Bài giảng chuyển hóa protein và acid amin

Viết được các phản ứng khử amin, khử carboxyl, trao đổi amin của các acid amin cùng các cơ chế của chúng.. Trình bày được sự thoái hóa riêng biệt của các acid amin.6.. Cơ chế: 2 giai đo

CHUYỂN HÓA PROTEIN VÀ ACID AMIN

MỤC TIÊU

1 Trình bày được các enzym thủy phân protein và cơ chế tác động của chúng.

2 Viết được các phản ứng khử amin, khử

carboxyl, trao đổi amin của các acid amin cùng các cơ chế của chúng.

3 Mô tả được các giai đoạn của chu trình urê.

4 Mô tả được sự biến hóa của acid -cetonic.

5 Trình bày được sự thoái hóa riêng biệt của các acid amin.

6 Trình bày được nguyên tắc chung để tổng hợp acid amin.

7 Trình bày được các yếu tố và thành phần tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein.

8 Mô tả được ba giai đoạn của sự sinh tổng hợp protein ở ribosom.

1-BIẾN HÓA PROTEIN

1.1- Tiêu hóa protein- Các enzym thủy phân protein

1.1.1-Endopeptidase

1.1.2- Exopeptidase

PEPTID PROTEIN

ACID AMIN

CO 2 , H 2 O URE, Q Sản phẩm sinh học đặc biệt

Tiêu hóa Hấp thu

PROTEIN

(các tổ chức)

Oáng tiêu hóa

Tế bào

Các Endopeptidase

1.1.3- Enzym thủy phân protein ở các tổ chức

- Có các Catepsin : A,B,C

- Carboxypeptidase và Aminopeptidase

- Các enzym được chứa trong các lysosome

Sự có mặt của các enzym này giải thích hiện tượng tự tiêu của tế bào khi tế bào chết

1.2- Cân bằng động của protein

Nitơ trong cơ thể liên tục chuyển hóa nhưng vẫn đảm bảo sự cân bằng đạm

Cân bằng đạm

Nitơ nhập = Nitơ xuất Nitơ nhập > Nitơ xuất Nitơ nhập < Nitơ xuất

(+)

(-)

(+) : cơ thể đang lớn, có thai, dưỡng bệnh…

(-) : đói ăn, sốt, sau khi mổ…

Các trường hợp bệnh lý:

Giảm Protein/huyết thanh

do giảm nhập hoặc giảm sản xuất

do tăng mức phân hủy

do mất protein

do loãng máu Tăng protein/huyết thanh

do máu cô đặc xuất hiện protein bất thường suy vỏ thượng thận (Addison)

2- THOÁI HÓA ACID AMIN

2.1- Những quá trình chung của sự thoái hóa acid amin

2.1.1- Khử amin

- Phóng thích Nitơ dưới dạng NH 3

- 4 con đường khử amin

2.1.1.3- Khử amin thủy phân

Oxy acid

2.1.1.4- Khử amin – oxy hóa

+1/2 O2-NH3

Acid -cetonic

Cơ chế: 2 giai đoạn

Acid imin

Acid -cetonic

Quá trình khử amin của aa  ở cơ thể động vật bao

giờ cũng là quá trình khử amin-oxy hóa

-2H

Đối với acid glutamic

N H

COOH

CH2

CH2C COOH O

L-Glutamat dehydrogenase

Amin hóa-khử oxy : cố định NH3 vào hợp chất hữu

cơ (-ceto glutaric thành a glutamic)

nhóm amin dễ dàng chuyển sang a -cetonic khác nhờ phản ứng chuyển amin

Glutamat dehydrogenase:

- Ở động vật cao cấp :

+ giử vai trò thoái dưỡng (khử amin-oxy hóa) với

coenzym là NAD

+ kết hợp với các transaminase để thoái dưỡng các

aa 

+ NH 3 tạo ra được dùng làm nguyên liệu tổng hợp urê

- Ởû vi sinh vật :

