Giáo trình hóa sinh động vật

Chia sẻ: Than Con | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

528
lượt xem 102
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'giáo trình hóa sinh động vật', tài liệu phổ thông, sinh học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình hóa sinh động vật

Quá trình phân giải lecithin do lớp enzyme lecithinase (phospholipase) đây là một tổ hợp gồm 4 enzyme A,B,C,D. Nhóm enzyme này hoạt động liên hoàn đồng thời. Enzyme A cắt acid béo thứ nhất, enyime B cắt acid béo thứ 2, enzyme C cắt phosphate, enzyme D cắt choline. Sản phẩm thu được là các acid béo, glycerine, acid phosphoric và choline. 7. Điều hoà quá trình chuyển hoá lipid. Trao đổi lipid ở động vật chịu ảnh hưởng chi phối của hormone và hệ thần kinh. 7.1. Hệ thần kinh: kể cả hệ thần kinh cao cấp đều có tác dụng rất mạnh đến quá trình tích luỹ mỡ, một phần là do những dây thần kinh đi trực tiếp tới mô mỡ, một phần thông qua hệ hormone. Những hoạt động thần kinh căng thẳng đều làm giảm mỡ tích luỹ trong cơ thể, động vật thuộc loại hình thần kinh hưng phấn thường khó vỗ béo. 7.2. Hệ hormone: Insuline có tác dụng xúc tiến quá trình tổng hợp mỡ từ nguyên liệu glucid, nó thực hiện quá trình phosphoryl hoá glucose tạo nguyên liệu cho tổng hợp mỡ. Nhóm corticosteroid của tuyến thượng thận cũng có tác dụng thuận lợi cho quá trình thích luỹ mỡ. Nhóm hormone sinh dục có tác dụng phức tạp tới quá trình này: hormone sinh dục cái có tác dụng thúc đẩy quá trình tích luỹ mỡ, ngược lại hormone sinh dục đực lại gây giảm tích luỹ mỡ. 7.3. Những rối loạn của trao đổi lipid: Sự chuyển hoá lipid có liên quan mật thiết đến sự chuyển hoá glucid. Khi có sự rối loạn về trao đổi glucid (ví dụ khi có bệnh đường niệu) thì sự chuyển hoá lipid sẽ được tăng cường dẫn đến thể ceton tăng. Ở cơ thể khoẻ mạnh, trao đổi chất tiến hành bình thường, hàm lượng thể ceton của máu rất thấp (1-2mg%). Nhưng khi cơ thể suy nhược, hoặc khi phải dùng lipid làm chất cho năng lượng chủ yếu (nhất là khi thiếu Insuline) thì thể ceton ở máu có thể tăng lên rất nhiều (200-300mg%), đây là hiện tượng ceton huyết. Hậu quả của ceton huyết là ceton niệu tức là nước tiểu chứa nhiều thể ceton, lúc này aceton được hình thành và thải theo hơi thở, theo mồ hôi. Thể ceton gây cho cơ thể trạng thái toan huyết và làm rối loạn sâu sắc các quá trình hoá sinh học của cơ thể. Đối với loài nhai lại, trước hết là bò sữa, tình trạng ceton-huyết thường gặp do chăm sóc không đúng kỹ thuật, khi khẩu phần ăn thừa tinh, thiếu thô. Khi nói tới rối loạn về trao đổi lipid cũng cần nói tới các trạng thái gây ra bởi bệnh lý của gan, gan nhiễm mỡ v.v. Khi cơ thể thiếu lipid trong khẩu phần sẽ dẫn tới sự thiếu các vitamin hoà tan trong lipid như vitamin A,D,E,K là các yếu tố dinh dưỡng rất cần thiết. Khi thiếu các lipid "cần thiết" trong khẩu phần thì sẽ làm ngưng trệ quá trình phân bào làm cho cơ thể không phát triển được. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 233 http://www.ebook.edu.vn
YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG VII: LIPID VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ LIPID Khái niệm , Vai trò của lipid. Một số đặc điểm tiêu hoá, hấp thu, vận chuyển và dự trữ lipid ở động vật. Sự phân giải triglycerid. Sự hình thành và chuyển hoá thể xeton. Sự tổng hợp acid béo và mỡ Câu 1: Vai trò của lipit đối với động vật? Câu 2: Sự tiêu hoá và hấp thu lipit? Câu 3: Vai trò của gan trong trao đổi lipit? Câu 3: Quá trình β-oxy hoá axít béo? Tính hiệu quả năng lượng khi oxy hoá axít béo palmetic? Câu 4: Sự hình thành và chuyển hoá thể xêtôn trong mô bào động vật? Câu 5: Sự tổng hợp axít béo theo vòng soắn Lynen ở mô bào động vật? Câu 6: Sự tổng hợp Triglyxerit ở mô bào động vật? Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 234 http://www.ebook.edu.vn
