Bài giảng Chuyển hóa Protid (Phần 1)

CHUYỂN HÓA PROTID (P1) ThS. Nguyễn Kim Thạch BM. Hóa Sinh - Sinh Học Phân Tử Trường ĐH Y Khoa Phạm Ngọc Thạch E-mail: nguyenkimthach@pnt.edu.vn 1 Mục tiêu 1. Chuyển hoá protid = chuyển hoá acid amin 2. Quá trình khử amin OXH 3. Dạng vận chuyển NH3 trong cơ thể 4. Chu trình chuyển hoá Urê 5. Các aa cần thiết và không cần thiết 6. Nguồn gốc các khung carbon của các a.amin 7. Nguyên liệu tổng hợp một số sản phẩm sinh học đặc hiệu 8. Các bệnh lý do rối loạn chuyển hoá protid 2 Đại cương • Acid amin là đơn vị cấu tạo của protid  chuyển hóa phân tử protid = chuyển hóa các phân tử aa. • Nguồn gốc của aa trong cơ thể: a. Nội sinh: do cơ thể tổng hợp b. Ngoại sinh: từ thức ăn • AA được sử dụng với 3 mục đích: a. OXH tạo năng lượng (protein cung cấp 15-20% nhu cầu NL) b. Tổng hợp protein: diễn ra liên tục, song song với quá trình thoái hóa. c. Tổng hợp các chất khác: Heme, purine, pyrimidine, melanin, các coenzyme và hoạt chất sinh học, Nhu cầu: 1 gr protein/kg /ngày  Tổng hợp các loại protein (cấu trúc, chức năng, hoạt chất sinh học,) 3 Sơ đồ mô tả sự chuyển hóa protid 4 Protein/ khẩu phần ăn aa 250-300g/ngày Protein cơ thể NH3 Urê Nước tiểu gan 100g/ngày Chất trung gian không chứa nhóm amin CO2, H2O Thể Keton Glucose Sinh tổng hợp các sp khác 3 trường hợp chuyển hóa aa 5 Trong quá trình tổng hợp và thủy phân bình thường của protein trong tế bào, aa không cần thiết cho phân tử protein mới oxy hóa. Chế độ ăn giàu protein  aa dư ngoài nhu cầu tổng hợp protein của cơ thể thoái hóa (không thể dự trữ được). Đói hay bệnh tiểu đường không kiểm soát + carbohydrate không có / không được sử dụng  nguồn năng lượng: protein tế bào. 1 2 3 6THOÁI HÓA ACID AMIN 7Acid amin tự do Protein ngoại sinh Enzym trong ống tiêu hoá (các enzym có vị trí hoạt động rất khác nhau) (TB biểu bì ruột non  TM cửa  gan máu mô.) Thức ăn kích thích niêm mạc dạ dày tiết gastrin Ruột tiết aminopeptidase và dipeptidase  aa tự do 8Sơ đồ thoái hóa acid amin 94 giai đoạn: 1. Chuyển amin 2. Khử amin oxy hóa 3. Vận chuyển NH3 4. Chu trình urê I. THOÁI HÓA NHÓM AMIN 1. PHẢN ỨNG CHUYỂN AMIN 10  aa A +  ceto acid B  ceto acid A +  aa B Transaminase Đặc điểm của pứ chuyển amin 11 Các aa tham gia pứ chuyển amin mức độ khác, mạnh nhất là glutamat và aspartat, khó hơn: lysin, threonin, prolin, hydroxyprolin. Nhóm amin của các aa thường được chuyển đến - cetoglutarat tạo L-glutamat. Mỗi α-aa có một α-cetoacid tương ứng và mỗi transaminaz đặc hiệu cho từng cặp cơ chất. Đây là phản ứng thuận nghịch. Xảy ra đối với nhóm amin không phải là -amin. Transaminaz Coenzym: pyridoxal phosphat (B6 ) 1. Có nhiều ở gan, cơ, thận, ruột. 2. 