Bài giảng Sự chuyển hoá protein đơn giản

Nội dung text: Bài giảng Sự chuyển hoá protein đơn giản

1. CHƯƠNG XI: SỰ CHUYỂN HOÁ PROTEIN ĐƠN GIẢN Khái niệm chung: Những protein lạ khi vào máu người hay động vật bậc cao gây nên sự hình thành kháng thể và dị ứng. Khi đưa các sản phẩm phân tử cao của sự thủy phân protein các pepton vào mạch máu ta cũng thấy các triệu chứng của sự ngộ độc gọi là choáng pepton. Bởi vậy, khi protein cùng thức ăn vào cơ thể không bao giờ tham gia trực tiếp vào thành phần mô cơ thể mà phải trải qua sự phân giải trước đã. Cơ thể sử dụng cho việc dinh dưỡng không phải bản thân protein mà là các thành phần cấu trúc của nó, các aminoacid và chắc chắn là các polipeptit đơn giản.
2. Sự loại trừ tính đặc hiệu loài của các protein lạ bằng cách thủy phân chúng là một trong những chức năng sinh lý đáng kể của quá trình tiêu hoá. Bằng thực nghiệm người ta đã xác định chắc chắn vai trò của aminoacid như đạm dinh dưỡng cơ bản. Cũng khẳng định rằng trong dinh dưỡng người và động vật có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu protein bằng một lượng tương ứng các sản phẩm thủy phân protein hoặc bằng hỗn hợp nhân tạo các aminoacid có thành phần tương ứng. Hỗn hợp các aminoacid được hấp thu tốt và đảm bảo dinh dưỡng protein có thể không chỉ bằng cách đưa qua miệng, mà có thể bằng tiêm truyền.
3. 1.Các enzym phân giải protein: Quá trình phân giải hay tiêu hoá protein được gọi là sự lyzis (tiếng Hy Lạp có nghĩa là hoà tan) từ đó có danh từ proteoliz và các enzym proteolitic. Chúng có trong mọi cơ thể sống và thủy phân tất cả protein tế bào. Ngoài ra, chúng còn phân hủy protein cùng thức ăn đi vào cơ thể thành các aminoacid và từ đó tổng hợp nên các protein mới cần cho sự tồn tại của cơ thể. Như vậy, các enzym proteolitic của đường tiêu hoá gắn liền với chức năng quan trọng của cơ thể đó là sự đồng hoá chất dinh dưỡng.
4. Việc thủy phân các phần tử dẫn đến làm đứt các liên kết peptit nối nguyên tử carbon của một gốc aminoacid này với nguyên tử nitơ của gốc kia. (enzym proteolitic = peptidaza). Peptidaza xúc tác sự cắt đứt sợi peptit khi có nước tham dự. Ion hydroxyl (OH-) gắn vào chỗ đứt sợi peptit ở đầu C, còn ion hydro (H+) đầu N. Có thể mô tả quá trình này trên sơ đồ sau: R R H COOH C C C N CH + COOH H2N H2N H R H O goác cuûa sôïi polipeptit Amino axit
5. 2. Những nguyên tắc cơ bản của cơ chế các enzym proteolyz (Theo G. Neurat): Sự thủy phân protein cũng như mọi phản ứng hoá học khác đều theo sự trao đổi điện tử giữa các nguyên tử nhất định của các phân tử phản ứng. Khi thủy phân các polipeptit sự cắt đứt hoá học liên kết là do yếu tố nucleophyl tạo nên nó hoạt động như hợp chất có thừa điện tử. Khi nguyên tử carbon của liên kết peptit gắn các điện tử thì liên kết giữa các nguyên tử carbon và nitơ bị đứt và nhóm amin được giải phóng. Trên sơ đồ cho thấy yếu tố nucleophyl (y) thừa điện tử tác động tương hỗ với cơ chất. (R – CO – X) y y R C X + : y R C X R C + : X O O O Ở đây chất trung gian hình thành mà cả 4 liên kết nguyên tử carbon đều gắn với một chất thay thế nào đó. Do sự đứt liên kết C – X mà X được giải phóng (đó là nguyên tử nitơ trong polipeptit hoặc nguyên tử oxy trong các ester phức tạp). Theo quan điểm hiện tại người ta cho rằng enzym Chymotripxin xúc tác việc thủy phân các liên kết peptit nhờ vài nhóm trên bề mặt phân tử này có thừa điện tử và vì vậy chúng là các chất cho điện tử rất hữu hiệu.
