Tiểu luận hóa sinh- Các con đường đồng hóa nitrogen

TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ CÁC CON ĐƯỜNG ĐỒNG HÓA NITROGEN VÀ SINH TỔNG HỢP AMINO ACID2.1 Các con đường đồng hóa nitrogen2.1.1 Các dạng nitrogen và Chu trình nitrogen trong tự nhiên2.1.2 Khái niệm về tổng hợp amino acid2.1.2.1 Khái niệm amino acid2.1.2.2 Giới thiệu về tổng hợp amino acid2.1.3 Sự cố định đạm2.1.3.1 Sơ lược các vi sinh vật cố định đạm2.1.3.2 Cơ chế cố định đạm2.1.3.3 Cơ chế cố định nitơ trong nốt sần của rễ cây họ đậu2.1.4 Các con đường (các phản ứng) đồng hóa ammonia2.2 Sinh tổng hợp các amino acid2.2.1 Các con đường tổng hợp của từng nhóm amino acid2.2.2 Sơ đồ tổng hợp amino acid 2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài2.3.1 Trên thế giới2.3.2 Ở Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA SINH HỌC  TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: HĨA SINH HỌC Đề tài: TÌM HIỂU VỀ CÁC CON ĐƯỜNG ĐỒNG HÓA NITROGEN VÀ SINH TỔNG HỢP AMINO ACID Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS Phạm Quang Chinh Lê Thị Lâm Phương Mã sinh viên: 15S3011067 MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Các đường đồng hóa nitrogen 2.1.1 Các dạng nitrogen và Chu trình nitrogen tự nhiên 2.1.2 Khái niệm về tổng hợp amino acid 2.1.2.1 Khái niệm amino acid 2.1.2.2 Giới thiệu về tổng hợp amino acid 2.1.3 Sự cố định đạm 2.1.3.1 Sơ lược vi sinh vật cố định đạm 2.1.3.2 Cơ chế cố định đạm 2.1.3.3 Cơ chế cố định nitơ nốt sần rễ họ đậu 2.1.4 Các đường (các phản ứng) đồng hóa ammonia 2.2 Sinh tổng hợp amino acid 2.2.1 Các đường tổng hợp nhóm amino acid 2.2.2 Sơ đồ tổng hợp amino acid 2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 2.3.1 Trên giới 2.3.2 Ở Việt Nam PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ PHẦN IV:TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Nitrogen là nguồn dự trữ giàu khí quyển, chiếm gần 80% thể tích, gấp gần lần thể tích khí oxy Nitrogen là thành phần quan trọng cấu thành nguyên sinh chất tế bào, là cấu trúc protein Nitrogen phân tử ( Nitrogen tự do- N2 ) có nhiều khí quyển, chúng khơng có hoạt tính sinh học phần lớn loài sinh vật, số loài sinh vật có khả đồng hóa nitrogen dạng này Các loài thực vật sử dụng ion amon(NH 4+ ), NO2 Ammonia tạo thành thực vật dùng để tổng hợp amino acid Động vật sử dụng thực vật làm nguồn cung cấp amino acid để tổng hợp protein chúng Chính đường đồng hóa nitrogen và sinh tổng hợp amino acid là quan trọng sinh vật và người Do đó, tơi chọn đề tài: “ Tìm hiểu đường đồng hóa nitrogen sinh tổng hợp amino acid” 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu đường đồng hóa nitrogen - Tìm hiểu q trình sinh tổng hợp amino acid PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Các đường đồng hóa nitrogen 2.1.1 Các dạng nitrogen và chu trình nitrogen tự nhiên Các dạng nitrogen tự nhiên Vi sinh vật có khả hấp thụ nhiều nguồn dinh dưỡng