Bài giảng Chuyển hóa Acid amin

CHUYỂN HÓA ACID AMIN MỤC TIÊU: Trình bày được: 1. Quá trình khử amin oxy hóa và trao đổi amin, liên quan giữa 2 quá trình 2. Chu trình ure, liên quan giữa chu trình ure và acid citric 3. Khái niệm về bệnh lý acid amin 21.1.Tiêu hóa protein 3Tiêu hóa protein và hấp thu acid amin ở ruột 1.2.Thoái hóa protein nội sinh 4 Ubiquitin (8.5 kDa) đánh dấu các protein (ở tế bào nhân thật) để thoái hóa Ubiquitin-Activating Enzyme (E1) Ubiquitin-Conjugating Enzyme (E2) Ubiquitin-Protein Ligase (E3) Thoái hóa protein ở mô 5 Proteasome thoái hóa các protein gắn với ubiquitin 6Khái quát về thoái hóa acid amin Protein nội bào Protein thức ăn Sinh tổng hợp aa, nucleotid và các amin sinh học Khung carbon Chu trình ure Chu trình acid citric Liên quan 2 chu trình 7Số phận của nitơ ở các sinh vật khác nhau Động vật có xương sống trên cạn, cá mập bài xuất ure Phần lớn động vật có xương sống dưới nước bài xuất amoni Chim, bò sát bài xuất acid uric 82. Thoái hóa acid amin Bước đầu tiên -> loại Nitơ 2.1.Trao đổi amin PLP 10 2.1. Trao đổi amin Loại Nitơ bởi aminotransferase Prosthetic group involved in amino transfer Trao đổi amin • - cetoglutarat + Ala Glu + Pyruvat • - cetoglutarat + Asp Glu + Oxaloacetat • ALT (Alanin transaminase) hay GPT (Glutamat pyruvat transaminase) • AST (Aspartat transamninase) hay GOT (Glutamat oxaloacetat transaminase) • Hoạt độ ALT và AST trong máu tăng cao là chỉ điểm cho tổn thương một số mô (gan, cơ) ALT (GPT) AST (GOT) 2.2. Khử amin oxy hóa • Khử amin oxy hóa glutamat: Enzym Glutamat dehydrogenase (GLDH) có trong ty thể, coenzym NAD+ hoặc NADP+. Hoạt tính xúc tác mạnh. COOH CHNH2 CH 2 CH 2 COOH COOH CNH CH2 CH 2 COOH COOH CO CH 2 CH 2 COOH NAD+ NADH+H+ H2O + NH3 GLDH GLDH 2.2.Khử amin oxy hóa • Khử amin oxy hóa các acid amin thông thường: Do các L- acid amin oxidase xúc tác, coenzym là FMN. Có ở lưới nội bào gan, thận. Hoạt tính thấp nên không có vai trò quan trọng. • Gồm 2 giai đoạn: - Oxy hóa acid amin tạo acid -imin - Thủy phân tự phát acid imin tạo acid -cetonic và NH4 + R-CH-COO- R-C-COO- R-CO-COO- + NH4 + NH3 + NH + H2OFMN FMNH2 H2O2 O2 1/2O2 + H2O Catalase 2.3.Liên quan giữa trao đổi amin và khử amin oxy hóa • Hoạt tính cao của glutamat aminotransferase làm nhóm amin của các acid amin tập trung lại cho Glu • Glu là acid amin duy nhất bị khử amin oxy hóa với tốc độ cao và có lợi về mặt năng lượng • Các L- acid amin oxidase hoạt động yếu, khi hoạt động sinh ra chất độc Vì vậy các acid amin khác khử amin oxy hóa gián tiếp qua Glu nhờ hệ thống trao đổi amin Acid amin -cetoglutarat Acid - cetonic Glutamat NH4 + Transaminase GLDH Số phận của NH4 + • Glutamin vận chuyển NH4 + từ các mô về gan và thận: Amoniac gắn với Glu tạo Gln nhờ Glutamin synthetase C O O H C HNH2 C H 2 C H2 O O C O O H C HNH 2 C H 2 C H 2 O O P A T P A D P N H 3 P C O O H C HNH2 C H 2 C H2 O N H 2 Glutamat - Glutamyl phosphat Glutamin Số phận của NH4 + Glutamin theo máu tới gan,thận. Nhờ Glutaminase ở ty thể thủy phân thành glutamat và NH4 + - Ở thận thủy phân Gln cung cấp amoniac, giúp đào thải H+ điều hòa thăng bằng acid base. - Ở gan: NH4 + biến đổi thành ure Alanin mang NH4 + từ cơ tới gan Chu trình urê Carbamyl phosphat synthetase I xúc tác phản ứng tạo carbamyl phosphat từ bicarbonat và NH4 + Bào tương Ty thể Chu trình urê Ornithin carbamyl transferase Ornithin Citrullin Chu trình urê Chu trình urê • Phản ứng tổng quát của chu trình urê có thể viết: NH3 + HCO3 - + Aspartat + 3 ATP  Urê + Fumarat + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi Liên quan giữa chu trình ure và chu trình acid citric NH4 + Điều hòa chu trình urê • Chủ yếu ở bước tổng hợp carbamyl phosphat Chuyển hoá của nhóm carboxyl • R-CH-COO-  R-CH2-NH2 + CO2 NH2 Một số aa khử carboxyl thành amin có hoạt tính sinh học. Sau khi