+ tác dụng theo hướng sinh tổng hợp (amin hóa-khử oxy) với coenzym khử là NADPH

CH N

2.1.2- Phản ứng trao đổi amin

Braustein và Krisman (1937) (n/cứu ở cơ)

Glu a Pyruvic a -cetoglutaric Ala

CH2C COOH

OH POH2C

N CH3

OH POH2C

CH2-NH2

CH3CO

3

OH POH2C

CHO

COOH

CH N

Transaminase : có ở cơ, gan, thận, tim, ruột

Hai loại phổ biến và hoạt động mạnh

+ glutamic oxaloacetic transaminase (GOT)

= Aspartic transaminase (ASAT)

Glu + a oxaloacetic a -cetoglutaric + a aspartic

+ glutamic pyruvic transaminase (GPT)

= Alanin transaminase (ALAT)

Glu + a pyruvic a -cetoglutaric + Alanin

GOT

GPT

Giá trị bình thường trong huyết thanh :

GOT từ 15 – 29 U/l

GPT từ 11 – 26 U/l

-Viêm gan cấp tính : tăng GOT, nhưng chủ yếu tăng GPT (có khi gấp 100 lần) ngay cả trước khi xuất

hiện vàng da có giá trị dịch tể học

- Sự tăng GPT cho thấy một tác động phân hủy của

tế bào gan

-Viêm gan mãn : transaminase tăng ít, biểu thị sự tổn thương nhu mô gan do hoại tư ûtế bào gan

Nhồi máu cơ tim :

+ tăng rất cao GOT, GPT tăng ít hơn

+ Khi nhồi máu cơ tim, GOT bắt đầu tăng từ giờ thứ 6 trở đi kéo dài cho đến giờ thứ 36 và trở về bình thường sau 5 – 6 ngày

+ Tỷ số De Ritis = GOT/GPT > 1

+ sự gia tăng của cả GOT và GPT cho một chỉ số về độ tổn thương của gan có thể kéo ngay sau suy tim do nhồi máu

GOT cũng tăng trong nghẽn mạch phổi, nhồi máu thận

Sự liên quan giữa phản ứng trao đổi amin và sự khử amin-oxy hóa

- Các aa đều có thể trao đổi amin được , mạnh nhất là Glu, Asp, Ala

- Nhiều enzym khử amin-oxy hóa của các aa thì

hoạt động yếu trừ Glutamat dehydrogenase

- Các transaminase thì hoạt động mạnh và phổ biến

Phần lớn aa khử amin-oxy hóa gián tiếp qua các transaminase cùng với a -cetoglutaric và glutamat dehydrogenase

- Khử amin của tất cả các acid amin

- Tổng hợp một số acid amin (Glu, Asp, Ala) (do trao đổi amin)

2.1.3- Khử carboxyl

- Khá phổ biená ở động vật

- Phổ biến ở VSV

Histidin Histamin

Giản mạch, co cơ trơn, tăng tính thấm thành mạch

(GABA)

GABA : - điều hoạt hoạt động thần kinh

- ức chế phản xạ thần kinh

Giảm GABA, gây co giật

Reserpin giảm lượng GABA/ TKTƯ

ngưởng kích thích của tế bào thần kinh với sốc điện

2.2- Sản phẩm cuối cùng của sự biến hóa acid amin

2.2.1- Chuyển hóa của NH 3

2.2.1.1-Sự tạo thành Glutamin

CO-NH2

CH2

CH2CH COOH

Glutamic acid Glutamin

- Dạng vận chuyển không độc của NH3

- 60-100mg/l máu

- Có hầu hết ở các tổ chức

Glutamin

URÊ (a uric:

chim, bò sát)

2.2.1.2 Sự tạo thành urê (chu trình Ornitin của Krebs và Henseleit:

Máu tĩnh mạch cửa đến gan chứa nhiều NH 3 hơn máu ở gan ra.

Nồng độ urê của máu ở gan ra cao hơn máu tới gan.

Ở động vật đã cắt gan, nồng độ urê trong máu hạ.

Trong 1 số trường hợp bệnh về gan như xơ gan, [NH 3 ] trong máu cao.