khác Tùy theo đặc điểm dinh dưỡng loại mà đòi hỏi dạng nitrogen khác - Dạng nitrogen vô NH3 , NH4+, NO3, NO2 là nguồn dinh dưỡng nhóm vi sinh vật tự dưỡng amin Chúng có khả đồng hóa nguồn nitrogen dạng hợp chất vô trên, từ tổng hợp nên amino acid thể Trong hợp chất NH3, NH4+ dễ hấp thu vi sinh vật, là vi khuẩn và nấm men Trong muối nitrat lại là nguồn thức ăn thích hợp với nhiều xạ khuẩn, nấm mốc và tảo Công thức cấu tạo NO3 Công thức cấu tạo NO2 Công thức cấu tạo NH3 - Dạn nitơ hữu protein, polypeptit, amino acid là nguồn dinh dưỡng nhóm vi sinh vật dị dưỡng amin, chúng khơng có khả tự tổng hợp amino acid tế bào từ hợp chất vô Vi sinh vật khả hấp thụ trực tiếp phân tử protein mà phải phân hủy chúng thành polypeptit nhờ men proteaza Thường polypetit không amino acid vi sinh vật hấp thụ Có loài vi sinh vật đòi hỏi phải có sẵn amino acid định môi trường nuôi cấy Danh sách amino acid cần thiết gọi là aminnogram khác tùy theo loài vi sinh vật Các dạng nitrogen hữu không là nguồn dinh dưỡng nitrogen cho vi sinh vật mà là nguồn dinh dưỡng cacbon phần nói - Dạng nitrogen phân tử (N2) chiếm phần lớn khơng khí là nguồn dinh dưỡng N2 nhóm vi sinh vật cố định N2 Trong tự nhiên có nhóm này là có khả đồng hóa N2 phân tử Có loài sống tự đất, có loài sống cộng sinh với thực vật, cung cấp cho thực vật lượng đạm đáng kể Chu trình nitrogen tự nhiên Trong đất lượng N chiếm từ 0,02-0,4 %, 95% N2 dạng hữu gồm protit động thực vật bị vi sinh vật phân giải, 5% nitơ dạng vô ( NO , NH4Cl ) là nitơ dễ tiêu Trong khơng khí, N2 chiếm tỉ lệ lớn khí 75,6% (4.10 tấn) dạng N2 tự không sử dụng được, nhờ hoạt động cố định vi sinh vật sử dụng dạng này Hình Sơ đồ chu trình nitrogen tự nhiên 2.1.2 Khái niệm về tổng hợp amino acid 2.1.2.1 Khái niệm amino acid -Axít amin là hợp chất hữu sinh học quan trọng chứa nhóm chức amin (-NH2) và axít cacboxylic (-COOH), với nhóm (hay gọi mạch bên, side-chain) (nhóm R) định axít amin.Các nguyên tố axít amin là cacbon, hiđrô, ôxy, và nitơ, và số nguyên tố khác có mặt nhóm axít amin Tồn khoảng 500 axít amin biết đến và phân loại theo nhiều cách khác Chúng phân loại tn theo vị trí nhóm chức cấu trúc alpha- (α-), beta- (β-), gamma- (γ-) delta- (δ-) axít amin; phân loại khác liên quan đến mức độ phân cực, độ pH, và kiểu nhóm (hợp chất khơng vòng, hợp chất acyclic, tính thơm, chứa hydroxyl lưu huỳnh, vv.) [5] Công thức cấu tạo chung: ( Dạng không phân cực) ( Dạng ion hóa, dạng zwitterion hay trung tính) - Mặc dù protein đa dạng hầu hết chúng cấu tạo từ 20 L-α-amino acid Dựa vào đặc tính gốc R độ phân cực, kích thước và hình dạng, người ta phân amino acid thành nhóm Hình Bảng phân loại amino acid Thực vật và vi sinh vật tổng hợp axit amin từ hợp chất nitơ đơn giản dạng nitrat Động vật khả này Trong thể động vật, số axit amin tạo trình chuyển hố từ axit amin từ hợp chất chứa nhóm amin là axit amin thay (nonessential) Ngược lại, có