2 transaminaz phổ biến, hoạt động mạnh nhất ở ĐV: + glutamat oxaloacetat transaminaz (GOT) hay aspartat amino transferaz (AST): tăng trong xơ và hoại tử TB gan + glutamate pyruvate transaminaz (GPT) hay alanin amino transferaz (ALT): tăng trong viêm TB gan 12 Aspartat +  ceto glutarat Oxalo acetat + Glutamat GOT Alanin +  ceto glutarat Pyruvat + Glutamat GPT 2. PHẢN ỨNG KHỬ AMIN (Quá trình tách nhóm - NH2 khỏi aa dưới dạng NH3, xảy ra trong ty thể ) 13 Phản ứng amin hóa: là sự tổng hợp lại acid amin từ -cetoacid và NH3 Phản ứng khử amin oxy hóa ONH2 R-CH-COOH + ½ O2 R-C-COOH + NH3 Gồm 2 giai đoạn GĐ 1: Khử hydro bởi bởi dehydrogenaz GÑ 2: Thủy phân tự phát 14 R – CH – COOH  NH 2 Acid amin - 2H R – C – COOH  NH  acid imin R – C – COOH  NH  acid imin + H2O R – C – COOH  O  ceto acid + NH 3 15 2 cách khử amin trực tiếp gián tiếp: phản ứng chuyển và khử amin 3. VẬN CHUYỂN NH3 • NH3 tạo thành ở các mô, chủ yếu do sự khử amin OXH các acid amin. • NH3 là chất độc đối với hệ thần kinh. (Nồng độ cao hôn mê, tử vong) • Cơ thể vận chuyển NH3 dưới dạng không độc:  Glutamin mang NH3 từ tổ chức về gan và thận (enzyme: glutamin synthetaz)  Alanin mang NH3 từ cơ về gan. 16 17 Glutamin vận chuyển NH3 trong máu, từ các tổ chức về gan và thận. NH3 gắn vào glutamat tạo glutamin không độc. Pyruvat sinh ra tạo thành glucose và được vận chuyển trở lại cơ. 18 Alanine mang NH4 + từ cơ tới gan. 19 Glutamin vào ty thể Glutamat NH3 NH3 đi vào chu trình urê Thủy phân TẠI GAN 4. CHU TRÌNH URÊ Quá trình tạo thành urê Urê được tạo thành ở gan qua 5 giai đoạn:  Pứ 1: tổng hợp carbamoyl phosphat 20  Pứ 2: tạo citrullin  Pứ 3: tạo arginosuccinat  Pứ 4: tạo arginin  Pứ 5: thủy phân arginin tạo urea Chu trình Urê của Krebs và Henseleit 1932. 21 5 dịch bào của gan Ty thể 3 4 1 2 Tổng hợp urê cần các nguyên liệu sau - 1 phân tử NH4 + tự do - 1 phân tử CO2 dưới dạng HCO3 - - 1 nhóm amin do aspartat cung cấp - 4 nhóm phosphate năng lượng cao - 1 phân tử ornithin làm chất mồi - 5 enzyme xúc tác. 22 phương trình tổng quát 2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O  Urê + 2ADP + AMP + 4Pvc 23 • xảy ra chủ yếu ở gan thận nước tiểu • Phương pháp chính để loại NH3 • Bao nhiêu ? 30g urea/ngày • Tăng NH 3 : • Thiếu enzyme trong chu trình Urê • Ảnh hưởng hệ thần kinh • Điều trị: » Hạn chế ăn protein » Thẩm phân » Tăng thải NH3: L-arginine, L-citrulline, Sự hình thành Urea  NH3 tạo thành ở mô, chủ yếu do sự khử amin OXH các aa.  NH3 gắn vào glutamat tạo glutamin không độc (nhờ glutamine synthetaz).  Glutamin di chuyển trong máu đến gan và thận.  Ở gan: glutamin vào ty thể, thủy phân tạo glutamat và NH3  NH3 chuyển hóa thành urê ở gan (5 phản ứng)  Urê ở gan (urê máu 0,2-0,4 g/l) tới thận, đào thải ra NT Lượng urê /NT phụ thuộc lượng protein/thức ăn (15-20 g/24h)  Ở TB ống thận, NH3 được tạo ra chủ yếu do thủy phân glutamin (nhờ glutaminase). Ở ống lượn xa, NH3 khuyếch tán thụ ñộng ra nước tiểu cuøng với H+ dưới dạng muối amon.  