6. Các nhóm xúc tác của enzym và cơ chất sát gần nhau tạo nên phức chất rồi sau mới phân rã ra. Đồng thời liên kết peptit cũng bị đứt. Sự thủy phân các liên kết peptit xảy ra nhanh hơn khi có các ion hoặc các ion hydroxyl (OH). Về mặt hoá học, các liên kết peptit đều như nhau và các peptidaza đều xúc tác cắt đứt liên kết peptit, nhưng không một peptidaza nào có khả năng cắt tất cả mọi peptit. Có thể hợp chất này bị thủy phân bởi peptidaza nào đó rất mạnh, nhưng với peptidaza khác lại bị thủy phân yếu. Sở dĩ vậy vì các peptidaza có tính đặc hiệu cao. Yếu tố quyết định tính lựa chọn này không phải là kích thước phân tử cơ chất mà là bản chất các mạch bên và các nhóm nằm bên liên kết bị thủy phân. Tóm lại, enzym có những yêu cầu nhất định với cơ chất và chỉ thủy phân các liên kết peptit trong protein thoả mãn với các yêu cầu đó.
7. Các peptidaza phá liên kết peptit ở giữa sợi polipeptit gọi là các endopeptidaza. Đó là pepxin, tripxin, chymotrypxin và papain. Các enzym phá liên kết peptit 2 đầu sợi là các ekzopeptidaza. Nhóm này gồm các carboxypeptidaza aminopeptidaza và các dipeptidaza.
8. 3. Sự tiêu hoá protein trong dạ dày: Sự tiêu hoá protein trong dạ dày bắt đầu dưới ảnh hưởng các enzym dịch dạ dày. Dịch dạ dày này là chất lỏng không màu 99% là nước, acid clohydric (0,4 – 0,5%) và enzym pepxin. Ở động vật non dịch dạ dày có chứa enzym chymosin (renin). Acid clohydric có vai trò quan trọng trong việc tiêu hoá. Pepxin chỉ có hoạt tính ở pH thấp (pH thích hợp cho pepxin là 1,5 – 2,5) do acid clohydric tạo nên. Các nghiên cứu của I.P.Paplốp cho thấy việc tiết dịch dạ dày là do hệ thần kinh trung ương điều khiển. Hệ các phản ứng có điều kiện với hình dạng, mùi vị thức ăn, điều hoà việc thải dịch dạ dày và thành phần của nó. Lượng dịch dạ dày ở người khoảng 2 lít, ở chó 2 – 4 lít, ở cừu khoảng 4 lít, ở động vật lớn còn nhiều hơn. Các tuyến màng nhầy của dạ dày thải enzym pepxinnogen. Hàm lượng pepxin trong 1ml dịch dạ dày người khoảng 1mg. Nếu trung bình mỗi người tiết 2 lít dịch thì cũng có nghĩa tế bào màng nhầy dạ dày mỗi ngày tiết ra 2g pepxin. Lượng này sau khi chuyển thành dạng hoạt động có khả năng phân giải rất lớn.
9. Tác động của pepxin lên các liên kết peptit rất đặc hiệu về cấu hình quang học của các gốc aminoacid ở hai phía liên kết bị thủy phân. Sự có mặt của vòng thơm trong mạch bên aminoacid tạo điều kiện cho tác động của enzym. Tác động của pepxin sẽ thuận lợi nếu bên phải liên kết bị cắt đứt là gốc axid amin thơm, còn bên trái là gốc acid glutamic. Pepxin cắt các liên kết bên trong phân tử protein. Điều đó giải thích tại sao các sản phẩm phân giải bởi pepxin lại nhiều polipeptit chứa 4 – 8 gốc aminoacid. Đồng thời cũng có các polipeptit với trọng lượng phân tử nhỏ hơn và một số ít aminoacid. Sản phẩm phân giải các phân tử protein có tên gọi là các alburmoz và pepton. Ngày nay người ta thường gọi hơn là các polipeptit (hoặc các peptit).
10. 4. Sự tiêu hoá protein và polypeptit trong ruột: Các polipeptit sinh ra khi thủy phân protein trong dạ dày còn là những hợp chất phức tạp không hấp thu trong dạ dày. Cùng thức ăn nghiền nát, chúng đi xuống ruột và bị phân hủy tiếp. Ở ruột, các protein chưa bị tác động của proteaza cũng bị phân giải. Để phân giải protein và polipeptit trong ruột có hai loại chất lỏng tiêu hoá tham gia: dịch tuyến tụy và dịch ruột. Tuyến tụy, như chúng ta đã biết thực hiện hai chức năng. Dịch tiêu hoá hình thành trong mô của tuyến tụy (chiếm 99% trong lượng tuyến) tiết vào hành tá tràng. Dịch tuyến tụy có thành phần hoá học phức tạp và là chất lỏng kiềm yếu (pH 7,3 – 8,7) nhờ chứa bicarbonat natri (NaHCO3).
