Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nhằm mục đích nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền của các phức chất; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng) đến quá trình tổng hợp phức chất; tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại sinh học như: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vi Thị Thanh Thủy TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vi Thị Thanh Thủy TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HUỲNH ĐĂNG CHÍNH Hà Nội – Năm 2014
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Huỳnh Đăng Chính và ThS.NCS Nguyễn Thị Thúy Nga đã tận tình hƣớng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của bộ môn Hóa Vô Cơ & Đại Cƣơng - Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô bộ môn Hóa Vô Cơ - Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. Em xin cảm ơn gia đình, các anh chị em, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu vừa qua. Học viên Vi Thị Thanh Thủy
MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………... 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN………………………………………………………… 3 1.1. Vai trò của kim loại sinh học…………………………………………... 3 1.2. Vai trò sinh học của lysine…………………………………………….. 7 1.3. Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine………………….. 9 1.4. Tổng hợp phức chất của kim loại sinh học với amino axit thiết yếu…. 12 CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 17 2.1. Thực nghiệm…………………………………………………………………... 17 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm……………………………………….. 17 2.1.2. Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH………….. 17 2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo phức………………… 17 2.1.4. Tổng hợp phức chất……………………………………………………. 19 2.1.5. Nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày…………………………………………………………….. 19 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………………. 20 2.2.1. Phƣơng pháp chuẩn độ đo pH…………………………………………. 20 2.2.2. Phƣơng pháp phổ UV – Vis…………………………………………… 22 2.2.3. Phƣơng pháp phân tích nguyên tố…………………………………....... 23 2.2.4. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng………………………………………….. 24 2.2.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại…………………………………. 25 2.2.6. Phƣơng pháp phổ 13C – NMR…………………………………………. 26 2.2.7. Phƣơng pháp phân tích nhiệt………………………………………....... 27 2.2.8. Phƣơng pháp mô phỏng Gaussian…………………………………....... 27 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………....... 29 3.1. Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH……........ 29 3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tạo phức……………………… 33 3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ……………………………………………….. 33
3.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian………………………………………………. 34 3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng……………………… 36 3.3. Phân tích cấu trúc, tính chất của phức chất tổng hợp…………………………. 37 3.3.1. Kết quả phân tích nguyên tố………………………………………........ 37 3.3.2. Kết quả phổ khối lƣợng……………………………………………....... 37 3.3.3. Kết quả phổ UV – Vis…………………………………………………. 40 3.3.4. Kết quả phổ hồng ngoại………………………………………………... 41 3.3.5. Kết quả phổ 13C – NMR……………………………………………….. 43 3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt………………………………………………… 45 3.3.7. Kết quả phƣơng pháp mô phỏng Gaussian…………………………….. 49 3.4. Kết quả nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày……………………………………………………………. 51 KẾT LUẬN………………………………………………………………………....... 53 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN…………….. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………. 