khoa học trên gan chuột, trên nguyên bào sợi ở người đã cho thấy quá trình B-oxh AB mạch nhánh diễn ra chủ yếu trong peroxisome [52]

> Chất vận chuyển AB mạch nhánh vào cơ quan thoái hóa;

Đối với quá trình fi-oxh xảy ra trong peroxisome thì chất vận chuyến các AB mạch dài và có nhánh là protein vận chuyển lipid

không đặc hiệu nsL-TP có TLPT là 58 kDa hay còn gọi là sterol carier protein X (SCP-X).

Carnitine cũng tham gia vào quá trình vận chuyển các AB mạch nhánh nhưng nó chỉ ứiam gia vận chuyển những acid mạch ứung bình và có nhánh tìr ữong peroxisome ra ngoài rồi vận chuyển vào trong ty thể để tiếp tục tìioái hóa ứieo 6-oxh trong ty thể [15]

Cơ chế và các giai đoạn của quá trình thoái hóa: [32]

Vào năm 1969, Cooper và Beevers đã báo cáo nghiên cứu nổi bật của hai ông khi khám phá quá trình fì-oxh AB trong hệ thống glyoxysome của mầm hạt cây đậu Trong khi đó, các khái niệm rằng glyoxysome và peroxisome rất gần với các cơ quan tế bào và cả hai

cơ quan này đều liên quan đến hệ tiểu tìiể, điều này đã thu hút Lazarow và De Duve nghiên cứu peroxisome trong động vật xem chúng có khả năng thoái hóa AB theo fi-oxh hay không Kết quả của những nghiên cứu đã chỉ ra; không những peroxisome có thể xúc tác cho quá trinh fí-oxh AB mà quá trình 6-oxh trong peroxisome xảy ra với cùng cơ chế fi-oxh trong ty thể, quá trình fi-oxh trong peroxisome lần lượt trải qua bốn bước phản ứng:

Bước 1\ phản ứng oxy hóa lần một với sự xúc tác của enzyme

AC0X2/B0X acyl-CoA oxidase của AB mạch nhánh, có coenzyme

là FAD FADH 2 tạo thành tiếp tục được peroxisome thoái hóa tạo thành O2 và H2O

Bước 2\ phản ứng hợp nước, được xúc tác bởi enzyme

multifunctional protem-2 (MFE-2) là enzyme protein nhiều chức năng

Bưởc 3:: phản ứng oxh lần hai cũng được xúc tác bởi enzyme

multiftmctional protein-2 (MFP-2)