Sự Thủy Phân Protid Ngoại Sinh (Sự Tiêu Hóa Protid)

nhiều quá trình trao đổi chất, ví dụ như các protein repressor ở vi khuẩn có thể làm ngừng quá trình sinh tổng hợp enzym từ các gen tương ứng.

4.5.9. Chức năng cung cấp năng lượng

Protein cũng là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho mọi hoạt động sống trong cơ thể. Trong cơ thể các protein bị phân giải thành các acid amin, từ đó tiếp tục tạo thành hàng loạt các sản phẩm, trong đó có các ceto acid, aldehyd và carboxylic acid. Các chất này đều bị oxy hoá dần dần tạo thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng ra năng lượng.

4.6. Một số protein thường gặp

- Protamin: Là protein đơn giản nhất trong nhân tế bào, có từ 6 - 9 acid amin, có phân tử lượng từ 4000 - 5000 dalton.

- Albumin: Có trong tất cả mọi sinh vật (lòng trắng trứng, huyết thanh).

- Globulin: Có trong huyết thanh, trứng sữa.

- Nucleoprotein: Protein và nhóm ngoại acid nucleic.

- Chromoprotein: Protid tạp bao gồm phần protid đơn giản và nhóm ngoại có màu.

- Glucoprotein.

- Lipo – protein.

- Phosphoprotein.

PHẦN 2. CHUYỂN HÓA PROTID

1. ĐẠI CƯƠNG

1.1. Sơ đồ tổng quát

Peptid Tiêu hóa

Protein Hấp thu

CO2, H2O, urê, năng lượng

Acid

Sản phẩm sinh học đặc biệt

Protein

ỐNG TIÊU HÓA

TẾ BÀO

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 122 trang tài liệu này.

1.2. Nguồn gốc

- Protein thuần (protein đơn giản): là các protein khi thủy phân cho các acid amin thường gặp, ví dụ: albumin, globulin, protamin, histon.v..v..

- Acid amin ngoại sinh: do động vật, thực vật và vi sinh vật (như tảo, men bia) cung cấp cho cơ thể qua quá trình tiêu hóa và hấp thu.

- Acid amin nội sinh: tổng hợp được trong cơ thể, do protid của tế bào bị thủy phân thành các acid amin, gọi là các acid amin nội sinh.

1.3. Tiêu hóa

1.3.1. Sự thủy phân protid ngoại sinh (sự tiêu hóa protid)

Quá trình tiêu hóa bắt đầu ở dạ dày. Dạ dày bài tiết HCl và pepsin, pH rất acid (1-

2) nên các protein có cấu trúc bậc 2, 3, 4 bị phá vỡ, protein bị phân giải.

Pepsin được bài tiết dưới dạng tiền chất không hoạt động là pepsinogen. Pepsinogen được hoạt hóa bởi HCl thành pepsin hoạt động. Pepsin thủy phân đặc hiệu liên kết của acid amin nhân thơm hoặc liên kết của acid amin tạo ra các peptid ngắn hơn. Sau đó các peptid này được đưa xuống ruột.

Ở ruột non, với pH kiềm thì pepsin bị bất hoạt. Tụy bài tiết các proenzym (zymogen) như trysinogen, chymotrysinogen, procarboxypeptidase, đổ vào ruột non và được biến đổi thành dạng hoạt động.

Trypsinogen đươc hoạt hóa bởi enterokinase của ruột non thành trypsin. Trypsin trở lại hoạt hóa trypsinogen, chymotrypsin, procarboxypeptidase thành các enzym hoạt động trypsin, chymotrypsin, carboxypeptidase.

- Trypsin thủy phân liên kết peptid của các acid amin kiềm.

- Chymotrypsin thủy phân liên kết peptid của các acid amin đầu C tận giải phóng acid amin tự do.

- Ruột non bài tiết aminopeptidase, thủy phân liên kết peptid của acid amin đầu N tận giải phóng acid amin tự do.

1.3.2. Sự thủy phân protid nội sinh

Ở người trưởng thành, các protid nội sinh cũng đươc thoái hóa và tổng hợp mới với số lượng hằng định, quá trình này gọi là sự đổi mới protid. Mỗi ngày, lượng protid đổi mới chiếm khoảng 1-2% protid toàn phần. Ở trẻ em trong thời kì phát triển, tỷ lệ protid đổi mới nhiều hơn so với người trưởng thành. Phần lớn các protid đổi mới trong tế bào nơi chúng tồn tại.