axit amin mà thể khơng tự tổng hợp chuyển hố được, chúng thiết phải đưa vào thể thức ăn, là axit amin khơng thay (essential) Khái niệm về axit amin không thay William C.Rose và cộng (Đại học Tổng hợp Illinois Mỹ) đề cập lần vào năm 1916-1935 ông dùng chuột để nghiên cứu về axit amin không thay và họ thành công việc nuôi gà phần không chứa protein mà có hỗn hợp 11 axit amin dạng tinh khiết hoá học Theo William C Rose, "Axit amin không thay là axit amin tổng hợp thể gia súc với số lượng đầy đủ, đáp ứng cho nhu cầu sinh trưởng, phát triển bình thường gia súc thuộc loài" Ở người có 12 axit amin khơng thay thế, đó: Người lớn có 10 axit amin khơng thay là: Isoleucine, Methionine, Leucine, Lysine, Phenylalanine,Threonine, Tryptophane, Valine, Glycine và Serine Ở trẻ em có thêm hai axit amin là arginine và histidine.Ngoài ra, Cystine và Tyrosine là axit amin bán thay chúng tổng hợp từ Methionine và Phenylalanine tương ứng Một tiêu chuẩn đánh giá chất lượng protein thực phẩm là đảm bảo đầy đủ hàm lượng axit amin không Thay và tỉ lệ cân đối chúng protein.[2] 2.1.2.2 Giới thiệu tổng hợp amino acid Tổng hợp amino acid là cần thiết mọi thể Tuy nhiên, khả tổng hợp amino acid thể khác và phụ thuộc vào dạng nitrogen mà chúng sử dụng Thực vật bậc cao có khả sử dụng ammonia (NH 4+) lẫn nitrate để tổng hợp tất amino acid Riêng vi khuẩn sống cộng sinh nốt sần rễ họ đậu biến N khơng khí thành ammonia (NH NH4+) để sử dụng Ở vi sinh vật khả tổng hợp amino acid khác Động vật có xương tổng hợp 10 số 20 amino acid, amino acid này gọi là amino acid không cần thiết (thay được) Các amino acid lạ thể động vật phải lấy từ nguồn thức ăn bên ngoài nên gọi là amino acid cần thiết (không thể thay thế) Có hai đường thu nhận nitrogen sinh học (dạng nitrogen mà thực vật sử dụng được) là cố định nitrogen và khử nitrate hóa  Sự cố định nitrogen Chỉ số sinh vật prokaryota cố dịnh nitrogen khí Chúng bao gồm cyanobacteria đất, nước ngọt và mặn, vi khuẩn sống tự đất anzotobacter, và vi khuẩn sống cộng sinh nốt sần rễ họ đậu Các sản phẩm đàu tiên cố định nitrogen là amonia - sinh vật sử dụng trực tiếp sau biến đổi thành nitrite, nitrate amino acid Sự khử nitrogen thành amonia là phản ứng thải lượng: Liên kết ổn định với lượng liên kết 930 kJ/mol Do đó, cố định đạm có lượng hoạt hóa cao, N khí gần trơ về mặt hóa học điều kiện bình thường Sự cố định N sinh học xảy nhiệt độ thể, áp suất N là 0,8 atm, và rào cản hoạt hóa cao khắc phục cách liên kết và thủy phân ATP Phản ứng tổng quát sau: N2 + 10H2  2NH3 N2 + 10H+ + 8e- + 16ATP  2NH4+ 16ADP + 16Pi + H2 Sự cố định N sinh học nitrogenase thực hiện, hai thành phần là dinitrogenase reductase và dinitrogenase Các điện tử chuyển từ pyruvate cho dinitrogenase thông qua ferredoxin (hoặc flavodoxin) và dinitrogenase reductase Dinitrogenase bị khử lần điện tử dinitrogenase reductase, và phải khử điện tử để cố định phân tử N2 Hai điện