187
Chương 11
Trao đổi Protein
11.1. S phân gii protein và amino acid
11.1.1. Phân gii protein
Thy phân là con đường phân gii protein ph biến thc vt và
động vt. Quá trình thy phân protein xy ra ti lysosome, nơi cha nhiu
enzyme thy phân protein là protease. Quá trình thy phân xy ra qua 2
giai đon
- Nh peptid-peptido hydrolase, protein b thy phân thành các đon
peptid ngn.
- Nh peptid-hydrolase thy phân tiếp các peptid thành amino acid.
Kết qu chung là
n.amino acid
+(n-1)H2O
Protein
protease
động vt có vú, s phân gii protein đầu tiên do tác động ca
pepsin. Tế bào niêm mc d dày tiết ra pepsinogen. Nh pepsin và HCl
ca dch d dày, pepsinogen biến đổi thành pepsin hat động và pepsin
hat động s thy phân protein thành amino acid.
11.1.2. Phân gii amino acid
Có nhiu con đường phân gii amino acid.
11.1.2.1. Kh amine
Bng nhiu con đường khác nhau, các amino acid b kh nhóm
amine to ra các sn phm tương ng.
- Kh amin bng các enzyme kh. Nh enzyme kh xúc tác,
amino acid b kh thành acid tương ng và gii phóng NH3.
- Kh amin bng con đưng oxi hóa.
R – CH2 – COOH + NH3
R – CH – COOH
NH2 NADH+H+ NAD+
Dehydrogenase
188
Nh amino acid oxydase, amino acid b oxi hóa để to ceto acid
tương ng và NH3
R – CO – COOH + NH3
R – CH – COOH
+ O2
NH2
oxydase
- Kh amine bng con đưng thy phân.
Nh tác dng ca enzyme thy phân hydrolase, amino acid b thy
phân to oxiacid tương ng và NH3
R CHOHCOOH + NH3
R – CH – COOH
+ H2O
NH2
hydrolase
Ngoài các con đường đó ra, aspartic acid còn b kh amin bng con
đường kh ni phn t nh enzyme dezaminase xúc tác
COOH CH = CH - COOH + NH3
COOH – CH2 – CH – COOH
NH2
Dezaminase
Sn phm ca con đường kh amine các amino acid là các loi acid
tương ng và NH3.
11.1.2.2. Kh carboxyl
S loi carboxyl ca amino acid là cách phân gii amino acid rt ph
biến nh decarboxylase xúc tác
R – CH2 NH2 + CO2
R – CH – COOH
NH2
Decarboxylase
Sn phm to ra là các amine, đó là các cht có hat tính sinh hc
cao có vai trò trong quá trình trao đổi cht, các hot động sinh lý ca cơ
th như histamine.
11.1.2.3. Chuyn v amine
Bng con đường chuyn v nhóm amine sang cho mt cetoacid,
amino acid biến đổi thành ceto acid tương ng, phn ng nh enzyme vn
chuyn nhóm amin xúc tác amino transferase
189
R1 – CH – COOH
+
NH2
R2 – C – COOH
O
Amino -
Transferase
R1 – C – COOH
+
O
R2 – CH – COOH
NH2
Phn ng này thc hin 2 chc năng: va phân gii 1 amino acid
thành ceto acid, đồng thi tng hp mi amino acid khác t ceto acid
tương ng.
Tr threonine và lysine, tt c các amino acid còn li đều có th
tham gia vn chuyn nhóm amine để biến đổi thành các ceto acid tương
ng, ví d:
CH3 – CH – COOH
NH2
+ COOH – CH2 – CO – COOH
CH3 – CO – COOH + COOH – CH3 – CH – COOH
NH2
11.1.2.4. S biến đổi các sn phm ca quá trình phân gii amino acid
Các đường hướng phân gii amino acid trình bày trên đã to ra
nhiu loi sn phm. Các sn phm này tiếp tc được biến đổi để to sn
phm cui cùng.
- Các cht hu cơ tiếp tc biến đổi bng cách oxy hóa như quá trình
phân gii acid béo để to acetyl-CoA, t đó tham gia vào chu trình Krebs
để phân gii tiếp.