55 PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CuLys2: [Cu(C6H13N2O2)2(H2O)] MnLys2: [Mn(C6H13N2O2)2(H2O)2] ZnLys2: [Zn(C6H13N2O2)2(H2O)2] FeLys3: [Fe(C6H13N2O2)3] Cu(Ac)2: Cu(CH3COO)2 Zn(Ac)2: Zn(CH3COO)2 EDTA: C10H16N2O8 ET – OO: C20H12N3NaO7S NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân HLys: L – Lysine monohydrochloride MS: Phổ khối lƣợng IR: Phổ hồng ngoại UV – Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật……………………… 7 Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm mạc ruột của chuột bạch đực………………………………………………. 10 Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của phức chất kim loại – lysine tới bò sữa………… 11 Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái…………………………. 12 Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+ = 1:2………… 28 Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và hệ Mn+: H2Lys+ = 1:3……………... 31 Bảng 3.3. Logarit hằng số bền của các phức chất………………………….. 32 Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất……... 36 Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ MS của ZnLys2………………………….. 38 Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ MS của CuLys2………………………….. 39 13 Bảng 3.7. Các tín hiệu cộng hƣởng trên phổ C – NMR của HLys và ZnLys2………………………………………………………………………. 43 Bảng 3.8. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất……………… 48
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng……………………………………………….. 4 Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm……………………………………………....... 6 Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine……………………………….. 8 Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine ……………………………………... 8 Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)]………………………… 15 Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]……… 15 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất……………………………………… 19 Hình 3.1. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+…………………… 25 Hình 3.2. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng………….. 32 Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng……………….. 33 Hình 3.4. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng…………. 34 Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào thời gian phản ứng……………… 35 Hình 3.6. Phổ UV–Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo các tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys khác 35 nhau…………………………………………………………………………………. Hình 3.7. Phổ MS của ZnLys2………………………………………………………. 36 Hình 3.8. Sơ đồ phân mảnh của ZnLys2(H2O)2………………………………… ….. 38 Hình 3.9. Phổ MS của CuLys2………………………………………………………. 38 Hình 3.10. Sơ đồ phân mảnh của CuLys2…………………………………………… 39 Hình 3.11. Phổ MS của MnLys2…………………………………………………….. 40 Hình 3.12. Kết quả phổ UV – Vis………………………………………………....... 40 Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất…………………………….. 42 Hình 3.14. Phổ 13C – NMR của HLys………………………………………………. 44 Hình 3.15. Phổ 13C – NMR của ZnLys2…………………………………………….. 44 Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2…………………………………….. 45 Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3…………………………………....... 46 Hình 3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2…………………………………….. 46 Hình 3.19. Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2……………………………………. 47 Hình 3.20. Cấu trúc phân tử FeLys3………………………………………………… 50
Hình 3.21. Cấu trúc phân tử ZnLys2………………………………………………… 50 Hình 3.22. Cấu trúc phân tử CuLys2……………………………………………....... 50 Hình 3.23. Cấu trúc phân tử MnLys2……………………………………………….. 51 Hình 3.24. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày…….. 51 Hình 3.25. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột……….. 52
