Quá trình phân giải protein, axit amin, peptide trong cơ thể sinh vật

Protein có phân tử lượng lớn, được cấu thành từ các axit amin. Các axit amin trong phân tử protein liên kết với nhau bằng liên kết peptit. về mặt cấu trúc và tính chất, protein có những đặc tính không có ở bất kỳ hợp chất hữu cơ nào và chính những đặc tính này bảo đảm chức năng "cơ sở sự sống" của protein. Trình tự sắp xếp của các axit amin trong mạch phân tử protein được mã hoá trong bộ máy di truyền của tế bào, protein được tổng hợp trong tế bào sống.LỜI MỞ ĐẦU2CHƯƠNG 13ĐẠI CƯƠNG VỀ PROTEIN3CHƯƠNG 25ĐẠI CƯƠNG VỀ AXIT AMIN5CHƯƠNG 37ĐẠI CƯƠNG VỀ PEPTIDE7CHƯƠNG 49QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN, AXIT AMIN, PEPTIDE94.1. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN94.2. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PEPTIDE124.3. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI AXIT AMIN134.3.1 Khử amine134.3.2 Khử carboxyl144.3.3 Chuyển vị amine144.3.4 Sự biến đổi các sản phẩm của quá trình phân giải amino acid15

LỜI MỞ ĐẦU HƢƠNG ĐẠI ƢƠNG VỀ PROTEIN HƢƠNG ĐẠI ƢƠNG VỀ AXIT AMIN HƢƠNG ĐẠI ƢƠNG VỀ PEPTIDE HƢƠNG QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN, AXIT AMIN, PEPTIDE 4.1 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN 4.2 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PEPTIDE 12 4.3 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI AXIT AMIN 13 4.3.1 Khử amine 13 4.3.2 Khử carboxyl 14 4.3.3 Chuyển vị amine 14 4.3.4 Sự biến đổi sản phẩm trình phân giải amino acid 15 KẾT LUẬN 17 T I I U TH HẢ 18 ỜI Ở ĐẦU Giữa kỷ thứ 19, nhà hoá học người Đức Gerardus Mulder chiết loại hợp chất đặc biệt, chúng vừa có mặt tế bào động vật, vừa có mặt tế bào thực vật Hợp chất đóng vai trị quan trọng tồn tế bào sinh vật trái đất Theo đề nghị Berzelius - nhà hoá học Thụy Điển tiếng, G Mulder đặt tên chất protein - theo tiếng la tinh "proteos" có nghĩa quan trọng hàng đầu Protein có phân tử lượng lớn, cấu thành từ axit amin Các axit amin phân tử protein liên kết với liên kết peptit mặt cấu trúc tính chất, protein có đặc tính khơng có hợp chất hữu đặc tính bảo đảm chức "cơ sở sống" protein Trình tự xếp axit amin mạch phân tử protein mã hoá máy di truyền tế bào, protein tổng hợp tế bào sống Protein thành phần thiếu tất thể sống Protein tảng cấu trúc chức thể sinh vật Bên cạnh qua trình tổng hợp q trình phân giải protein, axit amin, peptide đóng vai trị vơ quan trọng hình thành chất có họat tính sinh học cao có vai trị q trình trao đổi chất, hoạt động sinh lý thể sinh vật Nhóm chúng tơi chọn đề tài : “Quá trình phân giải protein, axit amin, peptide thể sinh vật để khẳng định tầm quan trọng trình sống lần chứng minh cho nhận định “ Protein tảng trình sống.” HƢƠNG ĐẠI ƢƠNG VỀ PR TEIN Protein (Protid hay Đạm) đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân acid amin Chúng kết hợp với thành mạch dài nhờ liên kết peptide (gọi chuỗi polypeptide) Các chuỗi xoắn cuộn gấp theo nhiều cách để tạo thành bậc cấu trúc không gian khác protein Protein nhóm hợp chất đại phân tử sinh học, với polysaccharide, lipid nucleic acid, tạo nên hợp phần chủ yếu thể sống Một cách cụ thể, protein polymer tạo nên từ trình tự xác định amino acid Protein hợp chất hữu có ý nghĩa quan