CHƯƠNG VIII TRAO ĐỔI PROTEIN 1. Ý nghĩa của trao đổi protein ở động vật Trao đổi protein giữ vị trí chủ đạo trong toàn bộ quá trình trao đổi vật chất ở sinh vật, vì bất cứ hiện tượng sống nào cũng đều gắn liền trực tiếp với sự trao đổi protein. Sự sinh trưởng, phát dục của động vật có nội dung cơ bản là trao đổi protein. Sự di truyền, biến dị cũng gắn trực tiếp hay gián tiếp đến trao đổi protein. Cho nên để hiểu được hiện tượng sống của sinh vật tiến tới chi phối được hiện tượng này theo hướng có lợi cho con người cần phải hiểu sâu sắc về trao đổi protein. Protein quan trong đối với động vật xét theo 2 mặt: Ý nghĩa về tạo hình: Protein là nền tảng, là loại chất chủ yếu để cấu tạo nên mọi mô bào sinh dịch, đó là các chất có hoạt tính sinh học quan trọng như enzyme, các kháng thể, các hormone...; các mô bào như cơ, xương, máu, não, tuỷ... Protein trong cơ thể động vật luôn luôn ở trạng thái động, trạng thái trao đổi, luôn luôn được đổi mới tức là ở trạng thái đồng hoá và dị hoá, đây là cơ sở của mọi sự phát triển ở động vật. Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta đã biết được thời gian tồn tại của hồng cầu là 2-4 tháng, của enzyme amylase là 2 giờ, của bộ xương là 5-10 năm. Chính vì vậy hàng ngày cơ thể luôn luôn đòi hỏi một nguồn acid amin theo với thức ăn vào để bù đắp lại những bộ phận già cỗi đã bị thải bỏ trong quá trình dị hoá. Ý nghĩa về năng lượng: trong quá trình dị hoá một phần protein cũng bị oxy hoá để cho năng lượng, 1g protein khi oxy hoá hoàn toàn cho ra 4,1 Kcal 2. Đặc điểm của trao đổi protein ở động vật Trao đổi protein có một số đặc điểm khác với các trao đổi chất khác là: 2.1. Vấn đề chất lượng của protein: Ở động vật muốn có quá trình sinh trưởng và phát dục bình thường thì phải có đầy đủ protein trong khẩu phần. Đầy đủ protein phải hiểu trước hết là về mặt chất lượng có nghĩa là thành phần các acid amin trong protein. Ở nhiều động vật nhất là động vật nông nghiệp và người khả năng tự tổng hợp một số acid amin bị hạn chế, nên những acid amin này bắt buộc phải được cung cấp theo khẩu phần. Đối với đa số động vật những acid amin này là: Tre, Met, Val, Phe, His, Try, Lyz, Leu, Ileu. Số acid amin không thay thế này còn phụ thuộc vào giống, lứa tuổi, ví dụ Arg và Gly lại rất thiếu đối với gà con. Đối với loài nhai lại như trâu, bò, dê, cừu thì nhu cầu acid amin từ thức ăn không căng thẳng lắm vì có hệ vi sinh vật cộng sinh ở đường tiêu hoá tổng hợp được tất cả các loại acid amin Chất lượng ở đây còn được hiểu theo ý nghĩa về mặt tiêu hoá: dễ hay khó tiêu hoá, ví dụ protein trong sữa khác với trong gân, ở sữa sự tiêu hoá hầu như hoàn toàn, còn ở gân là rất ít. 2.2. Quá trình hấp thu: Các acid amin hấp thu qua vách ruột theo một tương quan số lượng nhất định. Ví dụ theo Wiliam tỷ lệ % thích hợp của các acid amin không thay thế đối với lợn con cho quá trình hấp thu (tính % theo lyzin) như sau: Lyz: 100; Try: 9; Met và Cys: 34; His: 33; Val: 12; Tre: 45; Leu: 85; Tyr và Phe: 78; Ileu: 47. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 235 http://www.ebook.edu.vn
Tỷ lệ tương quan này khi bị mất cân bằng thì có hai khả năng: Cơ thể có thể điều lượng acid amin thiếu vào ruột để bù đủ tương quan về số lượng cho việc hấp thu được hết acid amin. Những acid amin đó người ta gọi là nguồn ni tơ nội sinh. Nguồn ni tơ nội sinh này bao gồm những sản phẩm của cơ thể như các enzyme của đường tiêu hoá (aminase...), các bạch cầu... Nếu cơ thể không bù đắp được thì những acid amin "thừa" (thừa thiếu) không được hấp thu sẽ bị thải ra ngoài vì khả năng bù đắp của cơ thể cũng có hạn. Đây chính là cơ sở của việc bổ xung thức ăn trong xây dựng khẩu phần ăn cho gia súc, đó chính là sự bổ xung các acid amin thiếu trong thức ăn, bằng cách đó đã nâng cao được chất lượng thức ăn, biến thức ăn rẻ tiền thành thức ăn có giá trị. 2.3. Cơ thể không dự trữ được protein: Mỗi cơ thể chỉ sử dụng protein tới một mức độ nhất định, nếu thừa nó sẽ bị thải ra ngoài dưới dạng ure, uric... hoặc bị biến đổi sang dạng đường, lipid để dự trữ. Quá trình tích luỹ protein chỉ có ở động vật non, động vật mới ốm dậy. Người ta đưa ra khái niệm về cân bằng nitơ như sau: Cân bằng nitơ là xét số lượng nitơ đưa vào cơ thể (theo thức ăn, nước uống...) và số lượng nitơ bài tiết ra ngoài cơ thể theo phân, nước tiểu, mồ hôi trong một khoảng thời gian nhất định. Trong quá trình sống của động vật có ba trạng thái: Cân bằng dương: Σ N đưa vào cơ thể > Σ N đưa ra khỏi cơ thể. Hiện tượng này có ở động vật non, động vật mới ốm dậy, động vật có chửa. Cân bằng: Σ N đưa vào cơ thể = Σ N đưa ra khỏi cơ thể. Hiện tượng này có ở động vật trưởng thành (người 24-45 tuổi). Cân bằng âm: Σ N đưa vào cơ thể < Σ N đưa ra