tử dùng để khử 2H+ H2 tổng cộng là điện tử (Hình 3) Mỗi vòng khử dinitrogenase (cho điện tử ) cần ATP, nên cho điện tử cần 16ATP Hình Sơ đồ cố định nitrogen dinitrogenase (Nel & Cox, 2008) Dinitrogenase reductase (KLPT 60.000) là dimer gồm hai tiểu đơn vị giống nhau, chứa tâm đơn oxy hóa khử 4Fe-4S gắn tiểu đơn vị và có hai vị trí gắn ATP/ADP Dinitrogenase (KLPT 240.000) –tetramer gắn với hai hai tiểu đơn vị khác nhau, chứa Fe và Mo Ngoài có nitrogenase chứa vanadium ( chưa mô tả enzyme phụ thuộc Mo) Sự khử nitrate ( đồng hóa nitrate) Nitrogen dạng nitrate có nhiều đất.Tuy nhiên, thực vật nitrogen tồn chủ yếu đơn vị sở là amino acid và dạng khử là –NH hay –NH Do nhận NO3ˉ trước hết thực vật phải biến đổi thành dạng khử Đó là q trình nitrate hóa (hay đồng hóa nitrate) Sự khử nitrate xảy theo hai bước: khử hai điện tử nitrate đến nitrate nitrate reductase xúc tác, là khử sáu điện tử nitrate thành mmonium nitrate reductase xúc tác Sơ đồ phản ứng sau: NO3 ˉ + 2H+ + 2e-  NO2- + H2O Hình Lồi Alnusglutinosa Casuarine - Vi khuẩn cố định đạm sống tự do: vi khuẩn này vùng rễ lúa và thuộc họ hòa giúp trồng phát triển tốt hạn chế đến mức thấp lượng đạm hóa học nền sản xuất nơng nghiệp + Vi khuẩn hiếu khí sống tự thuộc giống Azotobacter và Beifernckia Các loài thuộc Azotobacter thuộc loại vi sinh vật cố định nitơ hoạt động nhất, chúng có khả đồng hóa manit, tinh bột, sử dụng nhiều loại hợp chất hữu khác để phát triển và cố định nitơ, làm giàu nitơ cho đất Beifernckia: cố định nitơ giống Azotobacter có khả chịu chua cao Hình Azotobacter Vinelandi + Vi khuẩn kị khí sống tự thuộc Clostridium: Loài nghiên cứu nhiều là Clostridium pasteriaum Ít mẫn cảm với môi trường, là thừa P, K, Cu và có tính ổn định với pH, phát triển pH 4,5-9; độ ẩm 60-80%, nhiệt độ 2530oC Hình 10 Vi khuẩn Clostridium pasterianum + Tảo Lam sống tự và tảo lam cộng sinh bèo hoa dâu: là thành phần cố định N2 quan trọng thiên nhiên, phát nhiều loài tảo lam sống tự đất và nước có khả cố định nitơ Hình 11 Asiabaena azollae + Vi khuẩn cố định nitơ sống hội sinh: Azospirillum- sống hội sinh rễ hòa thảo, họ đậu, bơng và rau Hình 12 Azospirillum lipoferu (trái) Azospirillum brasilense (phải) 2.1.3.1 Cơ chế cố định đạm Quá trình cố định đạm xảy tế bào vi khuản và vi khuẩn lam đều giống là nhờ chúng có hệ thống gen Ezyme Nitrogenase Nitrogenase là đa enzyme (phức hợp enzyme) xúc tác cho phản ứng cố định N2, khử N2 thành NH3 Trong thành phần cấu tạo Nitrogenase, số nguyên tử Fe và nguyên tử S khơng ổn định với acid Phân tử protein nhỏ có chức vận chuyển e -, e- ferredoxin flavodoxin vận chuyển lên phức hệ Mo-Fe Hầu hết vi sinh vật sử dụng N2 nên chúng phải cố định nguồn N2 tự nhiên để dễ dàng sử dụng Cơ chế cố định đạm xảy theo phương trình: N2 + 8H+ + 8e + 16ATP 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi Cơ chế hóa sinh q trình cố định nitơ chưa sáng tỏ hoàn toàn, đa số nhà