MỞ ĐẦU Những năm gần đây, trong lĩnh vực hóa sinh thƣờng có nhiều bài viết đề cập tới tầm quan trọng của các ion kim loại đối với sinh vật. Nghiên cứu mới nhất về vấn đề này là tập trung vào quá trình tổng hợp và phân loại các hợp chất sinh học có chứa ion kim loại do ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực y dƣợc, dinh dƣỡng và khoa học nông nghiệp [25-26, 28-29]. Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của hợp chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các khoáng chất cần thiết, bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm. Các khoáng chất thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lƣợng, hỗ trợ sự phát triển của các mô tế bào và tham gia vào việc điều tiết các quá trình của cơ thể. Do cơ thể động vật rất khó hấp thu các dạng khoáng vô cơ và các sản phẩm từ tự nhiên thì lại có hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp. Trong khi đó dạng phức chất hữu cơ lại đƣợc cơ thể hấp thu dễ dàng. Kết hợp với khả năng tạo phức tốt của amino axit (lysine) với kim loại chuyển tiếp, chúng tôi hi vọng tạo ra các phức chất của lysine với các kim loại sinh học, nhằm tạo ra các khoáng chất an toàn về mặt sinh học áp dụng trong lĩnh vực chăn nuôi. Ở Việt Nam, hiện nay gần nhƣ chƣa sản xuất đƣợc các sản phẩm thức ăn bổ sung kim loại và amino axit dạng phức chất mà phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài với giá thành cao và không chủ động đƣợc nguồn sản phẩm. Với các lý do trên, đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học” đƣợc lựa chọn với mục đích:  Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền của các phức chất.  Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng) đến quá trình tổng hợp phức chất.  Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại sinh học nhƣ: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III). 1
 Khảo sát độ bền của phức chất tổng hợp đƣợc trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày. Cấu trúc luận văn gồm:  Mở đầu  Chƣơng 1 – Tổng quan  Chƣơng 2 – Thực nghiệm và các phƣơng pháp nghiên cứu  Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận  Kết luận 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Vai trò của kim loại sinh học [5] Trong các điều kiện tự nhiên, trên trái đất có khoảng 90 nguyên tố hóa học đƣợc tìm thấy ở những hàm lƣợng khác nhau, nhƣng trong thành phần của các hệ sinh học phổ biến thì chỉ thấy có 18 nguyên tố tham gia và trong đó có 10 nguyên tố là kim loại (chúng đƣợc gọi là kim loại của sự sống hay kim loại sinh học). Theo quan điểm của hóa vô cơ hiện đại, kim loại sinh học đƣợc chia thành 2 nhóm: nhóm các nguyên tố không chuyển tiếp (Na, K, Ca, Mg, Zn) và nhóm các nguyên tố chuyển tiếp (Mn, Fe, Co, Cu, Mo). Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, sẽ tập trung nghiên cứu 4 kim loại sinh học phổ biến là sắt, đồng, mangan và kẽm. * Vai trò sinh học của sắt [5-6, 8] Sắt có số thứ tự 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Cấu hình electron của sắt là: [Ar]3d64s2, nó thể hiện các mức oxi hóa từ -2 đến +6, trong đó các mức oxi hóa đặc trƣng nhất là +2 và +3 (hai mức oxi hóa này có thể chuyển hóa qua lại tùy theo môi trƣờng). Trong thiên nhiên sắt có 4 đồng vị bền là: 54Fe, 56Fe, 57Fe và 58Fe, trong đó 56Fe chiếm 91,68%. Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất (đứng hàng thứ tƣ sau O, Si và Al) và có vai trò sinh học rất lớn thông qua các phức chất sinh học quan trọng nhƣ : hemoglobin, mioglobin, transferin, feritin…thực hiện chức năng giữ và vận chuyển oxi. Sắt chiếm khoảng 0,02% khối lƣợng của thực vật và khoảng 0,01% khối lƣợng của động vật. Khi thiếu sắt cơ thể mắc bệnh thiếu máu, sức khỏe suy giảm, da xanh, thai nhi nếu thiếu sắt có thể dẫn đến dị dạng ống thần kinh…. Nhu cầu về sắt của ngƣời vào khoảng 15 mg/ngƣời/ngày. Tuy nhiên, lƣợng sắt trong thức ăn phải vào khoảng 150 mg, vì cơ thể chỉ có thể đồng hóa đƣợc 10% sắt trong thực phẩm. Những thực phẩm giàu sắt là nƣớc mận ép, nho khô, hồ đào, bánh mì đen, gan động vật… 3