khỏi cơ thể. Hiện tượng này có ở động vật già, suy thoái, đang ốm. Hình 8.1. Đồ thị về quá trình tích luỹ N ở một cơ thể động vật trong quá trình sống Động vật trưởng thành, hàng ngày đòi hỏi một lượng protein tối thiểu để bảo đảm đủ thay thế các mô bào, các hoạt chất như enzyme, hormone, kháng thể... đã già cỗi. Lượng protein tối thiểu đó người ta gọi là protein minimum. Số lượng này khác nhau ở các động vật, nhưng nhìn chung vào khoảng 1g/1kg khối lượng/1ngày. Lý do sinh vật không dự trữ protein là vì mỗi sinh vật trong quá trình tiến hoá trong môi trường sinh thái đã có kích thước nhất định, vì protein là nền tảng của cấu tạo mô bào, tế bào nên protein không thể tích luỹ vô tận, nó sẽ làm phá vỡ kích thước đã được cố định đó của sinh vật. 3. Tiêu hoá và hấp thu protein Protein nói chung được đưa vào cơ thể thông qua con đường tiêu hoá. Trong ống tiêu hoá những protein nào có tính dễ hoà tan trong nước thì khả năng tiêu hoá cao như globulin, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 236 http://www.ebook.edu.vn
albumin của trứng, sữa, còn những protein nào kém hoặc không hoà tan trong nước thì tiêu hoá hoá khó khăn hoặc không tiêu hoá được như protein của gân, dây chằng... * Ở xoang miệng: không có enzyme tiêu hoá protein, ở miệng protein chỉ chịu tác động cơ học (tuy nhiên ở miệng có peptidase của VSV cư trú trong xoang miệng, chúng phân huỷ protein thành những chất có mùi hôi). * Ở dạ dày: Đây là khu vực tiêu hoá protein mạnh nhất, vì ở đây có đủ điều kiện tối ưu để tiêu hoá protein đó là: pH =1,5-2,5. Môi trường acid này là do tế bào phụ tiết HCl, độ pH này có tác dụng là môi trường sát trùng tốt, hầu hết các tạp trùng bị tiêu diệt trong môi trường này; làm chương nở protein làm cho các liên kết peptide dễ bị enzyme tác động, một số liên kết peptide bị thuỷ phân ngay ở môi trường acid này, nên ở những động vật vì lý do nào đó mà ảnh hưởng tới độ pH này thì sẽ ảnh hưởng tới sự tiêu hoá protein, đặc biệt ở động vật non đang bú sữa mẹ, người ta phải cho uống thêm dịch vị nhân tạo. HCl còn có tác dụng hoạt hoá enzyme pepsinogen. Enzyme pepsin: do tế bào chính ở thân vị tiết ra, khi mới tiết ra ở dạng pepsinogen chưa có hoạt tính, có khối lượng phân tử 42.000 dalton, nó bị che phủ bởi một peptide có khối lượng phân tử 7.000 dalton (hình 8.2). Dưới tác dụng của H+ đoạn peptide này bị cắt đi, giải phóng trung tâm hoạt động, trở thành pepsin hoạt động. Khi hoạt động nó lại hoạt hoá pepsinogen, quá trình này mạnh hơn do H+. Pepsin có hoạt lực phân giải protein cao nhất trong các enzyme tiêu hoá protein (2gam/1 giờ phân giải được 50kg lòng trắng trứng). Hình 8.2. Mô hình về pepsinogen Pepsin là enzyme peptidase nội, nó cắt liên kết peptide ở giữa phân tử tạo thành các đoạn peptide và cắt liên kết peptide đặc hiệu, liên kết peptide có các acid amin mạch vòng. Tuy nhiên nếu đủ thời gian thì tất cả các liên kết peptide đều bị cắt. Chimozin (Rennin): là enzyme có ở động vật non trong giai đoạn bú sữa. Tác dụng chính của enzyme này là làm đông vón caseinogen thành caseinoat Ca++ để lưu lại ở dạ dày cho pepsin tác dụng. Dạ dày cũng là protein nhưng không bị pepsin phân giải, đó là do niêm mạc dạ dày được phủ bởi một lớp polisacarid (mucoproteid), mặt khác pH của mô dạ dày là 7,3 không Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 237 http://www.ebook.edu.vn
phù hợp với hoạt động của pepsin, ngoài ra nó còn bị chi phối bởi hệ thần kinh. Những hoạt động thần kinh căng thẳng và kéo dài thường dẫn đến đau dạ dày. * Ở ruột non: Môi trường ở đây là kiềm pH=8-9. HCl từ dạ dày đưa xuống bị trung hoà bởi các bicarbonat do dịch tuỵ tiết ra: NaHCO3 + H+ ----- > Na+ + H2CO3 Các enzyme tiêu hoá protein ở đây do tuyến tuỵ tiết ra là chủ yếu, một phần do tuyến ruột tiết ra. Tuyến tuỵ tiết ra các enzyme sau: Trypsinogen: Trypsinogen có khối lượng 23.000 dalton chưa có hoạt tính, dưới tác dụng của enterokinase do tuyến ruột tiết ra nó được hoạt hoá thành trypsin có hoạt tính. Hình 8.3. Cấu trúc phân tử trypsinogen Trong trypsinogen His bị dây nối phụ kéo lệch khỏi vị trí trung tâm hoạt động xa Ser (hình 7.3). Dưới tác dụng của Entero kinase cắt liên kết Lyz-Val và các liên kết phụ làm cho His trở về trung tâm hoạt động. Khi hoạt động trypsin lại có tác dụng hoạt hoá trypsinogen. Trypsin cắt liên kết giữa của chuỗi peptide và liên kết có chứa các acid amin kiềm tính, tuy nhiên nếu có đủ thời gian thì nó cũng cắt hết tất cả các liên kết còn lại. Chimotrypsinogen: khi mới tiết ra ở trạng thái chưa hoạt động, phân tử gồm 246 acid amin, có 5 cầu disunfid (hình 8.4). Khối lượng phân tử 21.000 dalton, nó được hoạt hoá bởi Trypsin. Quá trình hoạt hoá như sau: Hình 8.4. Cấu trúc của chimotrypsin Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 238 http://www.ebook.edu.vn