11. Trong dịch tuyến tụy có enzym xúc tác thủy phân protein và các polipeptit (tripxin, chymotrypxin, protaminaza, carbo xilpolipeptidaza) thủy phân hydratcarbon (amylaza, lactaza, maltaza) thủy phân chất béo (lipaza), thủy phân acid nucleic (nucleaza) các enzym proteolytic của tuyến tụy được tổng hợp ở dạng không có hoạt tính – dạng zimogen. Do không có hoạt tính nên chúng không phân giải các protein trong mô của tuyến cũng như phần protein các enzym amylaza, lipaza. Khi vào ruột tripxinogen dưới tác động của Enterokinaza đường ruột chuyển thành dạng tripxin hoạt động.
12. Enterokinaza được hình thành trong tế bào vỏ nhầy ruột cũng ở dưới dạng không hoạt tính và được hoạt hoá trong dịch ruột bởi các enzym proteolytic khác trong đó có tripxin. Sự chuyển hoá của tripxinogen thành tripxin liên quan đến sự thay đổi cấu trúc phân tử của nó. Liên kết giữa lysin và izolơxin ở phần đầu phân tử bị đứt và tách ra polypeptit không lớn gồm 6 amino acid. Sau khi tách hexapeptit ra khỏi tripxinogen không hoạt động thì nó trở nên tripxin hoạt động. Tripxin tiến hành thủy phân không triệt để. Chỉ 1/3 các liên kết peptit trong phân tử protein bị tripxin cắt mà thôi. Có pH tối ưu cho tripxin là 7,8. Dưới ảnh hưởng của tripxin aminoaxit tự do cũng được hình thành.
13. Chymotrypxin: Đó là enzym có trong dịch tuyến tụy ở trạng thái không hoạt động dưới dạng chymotrypxinogen. Chất này chịu tác động của trypxin biến thành chymotrypxin hoạt động. Trong phân tử chymotrypxin không có nhóm amin hoạt động. Trong phân tử chymotrypxin không có nhóm amin và nó là một peptit vòng. Khi trypxin tác động, liên kết của cấu trúc peptit vòng chymotrypxin đứt Chymotrypsin ra làm xuất hiện nhóm amin. Đó là bản chất quá trình hoạt hoá chymotrypxinogen để trở thành chymotrypxin hoạt động.
14. Chymotrypxin cũng giống trypxin, xúc tác sự thủy phân protein và các polipeptit cao phân tử hình thành nên các peptit phân tử thấp. Nó cắt các liên kết peptit mà trypxin không tác động đến. Như chúng ta đã nói, dưới ảnh hưởng của trypxin liên kết peptit giữa nhóm carbonxyl của arginin hoặc lizin và nhóm amin của một aminoacid nào đó bị đứt. Còn dưới ảnh hưởng của chymotrypxin các liên kết peptit có nhóm carboxyl của aminoacid vòng (tyrozin, phenilalanin) bị thủy phân. Nhờ kết quả tác động cùng lúc của trypxin và chymotrypxin có trong ruột lên protein và các polipeptit cao phân tử hình thành các polipeptit phân tử nhỏ hơn: Đồng thời có một số ít aminoacid xuất hiện.
15. 5. Sự hấp thu sản phẩm thủy phân protein: Phần lớn aminoacid từ ruột được trực tiếp vào máu. Qua các mạch dẫn limpha chưa đến 5% đạm dinh dưỡng được hấp thu. Cùng máu động mạch các aminoacid trước hết đưa tới gan, ở đây phần lớn được sử dụng để tổng hợp protein hoặc chịu các chuyển hoá khác. Một phần xâm nhập vào dòng tuần hoàn chung. Cũng có các aminoacid từ các cơ quan khác tham gia vào dòng tuần hoàn chung. Đồng thời tất cả các mô lại hấp thu aminoacid từ máu để cấu tạo nên các protein đặc hiệu của mình và các sản phẩm của sự trao đổi đạm. Do có các quá trình ngược chiều nhau như vậy nên hàm lượng aminoacid (và các peptit ngắn) trong máu luôn ở mức độ tương đối ổn định.
