Bài giảng Hóa sinh - Bài: Chuyển hóa protein (Phần 1)

CHUYỂN HÓA PROTEIN (P1)

ThS. Nguyễn Kim Thạch BM. Hóa Sinh - Sinh Học Phân Tử Trường ĐH Y Khoa Phạm Ngọc Thạch

E-mail: nguyenkimthach@pnt.edu.vn

Mục tiêu

1. Chuyển hoá protid = chuyển hoá acid amin

2. Quá trình khử amin OXH

3. Dạng vận chuyển NH3 trong cơ thể

4. Chu trình chuyển hoá Urê

5. Các aa cần thiết và không cần thiết

6. Nguồn gốc các khung carbon của các a.amin

7. Nguyên liệu tổng hợp một số sản phẩm sinh học đặc hiệu

8. Các bệnh lý do rối loạn chuyển hoá protid

Đại cương

• Acid amin là đơn vị cấu tạo của protid

 chuyển hóa phân tử protid = chuyển hóa các phân tử aa.

• Nguồn gốc của aa trong cơ thể:

a. Nội sinh: do cơ thể tổng hợp b. Ngoại sinh: từ thức ăn • AA được sử dụng với 3 mục đích:

a. OXH tạo năng lượng (protein cung cấp 15-20% nhu cầu

NL)

b. Tổng hợp protein: diễn ra liên tục, song song với quá trình

thoái hóa.

c. Tổng hợp các chất khác: Heme, purine, pyrimidine, melanin, các coenzyme và hoạt chất sinh học,…

Nhu cầu: 1 gr protein/kg /ngày  Tổng hợp các loại protein (cấu trúc, chức năng, hoạt chất sinh 3

học,…)

Sơ đồ mô tả sự chuyển hóa protid

Protein/ khẩu phần ăn

250-300g/ngày

Protein cơ thể

gan

100g/ngày

Urê

Sinh tổng hợp các sp khác

NH3

Nước tiểu

Chất trung gian không chứa nhóm amin

Glucose

CO2, H2O

Thể Keton

3 trường hợp chuyển hóa aa ở động vật

1

Trong quá trình tổng hợp và thủy phân bình thường của protein trong tế bào, aa không cần thiết cho phân tử protein mới  oxy hóa.

2

Chế độ ăn giàu protein  aa dư ngoài nhu cầu tổng hợp protein của cơ thể  thoái hóa (không thể dự trữ được).

3

Đói hay bệnh tiểu đường không kiểm soát + carbohydrate không có / không được sử dụng  nguồn năng lượng: protein tế bào.

THOÁI HÓA ACID AMIN

Thức ăn kích thích niêm mạc dạ dày tiết gastrin

Protein ngoại sinh

Enzym trong ống tiêu hoá (các enzym có vị trí hoạt động rất khác nhau)

Ruột tiết

Acid amin tự do

aminopeptidase và dipeptidase

aa tự do

(TB biểu bì ruột non  TM cửa  gan máu mô.)

Sơ đồ thoái hóa acid amin

THOÁI HÓA ACID AMIN

4 giai đoạn: 1. Chuyển amin 2. Khử amin oxy hóa 3. Vận chuyển NH3 4. Chu trình urê

PHẢN ỨNG CHUYỂN AMIN

Transaminase

 ceto acid A +  aa B

 aa A +  ceto acid B

Đặc điểm của pứ chuyển amin

Các aa tham gia pứ chuyển amin mức độ khác, mạnh nhất là glutamat và aspartat, khó hơn: lysin, threonin, prolin, hydroxyprolin.

Nhóm amin của các aa thường được chuyển đến - cetoglutarat tạo L–glutamat.

Mỗi α-aa có một α–cetoacid tương ứng và mỗi transaminaz đặc hiệu cho từng cặp cơ chất.

Đây là phản ứng thuận nghịch.

Xảy ra đối với nhóm amin không phải là -amin.

Transaminaz Coenzym: pyridoxal phosphat (B6 )

ĐV:

–

1. Có nhiều ở cơ, gan, thận, ruột. 2. 2 transaminaz phổ biến, hoạt động mạnh nhất ở

glutamat oxaloacetat transaminaz (GOT)

hay aspartat amino transferaz (AST)

GOT

Oxalo acetat + Glutamat

Aspartat +  ceto glutarat

–

glutamate pyruvate transaminaz (GPT)

hay alanin amino transferaz (ALT)

GPT

Pyruvat + Glutamat

Alanin +  ceto glutarat

PHẢN ỨNG KHỬ AMIN (Quá trình tách nhóm – NH2 khỏi aa dưới dạng NH3, xảy ra trong ty thể )

R-C-COOH + NH3 R-CH-COOH + ½ O2

Phản ứng khử amin oxy hóa

NH2

Gồm 2 giai đoạn

GĐ 1: Khử hydro bởi bởi dehydrogenaz

R – C – COOH

R – CH – COOH

- 2H

 NH

 acid imin

 NH2 Acid amin

R – C – COOH

+ H2O

+ NH3

 NH

 O

 ceto acid

 acid imin

GÑ 2: Thủy phân tự phát

2 cách khử amin

trực tiếp

gián tiếp: phản ứng chuyển và khử amin

Khử amin trực tiếp của L-glutamat

hoạt tính cao

• Enzyme L-glutamat dehydrogenaz (pH tối ưu:7,3) • Coenzyme NAD+ hoặc NADP+ (nicotinamide): có

NAD(P)+ NAD(P)H + H+

+ H2O

L-glutamat

 Iminoglutarat

-ceto glutarat + NH3

Khả năng khử trực tiếp L-glutamat dễ dàng nhất.