Trypsin cắt liên kết peptide 14-15, chimotrypsinogen chuyển thành π chimotrypsin có hoạt lực nhưng cấu trúc không bền và hoạt lực yếu. Trypsin cắt liên kết peptide 114-115 (Ser và Arg), chimotrypsinogen chuyển thành β chimotrypsin không có hoạt lực. Trypsin cắt liên kết peptide 148-149 (Tre và Asp) chimotrypsinogen tạo thành 3 đoạn peptide nối với nhau bằng 5 liên kết disunfid chuyển thành α chimotrypsin có hoạt lực cao và bền vững trong môi trường base và acid. Chimotrypsin có tác dụng cắt liên kết peptide tạo bởi acid amin mạch vòng, Leu, ILeu và Met. Carboxyl peptidase: khi mới tiết ở dạng pro carboxyl peptidase chưa có hoạt tính, nó được hoạt hoá bởi trypsin và chimotrysin tạo thành 2 dạng hoạt động A và B. Chúng có tác dụng cắt liên kết peptide ở đầu có nhóm carboxyl (-COOH). Dạng A cắt liên kết peptide phía –COOH tạo bởi acid amin trung tính, dạng B cắt liên kết peptide phía –COOH tạo bởi acid amin kiềm tính. Đặc điểm của enzyme này là hoạt động phải có Zn++ tham gia, Zn++ là cầu nối giữa enzyme với cơ chất (hình 8.5). Liên kết peptide được cắt H H R C C R' N CH2 O COO- Zn2+ Enzyme carboxyl peptidase Hình 8.5. Zn2+ là cầu nối giữa enzyme với cơ chất Vách ruột tiết ra các enzyme: Enterokinase có tác dụng hoạt hoá trypsinogen do tuyến tuỵ tiết ra. Amin peptidase có tác dụng cắt liên kết peptide từ phía các acid amin dư nhóm NH2. Dưới tác dụng của các enzyme kể trên protein được phân giải thành các acid amin. Đối với nhóm nucleoproteid do enzyme nuclease phân giải, bao gồm: Ribonuclease phân giải RNA và desoxiribose phân giải DNA thành nucleotide. Nucleotidase phân giải nucleotide thành các base, đường và phot phat. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 239 http://www.ebook.edu.vn
Sự tiêu hoá protein phụ thuộc vào chất lượng protein và trạng thái đường tiêu hoá. Trong điều kiện bình thường, protein của sữa tỷ lệ tiêu hoá đạt 95-97%, thịt nạc 80-85%, gân dây chằng rất ít. Phần lớn các acid amin được hấp thu qua vách ruột khá dễ dàng, phần còn lại không được hấp thu cùng với protein không được tiêu hoá sẽ chuyển xuống ruột già, ở đây nó bị phân huỷ do VSV của ruột già. Sự hấp thu các acid amin qua vách ruột theo nhiều cơ chế, chủ yếu là cơ chế tích cực đòi hỏi năng lượng của ATP. Cách thứ hai là dưới dạng γ-Glutamin- acid amin. Trong điều kiện bình thường peptide, protein không được hấp thu qua vách ruột, nguyên nhân là do ý nghĩa sinh học của nó. Bình thường cơ thể có các phản ứng miễn dịch, là phản ứng chống lại các dị vật là protein. Vì protein là chất mang sự sống, nó có thể là virut, vi khuẩn nên cơ thể phải cảnh giác với những dị vật này và trong quá trình tiến hoá đã sinh ra các kháng thể miễn dịch, đó là những protein có khả năng chống lại các dị vật trên (các kháng nguyên), đây là phản ứng tự vệ của cơ thể. Khi protein phân giải thành các acid amin nó không còn tính đặc trưng sinh học nữa mới được hấp thu. Có hai trường hợp ngoại lệ: Nếu uống thật nhiều lòng trắng trứng thì trong nước tiểu phân tích thấy có chất này, sự hấp thu này là bị động, cơ thể bị trúng độc, nó được đào thải ra ngoài qua nước tiểu. Trường hợp gia súc sơ sinh trong tuần lễ đầu nó hấp thu kháng thể ở sữa đầu của mẹ (hấp thu chủ động), đây là cách truyền kháng thể của mẹ cho con. Trong sữa đầu của mẹ có rất nhiều kháng thể, đặc biệt là nhóm IgA là kháng thể gây miễn dịch cục bộ. Trong sữa đầu còn có chất ức chế trypsin nên kháng thể không bị phân giải. Việc hấp thu kháng thể theo con đường ẩm bào. Gia súc sơ sinh rất cần bú sữa đầu, nếu không tỷ lệ tử vong sẽ cao. Sau tuần lễ đầu thì khả năng này sẽ bị hết. Acid amin được hấp thu qua vách ruột vào tĩnh mạch, qua tĩnh mạch cửa về gan rồi theo hệ tuần hoàn đến các mô bào hoặc gan sử dụng để tổng hợp