nghiên cứu đồng ý với giả thuyết cho N là sản phẩm đồng hóa sơ cấp N2 và nêu hai giả thuyết về hai đường cố định N vi sinh vật sống tự đất sau: Hình 13 Sơ đồ giả thuyết đường trình cố định N2 Năm 196-1962, người ta tách từ Clostridium pasterurrianum hai tiểu phần hoạt hóa H2 và N2 Sau này người ta tìm thấy Azotobacter có tiểu phần Trong trình hoạt hóa này có tham gia nguyên tố khoáng Mo và Fe Nguồn hydro để khử N2 là hydro phân tử (H2) Trong trường hợp này tác dụng enzyme hydrgenase, điện tử chuyền theo hệ thống: Nguồn cho điện tử và hydro là acid pyruvic Đáng ý là q trình chuyển điện tử có tham gia tích cực feredocine (Fd) Fd là cầu nối hai hệ enzyme hydrogenase và nitrogenase cố định N2 2.1.3.2 Cơ chế cố định nitơ nốt sần rễ họ Đậu Sự cố định N2 vi khuẩn nốt sần xảy theo sơ đồ phức tạp Trong nốt sần có chất có chất giống với hemoglobin máu gọi là leghemoglobin Nó dễ dàng liên kết với oxy để biến thành oxyhemoglobin Leghemoglobin tạo nên vi khuẩn sống cộng sinh với họ Đậu, ni cấy tinh khiết Rhizobium không tạo leghemoglobin và không cố định N2 Những nghiên cứu gần về trình cố định N cho thấy trình cố định này đòi hỏi: - Q trình cố định nitơ thực phức hệ nitrgenase Thành phần phức hệ này là nitrogenase reductase và nitrogenase Phức hệ này nằm tế bào chất thể vi khuẩn (bacteroid) Có thể coi là nhân tố chìa khóa cho q trình này Enzyme này hoạt động yếm khí (nitrogenase đặc biệt nhạy với oxy và bị bất hoạt có mặt oxy) - Có lực khử mạnh với khử cao ( NAD, NADP, ) - Có lượng (ATP) đủ và có tham gia nguyên tố vi lượng Nhóm hoạt động enzyme nitrogenase có chứa Mo và Fe Vì sử dụng Mo và Fe cho họ Đậu thường có hệu cao Bacteroid cần lượng từ thực vật cung cấp để cố định đạm - Tiến hành điều kiện yếm khí Các chất khử là NADH2 và Fd với lượng hô hấp, quang hợp chủ cung cấp Sự cố định N cần nhiều lượng, cần 16 ATP để khử N NH3 tạo thành trình cố định N2 sử dụng dễ dàng vào trình amine hóa cetoacid để tổng hợp cách nhanh chóng acid amine, từ tham gia vào tổng hợp protein và nhiều trình trao đổi chất khác Quá trình cố định nitơ phân tử theo hai hướng bản: Con đường khử và đường oxy hóa Con đường khử theo biến hóa: Con đường oxy hóa: Qua hai hướng đó, người ta thu kết sau: - Nếu nồng độ oxy nhiều ức chế trình cố định nitơ phân tử -Hiệu suất cố định nitơ phân tử vi sinh vật kị khí thường cao vi sinh vật hiếu khí - Tìm thấy hợp chất loại khử ni vi sinh vật cố định nitơ phân tử Qua cho thấy đường khử có nhiều khả xảy 2.1.4 Các đường (các phản ứng) đồng hóa ammonia 2.1.4.1 Sự tổng hợp thơng qua glutamate glutamine [1] Nitrogen dạng khử NH 4+ đồng hóa thành amino acid và sau thành phân tử sinh học chứa nitrogen Hai amino acid glutamate và glutamine là điểm bắt đầu trình này Con đường sinh tổng hợp glutamate và glutamine đơn giản, tất số bước xảy hầu hết sinh vật Con đường đồng hóa NH 4+ tahnhf glutamate đòi hỏi phản ứng Trước hết, glutamine