16. 6. Sự chuyển hoá aminoacid trong cơ thể: Những aminoacid không dùng để tổng hợp protein và các dẫn xuất khác, không thể tích lại nhiều trong cơ thể. Chúng chịu các enzym chuyển hoá khác nhau, để cuối cùng bị phân hủy hoàn toàn. Một phần aminoacid mất nhóm amin bằng cách khử amin và biến thành các xetoacid, oxyacid. Đạm các aminoacid này biến thành các sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi đạm (ammoniac, urê, acid uric ). Bộ khung carbon (của cetoacid, oxyacid) có thể bị oxy hoá hoàn toàn hay chuyển hoá thành hydratcarbon và chất béo. Phần nào đó bộ khung carbon này lại được sử dụng trong mô cho việc tổng hợp các aminoacid bằng cách gắn thêm nhóm NH2 (amin hoá). Ngoài ra, trong sự trao đổi đạm, các quá trình chuyển aminoacid này thành aminoacid khác nhờ enzym qua các phản ứng chuyển amin hoặc các nhóm khác cũng đóng vai trò quan trọng trong sự trao đổi đạm nói chung. Do cấu trúc các aminoacid khác nhau là không giống nhau nên con đường phân giải chúng cũng không như nhau. Dù sao thì cũng có những nguyên tắc chuyển hoá chung cho các aminoacid trong cơ thể.
17. Sơ đồ tổng quát sự biến dưỡng protein Nucleotide Lipid Phe, Tyr, Leu, Lys, Tryp Coenzyme Glucid Urã CoA, -ala, Val, Cys, Gly Gly, Ala, Ser, Tre, Val, Asp, Arg, His, Pro NH3 A C I D A M I N CO2 Caïc acid amin khaïc Hormone Pocfirin, Gly Protein, polypeptide Choline Nhæîng con âæåìng cå baín chuyãøn hoaï acid amin
18. Sự khử amin: Phản ứng làm mất đi nhóm amin của aminoacid và dẫn đến sự hình thành phân tử amoniac gọi là sự khử amin. Có nhiều con đường khử amin. 1) Khử amin bằng con đường khử. Trong trường hợp này từ aminoacid hình thành acid hữu cơ và amoniac. 2) Khử amin bằng con đường thủy phân. Khi liên kết với nước, aminoacid tạo nên -oxyxetoacid và amoniac. R-CH-COOH H2O R-CH-COOH NH2 NH3 OH Oxy acid
19. 3) Khử amin nội phân tử tạo acid béo không no. R-CH2-CH-COOH R-CH=CH-COOH NH2 NH3 Acid khäng no
20. Chuyển amin: Phản ứng chuyển amin (transamin) là phản ứng vận chuyển thuận nghịch nhóm amin giữa các aminoacid và xetoacid mà không có sự hình thành amoniac trung gian. Trong phản ứng này nguyên một gốc của hợp chất này được chuyển đến hợp chất kia. Thí dụ: alanin và acid cetoglutaric rất dễ tham gia vào phản ứng chuyển amin. Nhờ enzym aminotransferaza aminoacid alanin chuyển đến acid xetoglutaric tạo nên hai sản phẩm mới của phản ứng là acid glutamic và pyruvic. COOH COOH CH3 C=O CH3 CH-NH2 + + CH-NH2 CH2 C=O CH2 COOH CH2 COOH CH2 COOH Acid pyruvic COOH Ala Acid −cetoglutaric Glu
21. Trong phản ứng chuyển amin, -aminoacid đóng vai trò chất cho nhóm amin, còn -xetoacid như chất nhận nhóm amin. Một trong những thành viên của phản ứng chuyển amin bao giờ cũng là acid dicarboxilic. Việc chuyển amin bao giờ cũng xảy ra mạnh nhất giữa acid glutamic và oxaloacetic. Phản ứng chuyển amin được xúc tác bởi enzym đặc biệt là aminotransferaza hay transaminaza. Chúng có trong các mô khác nhau của động vật, thực vật và vi sinh vật. Coenzym các aminotransferaza là piridoxiol-photphat. Việc chuyển amin là quá trình rất phổ biến và quan trọng của sự phân giải sinh học và tổng hợp các aminoacid, nó xảy ra trong các loại mô khác nhau của động vật, thực vật và vi sinh vật.