nên protein của cơ thể. 4. Sự chuyển hoá trung gian của acid amin Acid amin sau khi được hấp thu được đưa vào máu, một phần sẽ được giữ ở gan, một phần sẽ được chuyển tới các cơ quan, các mô bào khác. Lượng acid amin đó cùng với số acid amin hình thành trong quá trình phân giải đổi mới của mô bào, hàng ngày hợp thành lượng acid amin chung được đưa vào vòng chuyển hoá. Lượng này nhiều hay ít là tuỳ loài sinh vật, tuỳ trạng thái trao đổi chất của cơ thể. Cách chuyển hoá của acid amin có thể theo hai hướng: Hướng thứ nhất là dùng vào quá trình sinh tổng hợp thành peptide, protein, trong đó thường xuyên nhất là sinh tổng hợp enzyme, kháng thể và hormone. Hướng thứ hai là chuyển hoá phân giải, thông qua con đường này acid amin bị mất nitơ biến thành các cetoacid và được chuyển hoá, oxy hoá đến dạng CO2 và H2O, đồng thời giải phóng ra năng lượng dùng cho các nhu cầu sống của cơ thể. Ni tơ được bài tiết ở đây chủ yếu dưới dạng muối amon, ure và acid uric. 4.1. Sự phân giải acid amin Trong cơ thể động vật acid amin có thể bị phân giải thông qua 3 phản ứng điển hình là phản ứng khử amin, phản ứng chuyển amin và phản ứng khử carboxyl. Nguồn acid amin đi vào con đường phân giải chủ yếu là từ các acid amin nội sinh (từ các hormone, enzyme, các Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 240 http://www.ebook.edu.vn
kháng thể hoặc từ các tế bào già cỗi bị phân giải do hệ thống catepsin nằm trong lyzoxom), còn từ thức ăn là rất ít. 4.1.1. Phản ứng khử amin Phản ứng này được tiến hành mạnh ở gan, vách ruột. Trong phản ứng này acid amin bị phân giải thành các cetoacid và amiac. Trong giới sinh vật có nhiều cách thực hiện phản ứng khử amin, còn trong mô bào động vật thì con đường khử amin theo con đường oxy hoá dưới tác dụng của nhóm enzyme oxydase. Đối với acid amin hàng D thì có coenzyme là FAD+, đối với acid amin hàng L thì coenzyme là FMN+. Phản ứng diễn ra như sau: FMNH2 + O2 ------ > H2O2 (peroxyt hydrogen) + FMN Catalase H2O2 (peroxyt hydrogen) ---------------- > H2O + O2 FMNH2 không đưa cặp H+ vào chuỗi hô hấp, nó đưa cho oxy nên gọi là enzyme oxydase. H2O2 là chất độc đối với cơ thể nên nó được catalase chuyển hoá thành nước và oxy phân tử. Chiều của phản ứng này không có chiều nghịch, đây là con đường phân giải triệt để acid amin. Enzyme oxydase có tính đặc hiệu không cao, một enzyme có thể khử được hàng chục acid amin Sự khử amin thuận nghịch của acid glutamic: Acid glutamic có vai trò đặc biệt quan trọng trong trao đổi protein, enzyme thực hiện phản ứng khử amin của nó là glutamat dehydrogenase có nhóm ghép là NAD+ hoặc NADP+. Đây là enzyme bố trí ở trong ty lạp thể, có hoạt lực cao ở gan và tuyến thượng thận. Phản ứng như sau: Ý nghĩa của phản ứng: là phản ứng có tính thuận nghịch cao, thông qua phản ứng nghịch là con đường amin hoá các hợp chất hữu cơ, biến NH3 là chất độc đối với cơ thể thành Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 241 http://www.ebook.edu.vn
sản phẩm có giá trị (phản ứng là cửa ngõ để đưa chất vô cơ NH3 vào thế giới hữu cơ). Phản ứng theo chiều nghịch chủ yếu xảy ra ở thế giới thực vật và VSV. Phản ứng theo chiều nghịch là cơ chế giải quyết lượng NH3 khi cơ thể bị trúng độc kiềm. Vai trò của acid glutamic trong trao đổi acid amin là rất lớn, acid glutamic là chất khởi thuỷ của các acid amin, nó đóng vai trò cung cấp nhóm amin chủ yếu cho quá trình tổng hợp các acid amin khác thông qua phản ứng chuyển amin. Đối với một số acid amin đặc biệt như SER, CYS, TRE, HIS, TRY, ASP phản ứng khử amin của chúng đi theo con đường khử nước. Enzyme thực hiện phản ứng này là dehydrogenase có nhóm ghép là phospho piridoxal là dẫn xuất của VTM B6. CH 2 OH OH CH 2 OH HO CH 2 O P O HO CH 2 OH O H 3C H 3C N N E Photphopyridoxal VTM B6 Ví dụ phản ứng khử amin của serin: 4.1.2. Phản ứng chuyển amin Trong chuyển hoá acid amin ở mô bào động vật cũng như sinh vật khác, phản ứng chuyển amin giữ một vai trò quan trọng hàng đầu. Thông qua phản ứng này thế giới thực vật và vi sinh vật có khả năng tạo nên các acid amin mới. Khả năng này cũng có ở mô bào động vật, tuy nhiên ở đây có hạn chế hơn. Phản ứng này diễn ra mạnh ở gan, vách ruột. Phản ứng được thực hiện bởi hệ thống enzyme đặc biệt gọi là transaminase (còn gọi là amin ferase). Đây là nhóm enzyme phức tạp có kích thước phân tử khá lớn (255acid amin ≈ 25.500 dalton), có nhóm ghép cũng là phosphopiridoxal. Sơ đồ phản ứng như sau: Cetoacid mới Acid amin mới Acid amin Cetoacid Đây là phản ứng thuận nghịch, trong cơ thể động vật chất cho amin thường là những acid amin cần khử amin, chất nhận thường là α- cetoglutarat, trong trường hợp cần tổng hợp các acid amin thì chất cho amin thường là acid glutamic. Cơ chế của phản ứng thực hiện qua chất trung gian là kiềm shiff (hình 8.6). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 242 http://www.ebook.edu.vn