trọng bậc thể sống Về mặt số lượng, protein chiếm không 50% trọng lượng khô tế bào Từ lâu người ta biết protein tham gia hoạt động sống thể sinh vật Ngồi vai trị thành phần cấu trúc tế bào mơ, protein cịn có nhiều chức phong phú khác định đặc điểm sống truyền đạt thông tin di truyền, chuyển hoá chất Thật vậy, enzyme, kháng thể chống lại bệnh tật, hormon dẫn truyền tín hiệu tế bào, có chất protein Ngày nay, hiểu rõ vai trò to lớn protein thể sống, người ta thấy rõ tính chất vật ý nghĩa định nghĩa thiên tài Engels P.: “Sự sống phương thức tồn thể protein” Với phát triển khoa học, vai trò ý nghĩa protein sống ngày khẳng định Cùng với nucleic acid, protein sở vật chất sống Cấu trúc protein HƢƠNG ĐẠI ƢƠNG VỀ XIT IN Axit amin đơn vị cấu tạo protein Axit amin dẫn xuất axit hữu mà phân tử nguyên t hydro (đôi 2) gốc ankil thay gốc amin Công thức chung sau: R-CH-COOH NH2 Có thể định nghĩa khác là: axit amin gồm nguyên tử Cacbon α liên kết với:  Một nguyên tử Hydro  Một nhóm Amin  Một nhóm Carboxyl  Một 20 gốc R, 20 gốc R khác tạo nên 20 axit amin định tính chất đặt trưng chúng Axit amin hình bên Alanin Axit amin monomer cấu tạo nên protein Trong tự nhiên có khoảng 250 axit amin protein thể sống chứa 20 axit amin gọi axit amin sinh protein (proteinogenic amino acids) Hình dạng đặc tính protein quy định trình tự số lượng axit amin protein -H+ R-CH-COO- R-CH-COOH NH3+ xit + OH- + H+ R-CH-COO- OH- NH3+ Trung tính NH2 Trong phân tử amino acid có nhóm COOH NH2 gắn với carbon vị trí α Hầu hết amino acid thu nhận thuỷ phân protein dạng L-α amino acid Như protein khác mạch nhánh (thường ký hiệu: R) Trong mơi trường trung tính phân tử axit amin mang điện tích âm điện tích dương Trong mơi trường kiềm axit amin mang điện tích âm Trong mơi trường axit axit amin mang điện tích dương Người ta ứng dụng tính lưỡng tính axit amin để phân tích hỗn hợp axit amin dịng điện chiều (phương pháp điện di) Ở giá trị pH mơi trường mà axit amin có tổng số điện tích âm điện tích dương (axit amin trung hịa điện), pH gọi điểm đẳng điện axit amin (kí hiệu pI) Các axit amin trung tính có pI khoảng - 6,5 (hơi axit) Các axit amin axit tính có pI khoảng (axit rõ rệt) Các axit amin kiềm tính có pI khoảng > (kiềm) HƢƠNG ĐẠI ƢƠNG VỀ PEPTIDE - Là hợp chất gồm nhiều axit amin liên kết với liên kết peptit - Liên kết peptit liên kết hình thành nhóm cacboxyl axit amin với nhóm a axit amin bên cạnh đồng thời loại phân tử nước  liên kết peptit NH2-CH-COOH + H2N-CH-COOHH2N-CH- CO-NH - CH- COOH + H2O     R1 R2 R1 R2 - Peptit có tự nhiên dạng tự (hocmon, peptit kháng sinh) Peptide protein thường có cấu trúc đoạn ngắn khoảng từ hai đến vài chục amino acid nối với nhau, có khối lượng phân tử thường 6.000 Chúng tổng hợp tự nhiên hình thành thối hố protein Trong peptide amino acid liên kết với thơng qua liên kết peptide (hình 2) Hình Sự tạo thành liên kết peptide Peptide có từ hai đến vài chục amino acid nối với Chúng tổng hợp tự nhiên hình thành phân giải protein Trong phân tử peptide, amino acid liên kết với thông qua liên kết peptide Liên kết peptide có độ bền cao cấu trúc có e/π, 2e/π thuộc liên kết C=O cịn 2e/π thuộc đơi e/ tự nguyên tử N Liên kết C-N liên kết phức tạp Nó chuyển từ dạng π đến dạng lai (trung gian) phần ghép đơi liên kết