chuyển hóa protein và acid amin

CHUYỂN HÓA PROTEIN VÀ ACID AMIN ThS Trần Quỳnh Hoa CHUYỂN HÓA PROTEIN VÀ ACID AMIN MỤC TIÊU Trình bày enzym thủy phân protein chế tác động chúng Viết phản ứng khử amin, khử carboxyl, trao đổi amin acid amin chế chúng Mô tả giai đoạn chu trình urê Mô tả biến hóa acid -cetonic Trình bày thoái hóa riêng biệt acid amin Trình bày nguyên tắc chung để tổng hợp acid amin Trình bày yếu tố thành phần tham gia vào trình sinh tổng hợp protein Mô tả ba giai đoạn sinh tổng hợp protein 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 ng tiêu hóa Tiêu hóa Hấp thu ACID AMIN PROTEIN (các tổ chức) Tế bào CO2, H2O URE, Q Sản phẩm sinh học đặc biệt NH2 Đầu N tận CH R1 NH CH OH C O H NH R' Peptidase CH R '' C O CH Rn COOH Đầu C tận a b c d e f H2N COOH aa N taän pH=1,7-2 pH=8 pH=8 aa C tận Pepsin Trypsin Chymotrypsin (dạ dày) (tụy tạng) (tụy tạng) a : Glu c : aa kiềm (Arg, Lys) (-COOH) b : Tyr, Phe (-NH2) e : Tyr-CO-NH… (Phe,Try,Met,Leu) (Leu-Val,Leu-Glu…) Các Endopeptidase H2N COOH aa N tận OH- OH- Aminopeptidase aa C tận Carboxypeptidase (TB ruột non) (tụy tạng) H2N COOH OHDipeptidase Các Exopeptidase (TB ruột non) 1.1.3- Enzym thủy phân protein tổ chức - Có Catepsin : A,B,C - Carboxypeptidase Aminopeptidase - Các enzym chứa lysosome Sự có mặt enzym giải thích tượng tự tiêu tế bào tế bào chết 1.2- Cân động protein Nitơ thể liên tục chuyển hóa đảm bảo cân đạm Cân đạm Nitơ nhập = Nitơ xuất (+) Nitơ nhập > Nitơ xuất (-) Nitơ nhập < Nitơ xuất (+) : thể lớn, dưỡng bệnh… (-) : đói ăn, sốt, sau mổ… 1.3- Dự trữû protein - Gan Dự trữ lỏng lẽo - Huyết tương - Cơ cung cấp protein cho não tim (não tim có lượng protein tương đối cố đònh ) 2- THOÁI HÓA ACID AMIN 2.1- Những trình chung thoái hóa acid amin 2.1.1- Khử amin - Phóng thích Nitơ dạng NH3 - đường khử amin 2.1.1.1- Khử amin - khử oxy +2H+ R CH2 COOH -NH3 Acid tương ứng 2.1.1.2- Khử amin nội phân tử R CH2 CH COOH NH2 -NH3 R CH CH COOH Acid không no tương ứng 2.1.1.3- Khử amin thủy phân R CH COOH +H2O -NH3 R CH COOH OH N H2 Oxy acid 2.1.1.4- Khử amin – oxy hóa +1/2 O2 -NH3 Acid -cetonic Cơ chế: giai đoạn Gđ1: Khử hydro -2H Dehydrogenase R FAD FADH2 CO O H C NH Acid imin Gđ2: Thủy phân tự phát R COOH C +H2O -NH3 NH R CO COOH Acid -cetonic Quá trình khử amin aa  thể động vật trình khử amin-oxy hóa Đối với acid glutamic COOH L-Glutamat dehydrogenase COOH CH2 NH3 COOH CH2 CH2 H2N CH H2O NAD+ NADP+ COOH NADH+H+ NADPH+H+ CH2 CH2 HN CH2 O C L-glutamic acid C COOH COOH Acid cetoglutaric + Phaûn ứng thuận nghòch + Chiều ngược lại : amin hóa-khử oxy Amin hóa-khử oxy : cố đònh NH3 vào hợp chất hữu (-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 : + giữ vai trò thoái dưỡng (khử amin-oxy hóa) với coenzym NAD + kết hợp với transaminase để thoái dưỡng aa  + NH3 tạo 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 NADPH 2.1.2- Phản ứng trao đổi amin Braustein Krisman (1937) (n/cứu cơ) COOH COOH CH3 CH2 CH2 + H2N CH CH3 CH2 CO CH2 O COOH H2N CH + C COOH COOH COOH Glutamic a -cetoglutaric a Pyruvic Ala Cơ chế : gđ -Giai đoạn CHO COOH POH2C CH2 CH2 H2N CH + COOH OH N CH3 COOH Glu CH2-NH2 POH2C CH2 CH2 O C + OH N CH3 COOH Pyridoxal P a cetoglutaric Pyridoxamin P - Giai đoạn CH2-NH2 POH2C + N CH3 CH OH CH3 Pyridoxamin P H2N CH CO COOH CHO + POH2C COOH a pyruvic Alanin OH N CH3 Pyridoxal P Transaminase : có cơ, gan, thận, tim, ruột Hai loại phổ biến hoạt động mạnh + glutamic oxaloacetic transaminase (GOT) = Aspartic transaminase (ASAT) Glu + a oxaloacetic a.aspartic GOT a.-cetoglutaric + + glutamic pyruvic transaminase (GPT) = Alanin transaminase GPT (ALAT) Glu + a pyruvic a -cetoglutaric + Alanin Giá trò bình thường huyết : GOT từ 15 – 29 U/l GPT từ 11 – 26 U/l -Viêm gan cấp tính : tăng GOT, chủ yếu tăng GPT (có gấp 100 lần) trước xuất vàng da có giá trò dòch tể học - Sự tăng GPT cho thấy tác động phân hủy tế bào gan -Viêm gan mãn : transaminase tăng ít, biểu thò tổn thương nhu mô gan hoại tư ûtế bào gan Nhồi máu tim : + tăng cao GOT, GPT tăng + Khi nhồi máu tim, GOT bắt đầu tăng từ thứ trở kéo dài thứ 36 trở bình thường sau – ngày + Tỷ số De Ritis = GOT/GPT > + gia tăng GOT GPT cho số độ tổn thương gan kéo sau suy tim nhồi máu GOT tăng nghẽn mạch phổi, nhồi máu thận Sự liên quan phản ứng trao đổi amin khử amin-oxy hóa - Các aa trao đổi amin được, mạnh Glu, Asp, Ala - Nhiều enzym khử amin-oxy hóa aa hoạt động yếu trừ Glutamat dehydrogenase - Các transaminase hoạt động mạnh phổ biến Phần lớn aa khử amin-oxy hóa gián tiếp qua transaminase với a cetoglutaric glutamat dehydrogenase R CH C O OH R CO a.-cetoglutaric Transaminase N H2 COOH a.Glutamic NH3 Glutamat dehydrogenase - Khử amin tất acid amin - Tổng hợp số acid amin (Glu, Asp, Ala) từ α-cetonic tương ứng (do trao đổi amin) 2.1.3- Khử carboxyl - Khá phổ biená động vật - Phổ biến ôû VSV GĐ: Khử carboxyl R CH Descarboxylase (vit B6) COOH + CO2 NH GĐ: Khử amin oxy hoùa ½ O2 R CH2 NH2 mono amino oxydase R- CHO + NH3 diamino oxydase Histidin descarboxylase Histidin Histamin Giản mạch, co trơn, tăng tính thấm thành mạch Glutamc acid Glutamat descarboxylase -amino butyrat (GABA) GABA : - điều hoạt hoạt động thần kinh - ức chế phản xạ thần kinh Thiosemicarbazid Hydrazid Ức chế glutamat decarboxylase INH Giảm GABA, gây co giật