Chuyển hóa protein (p1) - Ths. Nguyễn Kim Thạch

CHUYỂN HÓA PROTEIN (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 ở động vật 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 THOÁI HÓA ACID AMIN 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 cơ, gan, thận, ruột. 2. 2 transaminaz phổ biến, hoạt động mạnh nhất ở ĐV: – glutamat oxaloacetat transaminaz (GOT) hay aspartat amino transferaz (AST) – glutamate pyruvate transaminaz (GPT) hay alanin amino transferaz (ALT) 12 Aspartat +  ceto glutarat Oxalo acetat + Glutamat GOT Alanin +  ceto glutarat Pyruvat + Glutamat GPT PHẢN ỨNG KHỬ AMIN (Quá trình tách nhóm – NH2 khỏi aa dưới dạng NH3, xảy ra trong ty thể ) 13 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 Khử amin trực tiếp của L-glutamat • Enzyme L-glutamat dehydrogenaz (pH tối ưu:7,3) • Coenzyme NAD+ hoặc NADP+ (nicotinamide): có hoạt tính cao 16 NAD(P)+ NAD(P)H + H+  Iminoglutarat + H2O L-glutamat dehydrogenaz L-glutamat -ceto glutarat + NH3 (Phản ứng thuận nghịch, tùy nhu cầu cơ thể) Khả năng khử trực tiếp L-glutamat dễ dàng nhất. Khử amin trực tiếp của các aa khác • Enzyme: L-amino acid oxydase (pH tối ưu: 10) • Coenzyme (FMN, FAD): có hoạt tính thấp. Thường sinh ra chất độc. 17  Các a.a khác thöôøng khöû amin giaùn tieáp qua heä thoáng chuyeån amin FMN: Flavin Mono Nucleotid FAD: Flavin Adenin Dinucleotid Khử amin oxy hóa do L-amino acid oxydase 18 19  acid amin  ceto acid  ceto glutarat L-glutamat NH3 Phản ứng chuyển amin Phản ứng khử amin L-glutamate dehydrogenase Transaminase -ceto glutarat là chất trung gian, hoạt động như “ con thoi” Khử amin gián tiếp của các aa 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. 20 21 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. 22 Alanine mang NH4 + từ cơ tới gan. 23 Glutamin vào ty thể Glutamat NH3 NH3 đi vào chu trình urê Thủy phân TẠI GAN CHU TRÌNH URÊ Quá trình tạo thành urê Urê được tạo thành ở gan qua 5 giai đoạn:  Pứ 1: tổng hợp carbamoyl phosphat 24  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. Ty thể Bào tương 26 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. 27 phương trình tổng quát 2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O  Urê + 2ADP + AMP + 4Pvc 28 • 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, 29 Tóm lại: OVERVIEW OF AMINO ACID METABOLISM ENVIRONMENT ORGANISM Ingested protein Bio- synthesis Protein AMINO ACIDS Nitrogen Carbon skeletons Urea Degradatio n (required) 1 2 3 a b Purines Pyrimidines Porphyrins c c Used for energy pyruvate α-ketoglutarate succinyl-CoA fumarate oxaloacetate acetoacetate acetyl CoA (glucogenic)(ketogenic) 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: Chất nào sau đây cò vai trò trung gian quan trọng vận chuyển nhóm amin giữa phản ứng chuyển và phản ứng khử amin? a. Glutamat b. Glutamin c. α-ketoglutarate d. Pyruvat e. Acetyl-CoA Câu 4: Nồng độ ure 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 5: Chất có vai trò vận chuyển NH3 từ cơ về gan a. Pyruvat b. Aspartat c. Alanin d. Glutamin e. Glutamat