Nồng độ urê máu thể hiện protein/khẩu phần ăn, chức năng lọc của thận, chức năng của gan, 24 Tóm lại: Mối liên quan giữa chu trình urê và chu trình acid citric 25 Khử carboxyl của aa tạo amin tương ứng. 26 R – CH – COOH  NH2 R – CH2 – NH2 + CO2 decarboxylase Acid amin Amin tương ứng Coenzym pyridoxalphosphat II. THOÁI HÓA NHÓM CARBOXYL Histidin histamin Glutamat  amino butyrat Lysin cadaverin (diamin) 27 Histidin decarboxylaz Glutamat decarboxylaz Lysin decarboxylaz Ví dụ aldehyt Diamin Amin + NH3 khử amin OXH + 1/2 O2 •Monoaminoxydaz (MAO) •Diaminoxydaz CO2 H2O R 28 ĐV có xương sống có 20 hệ thống enzyme (20 đường chuyển hóa riêng) tương ứng với 20 acid amin III. THOÁI HÓA KHUNG CARBON thoái hoá khung carbon của các a.a 29 Chuyển hóa thành a-ketoglutarate, pyruvate, oxaloacetate, fumarate, succinyl CoA Chuyển hóa thành acetyl CoA hoặc acetoacetate Glucogenic aa Sp thoái hóa: pyruvat / các chất của chu trình acid citric succinylCoA, OAA, α-cetoglutarate, fumarate Thiếu G, aa tạo đường có thể - Tiếp tục quá trình OXH axid béo thông qua chất trung gian - cung cấp C cho tân tạo đường ở gan. - ile, phe, tyr, trp Ketogenic aa sp thoái hóa cuối cùng Acetyl CoA hoặc AcetoAcetate leu, lys glucogenic và ketogenic aa aa khác 31 Thoái hóa Asparagin và aspartat đến oxaloacetat 33  Ceto glutarat Glutamat Pyruvate Alanine Cá aa thoái hóa đến pyruvat Threonin Glycin Serin Tryptophan Cystein Alanin 34 Các câu hỏi trắc nghiệm lượng giá Câu 1: Chu trình urê không bao gồm công đoạn nào? a. Tạo aspartate b. Tổng hợp ornithine c. Tổng hợp arginosuccinate d. Thủy phân arginine e. Tạo citrullin-AMP Câu 2: Chọn câu ĐÚNG về Urê a. Do gan chuyển hóa từ NH4+ b. Thải ra ở thận và gan c. Không tan trong nước d. Urê/máu tăng là dấu chỉ đặc hiệu cho bệnh nhân e. a và d đúng. Câu 3: Nồng độ urê máu KHÔNG TĂNG trong trường hợp nào sau đây? a. Bệnh do xơ gan b. Xuất huyết tiêu hóa c. Suy thận mạn d. Bí tiểu do sỏi niệu quản e. Chế độ ăn giàu đạm Câu 4: Sự khử cacboxyl của acid amin KHÔNG CÓ đặc điểm nào sau đây? a. Là phản ứng oxy hóa khử b. Coenzyme cần thiết là pyridoxal phosphat c. Tạo ra các amin hoặc diamin tương ứng d. γ-amino butyric acid là sản phẩm của sự khử carboxyl của glutamic e. Điều đặc biệt của cơ thể người là vẫn tổng hợp được histamine dù thiếu enzyme histidine decarboxylase. Câu 5: Phân tử Urê được tạo thành ở vị trí nào sau đây của tế bào gan a. Màng tế bào b. Bào tương c. Màng ngoài ty thể d. Màng trong ty thể e. Chất nền ty thể CHUYỂN HÓA PROTID (P2) ThS. Nguyễn Kim Thạch BM. Hóa Sinh – Sinh Học Phân Tử Trường ĐH Y Khoa Phạm Ngọc Thạch E-mail: nguyenkimthach@pnt.edu.vn 41 42 TỔNG HỢP ACID AMIN AA cần thiết AA không cần thiết Cơ thể tự tổng hợp từ a-keto acids bằng chuyển amin và các phản ứng tiếp theo Con người phải được cung cấp vì không tổng hợp được khung carbon tương ứng Quá trình tổng hợp aa là quá trình gắn nhóm amin vào khung carbon tương ứng NH4 + đưa vào phân tử sinh học dưới dạng nhóm amin của glutamate hoặc glutamine Vi SV thực vật Động vật khung carbon sp chuyển hóa trung gian TỔNG HỢP ACID AMIN Tất cả aa đều được tổng hợp từ chất trung gian AA KHÔNG CẦN THIẾT Chất trung gian -KETOACIDS tương ứng Chuyển amin AA CẦN