Reserpin giảm lượng GABA/ TKTƯ ngưởng kích thích tế bào thần kinh với sốc điện 10 2.2- Sản phẩm cuối biến hóa acid amin 2.2.1- Chuyển hóa NH3 2.2.1.1-Sự tạo thành Glutamin COOH CO-NH2 Glutamin synthetase CH2 ATP CH2 + NH3 CH2 H2N + H2O CH2 Glutaminase H N CH CH COOH COOH Glutamin Glutamic acid Glutamin - Dạng vận chuyển không độc NH3 - 60-100mg/l máu - Có hầu hết tổ chức MÔ ATP Pi + ADP NH3 a Glutamic Glutamat synthetase Glutamin MÁU Glutamin THẬN Glutamin H2O NH3 GAN Glutamin Glutaminase Glutamat NH4+ NH4+ H2O NH3 (cá) URÊ (a uric: NƯỚC TIỂU URÊ chim, bò sát) 2.2.1.2 Sự tạo thành urê (chu trình Ornitin Krebs Henseleit: Máu tónh mạch cửa đến gan chứa nhiều NH3 máu gan Nồng độ urê máu gan cao máu tới gan Ở động vật cắt gan, nồng độ urê máu hạ Trong số trường hợp bệnh gan xơ gan, [NH3] máu cao Gan nơi sản xuất urê từ gốc NH3 11 Krebs Henseleit chứng minh thực nghiệm tạo thành urê Sau Ratner Cohen xác đònh chi tiết phản ứng enzym trình tổng hợp urê Giai đoạn 1: Chuyển ORNITIN thành CITRULIN Gồm bước: - Bước 1: Tạo thành carbamyl phosphat không bền Glutamat Glutamin 2ATP NH3 + CO2 H2O, Mg++ Carbamyl phosphat N-acetylglutamat synthetase 2ADP + Pi Xảy ty thể TB gan H2N-C-O ~ PO3H2 O carbamyl phosphat - Bước : chuyển nhóm Carbamyl P tạo thành Citrulin NH CH2  NH2 | NH (CH2 ) | CH  NH2 | COOH Ornitin tới Ornitin để | + OCT CO | O ~ PO H Carbamyl P | CO | NH | CH  H PO | Xảy ty thể TB gan (CH )2 | CH  NH | COOH Citrulin OCT = Ornitin carbamyl transferase 12 Giai đoạn 2: chuyển CITRULIN thành ARGININ Bước 1: kết hợp citrulin với a aspartic tạo thành Arginosuccinic NH COOH | H2 N  CH | NH | (CH NH COOH || | C  NH  CH | CO | + )3 | CH  NH | ATP CH2 | COOH AMP+ PPi Mg++,enzym COOH CH  NH | COOH COOH Aspartat Citrulin | CH | (CH )3 | -H2O | NH | Arginosuccinat Enzym : Argino succinat synthetase PPi 2H3PO4 Pyrophosphatase Bước 2: tách Arginosuccinic thành Arginin acid fumaric NH NH COOH C – NH2 C – NH – CH NH CH2 (CH2)3 COOH Arginosuccinat lyase NH + (CH2)3 CH – NH2 CH – NH2 COOH COOH Arginosuccinat Giai đoạn xảy gan thận Fumarat Arginin Fumarat COOH | CH || CH | COOH Malat Oxaloacetat Trao đổi amin (Glu) Aspartat Giai đoạn 3: Thủy phân Arginin NH O  C /\ || C - NH | NH | (CH ) | CH  NH | COOH NH Ureâ NH +H2O Arginase CH  NH | ( CH ) | CH  NH | COOH Ornitin Arginin 2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O Ureâ + 2ADP + AMP + 4Pi 13  -cetoglutaric transaminase Glu a aspartic Pi Citrulin Citrulin ATP AMP + PPi a oxaloacetic a malic a arginosuccinic Ornitin a fumaric Carbamyl Phosphat Hệ thống vận chuyển Ornitin đặc hiệu màng 2ADP + Pi Enzym Ornitin Arginin H2 O