* Vai trò sinh học của đồng [5-6, 30]. Đồng là nguyên tố kim loại kém hoạt động, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB, chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Đồng có cấu hình electron [Ar]3d104s1. Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hoá +1, +2, +3, trong đó mức oxi hóa +2 là bền nhất. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là: 63Cu (70,13%) và 65Cu (29,87%). Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng Tuy hàm lƣợng của đồng trong cơ thể sinh vật rất nhỏ, khoảng 10-4%, nhƣng có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống. Cho đến nay ngƣời ta đã xác định đƣợc 25 loại protein và enzim chứa đồng. Chúng có mặt trong các cơ thể sống dƣới các dạng khác nhau và có vai trò rất khác nhau. Đồng đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp sắc tố da, mắt, tóc, tham gia vào quá trình hình thành xƣơng và tổng hợp các tế bào máu. Đồng cũng tạo thành một nhóm các protein có khả năng hấp thụ thuận nghịch oxi giống hemoglobin và mioglobin. Đại diện nhóm này có thể kể đến hemoxianin. Protein này đƣợc tìm thấy ở một số loài nhuyễn thể, có phân tử khối vào khoảng 4.000.000 đvC. Dạng chƣa hấp thụ oxi của hemoxianin không màu chứng tỏ đồng ở trạng thái oxi hóa +1, sau khi hấp thụ oxi nó có màu xanh chàm, chứng tỏ đồng ở mức oxi hóa +2. Cơ thể thiếu đồng sẽ dẫn đến phá vỡ sự trao đổi sắt giữa huyết tƣơng và hồng cầu, do đó gây ra bệnh thiếu máu. Sự thiếu đồng cũng dẫn đến chứng bạc tóc. Nhu cầu về đồng của cơ thể khoảng 2 – 3 mg/ ngày. Đối với những cơ thể thiếu đồng có 4
thể bổ sung các thực phẩm giàu đồng nhƣ gan, lòng đỏ trứng, sữa chua, quả hồ đào, bánh mì đen… * Vai trò sinh học của mangan [5-6] Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, mangan là nguyên tố kim loại có số thứ tự 25, thuộc nhóm VIIB, chu kỳ 4. Mangan có cấu hình electron [Ar]3d54s2, nó thể hiện các mức oxi hóa phong phú từ -3 đến +7, trong đó mức oxi hóa +2 là bền nhất. Dạng bề ngoài mangan giống sắt nhƣng cứng và khó nóng chảy hơn. Mangan rất quan trọng đối với sự sống, đóng vai trò là chất hoạt hóa một số enzim xúc tác quá trình tạo thành clorophin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng. Đối với cây trồng, có nhiều bằng chứng chứng tỏ Mn tham gia vào hệ quang hợp II (PSII) với chức năng oxi hóa nƣớc để giải phóng oxi và tham gia vào quá trình đồng hóa nitơ của thực vật. Không những thế, các quá trình tổng hợp các vitamin B, C, hemoglobin, protein đều cần có sự góp mặt của mangan. Một số enzim chứa mangan nhƣ arginaza, cholinestenaza, photphoglucomutaza….có nhiệm vụ kiểm soát các quá trình tƣơng ứng nhƣ quá trình phân tách amino axit, quá trình đông máu hay trao đổi cacbohiđrat. Mangan thuộc nguyên tố vi lƣợng, hàm lƣợng mangan trong cơ thể thực vật khoảng 10-3% và 10-5% trong cơ thể động vật. Nhu cầu của ngƣời bình thƣờng về mangan là khoảng 0,2 – 0,3 mg/ ngày/ kg trọng lƣợng. Mangan trong cơ thể tập trung chủ yếu trong các mô xƣơng, gan, thận, dịch dạ dày, đặc biệt là trong ti lạp thể của tế bào. Nguồn thực phẩm giàu mangan có thể kể đến là chè, củ cải đỏ, cà rốt, khoai tây, hạt tiêu, gan động vật… * Vai trò sinh học của kẽm [5-6, 11, 30] Kẽm là nguyên tố kim loại thuộc chu kì 4, nhóm IIB, số thứ tự là 30, với cấu hình electron là [Ar]3d104s2. Nhờ sự hoàn chỉnh của lớp electron sát lớp ngoài cùng 3d10 mà kẽm thể hiện mức oxi hoá duy nhất là +2. Trong tự nhiên kẽm có 5 đồng vị bền là: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn, trong đó 64Zn chiếm tỉ lệ 50,9%. 5
Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm Cùng với sắt và đồng, kẽm là một trong ba kim loại quan trọng hàng đầu đối với sự sống. Kẽm giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, tổng hợp protein và axit nucleic. Đến nay ngƣời ta đã xác định đƣợc 300 enzim chứa kẽm gồm các ancol dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptidaza, proteaza… Ngoài vai trò là trung tâm hoạt động của các enzim, kẽm còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra những cấu trúc đặc trƣng của các protein và mạch xoắn của các phân tử AND, trong đó kẽm thƣờng liên kết với các nguyên tử S của cystein và N của histidin. Trong cơ thể, kẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ dày.... Khi thiếu kẽm trẻ con sẽ biếng ăn, chậm lớn, xƣơng ròn, tóc mọc chậm. Nhu cầu về kẽm phụ thuộc vào lứa tuổi và giới tính, lƣợng kẽm hàng ngày đối với trẻ con là 5 – 10 mg, ngƣời lớn 12 – 15 mg, phụ nữ mang thai 20 – 40 mg thậm chí là 50 mg. Các thức ăn giàu kẽm phổ biến nhƣ: thịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh… 6
Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật [17] Kim loại Enzim Vai trò Ferredoxin Chất khử, vận chuyển (e) Catalaza Thúc đẩy sự phân hủy H2O2 Xitocrom Vận chuyển (e) Sắt Succinat Chuyển hóa cacbon hydrat Đehyđrogenaza Vận chuyển O2 Methemoglobin Hemoglobin Xitocrom oxiđaza Vận chuyển O2 Lysyl oxiđaza Oxi hóa lysine Đồng Ceruloplasmin Liên kết với Fe Superoxide dismutalaza Cạnh tranh với các peoxit tự do Cacboanhyđraza Chuyển hóa CO2 Cacboxypeptiđaza Thủy phân peptit Kẽm Photphattaza kiềm Thủy phân PO43- Alohol đehyđrogenaza Chuyển hóa rƣợu RNA và DNA Tổng hợp chuỗi RNA và DNA Superoxide dismutase Cạnh tranh với các peoxit tự do Mangan Pyruvate cacboxylaza Chuyển hóa pyruvate 1.2. Vai trò sinh học của lysine [9, 31] Lysine là một α – amino axit thiết yếu đối với sự sinh trƣởng và phát triển bình thƣờng của cơ thể ngƣời và động vật. Tuy nhiên, nó không tự đƣợc tổng hợp trong cơ thể mà đƣợc bổ sung từ ngoài vào thông qua thức ăn. Công thức phân tử của lysine là C6H14N2O2, khối lƣợng phân tử 146,188g/mol, nhiệt độ phân hủy 200 – 300oC và tan tốt trong nƣớc. Công thức cấu tạo của lysine: NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH, với hai dạng đồng phân quang học D 7
– Lysine và L – Lysine, trong đó cơ thể sinh vật sống chỉ hấp thụ đƣợc lysine dạng L. D – Lysine L – Lysine Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine Lysine giữ vai trò sống còn trong tổng hợp protein là chìa khóa trong sản xuất enzim, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cƣờng sức đề kháng, chống bệnh tật, đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh rộp miệng hay mụn rộp sinh dục. Thiếu lysine trong thức ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo máu, hạ thấp số lƣợng hồng cầu và hemoglobin, phá vỡ quá trình cân bằng protein, gây ra hàng loạt biến đổi ở gan và phổi. Đặc biệt đối với động vật còn non và trẻ em khi bị thiếu lysine sẽ xảy ra hiện tƣợng chậm lớn, trí tuệ kém phát triển. Lysine là một amino axit cần thiết và đòi hỏi phải luôn có sẵn trong thức ăn để đáp ứng nhu cầu dinh dƣỡng của cơ thể. Nhu cầu tối thiểu về lysine đối với trẻ 8
em là 103 mg/ kg, nữ trƣởng thành là 0,50 g/ ngày và 0,8 g/ ngày đối với nam trƣởng thành. Đối với động vật việc bổ sung lysine vào thức ăn là rất cần thiết. Các thực phẩm giàu lysine là: thịt, cá, sữa, lòng đỏ trứng, lạc, đậu tƣơng, bột đậu nành… 1.3. Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine [17-18, 20]. Bảng tuần hoàn Mendeleev chứa ít nhất 104 nguyên tố hóa học thì có tới 81 nguyên tố đƣợc coi là thành phần tạo nên các khoáng chất. Trong đó, 17 nguyên tố đƣợc cho là khoáng chất thiết yếu đối với sự sống của động vật (Fe, Mn, Cu, Zn, P, Mg…). Nhóm các khoáng chất thực hiện ba chức năng chính sau: - Giữ vai trò trong sự phát triển và duy trì các mô cứng và mềm trong cơ thể. - Quy định quá trình sinh lý và sinh học của động vật. Khoáng chất thiết yếu giữ vai trò nhƣ chất xúc tác trong hệ thống enzim và hoocmon. - Tham gia vào quá trình tạo năng lƣợng, đóng vai trò nhƣ một yếu tố cần thiết trong các phản ứng enzim, biến đổi thức ăn thành các chất chuyển hóa khác, giải phóng năng lƣợng để sử dụng cho các hoạt động của cơ thể. Lƣợng khoáng chất quá nhiều hay quá ít đều có hại tới cơ thể động vật, việc cung cấp các khoáng chất “an toàn” về mặt sinh học là hoàn toàn cần thiết. Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến tính sinh học của khoáng, trong phạm vi nghiên cứu này chúng tôi chỉ đề cập tới yếu tố ảnh hƣởng duy nhất là: “các dạng hóa học của khoáng chất”. Một nhóm nghiên cứu [17] đã làm các thí nghiệm trên phân đoạn ruột của giống chuột bạch đực để so sánh khả năng hấp thu giữa phức amino axit với dạng vô cơ của kim loại, kết quả đƣợc thể hiện trên bảng 1.2. 9
Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm mạc ruột của chuột bạch đực [17] Các dạng hóa học của kim loại Kim loại Phức chất Muối sunfat Muối cacbonat Oxit Cu 35 8 6 11 Mn 94 36 51 23 Fe 298 78 82 61 Zn 191 84 87 66 Các số liệu trên cho thấy: phức chất amino axit đƣợc hấp thu vào niêm mạc ruột tốt hơn là các cation kim loại từ dạng muối vô cơ và thí nghiệm trên còn chứng minh rằng: - Các nguyên tố khoáng ở dạng muối vô cơ trong quá trình tiêu hoá thƣờng phân giải thành các ion tự do, các ion này có thể kết hợp với những phân tử khác trong khẩu phần ăn, tạo nên những hợp chất khó hấp thu, làm giảm tác dụng sinh học của khoáng chất. - Trong trƣờng hợp là phức chất của một amino axit, các ion kim loại trong phân tử là trơ về mặt hóa học do tạo liên kết với các phối tử amino axit (liên kết này có tính cộng hóa trị và ion). Chính nhờ đặc điểm này mà kim loại trong phức chất có hoạt tính sinh học cao và đƣợc hấp thu dễ dàng hơn. Những nghiên cứu của nhóm tác giả [18, 20] đã chứng minh sự hiệu quả khi bổ sung các phức chất của amino axit thiết yếu với kim loại vào thức ăn cho gia súc. Nhóm tác giả Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson [20] đã đánh giá về những ảnh hƣởng của các phức kim loại – lysine đến sản lƣợng sữa và năng suất sinh sản của giống bò thƣơng mại Holstein – Friesian. Năm trăm năm mƣơi con bò Holstein Friesian trong một trang trại chăn nuôi bò sữa thƣơng mại đƣợc xếp thành hai nhóm. Nhóm I (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên), nhóm II (cung 10
cấp thức ăn thƣờng xuyên + 360 mg kẽm – lysine + 200 mg mangan – lysine + 125 mg đồng – lysine). Nghiên cứu trên đƣợc thực hiện trong 35 ngày trƣớc khi bò đẻ. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trong bảng 1.3. Bảng 1.3. Ảnh hưởng của phức chất kim loại - lysine tới bò sữa Kết quả Nhóm I Nhóm II Sản lƣợng sữa (kg/ngày) 16,6 17,5 Trƣờng hợp niêm vú (%) 29,9 23,8 Tỷ lệ mang thai (%) 82 87 Hàm lƣợng kẽm (mg/kg) 36 41 Hàm lƣợng đồng (mg/kg) 88 181 Hàm lƣợng mangan (mg/kg) 5,3 5,7 Các kết quả trong bảng 1.3 chỉ ra rằng: những con bò có khẩu phần ăn đƣợc bổ sung thêm các phức chất kim loại – lysine cho sản lƣợng sữa tăng 5,4%, tỷ lệ mang thai tăng 6,1%, trƣờng hợp niêm vú giảm 20% đồng thời hàm lƣợng kim loại đƣợc hấp thu cũng cao hơn so với những con bò mà khẩu phần ăn của chúng không đƣợc bổ sung phức chất kim loại – lysine. Tác giả [18] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái: chọn ngẫu nhiên 40 con lợn nái và chia đều thành 2 nhóm. Nhóm A (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên), nhóm B (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên + 0,2% sắt – glixin/ tổng lƣợng thức ăn). Thực hiện chế độ thức ăn nhƣ trên trong vòng bốn tuần trƣớc khi đẻ cho đến hai tuần sau khi đẻ. Số lƣợng lợn con sinh ra, trọng lƣợng sơ sinh, số lợn con sinh ra còn sống và trọng lƣợng lúc cai sữa đƣợc trình bày trong bảng 1.4. 11