Các protid huyết tương kết hợp với các receptor đặc hiệu trên tế bào gan và được thoái hóa. Các enzym tiêu hóa protid (pepsin, trypsin, chymotrypsin) thủy phân protid trong thức ăn không có vai trò trong sự đổi mới protid trong cơ thể.

Sự đổi mới protid là sự thoái hóa protid thành peptid hoặc acid amin. Phần lớn acid amin tạo ra được sử dụng để tổng hợp protid mới, một số thoái hóa thành sản phẩm để đào thải và bài tiết.

1.3.3. Hấp thu

Do quá trình tiêu hóa trên, các acid amin tự do được hấp thu qua niêm mạc ruột non, theo cơ chế vận chuyển tích cực cần năng lượng, vào tĩnh mạch cửa tới gan, qua máu tới các tế bào và mô.

2. SỰ THOÁI HÓA ACID AMIN

2.1. Chuyển hóa của nhóm amin

2.1.1. Phản ứng chuyển amin

Hầu hết, các acid amin loại nhóm α amin bằng cách vận chuyển nhóm α amin đến carbon α của acid α-ketonic. Acid amin trở thành acid α cetonic tương ứng, còn acid α- ketonic nhận nhóm amin trở thành acid amin mới. Quá trình này gọi là phản ứng chuyển amin. Enzym xúc tác phản ứng chuyển amin là aminotransferase (transaminase) có coenzym là pyridoxal phosphate (dạng hoạt động của vitamin B6).

Phản ứng tống quát:

Acid amin A + acid -ketonic B

Transaminase

Acid  cetocic A + acid amin B

Phần lớn các acid amin chuyển nhóm amin sang chất nhận là α-ketoglutarat, enzym xúc tác cho phản ứng này là transaminase. Các enzym này phổ biến ở các mô (cơ, gan, tim, thận,….) và có hoạt tính xúc tác cao.

Kết quả của quá trình trao đổi amin, nhóm amin của nhiều acid amin được vận chuyển đến α-ketoglutarat thành glutamat. Tất cả các acid amin đền có thể chuyển amin nhưng với mức độ khác nhau, mạnh nhất là glutamate và aspartat.

2.1.2. Phản ứng khử amin

Là một quá trình quan trọng, trong đó nhóm NH2 tách khỏi phân tử acid amin dưới dạng NH3.

a) Khử amin oxy hóa các acid amin thông thường

Quá trình khử amin oxy hóa gồm hai giai đoạn: oxy hóa acid amin tạp acid α imin, thủy phân tự phát acid α Imin tạo ra acid α-ketonic và NH4+. Quá trình này xảy ra ở bào tương, enzym xúc tác là L-amino-acid-oxidase có coenzym là FMN.

b) Khử amin oxy hóa glutamat

Glutamat được tạo ra chủ yếu trong quá trình trao đổi amin, được chuyển vào ty thể và bị khử amin oxy hóa nhờ enzym glutamat dehydrogenase (có coenzym là NAD+ hoặc NADP+). Enzym glutamat dehydrogenase có hoạt tính xúc tác mạnh, nên trong hầu hết các sinh vật, glutamat được khử amin oxy hóa tốc độ cao. Vì vậy, quá trình này có vai trò trung tâm trong việc khử amin của các acid amin.

L-glutamat

L glutamat dehydrogenase

-ketoglutarat + NH3

c) Sự liên quan giữa quá trình trao đổi amin và khử amin oxy hóa

Các acid amin thông thường khử amin oxy hóa gián tiếp qua glutamat vì:

- Hoạt tính của enzym glutamat dehydrogenase rất mạnh nên glutamat được khử amin oxy hóa với tốc độ cao và có lợi về mặt năng lượng.

- Hoạt tính của enzym glutamat aminotransferase cao nên nhóm amin của hầu hết các acid amin tập trung tạo glutamat trong quá trình trao đổi amin.

• Các enzym L-amino-aicd-oxidase xúc tác cho quá trình khử amin oxy hóa các acid amin thông thường hoạt động yếu và sinh ra chất độc là H202.

• 𝛼-ketoglutarat là chất trung gian có hoạt động như một “con thoi” vận chuyển nhóm amin.

d) Phản ứng amin hóa

Là phản ứng ngược lại với phản ứng khử amin oxy hóa, đó là sự tổng hợp lại acid amin từ các acid 𝛼-ketonic và NH3. Ví dụ tổng hợp alanin từ acid pyruvic và NH3.

