Bài giảng Hóa sinh động vật: Chương 6

CHƢƠNG VI: TRAO ĐỔI AMINO ACID VÀ PROTEIN

NỘI DUNG

• I. ĐẶC ĐIỂM TRAO ĐỔI PROTEIN Ở ĐỘNG VẬT • II. TIÊU HÓA VÀ HẤP THU • III. SỰ CHUYỂN HOÁ AMINO ACID – 3.1. Phản ứng khử amine hoá – 3.2. Phản ứng khử carboxyl – 3.3. Phản ứng chuyển amine – 3.4. Sự bài tiết các chất cặn bã chứa nitơ

• IV. SINH TỔNG HỢP AMINO ACID • V. SINH TỔNG HỢP PROTEIN

I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật

• Các acid amin đƣợc hấp thu theo một tƣơng

quan số lƣợng nhất định – Tỷ lệ % các acid amin thiết yếu theo lysin đối

với lợn con theo K. William

100 34

Tyr + Phe 78 45 Thr

Leu Ile

85 47

Lys Met Cys Trp His Val

9 33 12

I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật

• Cơ thể động vật không có khả năng dự trữ

protein – Cân bằng nitơ dƣơng

• Nitơ ăn vào > nitơ thải ra.

– Cân bằng nito âm

• Nitơ ăn vào < nitơ thải ra.

– Cân bằng

• Nitơ ăn vào = nitơ thải ra.

Trạng thái cân bằng nitơ

I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật • Lƣợng protein tối thiểu

– Là lượng protein cần thiết để duy trì sự phát

triển bình thường của cơ thể ở trạng thái nghỉ ngơi hoàn toàn.

Loài động vật

Lƣợng pr tối thiểu (g/kgP/ngày đêm)

Cừu 1,00

Lợn 1,00

Ngựa 0,70-1,42

Bò cạn sữa 0,60-0,70

Bò đang tiết sữa 1,00

Người 1,00-1,50

I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật

• Acid amin có sự trao đổi riêng

I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật

• Sinh tổng hợp protein cũng có nét đặc trƣng

khác biệt.

II. TIÊU HÓA VÀ HẤP THU

• 2.1. Tiêu hóa protein ở động vật dạ dày đơn

2.1. Tiêu hóa protein ở động vật dạ dày đơn

• Dạ dày:

– Pepsin: thủy phân lk peptide có nhóm amin của aa có nhân

thơm (Phe, Tyr và Trp).

– Pepsin không thủy phân được keratin. – Chymosin (rennin) trong dạ dày gia súc non chuyển hóa casein

• Ruột non:

→ paracasein.

– Trypsin (pH: 7-8): thủy phân lk peptide có nhóm –CO- của aa

kiềm tính như Lys và Arg.

– Chymotrypsin (pH: 8): thủy phân lk peptide có nhóm –CO- của

– Carboxypeptidase: thủy phân lk đầu C của chuỗi peptide. – Aminopeptidase: thủy phân lk đầu N của chuỗi peptide. – Protaminase, prolinase.

aa Phe, Tyr và Trp.

2.2. Hấp thu protein và amino acid ở động vật dạ dày đơn

2.3. Chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ ở động vật nhai lại

III. CHUYỂN HÓA AMINO ACID

• 3.1. Các phản ứng điển hình trong phân

giải acid amin – Phản ứng khử amin oxy hóa • Khử amin oxy hóa của glutamate • Khử amin oxy hóa của các acid amin khác

– Phản ứng chuyển amin – Phản ứng khử nhóm carboxyl

Khử amin oxy hóa của glutamate

• Glutamate khi vào ty thể, nhờ enzyme

glutamate dehydrogenase có coenzyme NAD+ (chiếm ưu thế) hoặc NADP+.

Khử amin oxy hóa của các acid amin khác

• Xảy ra ở bào tương, nhờ enzyme oxidase

có nhóm ghép là FMN.

