Đang tải... (xem toàn văn)
Tầm quan trọng của nitrogen trong hóa sinh • Nitrogen, carbon, hydrogen và oxygen là các nguyên tử chính cấu thành nên sinh vật sống • Khung sườn peptide trong proteins • Chức năng của các nhóm bên (His, Lys, Arg, Trp, Asn, Gln) trong proteins • Nucleobases trong DNA and RNA • Trong nhiều cofactors (NAD, FAD, Biotin … ) • Trong nhiều hormones (epinephrine) • Trong các chất dẫn truyền thần kinh neurotransmitters (serotonin) • Trong các chất màu pigments (chlorophyll) • Trong các hóa chất bảo vệ (amanitin) tìm hiểu Nitrogen và tầm quan trọng nitrogen
Bài giảng Hóa Sinh Học Đồng hóa, sinh tổng hợp, sử dụng tiết nitrogen TS Nguyễn Đình Thắng Đồng hóa, sinh tổng hợp, sử dụng tiết nitrogen – Cố định nitrogen – Sự kết hợp ammonia thành phân tử sinh học – Sinh tổng hợp amino acids – Sinh tổng hợp nhóm heme – Sinh tổng hợp nucleotides – Dị hóa purines Tầm quan trọng nitrogen hóa sinh • Nitrogen, carbon, hydrogen oxygen nguyên tử cấu thành nên sinh vật sống • Khung sườn peptide proteins • Chức nhóm bên (His, Lys, Arg, Trp, Asn, Gln) proteins • Nucleobases DNA and RNA • Trong nhiều cofactors (NAD, FAD, Biotin … ) • Trong nhiều hormones (epinephrine) • Trong chất dẫn truyền thần kinh neurotransmitters (serotonin) • Trong chất màu pigments (chlorophyll) • Trong hóa chất bảo vệ (amanitin) Hóa sinh học phân tử chứa nitrogen • Khí có nhiều nitrogen, nhiên tính trơ nên sinh vật có khả sử dụng trực tiếp • Nitrogen khí chuyển hóa thành hợp chất nitrogen số trình phi sinh học – NO từ N2 O2 ánh sáng – NH3 từ N2 H2 trình công nghiệp Haber • Nitrogen khí cố định số vi khuẩn cổ vi khuẩn – Hầu hết dạng đơn bào prokaryotes (archaea) – Một số kí sinh với thực vật(e.g proteobacteria with legumes) – Một số kí sinh động vật (e.g spirochaete with termites) Sự cố định nitrogen nốt sần Sự đồng hóa sản xuất hợp chất nitrogen • Hầu hết sinh vật có khả tổng hợp nitrogen từ ammonia (NH3) • Vi khuẩn đất có khả oxi hóa nhanh ammonia thành nitrite (NO2-) nitrate (NO3-) • Thực vật vi sinh vật đồng hóa nitrogen từ nitrite nitrate • Một số vi khuẩn sử dụng nitrate chất nhận điện tử cuối tạo gradient proton cho trình tổng hợp ATP (phản ứng khử nitrate) • Một số vi khuẩn chuyển hóa ammonia nitrite thành phân tử nitrogen (anammox) Chu trình nitrogen Các phản ứng Anammox Ladderane Lipids màng Anammoxosome Cố định nitrogen • N2 + H2 = NH3 – H0 = -92.4 kJ/mol; G0 = -33.5 kJ/mol – Xảy chậm tính trơ khí nitogen • Phức hợp enzyme nitrogenase cần thiết cho cố định nitrogen (các enzyme sản sinh từ số prokaryotes) – Dinitrogenase reductase – Dinitrogenase • Dinitrogenase chuyển electrons tới N2 xúc tác khử N2 thành NH3 N2 + H+ + e- + nATP = NH3 + H2 + nADP + nPi NH3 + H+ = NH4+ Khoảng 16 ADP / N2 Sự oxi hóa Pyruvate cung cấp electron cho Nitrogenase • Pyruvate chuyển electrons tới ferredoxin flavodoxin • Ferredoxin flavodoxin chuyển electrons tới dinitrogenase reductase • The reductase chuyển electrons tới dinitrogenase • Dinitrogenase chuyển electrons tới nitrogen để tạo thành NH3 • Sự hìn thành khí H2 xuất phản ứng phụ bắt buộc Cố định nitrogen nitrogenase complex Cố định nitrogen yêu cầu thủy phân ATP • Ngay phản ứng thuận lợi mặt nhiệt động, trình sinh tổng hợp NH3 cần thủy phân lượng lớn ATP • Năng lượng thủy phân ATP sử dụng cách không trực tiếp: – Thủy phân ATP enzyme reductase kết hợp với khử dinitrogenase enzyme • Thêm vào đó, thủy phân ATP hydrolysis cung cấp số protons cần thiết cho tổng hợp ammonia: ATP4- + H2O = ADP3- + HPO42- + H+ Dinitrogenase Complex Iron-Molybdenum Cofactor • Chứa: – nguyên tử sắt – nguyên tử sulfur – Một nguyên tử molybdenum – Một homocitrate • Nitrogen gắn vào lồng Mo-FeS kết hợp với nguyên tử molybdenum • Các electrons chuyển tới nitrogen gắn với molybdenum thông qua phức sắt-sulfur Enzymes cofactors nitrogenase complex Các phản ứng oxi hóa khử Dinitrogenase • N2 + 8H+ + 8e- + 16ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi • Dinitrogenase reductase xúc tác cho: – Chuyển 8-electrons tới dinitrogenase – Thủy phân ATP giải phóng protons • Dinitrogenase xúc tác: – Chuyển electrons tới nitrogen: hình thành NH3 – Chuyển electrons tới protons: hình thành H2 Cơ chế dinitrogenase chưa rõ H H H H N N N H N H N H+, e- Mo H+, e- N 3+ Mo H+, e- N 4+ Mo N 5+ Mo 6+ H H N H N Mo H+, e6+ N Mo H+, e5+ H H H N Mo H+, e4+ Mo 3+ Ammonia kết hợp tạo glutamine • The glutamine amide nguồn chyuyển nitrogen • Glutamine tổng hợp glutamine synthetase trình giai đoạn: O O P O O O O ATP + H3 N COO - + H3 N COO - O O O NH2 NH3 + + H 3N P HO COO O O • Sự phospho hóa glutamine tạo nhóm rời tốt chúng dễ dàng bị thay ammonia Điều