hết tác dụng các amin bị khử amin oxy hóa nhờ MAO (monoamino oxidase) hoặc diamino oxidase Decarboxylase COOH CH CH 2 NH 2 CH2 COOH C H 2 CH 2 NH 2 CH2 COOH CO2 CH COOH NH2 CH 2 NHCH N C H CO2 CH2NH2 CH2 NHCH N C H Glu GABA His Histamin Số phận của khung carbon của acid amin Trong số 20 aa thường gặp chỉ có Leu và Lys là không có khả năng tân tạo glucose Chuyển hóa của khung carbon của acid amin • Sau khi loại bỏ nhóm amin, khung carbon của 20 acid amin có thể bị thoái hóa • Các sản phẩm thoái hóa là: - Các sảm phẩm trung gian của chu trình acid citric - Pyruvat - Acetyl CoA hoặc acetoacetat • Có 6 aa thoái hóa tạo pyruvat: Ala, Ser, Gly, Cys, Thr, Try. • 7 aa thoái hóa thành acetyl-CoA: Try, Lys, Ile, Phe, Tyr, Leu,. • 4 aa thoái hóa thành succinyl CoA: Met, Thr, Ile, Val • 5 aa thoái hóa thành alpha –cetoglutarat: Arg, Pro, Glu, Gln, His • Asp và Asn thoái hóa thành oxaloacetat Các acid amin sinh đường và sinh thể ceton • Các acid amin sinh đường có thể tân tạo đường bởi chuyển thành pyruvat hay các sản phẩm trung gian của chu trình acid citric • Các acid amin sinh thể ceton có thể tổng hợp acid béo hay thể ceton • Một vài acid amin vừa sinh đường vừa sinh thể ceton Số phận khung carbon của acid amin Số phận khung carbon của acid amin Aromatic amino acids need oxygenases + O2 3. Sinh tổng hợp acid amin • Cơ thể người và động vật bậc cao chỉ tổng hợp được 10 aa hay 12 aa. • Các acid amin cơ thể không tổng hợp được gọi là các aa cần thiết, gồm: Val, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Trp, Thr. Hai acid amin His và Arg cơ thể trẻ và động vật còn non tổng hợp không đủ đáp ứng nhu cầu phát triển gọi là aa bán cần thiết. • Tuy nhiên người và động vật cao cấp không thể tổng hợp NH4 + từ N2, nitrit, nitrat. Các acid amin cần thiết ở người • Cơ thể không thể tổng hợp được • Đòi hỏi cung cấp từ thức ăn • • * cần thiết ở trẻ em Lysine Methionine Threonine Phenylalanine Tryptophan Arginine* Histidine* Isoleucine Leucine Valine Chu trình của nitơ 3.1. Sự tạo thành NH4 + Sự cố định nitơ ở visinh vật hay thực vật nhờ phức hợp nitrogenase N2 + 10H + + 8e- + 16 ATP  2 NH4 + + 16ADP + 16 Pi + H2 Major Ammonium ion carrier 3.2. Sự vận chuyển NH4+ vào các hợp chất sinh học: Amoniac đi vào acid amin qua Glutamat và Glutamin Ammoniac đi vào Glutamat • Amin hóa và khử -ketoglutarat bởi glutamat dehydrogenase xảy ra ở thực vật, động vật và vi khuẩn Glutamin cũng là chất mang nitơ • Con đường đồng hóa ammoniac quan trọng thứ hai là qua glutamin synthetase Glutamat synthase vận chuyển nitơ tới -ketoglutarat Sinh tổng hợp acid amin Sinh tổng hợp Acid amin ở vi khuẩn và thực vật Các acid amin cần thiết ở dạng chữ in đậm Sinh tổng hợp Acid amin ở vi khuẩn và thực vật Cơ chế ức chế Feedback điều hòa sinh tổng hợp acid amin 3.4. Sinh tổng hợp một số chất có hoạt tính sinh học từ acid amin Amino acid là tiền chất để tổng hợp porphyrin Acid Amin là tiền chất của hormon CH COOH NH2 CH 2 CH CH CH CH OH C H 2 NH 2 CH 2 CH CH CH OH OH CH COOH NH2 CH 2 CH CH CH OH OH Biopterin-H4 Biopterin-H2 O2 H2O CO2 Tyrosine Dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) Dopamine C H 2 NH 2 CH 2 CH CH CH OH OH C H 2 NH 2 CH CH CH CH OH OH OHAscorbate Dehydroascorbate O2 H2O C H 2 N H CH CH CH CH OH OH OH CH 3 S-Adenosyl-Methionine S-Adenosyl- homocysteine Dopamine Norepinephrine Epinephrine Tổng hợp creatin AT: Amidinotransferase GAMT: Guanidinoacetat metyltransferase Tổng hợp glutathion COOH | (CH2)2 | CHNH2 | COOH CH2SH | CONHCHCOOH | (CH2)2 | CHNH2 | COOH CH2SH | CONHCHCO-NHCH2COOH | (CH2)2 | CHNH2 | COOH CH2SH | H2NCHCOOH 1 2 H2NCH2COOH 1: glutamate cysteine ligase (glutamyl-cysteine synthetase) 2: glutathione synthetase cysteine glycine Glutamat -glutamyl- cysteinyl-glycin (GSH) Một số bệnh rối loạn chuyển hóa acid amin di truyền