Phản ứng chuyển amin

• Enzyme transaminase có nhóm ghép pyridoxal phosphate (PLP) là dẫn xuất của vitamin B6

Glutamate:Oxaloacetate Transaminase (GOT) hoặc Aspartate Transaminase

Glutamate-Pyruvate Transaminase (GPT) or Alanine Transaminase

• Alanine là một aa quan trọng được giải phóng từ mô cơ

khi cơ thể bị đói kéo dài.

• Alanine là một cơ chất quan trọng cho quá trình tổng hợp đường, phản ứng chuyển amine của anlanine rất cần thiết cho sự duy trì nồng độ glucose trong máu.

Phản ứng khử carboxyl

• Xúc tác bởi decarboxylase có nhóm ghép là pyridoxalphosphate (PLP) dẫn xuất của vitamin B6.

Một số amine hữu cơ quan trọng

AA

Amine

Ý nghĩa

Serine

Etanolamine

Cấu tạo các phospholipid

Cysteine Cysteamine Cấu tạo CoA

Histidine Histamine Tăng tiết dịch vị, các phản ứng dị ứng

Lysine Cadaverin Cấu tạo ribosom, là chất độc

Glutamate GABA Ảnh hưởng đến hoạt động thần kinh

3.2. Bài tiết các hợp chất chứa nitơ

• 3.2.1. Tổng hợp và bài tiết urê • Hầu hết động vật thủy sinh đào thải trực

+ vào môi trường.

tiếp NH4

• Ở động vật có vú dạng chất bài tiết chính

+ là urê và alantoin.

của NH4

• Ở chim và bò sát sản phẩm bài tiết chính là acid uric dưới dạng urate (Na+, K+) ít hòa tan.

Nguồn gốc các phân tử

- Diễn ra ở ty thể và ở tế bào chất của tế bào gan ở động vật bài tiết ure.

- Một N của urea được lấy từ Asp. +. - Một N được lấy từ NH4 - Một O được lấy từ CO2. - Ornithine hoạt động như chất mang các phân tử trong quá trình tổng hợp urea.

Ý nghĩa

+ là sản phẩm của quá trình phân giải amino

• NH4

acids.

+ là nguyên liệu cần thiết cho tế bào tổng hợp

• NH4

các hợp chất chứa N.

+ dẫn đến tình trạng ngộ độc. + dư sẽ được chuyển hóa thành ure

• Khi thừa NH4 • Lượng NH4

thông qua vòng ure và được đào thải ra ngoài cơ thể. Khoảng 80% lượng N bị thải ra ngoài cơ thể qua vòng urea.

3.2.2. Tổng hợp và bài tiết acid uric

• Acid uric là dạng bài tiết chất cặn bã chứa nitơ chủ

yếu của các loài chim, bò sát và các loài nhuyễn thể.

+ bài tiết kết hợp với glutamate, tạo thành

• NH4

glutamine, chất này cùng aspartate, glycine, formate và CO2 tạo thành gốc kiềm purine, rồi gốc kiềm purine sẽ phân giải để cho ra acid uric

• Nguồn gốc của nitơ trong phân tử acid uric:

3.3. Sự chuyển hóa các bộ khung C của amino acid

IV. SINH TỔNG HỢP AMINO ACID

• 4.1. Vòng luân chuyển nitơ trong tự nhiên

4.2. Tổng hợp acid amin

• Thực vật: tổng hợp tất cả các aa từ các nguồn nitơ như

- (VD: cây họ đậu, nhờ các vsv cố

+, NO3

- hay NO2

NH4 định nitơ cộng sinh, có thể t/hợp được aa từ N2

• VSV: khả năng tổng hợp aa khác nhau. Phần lớn cần + làm nguồn nitơ; một số vsv giống như th/vật, có

- , t/hợp được tất cả các aa. Với một

NH4 kh/năng s/dụng NO3 số loài, một số aa cũng là EAA.

• Động vật sử dụng N hữu cơ trong các aa để t/hợp các aa. Nhiều loại aa không được t/hợp ở ĐV; ĐV nhận các aa này qua TĂ. Đây là các EAA.

Khái quát về sinh tổng hợp các acid amin

Đặc điểm của quá trình sinh tổng hợp aa

• Bộ khung carbon của aa bắt nguồn từ các sản phẩm trung gian của q/trình đường phân, vòng pentosephosphate hay vòng Krebs.