22. Sự khử carboxyl: Khử carboxyl aminoacid là tách nhóm carboxyl của aminoacid ra dưới dạng khí carbonic tạo nên các amin có tên gọi là các amin nguồn gốc sinh học (biogen). Sự khử carboxyl được xúc tác bởi enzym-Carboxylaza có coenzym là pyridoxalphotphat hoặc photphopiridoxal (este photphoric của vitamin B6). R-CH-COOH R-CH2-NH2 Amin NH2 CO2 Acid amin Cuû thãø: N CH2-CH-COOH CO2 N CH2-CH2-NH2 NH2 N N Histidine Histamin H H
23. Phản ứng khử carboxyl đặc biệt phổ biến ở vi khuẩn và ít hơn ở động vật, thực vật. Dưới ảnh hưởng các vi khuẩn gây thối có trong ruột động vật (nhất là ruột già) quá trình khử carboxyl khử amin và oxy hoá aminoacid xảy ra mạnh trước khi chúng kịp hấp thu vào máu. Thí dụ: Triptophan khi bị phân giải thối cho ta triptamin chuyển hoá tiếp thành Skatol và indol chất tạo mùi thối của phân và có độc tính. Tirozin khi bị phân giải thối cho ta tiramin, giống adrenalin làm tăng huyết áp. Chất này bị chuyển hoá tiếp tạo nên phenol độc. CH2-CH-COOH CH2-CH2-NH2 HO CH2-CH2-NH2 CO2 NH2 N N N H Tryptophan H Tryptamin H Xerotonin
24. Histidin khử carboxyl dưới tác động của decarboxylaza các vi khuẩn thối trong ruột thành histamin. Histamin có tác động dược học mạnh lên hệ mạch máu. Khi nhiều histamin tích lại thì sẽ có nguy cơ đối với hoạt động bình thường của cơ thể. CH2 CH COOH CH2 CH2 NH2 N N NH2 NH NH Histidin Histamin Tất cả các sản phẩm phân giải này phần thải ra khỏi cơ thể cùng phân, khí ruột và một phần hấp thu vào máu. Trong trường hợp này ở gan chúng bị este hoá và dưới dạng các este vô hại của acid sulfuric và gluconic thải ra khỏi cơ thể cùng nước tiểu.
25. 7. Sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi đạm: Các aminoacid không được cơ thể dùng để tổng hợp protein, hormon, enzym và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác đều bị phân hủy đến cùng thành các sản phẩm cuối cùng amoniac, urê, acid uric, khí carbonic và nước.
26. 8. Sự hình thành và loại bỏ amoniac trong cơ thể: Do việc khử amin của các aminoacid, các amin, các aminopurin, do sự thủy phân các amid và sự phân giải các hợp chất đạm khác mà bao giờ trong tế bào sống cũng hình thành một lượng amoniac nào đó. Trong mô hệ thần kinh (tế bào não bộ và tủy xương ) cũng thấy amoniac tích lũy lại khi phải hoạt động nhiều. Lượng amoniac trong não cũng tăng lên và cực đại trong các cơn co giật. Amoniac là chất độc, đối với cả động vật và thực vật. Đặc biệt hệ thần kinh trung ương động vật bậc cao là rất nhạy cảm với amoniac. Việc tích lại trong mô lượng lớn amoniac nhất định sẽ làm cơ thể bị ngộ độc. Ở động vật bậc cao (và kể cả thực vật) amoniac không tích lại trong các cơ quan và luôn giữ ở mức độ thấp. Trong máu, chỉ có dấu vết mà thôi (trong máu động mạch người ít hơn 0,1mg%). Trong cơ thể sống có cơ chế enzym, mạnh mẽ đảm bảo cho việc loại trừ amoniac do việc khử amin hoặc do từ muối amoniac đưa từ ngoài vào sinh ra.
27. 9. Vai trò các amid: Một trong những cách tiêu độc amoniac sinh ra trong lúc trao đổi đạm là sử dụng nó để tạo nên liên kết amid của glutamin và asparagin. HOOC CH (CH2)2 CONH2 HOOC CH CH2 CONH2 NH2 NH2 glutamin asparagin Đây là con đường phổ biến trong nhiều mô khác nhau (não, thận, gan, cơ bắp, thủy tinh thể mắt).
28. Những amid này là thành phần cố định của protein. Trong cây bậc cao chúng thường có ở dạng tự do. Ở động vật máu nóng cũng có số lượng nhỏ glutamin tự do trong máu (khoảng 8mg%) và trong các mô (12 – 50% tổng số nitơ amin). Ở đây việc tổng hợp asparagin và glutamin là một trong những quá trình hoạt động mạnh nhất của sự trao đổi đạm, giống như sự tổng hợp urê trong cơ thể động vật Trong cả hai trường hợp này ý nghĩa đều là sự giải độc amoniac, nhưng đồng thời cũng có sự khác biệt đáng kể. Nếu kể về sự tham gia tiếp tục trong các quá trình trao đổi thì urê là chất không hoạt động, nó thải ra khỏi cơ thể mà không biến đổi và đó là thí dụ điển hình về một sản phẩm trao đổi chất cuối cùng. Còn glutamin và asparagin có khả năng chuyển hoá tiếp và có thể lại bị lôi kéo vào các quá trình tổng hợp protein cũng như các hợp chất đạm khác.