synethetase xúc tác phản ứng glutamate với NH4+ tạo glutamine Glutamate + NH4+ + ATP glutamine synethetase glutamine + ADP + Pi + H+ (1) Glutamine synethetase có mặt tất thể Ngoài tầm quan trọng đồng hóa NH4+ vi khuẩn, có vai trò trung tâm chuyển hóa amino acid động vật có vú, biến đổi NH4+ độc thành glutamine vận chuyển máu + Ở vi khuẩn và thực vật, glutamate tổng hợp từ glutamine xúc tác glutamate synthase α –Ketoglutarate, sản phẩm trung gian chu trình Krebs, amine hóa khử với glutamine là chất cho nitrogen: α –Ketoglutarate + glutamine + NADPH + H+ NADP+ glutamate synthase glutamate + (2) Phản ứng thực glutamine synthetase (1) và glutamate synthase (2) là: α –Ketoglutarate + glutamine + NADPH + H+ NADP+ + ADP + Pi glutamate synthase L-glutamate + Nói chung, vi khuẩn đất và thực vật dựa vào đường hai enzyme này để đồng hóa ammonia + Ở động vật khơng có glutamate synthase, thay vào động vật trì mức glutamate cao trình chuyển nhóm amoni cho α –Ketoglutarate q trình phân giải amino acid + Glutamate tạo thành đường khác, thứ yếu: phản ứng α –Ketoglutarate với NH4+ tạo glutamate (phản ứng amine hóa khử) Phản ứng này xúc tác L-glutamate dehydrogenase có mặt tất thể Năng lượng khử NADPH cung cấp α –Ketoglutarate + NH4+ + NADPH + H2 O L-glutamate dehydrogenase L-glutamate + NADP+ Glutamate là nguồn cung cấp nhóm amino cho hầu hết amino acid khác thơng qua phản ứng chuyển nhóm amino Nhóm amino glutamine là nguồn cung cấp nitrogen nhiều trình sinh tổng hợp 2.1.4.2 Phản ứng chuyển nhóm amino [1] Phản ứng chuyển nhóm amino liên quan đến vận chuyển nhóm amino từ amino acid đến α –ketoacid Trong q trình chất cho nhóm amino trở thành α –ketoacid, α –ketoacid trở thành amino acid Amino acid1 + α –ketoacid2 α –ketoacid1 + Amino acid2 Cặp amino acid/ α –ketoacid chủ yếu phản ứng này là glutamate/ α – Ketoglutarate với glutamate là chất cho nhóm amino chủ yếu để tổng hợp amino acid 2.1.4.3 Phản ứng vận chuyển nhóm amino từ nitrogen amide glutamine [1] Glutamine là chất cho N chủ yếu phản ứng sinh tổng hợp nhiều chất hữu chứa N amino acid, purine, pyrimidine Các enzyme xúc tác phản ứng này gọi là glutamine amidotransferases Chất nhận nhóm amino tổng quát là ROH R1-CO-R2 Dưới là ví dụ với chất nhận nhóm amino là aspartate Glutamine amidotransferases có hai domain cấu trúc: gắn với glutamine thông qua –SH Cys, gắn với chất thứ hai là chất nhận nhóm amino Phản ứng gồm bước: (1) Nitrogen γ-amido glutamine giải phóng dạng NH tạo phức trung gian glutamyl-enzyme; (2) Cơ chất thứ hai hoạt hóa dạng acyl phosphate nhận NH3, nhóm lại chất thứ hai nhận H+ từ H2O 2.1.4.4 Phản ứng vận chuyển nhóm một-cacbon [1] Một số coenzyme đóng vai trò quan trọng phản ứng vận chuyển nhóm một-carbon tetrahydrofolate (H4-folate), S-adenosylmethionine (adoMet), biotin (vận chuyển carbon trạng thái oxy hóa mạnh nhất) H4-folate tổng hợp vi khuẩn Dạng oxy hóa nó, folate, là vitamin