• Sự tổng hợp một số aa bắt nguồn từ

những tiền chất chung và qua nhiều SPTG giống nhau.

• Có 6 con đường STH các amino acid:

Các con đƣờng tổng hợp amino acid

V. SINH TỔNG HỢP PROTEIN

• 5.1. Các yếu tố tham gia vào quá trình

sinh tổng hợp protein – RNA thông tin (mRNA) và mã di tryền. – RNA vận chuyển (transfer RNA, tRNA) – Ribosome – Các enzyme – Các yếu tố mở đầu, kéo dài và kết thúc – Năng lượng và các cation cần thiết cho quá trình dịch

mã

– Các aa là nguyên liệu để tổng hợp nên chuỗi

polypeptide của phân tử protein

RNA thông tin (mRNA) và mã di tryền

RNA vận chuyển (transfer RNA, tRNA)

Cấu trúc không gian 3 chiều của tRNA ở nấm men Cấu trúc bậc II của tRNA

Ribosome

Các yếu tố mở đầu, kéo dài và kết thúc

Prokaryote (E. coli)

Eukaryote

Vai trò

Yếu tố mở đầu IF1

eIF-1

Gắn mRNA, ổn định phức hợp mở đầu

IF2

Gắn Met-tRNA vào 40S

Phân ly ribosome Tạo thuận lợi cho liên kết của tổ hợp fMet-tRNA-IF2.GTP Gắn f.Met-tRNA vào 30S, hoạt tính GTPase

IF3

Gắn mRNA vào 30S

Tái tạo IF2.GTP từ IF2.GDP

eIF-2 eIF-2α eIF-2 eIF-2γ eIF-2B (từ α đến ) eIF-3 eIF-4 (từ A đến F) eIF-5

Ổn định phức hợp mở đầu Nhận biết và gắn mRNA vào 40S, ổn định phức hợp mở đầu. Giải phóng eIF-2 và eIFF-3 từ phức hợp mở đầu, gắn 60S.

Yếu tố kéo dài EF-Tu Gắn aa-tRNA vào phức hợp dịch mã,

eEF-1 (từ α đến γ) eEF-2 eEF-G

Gắn aa-tRNA vào phức hợp dịch mã, GTPase Tái tạo eEF-Tu.GTP Chuyển vị, GTPase

GTPase Tái tạo EF-Tu.GTP Chuyển vị, GTPase

eRF

Tách rời sợi polypeptide được tổng hợp khỏi tRNA

EF-Ts EF-G Yếu tố kết thúc RF1 RF2 RF3

RRF

Kết thúc kéo dài, giải phóng tRNA, RF2 có hoạt tính GTPase Kích thích liên kết và giải phóng RF1 và RF2 khỏi ribosome Giải phóng ribosome khỏi mRNA

5.2. Cơ chế sinh tổng hợp protein

• Giai đoạn hoạt hóa amino acid • Tạo phức hợp mở đầu • Kéo dài chuỗi polypeptide • Giai đoạn kết thúc • Biến đổi sau dịch mã

Các thành viên tham gia 5 giai đoạn sinh tổng hợp protein

Giai đoạn

Ở tế bào Procaryote

Ở tế bào Eukaryote

1. Hoạt hóa Acid amin

20 loại acid amin, 20 loại aminoacyl- tRNA synthetase, tRNA, ATP, Mg++

2. Mở đầu

20 loại acid amin, 20 loại aminoacyl-tRNA synthetase, tRNA, ATP, Mg++ f.Met-tRNA, Mã AUG trên mRNA, ribosome 30S, 50S. Các yếu tố mở đầu: IF1, IF2, IF3, GTP, Mg++

3. Kéo dài

Met-tRNA, Mã AUG trên mRNA, ribosome 40S, 60S. Các yếu tố mỡ đầu: eIF2, eIF 4a, eIF 4c, eIF3, eIF5, GTP, Mg++ Ribosome 80 S hoạt động, Aminoacyl-tRNA tương ứng với mã, Yếu tố kéo dài: eEF1, eEF1, eEF2, peptidyl transferase, GTP, Mg++