URE NH3+CO2+H2O+ 2ATP Ty theå Tế bào chất Urê huyết Tăng - viêm thận kinh niên ( 3g/l) - viêm thận cấp ( 5g/l) - tiêu chảy, dòch tả, choáng (do nước) Giảm - bệnh gan (gan thoái hóa mỡ, xơ gan, ung thư giai đoạn cuối) Urê/ nước tiểu -Trạng thái sinh lý : thai phụ nữ có -Tuổi : trẻ em tiết > người lớn tính theo mmol urê/24h/kg cân nặng) - Bệnh lý : tiết / đái tháo đường, sốt ( thoái hóa protid) 14 2.2.2 Biến hóa a  cetonic Thoái hóa thành chất trung gian /chu trình a citric CO2 H2O Chuyển hóa trở lại thành acid amin (trao đổi amin amin hóa) Tạo thành glucid:  cetonic acid Thối hóa a pyruvic -ceto glutaric succinyl CoA a.oxaloacetic Tổng hợp glucose hay glycogen (gan) Theo đường acid béo sau khử carboxyl Acetyl CoA tổng hợp acid béo tạo thành cetonic (các acid amin tạo ceton) Vừa tạo đường vừa tạo ceton (vừa tạo oxaloacetat vừa tạo acetyl CoA: Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan, Isoleucin Lycin) Sự thoái hóa sườn carbon acid amin 15 2.3 Thoái hóa riêng biệt acid amin 2.3.1 Các acid amin tạo oxaloacetat: Aspartat Asparagin 2.3.2.Các acid amin tạo pyruvat: Thréonin, Alanin, Cystein 2.3.3 Các acid amin tạo succinyl CoA: (cũng tạo glucid): Met, Val, Ile, Leu 2.3.4 Các acid amin tạo  cetoglutarat: Glu, Gln, His, Pro, Arg 2.3.5 Caùc acid amin taïo Acety CoA: Thr, Gly, Ser, Ala, Cys, Phe, Tyr, Trp, Lys, Leu Cystein -Taïo Taurin - Taïo pyruvat SO2 Taurin + acid mật [O] SO2 SO4 2- Muối mật Tạo liên kết ester sulfat liên hợp sulfat (cơ chế giải độc gan) Methionin Met + Adenosin ATP S Adenosyl Met (Cung caáp –CH3) -CH3 S Adenosyl homo cystein H2O Adenosin Homocystein Ser H2O Cystathionin synthetase Cystathionin Cystein (taïo aa) Succinyl CoA 16 CH3 Homocystein Methionin metyl tetrahydrofolat Vit B12 Homocystein nieäu: Homocystein Cystathionin synthetase Cystathionin Xuất Homocystein nước tiểu 9tre3 bò đần độn) Điều trò sớm: -Vitamin B6 liều cao - Tăng Cystein (do thiếu Cys), giãm Methionin Phenylalanin Tyrosin Phe hydroxylase Phe Tyr Tyr transaminase H2O O FH4 NADP Oxydase (Cu++) [O] FH2 a.parahydroxyphenyl pyruvic NH3 NADPH+H Quinol Chuyeån vò Nhóm quinon a 2,5-di hydroxy phenyl pyruvic ++ a homogentisic Oxydase (Fe ) CO2 Glutathion khử = Alcapton a.fumaryl acetoacetic (enol) ceton a Maleyl acetoacetic a acetoacetic a fumaric 17 a acetoacetic Acetyl CoA  cetothiolase Acetat CoASH Krebs a fumaric Phenyl ceton niệu (thiếu Phe hydroxylase) Tyr a Phenyl lactic Phe 2H NH3 a Phenyl pyruvic [O] CO2 a Phenyl acetic - Phe chất thoái hóa xuất nước tiểu Glutamin -Trẻ đần độn, điều trò sớm chế độ ăn giảm Phe -Cũng làm thiếu Tyr nên thiếu Melanin Phenyl acetyl glutamin