Gan là nơi sản xuất urê từ những gốc NH 3

Krebs và Henseleit đã chứng minh bằng thực nghiệm sự tạo thành urê

Sau đó Ratner và Cohen đã xác định chi tiết các phản ứng enzym của quá trình tổng hợp urê.

Giai đoạn 1 : Chuyển ORNITIN thành CITRULIN

H2N-C-O ~ PO3H2

O carbamyl phosphat

Xảy ra trong ty thể TB gan

- Bước 2 : chuyển nhóm Carbamyl P tới Ornitin đểtạo thành Citrulin

COOH

|

NH CH

|

)

(CH

|

NH CH

2

2 2

2 2





2 3

2

H PO

~ O

|

O

C

|

NH



COOH

|

NH

CH

|

)

(CH

|

PO H CH

|

NH

|

O

C

|

NH

2

2 2

4 3 2

Giai đoạn 2 : chuyển CITRULIN thành ARGININ

|

CH N H

| COOH

|

CH

| COOH

COOH

|

NH CH

|

) (CH

|

NH

|

NH C

||

NH

2

2

3 2

Citrulin Aspartat Arginosuccinat

Enzym : Argino succinat synthetase

Pyrophosphatase

Bước 1: kết hợp citrulin với a aspartic tạo thành Arginosuccinic

Bước 2: tách Arginosuccinic thành Arginin và acid fumaric

|

|

CH

| COOH

+

Arginosuccinat lyase

Arginosuccinat Arginin Fumarat

Fumarat Malat Oxaloacetat

Aspartat

Trao đổi amin (Glu)

Giai đoạn 2 xảy ra ở gan và thận

Giai đoạn 3 : Thủy phân Arginin

COOH

|

NH

CH

|

)

(CH

|

NH

|

NH

C

| |

NH

2

3 2 2



COOH|

NH

CH|

)

CH (|

NH CH

NH

NH

\

/ C O

2

2 2

2 2

2 2

2NH 3 + CO 2 + 3ATP + 2H 2 O Urê + 2ADP + AMP + 4Pi

Urê huyết

Tăng - viêm thận kinh niên ( 3g/l)

- viêm thận cấp ( 5g/l)

- tiêu chảy, dịch tả, choáng (do mất nước)

Giảm - các bệnh về gan (gan thoái hóa mỡ, xơ

gan, ung thư giai đoạn cuối)

Urê/ nước tiểu

- Trạng thái sinh lý : đối với phụ nữ có thai

-Tuổi : trẻ em bài tiết > người lớn tính theo mmol

urê/24h/kg cân nặng)

- Bệnh lý : bài tiết / đái tháo đường, sốt ( thoái

hóa protid)

2.2.2 Biến hóa của a.  cetonic

Thoái hóa thành các chất trung gian /chu trình a citric CO 2 và H 2 O.

Chuyển hóa trở lại thành acid amin (trao đổi amin hoặc amin hóa)

Tạo thành glucid:

các  cetonic acid a pyruvic

-ceto glutaric

succinyl CoA a.oxaloacetic

Tổng hợp glucose hay

glycogen (gan)

Theo con đường của các acid béo sau khi

khử carboxylAcetyl CoA tổng hợp các acid béo

tạo thành các chất cetonic

(các acid amin tạo ceton)

Vừa tạo đường vừa tạo ceton (vừa tạooxaloacetat vừa tạo acetyl CoA: Phenylalanin,

Tyrosin, Tryptophan, Isoleucin và Lycin)

Arg His Gln Pro Glutamat

Tyr Phe

Asn Aspartat

Chu trình acid citric

Sự thoái hóa của sườn carbon của các acid amin

2.3 Thoái hóa riêng biệt của các acid amin

2.3.1 Các acid amin tạo oxaloacetat

Aspartat và Asparagin

2.3.2.Các acid amin tạo pyruvat

Thréonin, Alanin, Cystein

2.3.3 Các acid amin tạo succinyl CoA: (cũng có

thể tạo glucid)