29. 11. Chu trình ornitin (Crepx 1932): Theo lý thuyết của Crepx thì trong quá trình hình thành urê, aminoacid ornitin (acid diaminovale-rianic) đóng vai trò cơ bản. Trong các thí nghiệm khi thêm vào mô gan những aminoacid khác nhau thì ornitin, sitrulin và arginin làm tăng đáng kể việc tổng hợp urê ở đây. Do đó Crepx cho rằng việc tổng hợp urê bắt đầu từ phản ứng tác động tương hỗ của ornitin với khí carbonic và amoniac. Sản phẩm phản ứng này là sitrulin. Sitrulin vừa hình thành lại gắn liền với phân tử amoniac thứ hai để tạo nên aminoacid mới – arginin. Dưới tác động của arginaza arginin phân giải thành urê và ornitin. Ornitin được giải phóng hoạt động như chất xúc tác lại liên kết với CO2 và NH3 bắt đầu chu trình mới. Toàn bộ quá trình xảy ra trên gan là chu trình khép kín, chu trình ornitin.
30. +CO2 + NH3 ornitin Sitrulin -H2O +NH3 +H2O -H2O arginin ureâ
31. Cơ chế sự hình thành urê trong cơ thể một cách chi tiết hơn. + Giai đoạn thứ nhất: Từ amoniac và khí carbonic nhờ kết quả phản ứng với ATP đã tạo nên carbonil photphat (hợp chất có liên kết photphat cao năng và được coi như là dạng hoạt hoá của acid carbonic). Chất hoạt hoá bắt buộc cho phản ứng này là acid acetilglutamic thường có trong gan.
32. Carbamilphotphat phản ứng với ornitin tạo thành sitrulin và photphat vô cơ (carbanilphotphat + ornitin → sitrulin + H3PO4).
33. + Giai đoạn thứ hai: Vào phản ứng trùng hợp với acid asparaginic (chứ không phải với amoniac như ban đầu Crepx đề nghị). Lúc này acid arginisucsinic hình thành. Phản ứng cần năng lượng nên có sự tham gia của ATP. Sitrulin + Acid asparaginic + ATP argininsucsinic + ADP + H3PO4.
34. Arginin chịu tác động của Enzym arginaza phân giải thành ornitin và urê. Cùng nước tiểu, urê bị bài tiết ra ngoài còn ornitin lại tham gia phản ứng với carbamil photphat với cương vị như chất xúc tác của toàn bộ quá trình hình thành urê.
35. 12. Sự tổng hợp và phân giải acid uric: Sự hình thành và bài tiết các sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi đạm phụ thuộc cả vào mức độ tiến hoá của động vật cũng như vào điều kiện sống của chúng và môi trường xung quanh. Sự tiến hoá bắt đầu từ bò sát tách ra theo hai đường. Một đường dẫn tới sự xuất hiện và phát triển loài có vú, đường kia dẫn tới sự phát triển lưỡng thê và chim. Động vật có vú có cơ chế enzym mạnh mẽ thải amoniac khỏi cơ thể dưới dạng urê và thuộc các động vật ureoteic. Còn lưỡng thê và chim tuy cũng có cơ chế tương tự, nhưng sản phẩm cuối cùng sự trao đổi đạm của chúng lại không phải urê mà là acid uric. Do đó chúng thuộc các động vật uricotelic.
36. Thực ra, acid uric cũng hình thành ở người và động vật có vú nhưng với một lượng rất nhỏ. Ở người và khỉ hình nhân, một mặt nó là sản phẩm khử amin và sự oxy hoá các dẫn xuất purin (adenin, guanin) có trong thức ăn, mặt khác là từ các dẫn xuất purin khi phân giải acid nucleic và nucleotit mô và hypoxanthin hình thành một cách tổng hợp. Người ta không phát hiện thấy các enzym xúc tác sự phân giải acid uric trong mô cơ thể người và khỉ hình nhân. Ở chim và lưỡng thê cũng vậy, phần lớn acid được hình thành bằng cách tổng hợp từ hypoxanthin như sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất (95% đạm chung của nước tiểu) chỉ một lượng không đáng kể (5%) là do sự khử amin và oxy hoá các dẫn xuất purin vào cơ thể cùng thức ăn. Việc tổng hợp hypoxanthin ở chim xảy ra trong gan, còn sự oxy hoá lại xảy ra ở thận nơi có enzym xanthinoxydaza. Bằng phương pháp đồng vị phóng xạ người ta biết rằng trong việc tổng hợp acid uric ở chim các chất tiền thân hypoxanthin là glycocol, acid formic, asparaginic và glutamin.