π (hình 1.12) Người ta cho tỷ lệ liên kết kép khoảng 30% liên kết C-N 70% liên kết C O Ở đầu chuỗi peptide amino acid có nhóm α-amin (α-NH2) tự gọi đầu N-tận đầu có nhóm αcarboxyl (α-COOH) tự gọi đầu C tận Liên kết peptide tạo nên khung chuỗi peptide polypeptide, cịn gốc R tạo nên mạch bên chuỗi Dạng cộng hoá trị ρ Dạng ion ρ+π Dạng lai (hybrid) Hình Sự tồn dạng liên kết peptide Mạch Mạch bên Hình ạch bên khung chuỗi polypeptide HƢƠNG QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN, AXIT AMIN, PEPTIDE 4.1 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PR TEIN Thủy phân đường phân giải protein phổ biến thực vật động vật Quá trình thủy phân protein xảy lysosome, nơi chứa nhiều enzyme thủy phân protein protease Quá trình thủy phân xảy qua giai đoạn - Nhờ peptid-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành đoạn peptid ngắn - Nhờ peptid-hydrolase thủy phân tiếp peptid thành amino acid Kết chung Ở động vật có vú, phân giải protein tác động pepsin Tế bào niêm mạc dày tiết pepsinogen Nhờ pepsin HCl dịch dày, pepsinogen biến đổi thành pepsin họat động pepsin họat động thủy phân protein thành amino acid Q trình chuyển hóa protein thể:  Tiêu hóa hấp thu protein động vật dày đơn: Dưới tác động nhóm enzyme protease, protein thức ăn thủy phân thành polypeptide, oligopeptide cuối thành amino acid Sự thủy phân protein xảy dày ruột non  Tiêu hóa protein dày Thức ăn đến dày kích thích tuyến dày tiết hormone gastrin, sau kích thích tế bào rìa tiết HCl tế bào tiết pepsinogen Độ acid dày cao, pH dịch dày 1,5- 2,5 có tác dụng diệt khuẩn làm biến tính protein hình cầu tạo điều kiện cho enzyme thủy phân liên kết peptide hoạt động pepsine giữ dạng pepsinogen(trọng lượng phân tử 42.000) tế bào chủ niêm mạc dày hoạt hóa thành pepsine(trọng lượng phân tử 35.000) tiết xoang dày Kiểu phản ứng phản ứng tự xúc tác protein chất hoạt hóa cịn HCl tăng cường hoạt lực pepsine môi trường acid dày, pepsine thường có hoạt lực cao, 1g pepsine dịch dày thủy phân 50kg albumin trứng vịng 2h điều kiện thích hợp pepsine thủy phân collagen elastine khơng thủy phân keratin tóc, lơng protein đơn giản có nguồn gốc thực vật pepsine chủ yếu thủy phân liên kết peptide có tham gia amino acid mạch vòng liên kết Ala-Ala, Ala-Ser số liên kết khác Cơ chế tổng quát tác động enzyme pepsine protein sau: Trong dày múi khế động vật nhai lại giai đoạn bú sữa có chứa enzyme renine có vai trị làm đơng vón sữa renine chuỗi polypeptide có trọng lượng phân tử khoảng 40.000, chúng hoạt động môi trường acid yếu(pH 5,0-5,3) Và cần có mặt Ca++ Renine làm đơng vón sữa cách biến caseinogens thành caseinate calcium, tạo điều kiện cho tiêu hóa protein sữa  Tiêu hóa protein ruột non Các polypeptide cao phân tử, peptone xuống ruột non hệ thống enzyme dịch tụy dịch ruột phân giải triệt để thành amino acid tripsin dịch tụy dịch ruột tiết dạng chưa hoạt động tripsinogen Dưới tác động enzyme enterokinase, tripsinogen biến thành tripsin hoạt động, sau q trình xảy theo phương thức tự hoạt hóa, nghĩa chịu tác động enzyme tripsine Tripsine hoạt động tốt môi trường pH 7-8 tác dụng tripsine, protein cịn sót, peptide lớn bị thủy phân đến dạng peptide có phân tử trọng nhỏ phần thành amino acid Tripsine thể hoaatj lực cao liên kết peptide có