Met, Val, Ile, Leu

2.3.4 Các acid amin tạo  cetoglutarat

Glu, Gln, His, Pro, Arg

2.3.5 Các acid amin tạo Acety CoA

Thr, Gly, Ser, Ala, Cys, Phe, Tyr, Trp, Lys, Leu

-Tạo Taurin

- Tạo pyruvat và SO2

Taurin + acid mật Muối mật

SO2 [O] SO4

2-Tạo liên kết ester sulfat liên hợp sulfat (cơ chế

giải độc ở gan)

Met + Adenosin S Adenosyl Met

S Adenosyl homo cysteinHomocystein

CystathioninSuccinyl CoA

Homocystein Methionin

CH 3

5 metyl tetrahydrofolat

Vit B12

Homocystein niệu:

HomocysteinCystathionin

Cystathionin synthetase

Xuất hiện Homocystein trong nước tiểu (trẻ bị đần độn)

Điều trị sớm:

-Vitamin B6 liều cao

- Tăng Cystein (do thiếu Cys), giãm Methionin

Phenylalanin và Tyrosin

a acetoacetic

a fumaric

Acetyl CoAAcetat

 cetothiolase CoASH

Krebs

Phenyl ceton niệu (thiếu Phe hydroxylase)

Phe

- Phe và các chất thoái hóa xuất hiện

trong nước tiểu

-Trẻ đần độn, điều trị sớm bằng chế độ

ăn giảm Phe

-Cũng làm thiếu Tyr nên thiếu Melanin

Thieáu enzym oxydase: Tyrosin nieäu

Acid para hydroxy phenyl pyruvic

Thiếu acid homogentisic oxydase  bệnh Alcapton niệu.

- Bệnh bẩm sinh do thiếu enzym oxy hóa acid homogentisic làm acid này không

thoái hóa được, ứ đọng lại và đào thải ra nước tiểu

-Khi tiếp xúc với không khí sẽ bị oxy hóa

cho 1 sắc tố màu nâu dễ nhận biết

- Ởû người bình thường, acid homogentisic

bị oxy hóa ngay khi tạo thành cho acid acetyl acetic và không xuất hiện trong nước tiểu.

Sự thành lập Melanin

Tyrosinase

Dopaquinon2-carboxyl-2,3-dihydro indol –5,6-quinon

Indol-5,6-quinonMelanin Polymer hóa

- Tạo hormon giáp trạng

- Tạo các Catecholamin

Sự tạo thành creatin

Glycin+ Arginin Ornitin + Acid guanido aceticAcid guanido acetic Homocystein + Creatin

Met

-Tạo creatin phosphat khi tác dụng với ATP

-Sp khử nước là creatinin có trong cơ và đào thải qua nước

tiểu

Sự tạo thành glutathion

Glutamat + Cystein -Glutamyl cystein

-Glutamyl cystein + Glycin Glutathion

Glutathion đóng vai trò của 1 hệ thống oxy hoá khử (vận chuyển hydro).

Gan

Gan

3 TỔNG HỢP ACID AMIN

- Động vật cao cấp :

- aa cần thiết (8aa) (Rose và cộng sự)

- aa bán cần thiết (Arg, His)

Acid amin cần thiết Acid amin không cần

Arginin (bán cần thiết)

Histidin (bán cần thiết)

Glycin Alanin Cystein Acid glutamic Glutamin

Acid aspartic Asparagin Tyrosin Prolin Serin

Nguyên tắc chung :

Acid -cetonic acid amin tương ứng

Glycin : được tổng hợp từ CO 2 và NH 3

Alanin : được tổng hợp từ pyruvat nhờ phản ứng chuyển amin từ glutamat

Cystein: được tổng hợp từ Met qua nhiều giai đoạn

Acid glutamic: được tổng hợp nhờ phản ứng amin hóa -cetoglutarat.

Glutamin: được tổng hợp từ glutamat vàNH 3 , xúc tác bởi glutamat

Tyrosin: được tổng hợp từ phản ứng hydroxyl hóa phenylalanin.

Prolin: được tổng hợp từ glutamat

Serin: được tổng hợp từ glycin hoặc từ 3-phosphoglycerat.