37. Sự hình thành acid uric từ hypoxanthin dưới tác động của enzym xanthinoxydaza xảy ra như sau:
38. Ở đây hypoxanthin lúc đầu chuyển thành xanthin, rồi xanthin dưới tác động của xanthinoxydaza bị oxy hoá thành acid uric. Ở phần lớn động vật có vú (trong đó có cả các động vật nuôi), bò sát, cá và hàng loạt động vật không xương sống. Chúng ta lại thấy acid uric bị phân giải và chỉ thải ra ngoài sản phẩm phân giải của nó mà thôi. Giai đoạn đầu tiên sự phân giải acid uric (uricoliz) là sự oxy hoá acid uric dưới tác động của enzym urico oxydaza (uricaza) cùng sự tạo thành allantoin.
39. Cơ chế hình thành allantoin còn chưa sáng tỏ. Người ta cho rằng có sự tham gia của arginin và histidin vì nếu không cung cấp các aminoacid này cho động vật thí nghiệm thì việc thải ra allantoin cùng nước tiểu sẽ ngưng lại. Trong cơ thể phần lớn các động vật allantoin sinh ra từ acid uric lại bị phân giải tiếp để tạo thành acid allantoinic, urê, acid glioxsilic, còn trong trường hợp có enzym ureaza thì cả ammiac và khí carbonic. Nhưng không phải tất cả các loài vật đều đủ những enzym cần cho sự phân giải hoàn toàn acid uric. Ở động vật có vú, trừ primat, ở một số côn trùng và ở động vật thân mềm việc phân giải acid uric xảy ra cho tới lúc hình thành allantoin. Ở một loài cá xương đến hình thành acid allantoic. Ở các loài cá khác, bò sát, thân mềm có lá mang và giáp xác hình thành đến amoniac và khí carbonic.
40. SINH TỔNG HỢP PROTEIN Sinh tổng hợp amino acid: - Thực vật bậc cao có khả năng tự tổng hợp amino acid cần thiết cho sự tổng hợp protein từ NH3 và NO3 (nitrate) - Vi sinh vật có khả năng tổng hợp amino acid rất khác biệt, có loài không tổng hợp được - Phần lớn vsv sử dụng đạm dạng NH3 - Thực vật và một số ít loài nấm, vi khuẩn sử dụng đạm ở dạng nitrite hay nitrate - Đv không tổng hợp được các amino acid cần thiết mà chúng phải hấp thu từ thức ăn - Đv nhai lại có thể sử dụng đạm dạng nitrite hoặc nitrate vì có vsv cộng sinh
41. Sinh tổng hợp protein trải qua 2 bước chính: + Sự phiên mã (transcription; sao chép, copy) là sự tạo thành mRNA từ DNA, quá trình này xảy ra ở nhân tế bào + Sự giải mã (hay dịch mã; translation) là quá trình sinh tổng hợp protein trên ribosome với sự tham gia của tRNA. Đây là quá trình dịch thông tin theo trình tự các nucleotide của mRNA vào trình tự các amino acid của mạch polypetide
42. Sơ đồ tổng quát sinh tổng hợp protein
43. Bộ ba mã hóa các amino acid trên mRNA Có 3 bộ ba mã hóa sự kết thúc tổng hợp chuỗi polypepide (màu đỏ) Có một bộ ba mở đầu (màu xanh)
44. Sơ đồ hoạt động của tRNA Bước 1: enzyme nhận biết và gắn với 1 amino acid đặc hiệu Enzyme + amino acid + ATP → Enzyme-aminoacyl- AMP + P-P Bước 2: amino acid được chuyển từ phức hợp enzyme-aminoacyl sang tRNA tương ứng Enzyme-aminoacyl- AMP + tRNA → tRNA- aminoacyl + AMP + enzyme
45. Sinh tổng hợp mach polypeptide của protein diễn ra theo 4 bước chính • Hoạt hóa các amino acid (tRNA, ATP, enzyme, Mg++, amino acid) • Bắt đầu tổng hợp mạch polypeptide (mã mỡ đầu AUG, tRNA, ) • Giai đoạn kéo dài (năng lượng, các yếu tố mở đầu, mRNA, Mg++, ) • Giai đoạn kết thúc (mã kết thúc UAA, UAG, UGA, yếu tố kết thúc)
46. Các thuốc kháng sinh (antibiotics) ức chế sinh tổng hợp protein
47. TÓM TẮT CÁC GIAI ĐOẠN SINH TỔNG HỢP PROTEIN 13.2.1. Khởi động: Là một giai đoạn cực kỳ phức tạp với sự tham gia của hàng loạt nhân tố protein: Các nhân tố khởi động (IF – Initiation Factor). Người ta đã xác định được 3 nhân tố IF ở procaryote và 6 ở eucaryote (eIF). Dấu hiệu bắt đầu khởi động là codon AUG, cũng là codon mã hoá cho methionine (Met). Mặc dù chỉ có 1 codon mã hoá cho Met nhưng trong tế bào chất lại hiện diện hai loại tRNA có khả năng mang Met đến kết hợp với codon đó: (1) tRNAmet kết hợp với codon AUG nằm giữa phân tử mRNA, có nhiệm vụ gắn Met vào chuỗi polypeptide đang hình thành và (2) tRNAimet kết hợp với codon AUG khởi động, gắn Met đầu tiên của chuỗi polypeptide.