chứa nhóm carboxyl amino acid diamin(lysine, arginine) 10 Chymotripsin chứa dịch tụy dạng chưa hoạt động chymotripsinogen Dưới tác động enzyme tripsine chymotripsine, chymotripsinogen biến thành dạng hoạt động enzyme hoạt động tối ưu pH=8,0, chúng thủy phân liên kết peptide có nhóm –CO- thuộc amino acid nhân thơm(Phe, Tyr,và Trp) Các peptide ngắn thủy phân hoàn toàn ruột non nhờ carboxypeptidase phân cắt liên kết peptide nằm sát đầu nhóm carboxyl tự Dipeptidase phân giải dipeptide thành amino acid Ngoài enzyme trên, dịch ruột gặp protaminase thủy phân protamine, prolinase thủy phân liên kết peptide có chứa proline Như vậy, tác động enzyme tiêu hóa, protein thức ăn bị thủy phân hoàn toàn thành amino acid Amino acid hấp thu qua phần đáy phần bên màng bào tương tế bào niêm mạc ruột vào máu để đến gan gan amino acid biến đổi khác  Chuyển hóa protein ruột già Tuyến ruột già tiết dịch, enzyme hoạt động yếu tiêu hóa chủ yếu nhờ enzyme từ dưỡng chấp ruột non xuống ruột già chủ yếu hấp thu nước muối khoáng Trong thể, protein thường xuyên chuyển hóa Khi thừa, protein chuyển thành glucide lipid Khi thiếu protein , trao đổi chất bị rối loạn, thể chậm phát triển suy yếu 11 4.2 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PEPTIDE Các peptid bị thủy phân hồn tồn dung dich axit nóng dung dịch kiềm nóng cho sản phẩm cuối hỗn hợp amino acid Thường thủy phân dung dịch HCl 2N 1100C khoảng 24-72h Các peptid thủy phân khơng hồn tồn thành đoạn peptid ngắn nhờ enzyme đặc hiệu:  amino acid đầu N tách khỏi mạch nhờ enzyme aminopeptidase Ví dụ: aminopeptidase + H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-… R1 R2 H2O R3 H2N-CH-COOH + H2N-CH-CO-NH-CH-CO-… R1 R2 R3  Amino acid đuôi C tách khỏi mạch nhờ enzyme peptidase  Đặc biệt q trình tiêu hóa, peptid protein thức ăn enzyme thủy phân protein có dịch tiêu hóa thủy phân thành peptid cuối thành acid amin tự Proteinase peptidase xúc tác phản ứng cắt đứt liên kết peptid với tham gia nước liên kết peptid H2N-CH….HN-CH-CO R R’ HN-CH-CO….CH-COOH HO R” H Đầu N tận đầu C tận H2N-CH… HN-CH-COOH R R”’ + H2N-CH-CO… CH-COOH R’ R” 12 R”’ Sự thủy phân protein peptid Mỗi peptidase có tác dụng đặc hiệu vị trí liên kết peptid chất gốc R acid amin tham gia tạo thành liên kết peptid chuỗi protein 4.3 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI XIT IN Có nhiều đường phân giải amino acid: 4.3.1 amine Bằng nhiều đường khác nhau, amino acid bị khử nhóm amine tạo sản phẩm tương ứng - Khử amin enzyme khử Nhờ enzyme khử xúc tác, amino acid bị khử thành acid tương ứng giải phóng NH3 - Khử amin đường oxi hóa Nhờ amino acid oxydase, amino acid bị oxi hóa để tạo ceto acid tương ứng NH3 - Khử amine đường thủy phân Nhờ tác dụng enzyme thủy phân hydrolase, amino acid bị thủy phân tạo oxiacid tương ứng NH3 Ngồi đường ra, aspartic acid cịn bị khử amin đường khử nội phấn tử nhờ enzyme dezaminase xúc tác 13 Sản phẩm đường khử amine amino acid loại acid tương ứng NH3 4.3.2 carboxyl Sự loại carboxyl amino acid cách phân giải amino acid phổ biến nhờ decarboxylase xúc tác Sản phẩm tạo amine, chất có họat tính sinh học cao có vai trị q trình trao đổi chất, hoạt động sinh lý thể histamine 4.3.3 huyển vị amine Bằng đường chuyển vị nhóm amine sang cho cetoacid, amino acid