Trong cơ thể động vật có hai cặp phản ứng chuyển amin thực hiện khá mạnh, đó là: Cặp thực hiện bởi enzyme Glutamat - Oxaloaxetat - Transaminase (GOT) Cặp thực hiện bởi enzyme Glutamat - Pyruvat - Transaminase (GPT) Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 243 http://www.ebook.edu.vn
Hình 8.6. Cơ chế phản ứng chuyển amin Hai cặp enzyme GOT và GPT hoạt động mạnh ở gan, cơ, tim và nhiều mô bào khác. Trong chăn nuôi việc định lượng hoạt lực các enzyme này có ý nghĩa quan trọng, thông qua hoạt lực của chúng, người ta có thể biết được cường độ chuyển hoá acid amin, từ đó gián tiếp biết được cường độ trao đổi protein cũng như trao đổi chất nói chung của con vật, đồng thời có thể xét đoán về phẩm chất con giống, khả năng hấp thu thức ăn, khả năng sinh trưởng và phát triển... Trong nhiều trường hợp người ta thấy có mối liên quan chặt chẽ giữa tính di truyền với các chỉ số enzyme này. Trong thú y việc định lượng hai enzyme này trong máu có ý nghĩa trong chẩn đoán bệnh về tim và gan. Hoạt lực hai enzyme này trong máu là hoạt lực của enzyme do tế bào bị vỡ, có hai khả năng bị vỡ, có thể mô bào phát triển mạnh thì tế bào cũ bị vỡ nhiều như trong trường hợp ung thư, hoặc có khả năng bị vỡ do bệnh lý như trường hợp bị hoại tử. Vì vậy khi xét nghiệm thấy hoạt lực GOT tăng cao thì nghi có bệnh về tim (enzyme này có nhiều ở tim), nếu GPT tăng thì nghi có bệnh về gan (enzyme này có nhiều ở gan). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 244 http://www.ebook.edu.vn
4.1.3. Phản ứng khử carboxyl Phản ứng này thực hiện bởi hệ thống enzyme decarboxylase cũng có nhóm ghép là phospho piridoxal, enzyme này có tính đặc hiệu cho từng loại acid amin. Sơ đồ phản ứng như sau: R R CO2 Decacboxylase + C - NH2 C - NH2 COOH Amin hữu cơ Acid amin Quá trình khử carboxyl diễn ra ở tất cả các mô bào với cường độ biến đổi khác nhau. Các acid amin sau khi biến thành các amin tương ứng, trừ vài trường hợp còn nói chung đều có có hoạt tính sinh học cao, một số chất còn có hoạt lực dược học và có vai trò quan trọng đối với hoạt động sống cuả cơ thể. Ví dụ: Sự biến đổi của Tyrosine: Tyrosine Tyranin Nor adrenalin Adrenalin Adrenalin và Nor adrenalin là hormone của tuyến thượng thận. Sự biến đổi của Tryptophan: Serotonin và melatonin là hormone của tuyến tùng điều khiển về tính dục, là "con mắt thứ ba" gây sinh đẻ theo mùa, nó nhận cảm về ánh sáng ngày ngắn, ngày dài. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 245 http://www.ebook.edu.vn
Sự biến đổi của Histidin: Histamin là chất kích thích mạnh lên tế bào thần kinh gây cảm giác đau. Ở các mô liên kết có các tế bào phì đại có các túi chứa histidin. Khi bị viêm, bị vấp ngã, các túi này vỡ giải phóng histidin, histidin bị enzyme decarboxylase tác động tạo ra histamin gây nên đau đớn. Nếu lượng hidamin quá lớn gây nên hiện tượng choáng ngất. Histamin còn gây nên hiện tượng dị ứng (nọc ong và một số vỏ cây có các chất có tác dụng hoạt hoá enzyme decarboxylase của histidin tạo nên histamin nên gây đau, dị ứng). Với lượng nhỏ histamin có dược tính làm tăng co bóp cơ trơn, giãn mạch quản và tăng tính thấm của thành mạch quản, gây giảm huyết áp, trong sản khoa có thể dùng nó để trợ lực co bóp cơ tử cung. Sự biến đổi của Acid glutamic: Decarboxylase Acid glutamic -------------------- > γ -amin butylic acid (GABA). GABA là chất đóng vai trò quan trọng trong điều hoà hoạt động thần kinh trung ương. Nó ức chế sự dẫn truyền ở xinap. Vì lý do nào đó mà enzyme decarboxylase của acid glutamic không đủ hoặc thiếu acid glutamic, làm lượng GABA thiếu, không gây ức chế được sẽ gây nên loạn thần kinh, nhẹ là mất ngủ, ngược lại nếu GABA sinh ra quá nhiều thần kinh ở trạng thái ức chế. Sự biến đổi của Lyzin và Ornitin: - CO2 Lyzin: CH2-(CH2)3-CH-COOH ------------> CH2-(CH2)3-CH2-NH2 ⎢ ⎢ ⎢ NH2 NH2 NH2 Lyzin Cadaverin Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 246 http://www.ebook.edu.vn