4. Kết thúc

Ribosome 70 S hoạt động, Aminoacyl-tRNA t/ ứng với mã, Yếu tố kéo dài: EF.Tu, EF.Ts, EF.G; peptidyl transferase, GTP, Mg++ Mã kết thúc, Các yếu tố giải phóng: RF1, RF2, RF3, ATP

Mã kết thúc, Yếu tố giải phóng: eRF, GTP, peptidyltransferase

5. Cải biến sau dịch mã

Các enzyme đặc biệt và các yếu tố cho sự tách rời của đoạn mở đầu chuỗi polypeptide

Giai đoạn hoạt hóa amino acid

Tạo phức hợp mở đầu

mRNA gắn với tiểu phần nhỏ

Đoạn Shine-Dalgarno trước mã mở đầu AUG gắn với đoạn bổ sung của rRNA 16S

Mũ 5’ (5’cap) của mRNA gắn các yếu tố eIF và tiểu phần 40S chứa tRNAMet, mRNA được quét tới khi gặp mã AUG mở đầu. 80S

Ribosome

70S

Acid amin mở đầu Formyl-methionine

Methionine (Met)

(fMet)

Các yếu tố mở đầu Ba yếu tố (IF1, IIF2

Nhiều, trên 10 yếu tố eIF

và IF3)

Prokaryote Eukaryote

Chức năng của các yếu tố mở đầu

Chức năng

Yếu tố Procaryote:

gắn tRNA vào khu A.

IF-1

Làm thuận lợi cho fMet-tRNAfMet gắn vào 30S, hoạt tính GTPase.

IF-2

Gắn với 30S, làm tăng tính đặc hiệu của khu P đối với fMet-tRNAfMet.

IF-3

Gắn Met-tRNAMet với tiểu phần 40S.

Eukaryote: eIF2 eIF2B, eIF3 Gắn các yếu tố đầu tiên với tiểu phần 40S, làm thuận lợi cho các bước

eIF4A

eIF4B

eIF4E eIF4G

eIF5

tiếp theo. Hoạt tính RNA helicase loại bỏ cấu trúc thứ cấp trong mRNA cho phép liên kết với tiểu phần 40S; một phần của phức hợp eIF4F. Gắn với mRNA, làm thuận lợi cho việc quét mRNA để xác định vị trí codon AUG đầu tiên. Gắn với mũ 5’CAP của mRNA; một phần của phức hợp eIF4F Gắn với eIF4E và với PAB (polyA binding protein); một phần của phức hợp eIF4F. Thúc đẩy một số yếu tố mở đầu khác tách khỏi tiểu phần 40S chuẩn bị cho tiểu phần 60S bám vào để tạo phức hợp mở đầu 80S.

Phân li ribosome 80S không hoạt động thành 2 tiểu phần 40S và 60S.

eIF6

Kéo dài chuỗi polypeptide

Hình thành liên kết peptide

Gắn aa-tRNA tiếp theo ở khu A

Chuyển vị

Giai đoạn kết thúc

• Sự tổng hợp polypeptide kết thúc khi xuất hiện 1 trong các codon kết thúc trên mRNA (UAA,UAG,UGA)

– RF1: nhận biết UAA, UAG – RF2: nhận biết UAA, UGA – RF3: gắn GTP

• Yếu tố tách rời:

• Enzyme peptidyl transferase

• Ribosom 70S  30S + 50S

thuỷ phân liên kết peptide (giữa polypeptide và tRNA ở vị trí P).

tham gia tổng hợp một pr mới.

Biến đổi sau dịch mã

• Hầu hết các protein được loại bỏ acid

amin mở đầu.

• Nhiều protein được tổng hợp ở dạng tiền chất (chưa hoạt động), chúng sẽ được sửa đổi để trở thành dạng có hoạt tính. – Các protease tuyến tụy như chymotrypsin,

trypsin và hormone insulin.

• Thay đổi của acid amin riêng biệt trong

chuỗi polypeptide. – Nhóm OH của Ser, Thr hay Tyr trong một số polypeptide được phosphoryl hóa bởi ATP.