2.2. Sự chuyên chở NH4+

Khi NH4 + tăng cao, cơ thể có biểu hiện nhiễm độc, biểu hiện trạng thái hôn mê cấp tính do thay đổi pH của tế bào, làm cạn kiệt cơ chất của chu trình Citric. Vì vậy, NH4+ phải được biến thành chất không độc trước khi được đưa vào máu tới gan hoặc thận. Nó được gắn vào acid glutamic tạo thành glutamat nhờ enzym glutamin synthetase (phản ứng amin hóa).

L glutamat dehydrogenase

L-glutamat + NH3 L-Glutamin

Glutamin không độc, trung tính nên dễ dàng qua màng tế bào. Glutamin từ các mô vào máu tuần hoàn rồi đến gan và thận. Nhờ enzym glutaminase ở ty thể thủy phân glutamin thành glutamat và NH3 .

- Ở thận: sự thủy phân glutamin tạo NH4+ cung cấp cho nước tiểu. Sự đào thải NH4+ ở thận góp phần điều hòa thăng bằng acid base của cơ thể. Nếu lượng H+ trong nước tiểu cao, quá trình thủy phân glutamin ở thận xảy ra mạnh.

- Ở gan : NH4+ được biến đổi thành urê và được đào thải ra ngoài qua nước tiểu.

2.3. Chu trình tạo thành urê

Hay còn gọi là chu trình Ornithin của Krebs và Henseleit. Urê được tạo thành ở gan qua 5 giai đoạn sau :

- Giai đoạn 1: tạo thành Carbamyl phosphat do sự gắn NH3 tự do với CO2 nhờ sự xúc tác của carbamyl phosphat synthetase ở trong ty thể, phản ứng xảy ra ở ty thể tế bào gan. Carbamyl phosphat synthetase là enzym then chốt của chu trình urê.

- Giai đoạn 2: Chuyển nhóm carbamin phosphat tới ornithin tạo thành Citrullin nhờ enzym ornithin carbamyl transferase ở ty thể.

- Giai đoạn 3: tạo thành arginosuccinat ở gan do sự kết hợp citrullin với aspartat nhờ enzym arginosuccinat synthetase.

- Giai đoạn 4: phân ly arginosuccinat thành arginin và fumarat nhờ arginosuccinat lyase.

- Giai đoạn 5: tao thành urê do enzym arginase xúc tác sự thủy phân arginin. Ornithin được tạo thành vận chuyển vào ty thể bắt đầu một chu trình mới.

Urê được tạo thành ở gan vào máu, tới thận để đào thải. Bình thường lượng urê trong máu khoảng 0,2-0,4g/l (3,5-7mmol/l). Trong nước tiểu, lượng urê từ 15-20g/24h. Lượng urê thay đổi tùy thuộc vào chế độ ăn giàu protid.

2.4. Chuyển hóa của nhóm carboxyl

Trong quá trình thoái hóa của các acid amin, phản ứng khử carboxyl xảy ra dễ dàng trong các mô nhờ enzym decarboxylase tạo thành các amin tương ứng. Enzym decarboxylase đặc hiệu cho từng acid amin.

Decarboxylase

R – CH – COO- R – CH – NH2 + CO2 NH3+

Một số acid amin khử carboxyl tạo thành amin có hoạt tính sinh học như : 𝛾 amino butyric acid (GAGA) là sản phẩm khử carboxyl của glutamat, là chất ức chế thần kinh. Hay histamin (do histidin bị khử carboxyl) là chất dẫn truyền thần kinh.

Các amin tiếp tục khử amin oxy hóa nhờ enzym monoamino oxidase (MAO) hoặc diamino oxidase tạo thành aldehyd rồi thành acid tương ứng. Acid carboxylic tiếp tục thoái hóa đến CO2 và H2O.

Phản ứng tổng quát: R – CH – NH2  RCHO  RCOOH  CO2 + H2O

2.5. Chuyển hóa của khung carbon

Sau khi mất nhóm amin, sản phẩm của các acid amin có thể là pyruvat, oxaloacetat,

𝛼-ketogultarat, acetyl CoA, succinyl CoA. Các sản phẩm này có thể đi vào chu trình acid citric hoặc tổng hợp glucose, hoặc tổng hợp thể cetonic.

- Thoái hóa trong chu trình acid citric: tất cả sản phẩm thoái hóa của acid amin đều có thể đi vào chu trình acid citric tiếp tục thoái hóa hoàn toàn đến CO2 và H2O.