- CO2 Ornitin: CH2- (CH2)2- CH- COOH ------------> CH2- (CH2)2- CH2- NH2 ⎢ ⎢ ⎢ NH2 NH2 NH2 Ornitin Putrescin Cadaverin và Putrescin là những chất hết sức độc đối với cơ thể (cadaverus là xác chết, putrus là sự thối rữa) chỉ cần 1mg putrescin tiêm vào máu sẽ làm chết một con ngựa 500kg ngay tức khắc. Chính vì độc tính của nó nên trong cơ thể không có 2 loại enzyme khử carboxyl của 2 loại acid amin này, nó thường do vi khuẩn phân huỷ. Nhìn chung các amin hữu cơ đều có hoạt tính sinh học ở mức độ khác nhau. Nếu ở nồng độ thích hợp thì nó là các dược liệu quý. Các amin hữu cơ sau khi hết tác dụng sẽ được thoái hoá theo con đường khử amin và oxy hoá nhờ enzyme mono amin oxydase để tạo NH4+ và aldehydeyd. Các aldehydeyd tiếp tục oxy hoá để tạo thành acid cacboxylic và tiếp tục oxy hoá thành CO2 và H2O. 5. Sự thối rữa của protein ở ruột già do vi khuẩn Tuỳ theo khẩu phần, tuỳ loại thức ăn mà lượng protein bị thừa đến ruột già ít nhiều khác nhau. Tỷ lệ này còn phụ thuộc vào hoạt động của enzyme tiêu hoá, sự hấp thu và bệnh đường ruột... Trong ruột già số lượng vi khuẩn rất lớn (1g phân trung bình có 17 tỷ vi khuẩn), trong đó có nhiều chủng loại khác nhau, nhiều nhất là E.coli. Người ta chia vi khuẩn ruột già làm 2 nhóm: Nhóm vi khuẩn có ích: giúp cho cơ thể sản sinh một loạt các chất cần thiết, nhất là vitamin nhóm K, E... Đối với trâu bò, ngựa, thỏ, ngỗng còn đóng vai trò phân giải cellulose thành acid béo bay hơi và vitamin nhóm B cho cơ thể. Qúa trình này diễn ra ở manh tràng. Nhóm vi khuẩn có hại: trong điều kiện bình thường nhóm vi khuẩn này ở trạng thái bị ức chế nên nó không gây hại. Khi bị rối loạn thức ăn nó hoạt động mạnh và gây hại. Đối với thức ăn protein, tất cả các hoạt động của vi khuẩn đều gây hại, vì nó sản sinh ra các chất độc như cadaverin, putrescin, indol, scatol, phenol... Những sản phẩm này thấm qua vách ruột vào máu gây độc cho cơ thể. Cơ thể đối phó bằng cách trung hoà độc tính của nó ở gan. Gan là cơ quan khử độc các chất này. Ở đây các chất này bị oxy hoá sau đó được ghép với H2SO4 hoặc với acid glucoronic tạo thành các hợp chất kép không độc và được thải ra ngoài qua nước tiểu (hình 8.7). Các hợp chất kép định lượng qua nước tiểu có tên là indican, hàm lượng indican đánh giá khả năng tiêu hoá hấp thu protein của cơ thể. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 247 http://www.ebook.edu.vn
COOH CH3 CH3 CH3 OH O N N N H H H Scatol Scatoxyl Scatoxylglucoronic N H OH O HSO3 Indol N N H H Indoxyl Indolsulfuric Hình 8.7. Sơ đồ chuyển hoá của Indol 6. Sự bài tiết các chất cặn bã chứa nitơ Trong quá trình phân giải acid amin cũng như một số sản phẩm chứa nitơ khác như các base purin, pirimidin... amiac thường xuyên được hình thành, đó là những chất độc, do đó cơ thể phải thường xuyên giải quyết sự ứ đọng amiac. Cách bài tiết chất cặn bã này khác nhau ở các sinh vật. Ở loài sinh vật có cấu tạo thô sơ như amid và sống trong môi trường nước thì amiac bài tiết trực tiếp ra tế bào dưới dạng ion amoni (NH4+). Ở những sinh vật có cấu tạo phức tạp và môi trường nước bắt đầu bị hạn chế như động vật cao đẳng sống trên cạn thì NH3 trước khi bài tiết phần lớn được chuyển sang dạng hợp chất ure, gọi là động vật bài tiết ure. Một số động vật trong quá trình phát triển có trải qua giai đoạn phát triển trong trứng là môi trường hết sức hạn chế về nước, hơn nữa hình thức di chuyển lại là bay thì sản phẩm bài tiết chứa nitơ chủ yếu là acid uric (vì uric kém hoà tan trong nước). OH NH2 C O N N OH NH2 N H HO N Ure Acid uric Ở động vật có vú sản phẩm bài tiết chứa nitơ gồm nhiều dạng, trong đó chủ yếu là ure (chiếm 90% sản phẩm chứa nitơ trong nước tiểu), bên cạnh ure còn có các muối amon như sunphat amon, oxalat amon, phosphate amon, những muối này hình thành ngay ở tế bào thận, một phần acid uric và sản phẩm phân giải của nó là alantoin. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 248 http://www.ebook.edu.vn