- Các amine được biến đổi thành các acid tương ng sau đó tiếp tc
biến đổi như các acid khác
-
NH3 tiếp tc biến đổi bng nhiu con đường để gii độc cho cơ th
vì NH3 tích lũy nhiu s gây độc.
R – CH = NH + H2O
R – CH2 – NH2 + O2
R CHO + NH3
R – CH = NH + H2O
R COOH
R CHO + O2
+ NH3 được dùng làm nguyên liu để tng hp tr li amino acid
bng con đường amine hóa, amide hóa (s trình bày trong phn tng hp
amino acid).
190
+ NH3 b biến đổi thành ure qua chu trình ornithine để thi ra ngoài
qua con đường nước tiu động vt. Chu trình ornithine chia làm 3 giai
đon
1) Tng hp carbamyl-phosphate
NH2
O = C + ADP
O ~ P
CO2 + NH3 + ATP
Phn ng được xúc tác bi enzyme carbamyl phosphate synthetase.
2) Tng hp arginine.
T carbanyl-phosphate và ornithine s to thành citrullin bng mt
phn ng ngưng t. Sau đó citrullin kết hp vi aspactic acid nh
arginino-succinic-synthetase để to arginino-succinic acid. Tiếp theo
arginino-succinic acid b phân gii thành arginine và fumaric acid nh
arginino-succinate-ligase.
3) Arginine b phân gii nh arginase để to ornithine và ure. Ure
được thi ra ngoài còn ornithine tiếp tc tham gia vào chu trình mi.
Trên đây là nhng đường hướng chung ca s phân gii amino acid.
Tuy nhiên mi amino acid đều có con đường phân gii riêng. Các amino
acid biến đổi theo các đường hướng trên đều dn đến vic to nên các sn
phm tham gia vào chu trình Krebs để phân gii thành CO2 và H2O.
11.2. Tng hp amino acid
11.2.1. Amine hóa
Mt s acid béo không no và ceto acid có th amine hóa để to nên
amino acid tương ng
Fumaric acid
α-cetoglutaric acid
oxaloacetic acid
COOH – CH = CH – COOH + NH3
COOH – CH – CH2 COOH
NH2
aspartic acid
COOH – CH2 – CH2 – CO– COOH + NH3
COOH – CH2 – CO– COOH + NH3
COOH – CH2 – CH2 – CH – COOH
NH2
glutamic acid
COOH – CH2 – CH – COOH
NH2
aspartic acid
191
V nguyên tc, mi amino acid đều có th được tng hp bng con
đường này t các acid tương ng. Nhưng trong tế bào ch có 2 enzyme là
glutamate dehydrogenase và pyruvate dehydrogenase có hot độ mnh để
thc hin xúc tác loi phn ng trên, còn các enzyme khác không có kh
năng xúc tác cho nên trong thc tế ch có glutamic acid và alanin là 2
amino acid được tng hp bng con đường này.
11.2.2. Amide hóa
T 2 loi amino acid là aspactic acid và glutamic acid do có 2 nhóm
carboxyl nên có th được amide hóa để to amino acid mi, dng amide
ca aspactic acid và glutamic acid là asparagine và glutamine
Aspartic acid
COOH – CH2 – CH – COOH
+ NH3
NH2
O = C – CH2 – CH – COOH
NH2 NH2
Asparagine
Glutamic acid
COOH – CH2 – CH2 – CH – COOH
+ NH3
NH2
O = C – CH2 – CH2 – CH – COOH
NH2 NH2
Glutamine
11.2.3. Tng hp amino acid nh ATP
Quá trình tng hp amino acid nh ATP xy ra qua 2 giai đon
- NH3 + ATP AMP ~ NH2 + P - P
Đây là phn ng hat hóa nhóm NH2 nh ATP. AMP ~ NH2 thc
hin phn ng chuyn v amine cho ceto acid để to amino acid tương ng
AMP ~ NH2 + R – C –COOH
O
AMP + R – CH – COOH
NH2
Thc cht đường hướng này cũng là hình thc amine hóa các ceto
acid nhưng không s dng các dehydrogenase mà s dng ATP.