động vật có vú; biến đổi thành H4-folate qua bước dihydrofolate reductase xúc tác Nhóm một-carbon vận chuyển gắn vào N-5 N-10 hai Dạng khử mạnh cofactor vận chuyển nhóm methyl, dạng oxy hóa – nhóm methylene, và dạng oxy hóa mạnh – methenyl, formyl, formimino Hầu hết dạng H 4-folate chuyển đổi qua lại và làm chất cho một-carbon nhiều phản ứng chuyển hóa Nguồn một-carbon chủ yếu cho H 4-folate là carbon lấy từ chuyển methylenetetrahydrofolate hóa serine Serine thành glycine tạo N 5, N10- Glycine Mặc dù tetrahydrofolate mang nhóm methy N-5, khả vận chuyển nhóm methyl là khơng đủ cho hầu hết phản ứng sinh tổng hợp SAdenosylmethionine (adoMet) là cofactor thích hợp để vận chuyển nhóm methyl sinh học 2.1.4.5 Amine hóa khử [1] Phản ứng amine hóa khử pyruvate Về nguyên tắc, amine hóa khử bất cứ keto acid nào có glutamate dehydrogenase tất thể và alanine dehydrogenase thực vật có hoạt tính cao, dehydrogenase khác hoạt tính khơng đáng kể nên phản ứng amine hóa khử khơng xảy 2.1.4.6 Amine hóa trực tiếp [1] Phản ứng amine hóa trực tiếp fumarate xảy vi khuẩn và thực vật 2.2 Sinh tổng hợp amino acid 2.2.1 Các đường tổng hợp nhóm amino acid Tất amino acid bắt nguồn từ sản phẩm trung gian đường phân, chu trình Krebs, đường pentose phosphate Hình 14 Tổng quan sơ đồ tổng hợp amino acid (Nelson & Cox) Có thể nhóm amino acid thành họ theo tiền chất tổng hợp nên chúng Họ 3-Pglycerate α –Ketoglutarate Amino acid Serine Glycine Cysteine Glutamate Glutamine Proline Arginine P-enolpyruvate và erythrose-4P Tryptophan* Phenylalanine* Tyrosine* ( Ở động vật tổng hợp từ Phe) Aspartate Pyruvate Ribose 5-P Aspartate Asparagne Methionine* Alanine Histidine* Valine* Leucine* Threonine* Isoleuci ne* Lysine* Hình 15 Các amino acid phân họ theo tiền chất tổng hợp nên chúng Các họ 3-p-glycerate, P-enolpyruvate và pyruvate là sản phẩm trung gian đường phân (ngoại trừ erythrose 4-P); họ α –Ketoglutarate và aspartate là sản phẩm trung gian chu trình Krebs; ribose 5-P là sản phẩm trung gian đường pentose-P [1] 2.2.2 Sơ đồ tổng hợp amino acid Vi sinh vật thay đổi về nguồn nitrogen sử dụng hầu hết đồng hố vài loại nitrogen vơ nhờ đường mô tả Việc tổng hợp amino acid đòi hỏi kiến trúc nên khung carbon thích hợp và thơng thường là trình phức tạp bao gồm nhiều bước Do nhu cầu bảo tồn nitrogen, carbon và lượng nên đường tổng hợp acid amine, nói chung, điều hoà chặt chẽ chế dị lập thể và chế kìm hãm sản phẩm cuối E coli, tảo và hầu hết thực vật có khả tổng hợp tất amino acid từ tiền chất Các sinh vật khác kể người khơng có khả tổng hợp số amino acid không thay và phải thu chúng thức ăn Một số vi khuẩn lactic Lactobacillus hoàn toàn không tổng hợp amino acid nào và phải thu nhận chúng nhờ phân giải protein mơi trường Hình 16.Tổ chức đồng hóa Các sản phẩm sinh tổng hợp dẫn xuất từ chất trung gian đường lưỡng hóa (Theo: Prescott cs, 2005) Hình 15 mô tả quan hệ đường sinh tổng