6.1. Sự vận chuyển amiac trong cơ thể. Tất cả các mô bào, các tế bào đều có hình thành nên amiac. Từ mô bào nó được chở tới gan và thận dưới dạng glutamin. Quá trình hình thành glutamin được thực hiện bởi enzyme glutamin syntetase: - H2O O COOH- CH- (CH2)2- COOH + NH3 --------- > COOH- CH- (CH2)2- C ⎢ ⎢ ATP, Mg++ NH2 NH2 NH2 Acid glutamic Glutamin Glutamin chiếm 1/5 tổng số nitơ phi protein trong máu, ở dạng này chúng được chở tới gan, thận để tổng hợp nên các sản phẩm bài tiết. Amiac là chất độc đối với tế bào, đặc biệt là tế bào thần kinh vì khi ứ đọng nó làm thay đổi pH của môi trường bào tương, gây trạng thái kiềm, mặt khác nếu lượng amiac quá lớn, lượng α-cetoglutarat bị huy động quá nhiều làm tắc chu trình Krebs làm tế bào thiếu năng lượng. Nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ hiệu ứng độc lớn nhất của NH3 trong não bao gồm sự thay đổi pH của tế bào và làm cạn kiệt cơ chất của chu trình Krebs. Dạng mang proton của amonium (NH4+) có tính acid yếu và dạng không mang proton có tính base mạnh. Khi chuyển hoá tạo nhiều NH4+ sẽ gây nên Kiềm hoá dịch tế bào. Ở gan và thận glutamin được sử dụng vào các mục đích sau: Chuyển amin cho các cetoacid để tạo ra các acid amin mới. Chuyển amin để tạo các base purin, pirimidin. Giải phóng NH3 để tổng hợp ure, quá trình này được thực hiện ở gan. Giải phóng NH3 để tạo các muối amon và bài tiết. Quá trình này thực hiện ở thận. Ở đây Na được giải phóng ra khỏi muối của nó và được tế bào thận hấp thu trở lại nhường chỗ cho + NH4+ NH4+ + NaHCO3 ------ > Na+ + NH4 HCO3 6.2. Sự tổng hợp và bài tiết ure (chu trình Ornitin) Quá trình tổng hợp ure được thực hiện ở ty lạp thể của tế bào gan của động vật có vú, động vật ở cạn. Quá trình này được thực hiện bởi một hệ thống enzyme hoạt động liên hoàn với nhau gọi là chu trình ornitin bao gồm các phản ứng sau: Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 249 http://www.ebook.edu.vn
1. Tạo carbanyl phosphate do enzyme carbanyl phosphate syntetase 2AIP 2ADP+Pi NH2 C = O OH CO2 + NH3 Carbanyl p.syntetase O-P =O OH Carbanyl photphat 2. Tạo xidrulin do enzyme ornitin carrbanyl phosphate transferase NH 2 NH 2 H 2N CH COOH C=O C=O OH + NH (CH 2 ) 3 O-P =O -H3PO4 NH 2 OH (C H2)3 O rnitin C arbanyl photphat CH - NH 2 COOH X it r ulin 3. Ghép thêm NH3 từ acid aspartic do enzyme argino succinat syntetase Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 250 http://www.ebook.edu.vn
4. Phản ứng tạo arginin do enzyme arginosuccidase 5. Tạo ure do enzyme arginase ( enzyme này chỉ có ở tế bào gan động vật bài tiết ure) Ure hình thành ở gan được đưa ra máu và được bài tiết chủ yếu qua nước tiểu, do đó trong máu bao giờ cũng có một lượng ure đang di chuyển nhất định, lượng này thay đổi ở các loài động vật, nhìn chung chúng chiếm khoảng 1/2 nhóm nitơ phi protein, tỷ lệ này ở động vật ăn thịt cao hơn động vật ăn cỏ. Ure chiếm gần 90% lượng nitơ của nước tiểu. Một phần ure được bài tiết qua mồ hôi, qua nước bọt. Ở người và ngựa ure bài tiết qua mồ hôi khá lớn. Động vật nhai lại ure nước bọt có ý nghĩa lớn vì tới dạ cỏ nó được phân giải thành amiac, amiac lại được VSV dạ cỏ chuyển hoá thành acid amin và thành protein của bản thân tế bào VSV. VSV lại là nguồn protein cho loài nhai lại, đây là chu trình chuyển hoá khép kín của nitơ ở loài nhai lại, nhờ vậy tiết kiệm được nguồn nitơ. 6.3. Sự bài tiết acid uric Acid uric là dạng bài tiết chất cặn bã chứa nitơ chủ yếu của gia cầm, các loài chim, bò sát, nhuyễn thể. Acid uric còn có thể là dẫn xuất trực tiếp của quá trình chuyển hoá base purin Nguồn gốc nitơ trong acid uric đều xuất phát từ NH3 do sự chuyển và khử amin (hình 8.8). Hình 8.8. Nguồn gốc N trong acid uric Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 251 http://www.ebook.edu.vn
Sự chuyển hoá từ adenin: Sự chuyển hoá từ guanin: Acid uric là một chất kém hoà tan trong nước nên khi bài tiết nó thường ở trạng thái huyễn dịch, chất trắng trong phân gia cầm là dạng muối của acid uric. Acid uric cũng có ở nước tiểu của động vật có vú, nhưng ở đây nó chỉ là sản phẩm hết sức phụ của sự chuyển hoá base purin. Trừ loại linh trưởng còn tất cả các loài động vật có vú khác còn bài tiết nitơ dưới dạng alantoin là sự chuyển hoá của acid uric dưới tác dụng của enzyme uriase. Phản ứng như sau: Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 252 http://www.ebook.edu.vn