biến đổi thành ceto acid tương ứng, phản ứng nhờ enzyme vận chuyển nhóm amin xúc tác amino transferase Phản ứng thực chức năng: vừa phân giải amino acid thành ceto acid, đồng thời tổng hợp amino acid khác từ ceto acid tương ứng Trừ threonine lysine, tất amino acid lại tham gia vận chuyển nhóm amine để biến đổi thành ceto acid tương ứng, ví dụ: 14 4.3.4 Sự biến đổi sản phẩm trình phân giải amino acid Các đường hướng phân giải amino acid trình bày tạo nhiều loại sản phẩm Các sản phẩm tiếp tục biến đổi để tạo sản phẩm cuối - Các chất hữu tiếp tục biến đổi cách oxy hóa trình phân giải acid béo để tạo acetyl-CoA, từ tham gia vào chu trình Krebs để phân giải tiếp - Các amine biến đổi thành acid tương ứng sau tiếp tục biến đổi acid khác NH3 tiếp tục biến đổi nhiều đường để giải độc cho thể NH3 tích lũy nhiều gây độc + NH3 dùng làm nguyên liệu để tổng hợp trở lại amino acid đường amine hóa, amide hóa (sẽ trình bày phần tổng hợp amino acid) + NH3 bị biến đổi thành ure qua chu trình ornithine để thải qua đường nước tiểu động vật Chu trình ornithine chia làm giai đoạn 1) Tổng hợp carbamyl-phosphate Phản ứng xúc tác enzyme carbamyl phosphate synthetase 2) Tổng hợp arginine Từ carbanyl-phosphate ornithine tạo thành citrullin phản ứng ngưng tụ Sau citrullin kết hợp với aspactic acid nhờ arginino-succinic-synthetase để tạo arginino-succinic acid Tiếp theo arginino-succinic acid bị phân giải thành arginine fumaric acid nhờ arginino-succinate-ligase 3) Arginine bị phân giải nhờ arginase để tạo ornithine ure Ure thải ngồi cịn ornithine tiếp tục tham gia vào chu trình Trên đường hướng chung phân giải amino acid Tuy nhiên amino acid có đường phân giải riêng Các amino acid biến đổi theo đường 15 hướng dẫn đến việc tạo nên sản phẩm tham gia vào chu trình Krebs để phân giải thành CO2 H2O 16 ẾT UẬN Protein sở sống Nó thành phần khơng thể thiếu thể Chúng đóng vai trị cốt lõi cấu trúc nhân, bào quan đặc biệt hệ màng sinh học có tính chọn lọc cao Nghiên cứu protein nhiệm vụ quan trọng Q trình phân giải protein, peptid, amino acid nói chung biến đổi từ protein mà thể hấp thụ sang phân tử nhỏ giúp thể hấp thụ dễ dàng Tìm hiểu trình phân giải protein để biết hiểu chế Từ tìm điều kiện thuận lợi giúp cho việc phân giải protein dễ dàng 17 T I I U TH HẢ http://doan.edu.vn/do-an/cac-loai-peptide-huong-va-nhung-bien-doi-5908/ http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-sinh-tong-hop-amino-acid-11177/ http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-su-chuyen-hoa-cac-chat-trong-co-the-nguoi-vatrong-thuc-pham-10871/ Hóa sinh cơng nghiệp_Lê Ngọc Tú 18 ... dạng liên kết peptide Mạch Mạch bên Hình ạch bên khung chuỗi polypeptide HƢƠNG QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN, AXIT AMIN, PEPTIDE 4.1 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PR TEIN Thủy phân đường phân giải protein... thể sinh vật Nhóm chúng tơi chọn đề tài : “Q trình phân giải protein, axit amin, peptide thể sinh vật để khẳng định tầm quan trọng trình sống lần chứng minh cho nhận định “ Protein tảng trình sống.”... qua trình tổng hợp q trình phân giải protein, axit amin, peptide đóng vai trị vơ quan trọng hình thành chất có họat tính sinh học cao có vai trị q trình trao đổi chất, hoạt động sinh lý thể sinh