48. -Trong bước đầu tiên của giai đoạn khởi động, một aminoacyl-tRNA synthetase chuyên biệt (methionyl-tRNA synthetase) gắn một phân tử Met vào một đầu của tRNAimet tạo thành Met-tRNAimet. -Bước quan trọng nhất là bước hình thành nên phức hợp “tiểu đơn vị nhỏ của ribosome-Met-tRNAimet-mRNA” với sự tham gia của các nhân tố khởi động. Met-tRNAimet cùng với một phân tử GTP (có chức năng cung cấp năng lượng) và tiểu đơn vị nhỏ của ribosome đến gắn vào một vị trí chuyên biệt của mRNA, vị trí nằm rất gần codon AUG khởi động. Một trong các nhân tố khởi động (IF2 ở procaryote, eIF4 ở eucaryote) có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc phát hiện codon khởi động để phức hợp có thể gắn vào. Ngay khi codon khởi động được phát hiện thì tiểu đơn vị lớn của ribosome sẽ đến kết hợp với phức hợp “tiểu đơn vị nhỏ của ribosome-Met-tRNAimet-mRNA”. Và sự dịch mã bắt đầu. -Thông thường, ribosome và các nhân tố IF của các procaryote khác nhau hoàn toàn có thể thay thế lẫn nhau trong quá trình dịch mã, điều này cũng đúng cho các eucaryote. Nhưng sự dịch mã một mRNA procaryote bởi hệ thống dịch mã của eucaryote và ngược lại sẽ cho một hiệu suất rất thấp.
49. 13.2.2. Kéo dài: Là giai đoạn tương đối đơn giản, mang tính lặp lại. Sau khi amino acid đầu tiên (Met) đã được đặt vào vị trí, chuỗi polypeptide bắt đầu được tổng hợp (kéo dài). Aminoacyl-tRNA kế tiếp sẽ đến xếp vào đúng vị trí trên ribosome nhờ một trong các nhân tố kéo dài (elongation Factors-EF). Có hai vị trí chuyên biệt trên ribosome: vị trí A tiếp nhận aminoacyl-tRNA kế tiếp và vị trí P giữ phức hợp peptidyl-tRNA, tức là chuỗi polypeptide đang hình thành vẫn còn gắn với tRNA ngay trước đó. Sự tiếp xúc giữa peptidyl-tRNA và aminoacyl-tRNA sẽ dẫn đến sự hình thành liên kết peptide gắn amino acid mới vào chuỗi polypeptide đang hình thành. Và quá trình được lặp lại cho đến khi xuất hiện dấu hiệu kết thúc dịch mã.
50. 13.2.3. Kết thúc: Khi dấu hiệu kết thúc dịch mã (một trong các codon UAG, UAA, UGA) được nhận biết bởi nhân tố kết thúc (Termination factors-TF), phức hợp peptidyl-tRNA lập tức tách ra làm đôi: phân tử tRNA tự do và chuỗi polypeptide hoàn chỉnh. Lúc đó, ribosome không còn mang phức hợp peptidyl-tRNA sẽ rời khỏi mRNA, tách đôi trở lại thành hai tiểu đơn vị sẵn sàng cho một chu kỳ dịch mã mới.