- Tổng hợp glucose ở bệnh nhân đái tháo đường tụy: khi đưa một số acid amin vào cơ thể thấy tăng đào thải glucose ra nước tiểu, gọi là các acid amin sinh đường.

- Tổng hợp thể cetonic: acid amin khi thoái hóa khung carbon tạo acetoactyl CoA và acetyl CoA đều có thể tổng hợp nên các thể cetonic.

3. TỔNG HỢP ACID AMIN

Cơ thể người và động vật có xương sống chỉ có thể tổng hợp được 10 hoặc 12 acid amin từ các sản phẩm chuyển hóa của glucid và lipid, đó là arginin, histidin, isoleucin, leucin, lysin, methyonin, phenylalanin, threonin, tryptophan, valin. Số còn lại cơ thể không tổng hợp được là acid amin cần thiết, phải lấy từ thức ăn (vi sinh vật và thực vật).

Ở trẻ em, hai acid amin không thể tổng hợp được là Arg và His nên gọi là acid amin bán cần thiết.

3.1. Quá trình tạo thành NH4+ từ nitơ, nitrit và nitrat

Quá trình này chỉ có ở vi sinh vật và thực vật thượng đẳng.

Nitrogenase

N2 + 10H+ + 8e- + 16ATP 2NH4+ + 16ADP + 16Pi + H2

3.2. Sự vận chuyển NH4+ vào các hợp chất sinh học

NH4+ hình thành sẽ được chuyển vào các hợp chất sinh học qua glutamat và glutamin.

Quá trình tổng hợp glutamin đơn giản và giống nhau ở mọi cơ thể sống.

- Tạo glutamin : Con đường quan trọng nhất là tập trung NH4+ vào glutamat và glutamin dưới sự xúc tác của enzym glutamin synthetase.

- Tạo glutamat:

• Ở vi khuẩn: tổng hợp glutamat bằng cách amin hóa 𝛼-ketoglutarat nhờ enzym glutamat synthetase, glutamin là chất chuyển nhóm amin.

-ketoglutarat + Glutamin + NADPHH+  2 Glutamat + NADP

• Ở động vật: Sự tạo thành glutamat chủ yếu bằng trao đổi amin với 𝛼

cetolutarat hoặc có thể gắn với NH4+ với 𝛼 cetoglutarat.

cetoglutarat + NH4+ + NADPHH+ Glutamat + NADP + H2O Trong cơ thể NH4+ được đưa vào phân tử sinh học ở dạng nhóm amin của glutamat

hoặc glutamin. Các nhóm amin này tham gia quá trình sinh tổng hợp của các acid amin và những hợp chất có chứa nitơ khác.

3.3. Sự tổng hợp acid amin

Tổng hợp 20 acid amin thường gặp ở các thể sinh vật có sự khác nhau. Thực vật thượng đẳng tổng hợp được tất cả các acid amin cần cho sự tổng hợp protid từ các nguồn nitơ, nitrit, nitrat. VD: E.coli tổng hợp được tất cả các acid amin từ NH4+.

Quá trình tổng hợp acid amin là quá trình gắn nhóm amin vào khung carbon tương ứng tạo các acid amin tương ứng. Từ khung carbon (các chất chuyển hóa trung gian) tổng hợp nên một số acid amin gọi là họ của acid amin: họ 𝛼-ketoglutarat, họ 3 phosphoglycerat, họ oxaloacetat và pyruvat, họ phosphoenol pyruvat, v.v...

Sự tổng hợp acid amin được điều hòa theo cơ chế điều khiển ngược (Feedback), sản phẩm cuối cùng của quá trình ức chế enzym xúc tác đầu tiên.

4. TỔNG HỢP PROTID

Tổng hợp protid hay còn gọi là sự dịch mã (dịch mã di truyền từ ARNm sang trật tự acid amin trong phân tử protid).

Mọi sự sai lệch trong cấu trúc phân tử protid tổng hợp (do di truyền hay do quá trình tổng hợp) có thể dẫn tới những trạng thái bệnh lý nghiêm trọng của cơ thể sống Quá trình sinh tổng hợp protid

Sinh tổng hợp có thể mô tả 2 quá trình: sao chép mã (phiên mã) và dịch mã.

Quá trình phiên mã: là quá trình tổng hợp ARNm trên khuôn mẫu ADN nhờ enzym ARN polymerase.

Quá trình dịch mã : được hiểu là quá trình sinh tổng hợp protid. Gồm 2 bước :

- Bước 1: hoạt hóa acid amin.