Thiếu enzym oxydase: Tyrosin nieäu Acid para hydroxy phenyl pyruvic acid homogentisic - p-hydroxy phenyl pyruvat tyrosin bò ứ đọng máu xuất nhiều nước tiểu - Sử dụng vitamin C đưa chuyển hóa trở lại bình thường 18 Thiếu acid homogentisic oxydase  bệnh Alcapton niệu Alcapton acid maleyl acetoacetic - Bệnh bẩm sinh Acid homogentisic tiếp xúc với không khí bò oxy hóa cho sắc tố màu nâu dễ nhận biết -Ởû người bình thường, acid homogentisic bò oxy hóa tạo thành cho acid acetyl acetic không xuất nước tiểu Sự thành lập Melanin Tyrosinase Phe Tyr DOPA Dopaquinon 2-carboxyl-2,3-dihydro indol –5,6-quinon Melanin Polymer hóa Indol-5,6-quinon - Tạo hormon giáp trạng - Tạo Catecholamin (noradrénalin adrenalin) 19 Sự tạo thành creatin Glycin+ Arginin Ornitin + Acid guanido acetic Acid guanido acetic Homocystein + Creatin Met -Tạo creatin phosphat tác dụng với ATP -Sp khử nước creatinin có đào thải qua nước tiểu Sự tạo thành glutathion Gan Glutamat + Cystein ATP -Glutamyl cystein ADP + Pi -Glutamyl cystein + Glycin ATP Gan Glutathion ADP + Pi Glutathion đóng vai trò hệ thống oxy hoá khử (vận chuyển hydro) TỔNG HP ACID AMIN -Thực vật : từ NH3, NO2-, NO3từ N2 (TV họ đậu) - Vi sinh vật : từ NH3, NO2-, NO3từ aa cần thiết - Động vật cao cấp : - aa cần thiết (8aa) (Rose cộng sự) - aa bán cần thiết (Arg, His) 20 Nguyên tắc chung : Acid -cetonic Amin hóa acid amin tương ứng NADPH2 NADP +H2O NH3 + - cetoglutarat L-glutamat Chuyeån amin a Pyruvic + Glu GPT Ala + - cetoglutarat Glycin : tổng hợp từ CO2 NH3 Alanin: tổng hợp từ pyruvat nhờ phản ứng chuyển amin từ glutamat Cystein: tổng hợp từ Met qua nhiều giai đoạn Acid glutamic: tổng hợp nhờ phản ứng amin hóa -cetoglutarat Glutamin: tổng hợp từ glutamat vàNH3, xúc tác glutamat synthetase Acid aspartic: tổng hợp từ oxaloacetat nhờ phản ứng chuyển amin từ glutamat Asparagin: tổng hợp từ aspartat vàNH3, xúc tác asparagin synthetase Tyrosin: tổng hợp từ phản ứng hydroxyl hóa phenylalanin Prolin: tổng hợp từ glutamat Serin: tổng hợp từ glycin từ 3-phosphoglycerat 21 ...1-BIẾN HÓA PROTEIN 1.1- Tiêu hóa protein- Các enzym thủy phân protein 1.1.1-Endopeptidase 1.1.2- Exopeptidase PEPTID PROTEIN ng tiêu hóa Tiêu hóa Hấp thu ACID AMIN PROTEIN (các tổ chức)... hóa protid) 14 2.2.2 Biến hóa a  cetonic Thoái hóa thành chất trung gian /chu trình a citric CO2 H2O Chuyển hóa trở lại thành acid amin (trao đổi amin amin hóa) Tạo thành glucid:  cetonic acid. .. thoái hóa sườn carbon acid amin 15 2.3 Thoái hóa riêng biệt acid amin 2.3.1 Các acid amin tạo oxaloacetat: Aspartat Asparagin 2.3.2.Các acid amin tạo pyruvat: Thréonin, Alanin, Cystein 2.3.3 Các acid