L-glutamat dehydrogenaz

(Phản ứng thuận nghịch, tùy nhu cầu cơ thể)

Khử amin trực tiếp của các aa khác

• Enzyme: L-amino acid oxydase (pH tối ưu: 10) • Coenzyme (FMN, FAD): có hoạt tính thấp.

Thường sinh ra chất độc.

FMN: Flavin Mono Nucleotid FAD: Flavin Adenin Dinucleotid

 Các a.a khác thöôøng khöû amin giaùn tieáp qua heä thoáng chuyeån amin

Khử amin oxy hóa do L-amino acid oxydase

Khử amin gián tiếp của các aa

 ceto glutarat

 acid amin

NH3

Transaminase

L-glutamate dehydrogenase

 ceto acid

L-glutamat

Phản ứng chuyển amin

Phản ứng khử amin

-ceto glutarat là chất trung gian,

hoạt động như “ con thoi”

VẬN CHUYỂN NH3

• NH3 tạo thành ở các mô, chủ yếu do sự khử amin

OXH các acid amin.

• Cơ thể vận chuyển NH3 dưới dạng không độc:

• NH3 là chất độc đối với hệ thần kinh. (Nồng độ caohôn mê, tử vong)

 Glutamin mang NH3 từ tổ chức về gan và thận

(enzyme: glutamin synthetaz)  Alanin mang NH3 từ cơ về gan.

NH3 gắn vào glutamat tạo

glutamin không độc.

Glutamin vận chuyển NH3 trong máu, từ các tổ chức về gan và thận.

Alanine mang NH4 từ cơ tới gan.

Pyruvat sinh ra tạo thành glucose và được vận chuyển trở lại cơ.

TẠI GAN

Glutamin vào ty thể

Thủy phân

NH3 đi vào chu trình urê

Glutamat NH3

CHU TRÌNH URÊ

Quá trình tạo thành urê

 Pứ 2: tạo citrullin  Pứ 3: tạo arginosuccinat  Pứ 4: tạo arginin  Pứ 5: thủy phân arginin tạo urea

Chu trình Urê của Krebs và Henseleit 1932.

Urê được tạo thành ở gan qua 5 giai đoạn:  Pứ 1: tổng hợp carbamoyl phosphat

Ty thể

Bào tương

5

1 Ty thể

4

2

3 dịch bào của gan 26

Tổng hợp urê cần các nguyên liệu sau

+ tự do

-

- 1 phân tử NH4 - 1 phân tử CO2 dưới dạng HCO3 - 1 nhóm amin do aspartat cung cấp - 4 nhóm phosphate năng lượng cao - 1 phân tử ornithin làm chất mồi - 5 enzyme xúc tác.

phương trình tổng quát 2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O  Urê + 2ADP + AMP + 4Pvc

Sự hình thành Urea

• xảy ra chủ yếu ở gan  thận  nước tiểu • Phương pháp chính để loại NH3 • Bao nhiêu ? 30g urea/ngày • Tăng NH3:

• Thiếu enzyme trong chu trình Urê • Ảnh hưởng hệ thần kinh • Điều trị:

» Hạn chế ăn protein » Thẩm phân » Tăng thải NH3: L-arginine, L-citrulline, …

Tóm lại:  NH3 tạo thành ở mô, chủ yếu do sự khử amin OXH các aa.  NH3 gắn vào glutamat tạo glutamin không độc (nhờ

glutamine synthetaz).

 Glutamin di chuyển trong máu đến gan và thận.  Ở gan: glutamin vào ty thể, thủy phân tạo glutamat và NH3  NH3 chuyển hóa thành urê ở gan (5 phản ứng)  Urê ở gan (urê máu 0,2-0,4 g/l) tới thận, đào thải ra NT

Lượng urê /NT phụ thuộc lượng protein/thức ăn(15-20 g/24h)

 Ở TB ống thận, NH3 được tạo ra chủ yếu do thủy phân

glutamin (nhờ glutaminase). Ở ống lượn xa, NH3 khuyếch tán thụ ñộng ra nước tiểu cuøng với H+ dưới dạng muối amon.  Nồng độ urê máu thể hiện protein/khẩu phần ăn, chức năng

lọc của thận, chức năng của gan, …