- Bước 2 gồm 3 giai đoạn: mở đầu, kéo dài và kết thúc.

4.1. Hoạt hóa acid amin

Sự hoạt hóa acid amin xảy ra ở bào tương dưới tác dụng của enzym aminoacyl- ARNt synthetase.

Trước hết phản ứng tạo chất trung gian là aminoacyl adenylat gắn với trung tâm hoạt động của enzym. Sau đó tạo phức hợp với aminoacyl-ARNt. Enzym aminoacyl- ARNt synthetase đặc hiệu với acid amin không cao lắm, nên có thể hoạt hóa đối với những acid amin tương tự nhau. Nhưng những acid amin được hoạt hóa nhầm này không chuyển sang ARNt tương ứng.

Phản ứng có thể tóm tắt như sau:

E + Acid amin + ATP [Aminoacyl-AMP] E + PPi

ARNt AMP

Aminoacyl-ARNt

4.2. Giai đoạn mở đầu chuỗi

Thông thường sự mở đầu tổng hợp protein đều bắt đầu bằng acid amin methionin, mã hóa bởi bộ ba AUG (mã mở đầu) nằm trên ARNm. Methionin tham gia mở đầu chuỗi polypeptid ở dưới dạng fomylmethionin-ARNt.

Kết quả của giai đoạn mở đầu là fomylmethionin-ARNt gắn vào vị trí P của ribosom tương ứng với mã mở đầu của AUG của ARNm.

4.3. Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptid

Đây là quá trình lắp ráp các acid amin theo một trình tự nhất định đã được mã hóa ở ARNm, tạo thành chuỗi polypeptid đặc hiệu. Quá trình này là quá trình giãi mã hay dịch mã, là chuyển các thông tin ở ARNm (dưới dạng các mã) sang chuỗi polypeptid.

Giai đoạn kéo dài chuỗi có thể chia làm 3 chặng:

- Chặng đầu: gắn aminoacyl-ARN, vào vị trí A của ribosom.

- Chặng hai: tạo liên kết peptid với sự xác tác của enzym peptidyltransferase, tạo thành peptidyl-ARN(fomylmethionin-ARNt) vẫn gắn ở vị trí A.

- Chặng ba: chuyển vị trí. Sau khi liên kết peptid được hình thành nhờ tác dụng của EFG ribosom trượt một khoảng tương đương với chiều dài một bộ ba mật mã. Do đó peptidyl-ARNt chuyển từ vị trí A sang vị trí F, EFG tách khỏi ribosom. Lúc này vị trí A lại trống, sẵn sàng nhận thêm acid amin-ARNt với bộ ba đối mã tương ứng, bắt đầu một chu kỳ kéo dài mới.

4.4. Giai đoạn kết thúc

Sự kéo dài chuỗi polypeptid sẽ kết thúc khi vị trí A trên ribosom xuất hiện những bộ ba kết thúc (UAG, UAA, UGA), nghĩa là nhửng bộ ba không mã hóa cho acid amin nào. Các yếu tố kết thúc RF1, RF2, RF3 gắn vào ribosom tại điều kiện tách các thành phần của phức hợp ribosom hoạt động: chuỗi polypeptid, ARNt cuối cùng, ARNm, ribosom 70S phân ly thành 30S và 50S.

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1. Acid amin là hợp chất hữu cơ trong phân tử có:

A. Một nhóm -NH2, một nhóm -COOH

B. Nhóm -NH2, nhóm -COOH

C. Nhóm =NH, nhóm -COOH

D. Nhóm -NH2, nhóm -CHO

2. Acid amin trung tính là những acid amin có:

A. Số nhóm -NH2 bằng số nhóm -COOH

B. Số nhóm -NH2 nhiều hơn số nhóm -COOH

C. Số nhóm -NH2 ít hơn số nhóm -COOH

D. Không có các nhóm -NH2 và -COOH

3. Acid amin acid là những acid amin:

A. Gốc R có một nhóm -NH2

B. Gốc R có một nhóm -OH

C. Số nhóm -COOH nhiều hơn số nhóm -NH2

D. Số nhóm -NH2 nhiều hơn số nhóm -COOH

4. Acid amin base là những acid amin:

A. Tác dụng được với các acid, không tác dụng với base

B. Chỉ có nhóm -NH2, không có nhóm -COOH

..... Xem trang tiếp theo?
⇦ Trang trước - Trang tiếp theo ⇨

Xem tất cả 122 trang.

Ngày đăng: 19/07/2022