THIẾT -KETOACIDS tương ứng không thể tổng hợp từ các chất trung gian (thiếu ENZYMES cần thiết) ĐV không tổng hợp được bằng cách chuyển amin. VS và TV tổng hợp được 46 Từ glycolysis Từ CT a. citric Từ pentose phosphate Nguồn gốc khung carbon của AA không cần thiết  Phản ứng chuyển amin: 1 bước = Phản ứng amin hóa  PYRUVATE + AA ALANINE + -KETOACID  OXALOACETATE + AA ASPARTATE + -KETOACID  -KETOGLUTARATE + AA  GLUTAMATE + -KETOACID TỔNG HỢP AA KHÔNG CẦN THIẾT Sự amin hóa của ASP, GLU phụ thuộc ATP ASN, GLN – GLU + ATP + NH3  GLN + ADP + Pi 1. GLUTAMINE SYNTHETASE 2. NH3 chuyển thành không độc dưới dạng GLN 3. GLN cung cấp nhóm amin cho nhiều phản ứng khác – ASP + ATP + GLN ASN + AMP + PPi + GLU • ASPARAGINE SYNTHETASE Thiếu enzyme * gây ứ đọng Homocysteine (YTNC của bệnh tim mạch) sp giáng hóa của METHIONINE TỔNG HỢP CYSTEINE 49 Homocysteine Homocystein niệu: • hiếm; do thiếu cystathionine synthase • lệch chỗ thủy tinh thể, trì trệ tâm thần, loãng xương, bệnh lý tim mạch  tử vong Tăng homocysteine/máu là YTNC của bệnh tim mạch Có lẽ liên quan đến thiếu folate (folate thúc đẩy chuyển homocysteine thành methionin) Serin dehydratase Serin hydroxymethyl transferase Tổng hợp Serine: Serin Pyruvat Serin Glycine Hai quá trình thoái hoá và tổng hợp protein tồn tại song song trong tế bào Cân bằng Nitơ dương Lượng Nitơ nhập > lượng nitơ xuất Trẻ em đang lớn, phụ nữ có thai. Cân bằng Nitơ âm Lượng Nitơ xuất > lượng nitơ nhập người gìa, nhịn ăn, viêm mãn, ung thư. Bilan Nitơ = 0 Lượng nhập = xuất 51 Bilan Nitơ (Cân bằng Nitơ): sự chênh lệch giữa lượng Nitơ hấp thụ và lượng Nitơ đào thải. CHUYỂN HÓA CHUYÊN BIỆT MỘT SỐ ACID AMIN 52 Chuyển hóa chuyên biệt 1 số AA tạo thành những sản phẩm sinh học đặc hiệu • Tổng hợp porphyrin • Tổng hợp purin và pyrimidin • Tổng hợp một số hormon • Tổng hợp acid nicotinic • Tổng hợp creatin, creatin-P • Sinh tổng hợp glutathion • Tạo Taurin • Tạo các amin có hoạt tính sinh học. 53 1.Toång hôïp acid nicotinic 54 Tryptophane Acid nicotinic 55 Bệnh lý nếu không TH Tổng hợp Tryptophan Vitamin P.P ( Nicotiamid) da sần sùi (bệnh Pellagre) 2. Amin có hoạt tính sinh học • Bao gồm – EPINEPHRINE (ADRENALINE) – NOREPINEPHRINE – DOPAMINE – SEROTONIN – -AMINOBUTYRIC ACID (GABA) • Chất dẫn truyền TK Tổng hợp Amin có hoạt tính sinh học • Khử carboxyl của AA bằng DECARBOXYLASES (coenzyme plp) •  DOPAMINE, EPI, NOREPINEPHRINETYR •  GABAGLUTAMATE • HISTAMINEHISTIDINE • SEROTONINTRP Tổng hợp GABA ( Amino Butyric Acid) Cơ chế của GABA  Sự thẩm thấu của kênh Clorua dãn mạch và tăng tính thấm thành mạch GLUTAMATE GLU DECARBOXYLASE GABA + CO2 Chất ức chế dẫn truyền TK trong não Chất kt chính sự dẫn truyền TK trong não Tổng hợp HISTAMINE • HISTAMINE tham gia vào phản ứng dị ứng • Thụ thể H1 có mặt ở ruột, phế quản co cơ trơn – Chất kháng thụ thể H1: CLARITIN, ZYRTEC • Thụ thể H2 /dạ dày kt tiết acid dạ dày • Thụ thể H2 /tim kt tăng nhịp tim – Chất kháng thụ thể H2: Cimetidine, Ranitidine