hợp amino acid với đường lưỡng hoá Bộ khung amino acid bắt nguồn từ Acetyl-CoA và chất trung gian chu trình TCA, đường phân và đường pentose-phosphate Để cho hiệu và kinh tế tiền chất dùng cho sinh tổng hợp amino acid cung cấp từ vài đường lưỡng hoá chủ yếu Thứ tự dẫn đến amino acid riêng rẽ phân nhánh từ đường trung tâm này Alanine, aspartate và glutamate được tổng hợp nhờ chuyển amine lần lượt, trực tiếp từ Pyruvate, Oxaloacetatee và α-ketoglutarate Hình 17.Con đường phân nhánh tổng hợp amino acid Các đườngdẫn tới methionine, threonine, izoleucine lysine Mặc dù số mũi tên biểu thị bước nhiên hầu h ế t chuyển hóa qua lại đòi hỏi tham gia số enzyme (Theo:Prescott và cs, 2005) Hầu hết đường sinh tổng hợp đều phức tạp và chất trung gian quen thuộc thường dùng sinh tổng hợp họ amino acid có liên quan nhằm mục đích tiết kiệm Chẳng hạn, lysine, threonine, izoleucine và methionine đều tổng hợp từ oxaloacetatee từ đường đồng hoá phân nhánh (Hình 15) Con đường sinh tổng hợp amino acid thơm phenylalanine, tyrosine và tryptophan có chung nhiều chất trung gian (Hình 16) Hình 18.Tổng hợp amino acid thơm (phenylalanine, tyrosine,tryptophan ) Chú ý: hầu hết mũi tên biểu thị phản ứng enzyme (Theo: Prescott và cs, 2005) 2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 2.3.1 Trên giới Trên giới nghiên cứu về đường đồng hóa nitrogen và sinh tổng hợp amino acid từ sớm Nhiều cơng trình nghiên cứu giới cơng nhận Tiêu biểu là Lehninger Principles of biochemistry Nelson D.L và Cox M.M đưa chu trình cố định nitrogen tự nhiên, sơ đồ cố định nitrogen dinitrogenase, amino acid phân họ theo tiền chất tổng hợp nên chúng, tổng quan sơ đồ tổng hợp amino acid 2.3.2 Ở Việt Nam Nhiều luận văn, luận án tiến sĩ ngành hóa sinh học đề cập đến đường đồng hóa nitrogen và sinh tổng hợp protein PHẦN III KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 3.1 Kết luận Tổng hợp amino acid là cần thiết mọi thể Nghiên cứu về đường đồng hóa nitrogen và sinh tổng hợp amino acid giúp hiểu rõ chế tổng hợp nên đơn vị cấu tạo protein Từ làm sở để sâu nghiên cứu cấu trúc protein, trình sinh tổng hợp protein vô quan trọng mọi sinh vật sống 3.2 Đề nghị Đề tài dừng lại mức tìm hiểu đường đồng hóa nitrogen, dạng nitrogen tự nhiên, chu trình nitrogen, cố định đạm, phản ứng đồng hóa ammonia và sinh tổng hợp amino acid Cần mở rộng nghiên cứu chuyên sâu PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO Ts Phạm Quang Chinh, Giáo trình Hóa sinh học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội (2013) Ts Bùi Xn Đơng, Giáo trình Hóa sinh, Nhà xuất giáo dục TP Đà Nẵng (2014) Ts Trần Thị Dung, Luận văn Sự cố định đạm sinh học, Đại học Tôn Đức Thắng GS-TS Mai Xuân Lương, Giáo trình Hóa sinh học, Nhà xuất Đại học Đà Lạt (2001) 5.Wagner I, Musso H (tháng 11 năm 1983) “New Naturally Occurring Amino Acids” Angewandte Chemie International Edition in English 22 (11): 816–28