hòa Glutamine ằng chất ức chế dị lập thể 10 Proteins vào hệ tiêu hóa bị thủy phân enzyme • Pepsin cắt protein thành peptides bao tử • Trypsin chymotrypsin cắt proteins peptides lớn thành peptides bé ruột non • Aminopeptidase carboxypeptidases (A, B) phân hủy peptides thành amino acid ruột non 22 Enzyme phân hủy protein từ thức ăn Sơ đồ chuyển hóa amino acid 23 Nhóm amine bị tách khỏi amino acid trước Các dạng tiết Nitrogen 24 Chuyển vị amine xúc tác enzyme • Toàn enzyme xúc tác chuyển vị amine phụ thuộc vào cofactor pyridoxal phosphate • Điển hình, -ketoglutarate nhận nhóm amino • L-Glutamine đóng vai trò chất chứa nitrogen tạm thời • L-Glutamine cho nhóm amino cần thiết cho trình tổng hợp sinh Chuyển vị amine xúc tác enzyme 25 Cấu trúc Pyridoxal Phosphate Pyridoxamine Phosphate Pyridoxal phosphate nhóm ngoại aminotransferases 26 Pyridoxal phosphate nhóm ngoại aminotransferases Pyridoxal phosphate nhóm ngoại aminotransferases 27 Ammonia vận chuyển dòng máu dạng Glutamate • Glutamine không cần thiết chuyển vào ruột non, thận gan Ammonia vận chuyển dòng máu dạng Glutamate 28 Glutamate cho ammonia vào Pyruvate để tạo thành Alanine Glucose-alanine cycle Chu trình Urea phản ứng cung cấp nhóm amino vào chu trình 29 Phản ứng khử hydrogen Glutamate Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate 30 Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea - I Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea - II Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate 31 Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea - III Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate Nitrogen từ Carbamoyl Phosphate vào chu trình Urea 32 Các phản ứng chu trình Urea Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea Sự tham gia Aspartate vào chu trình Urea 33 Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea Sự tham gia Aspartate vào chu trình Urea Các phản ứng cần cung cấp nitrogen tổng hợp urea Sự tham gia Aspartate vào chu trình Urea 34 Con thoi Aspartate –Arginosuccinate liên kết chu trình Urea chu trình Krebs Không phải toàn amino acid tổng hợp người 35 Số phận amino acid Hình thành acetyl-CoA (7) Leu, Ile, Thr, Lys, Phe, Tyr, Trp Hình thành pyruvate (6) Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp Hình thành -ketoglutarate (5) Arg, Glu, Gln, His, Pro Hình thành succinyl-CoA (4) Ile, Met, Thr, Val Hình thành fumarate (2) Phe, Tyr Hình thành oxaloacetate (2) Asp, Asn Tóm lược trình dị hóa amino acid 36 [...]... ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate 30 Các phản ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea - I Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate Các phản ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea - II Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate 31 Các phản ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea - III Phản ứng tổng hợp Carbamoyl Phosphate Nitrogen từ Carbamoyl... amino acid ở động vật – Sự tạo thành và bài tiết ure Số phận của nitrogen trong cơ thể sinh vật • Thực vật bảo tồn gần như toàn bộ nitrogen • Nhiều loại động vật dưới nước giải phóng ammonia vào môi trường – Khuếch tán thụ động từ các tế bào biểu mô – Vận chuyển chủ động thông qua mang • Nhiều loài động vật trên cạn và cá mập bài tiết nitrogen dưới dạng urea – Urea ít độc hơn ammonia – Urea độ hòa tan... Carbamoyl Phosphate đi vào chu trình Urea 32 Các phản ứng trong chu trình Urea Các phản ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea Sự tham gia của Aspartate vào chu trình Urea 33 Các phản ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea Sự tham gia của Aspartate vào chu trình Urea Các phản ứng cần cung cấp nitrogen trong tổng hợp urea Sự tham gia của Aspartate vào chu trình Urea 34 Con thoi Aspartate –Arginosuccinate... chuyển hóa amino acid 23 Nhóm amine bị tách ra khỏi amino acid trước nhất Các dạng bài tiết của Nitrogen 24 Chuyển vị amine xúc tác bởi enzyme • Toàn bộ các enzyme xúc tác chuyển vị amine phụ thuộc vào cofactor pyridoxal phosphate • Điển hình, -ketoglutarate nhận các nhóm amino • L-Glutamine đóng vai trò chất chứa nitrogen tạm thời • L-Glutamine có thể cho nhóm amino khi cần thiết cho các quá trình tổng... thông qua mang • Nhiều loài động vật trên cạn và cá mập bài tiết nitrogen dưới dạng urea – Urea ít độc hơn ammonia – Urea độ hòa tan trong nước cao • Một vài loài động vật như chim, bò sát bài tiết ra nitrogen dưới dạng uric acid • Con người và linh trưởng bài tiết dưới cả hai dạng urea (từ amino acids) và uric acid (từ purines) 21 Proteins đi vào hệ tiêu hóa bị thủy phân bởi enzyme • Pepsin cắt protein