HISTIDINE HIS DECARBOXYLASE HISTAMINE + CO2 TRP  5-HYDROXYTRYPTOPHAN SEROTONIN + CO2 Tổng hợp SEROTONIN Tác dụng SEROTONIN 1. co cơ trơn 2. Chất dẫn truyền TK 3. Tổng hợp MELATONIN trong tuyến yên TRP HYDROXYLASE coenzym 5,6,7,8 Tetrahydrobiopterin DECARBOXYLASE 61 Tổng hợp các catecholamin từ tyrosine 62 63 L-DOPA trong bệnh Parkinson Máu Não Hàng rào máu não L-DOPA L-DOPA Dopamine Dopamine HO HO CH2-C-CO2H CH3 NHNH2Carbidopa Blocks Bệnh Parkinson đi kèm với giảm dopamine trong não do mất TB TK trong hạch nền . ĐT: Carbidopa + L-DOPA Bệnh lý nếu không TH Tổng hợp Tyrosin T1, T2, T3, T4 Nhược giáp adrenalin, noradrenalin Melanin Bệnh bạch tạng 65 3. Tổng hợp creatin • 2 dạng creatin: creatin tự do và creatin phosphat. • Creatin – P : dạng dự trữ năng lượng cho cơ. • Creatin creatinin 66 - H2O 4.Sinh tổng hợp glutathion (ở gan) (a) Dạng khử (b)Dạng oxy hóa 67 5. Tổng hợp taurin Cystein Taurin kết hợp với acid mật tạo nên các dạng muối mật chứa taurin 68 taurin gan • Arginine là tiền chất để sinh tổng hợp NO, một chất thông tin sinh học quan trọng. • Ở người, NO giữ nhiều vai trò trong các quá trình sinh lý: dẫn truyền TK, đông máu, kiểm sóat huyết áp 69 6. Tổng hợp nitric oxide Câu 1: Creatinin được tạo thành từ sự chuyển hóa arginin, glycin và methionin. Phát biểu nào sau đây đúng về creatinin A. Lượng creatinin mỗi ngày thay đổi theo chế độ ăn B. Creatinin được tạo thành từ sự thủy phân phosphate của creatin ở gan C. Hội chứng thiếu creatinin xảy ra do không cung cấp đủ arginin, glycin và methionin từ thức ăn D. Nồng độ creatinin máu dùng để đánh giá chức năng lọc của cầu thận E. Nồng độ creatinin máu dùng để đánh giá khả năng chuyển hóa protein của gan. Các câu hỏi trắc nghiệm lượng giá Câu 2: Serotonin A. Được tổng hợp từ acid amin Tyrosin, được đào thải ở nước tiểu B. Được tổng hợp từ acid amin Tryptophan, có tác dụng tăng tính thấm thành mạch C. Được tổng hợp từ acid amin Tyrosin, có tác dụng tăng tính thấm thành mạch D. Được tổng hợp từ acid amin Tryptophan, có tác dụng E. Được tổng hợp từ acid amin Tryptophan, được đào thải ở nước tiểu Câu 3:  Amino Butyric Acid (G.A.B.A) là A. Sản phẩm khử amin của Acid glutamic, không có tác dụng sinh học B. Sản phẩm khử carboxyl của Acid glutamic, không có tác dụng sinh học C. Sản phẩm khử carboxyl của Acid glutamic, có tác dụng dãn mạch và tăng tính thấm thành mạch D. Sản phẩm khử amin của Acid glutamic, chất có trong chất xám tế bào thần kinh, cần thiết cho hoạt động của neuron E. Có tác dụng dãn mạch, tăng tính thấm thành mạch. Câu 4: Các acid amin sau tham gia vào quá trình tạo Creatinin A. Arginin, Glycin, Cystein B. Arginin, Glycin, Methionin C. Arginin, Valin, Methionin D. Arginin, A. glutamic, Methionin E. Arginin, Leucin, Methionin Câu 5: Tăng Homocystein máu a. Là yếu tố nguy cơ của bệnh tim mạch b. Do thiếu Cystathionin oxydase c. Do ứ đọng sản phẩm giáng hóa của Methionin d. A và C đúng e. Tất cả đều đúng