Đề tài Acid amin - Tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng

Mở đầu Các amino acid thực hiện các chức năng đa dạng trong cơ thể sống. Quan trọng hơn hết, chúng đóng vai trò là thành tố của peptide và protein. Chỉ có 20 loại amino acid có hoạt tính protein được bao hàm trong các mã gen, và do đó thường xuyên được tìm thấy trong protein. Amino acid hoặc các dẫn xuất của nó cũng là dạng thành tố của lipid – như serine trong phospholipid và glycine trong muối mật. Nhiều amino acid có chức năng dẫn truyền xung thần kinh của chính chúng, trong khi những amino acid khác là tiền chất cùa chất dẫn truyền xung thần kinh, chất trung gian hoặc hormone. Các amino acid rất quan trọng trong thực phẩm (vào một thời điểm nhất định là rất thiết yếu). Những amino acid đặc biệt là dạng tiền chất cho những chất chuyển hóa khác – như cho glucose trong gluconeogenesis, cho các base purine và pyrimidine, cho heme và cho những phân tử khác. Nhiều amino acid không có hoạt tính sinh học có chức năng như chất trung gian trong quá trình sinh tổng hợp và sự phân hủy của các amino acid hoạt tính sinh học và trong chu trình ure. Có thể nói, amino acid là tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng trong cơ thể sống. Việc nghiên cứu tính chất và sự sinh tổng hợp các amino acid là khởi đầu cho việc nghiên cứu các hợp chất khác. NHÓM BÁO CÁO TIỂU LUẬN (Phân công công việc) J[J Họ và tên MSSV Chịu trách nhiệm Chữ ký Trần Lê Duy 60600361 C Lê Quang Minh 60601469 B.X Nguyễn Hoàng Minh 60601480 B.II, V, VI, VII, VIII, IX; tổng hợp. Nguyễn Phạm Trúc Nguyên 60601629 B.IV Nguyễn Ngọc Anh Phương 60601836 B.I Nguyễn Thị Ngọc Thanh 60602184 B.III Trương Thiên Vũ 60603093 A Dương Thị Hoa Tươi 60303300 B.III MỤC LỤC A. Tổng quát về acid amin I. Khái niệm II. Liên kết peptide III. Tính chất vật lý B. Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng I. Protein 1. Định nghĩa 2. Cấu trúc phân tử protein 3. Acid amin cần thiết (acid amin không thay thế) 4. Vai trò sinh học của protein 5. Giá trị dinh dưỡng của protein 6. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm II. Enzyme Định nghĩa Phân loại enzyme Lactate dehydrogenase Cấu trúc Cơ chế hoạt động III. Hormone Hormone tuyến giáp trạng Hormone tuyến cận giáp Hormone miền tủy thượng thận Hormone tuyến đảo tủy Insulin Glucagon Samatostatin Hormone tuyến yên Thùy trước Thùy giữa Thùy sau IV. Vitamine Vitamine B1 Vitamine B12 V. Glycine là tiền chất tạo porphyrine VI. Creatine và glutathione tổng hợp từ amino acid VII. Amino acid nhân thơm là tiền chất tạo hoạt tính sinh học ở thực vật VIII. D – amino acid thường có mặt ở vi khuẩn IX. Amino acid là tiền chất tạo amine có hoạt tính sinh học X. Chu trình Ornithine – Ure C. Sự tổng hợp các acid amin không thay thế 1. Valine và Isoleucine 2. Leucine 3. Threonine và Lysine 4. Tryptophan 5. Phenylalanine 6. Methionine 7. Histidine Tài liệu tham khảo J. Koolman, K. H. Roehm; Color Atlas of Biochemistry; Thieme, Stuttgart, New York; 2005 Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Tryer; Biochemistry; W. H. Freeman and Company. Nguyễn Tiến Thắng (chủ biên), Nguyễn Đình Huyên; Giáo trình sinh hóa hiện đại; Nhà xuất bản giáo dục; 1998. Lê Ngọc Tú (chủ biên), La Văn Chữ, Đặng Thị Thu; Hóa sinh công nghiệp; Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hoàng Kim Anh, Hóa học thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007. Lê Ngọc Tú, Hóa học thực phẩm, Nhà xất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001. A. Tổng quát về acid amin I. Khái niệm Là dẫn xuất của acid cacboxylic trong đó hyđro được thay thế bằng nhóm amin ở vị trí α hoặc β. II. Liên kết peptid Là liên kết hình thành khi gốc –COOH của acid amin này kết hợp với nhóm – NH2 của acid amin khác, loại đi một phần tử nước. III. Tính chất vật lý Acid amin có dạng tinh thể màu trắng, bền ở nhiệt độ 20 – 25oC, ở nhiệt độ 100 – 200oC chỉ có một số acid amin bị khép vòng như acid glutamic, glutamin. Đa số acid amin đều có vị ngọt, nhiều acid amin được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm làm chất tạo vị (acid glutamic → glutamat Na – bột ngọt, Asp, Lys) Độ hòa tan: tan khá tốt trong nước, mức độ tan khác nhau. Dạng muối thường tan tốt hơn dạng acid amin tự do. Phổ hấp phụ: đa số có vùng hấp thu tử ngoại 240–280nm. Acid amin nhân thơm như tyr, phe có phổ hấp thu ở 280nm. Tính chất này được ứng dụng để định lượng và định tính acid amin. Tính hoạt quang: trừ glycine, các acid amin khác đều có C bất đối nên đều có tính chất hoạt quang. Có hai dạng đồng phân quang học: dạng D và L. Tính họat quang là khả năng quay mặt phẳng phân cực ánh sáng COOH COOH ï ï NH2¾ C*¾H H¾C*¾NH2 ï ï R R ( L- axit amin ) ( D – axit amin ) Tất cả các acid amin trong protein chỉ ở dạng L, động vật và thực vật cũng chỉ hấp thu được dạng L, dạng D đôi khi còn ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất. Tính bền đối với acid, base Dưới tác dụng của acid ở nhiệt độ cao (HCl 6N, 100–107oC, 22–27 giờ) protein bị thủy phân, đa số acid amin không bị thủy phân, các acid amin có S bị oxy hóa 10–20%, riêng tryptophan bị phân hủy hoàn toàn, không xảy ra hiện tượng racemic hóa. Dưới tác dụng của kiềm (NaOH 4–8N, Ba(OH)2 14%, đun sôi trong 18–29 giờ) khi thủy phân protein, acid amin bị recamic hóa, do các oxy acid bị deamin hóa (khử amin), một phần cys và cystein bị phá hỏng, arg thủy phân thành ornithin và ure. Vậy tác dụng của kiềm sẽ làm mất giá trị dinh dưỡng của acid amin, khi chuyển từ dạng D sang dạng L. B. Acid amin - tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng Ngoài chức năng chính là đơn vị cấu trúc protein, acid amin còn là tiền chất tổng hớp các sinh chất quan trọng khác: enzyme, hormone, nucleotide, alkaloid, polyme vách tế bào, porphyrin, kháng sinh, sắc tố, thành phần của vitamin và các chất trung chuyển tín hiệu thần kinh. Tham gia vào chu trình Ure, Krebs. I. PROTEIN 1. Định nghĩa Protein là những đại phân tử sinh học, chứa N, đựơc cấu tạo từ các acid amin, có trọng lượng phân tử lớn hơn 5000 Danton và bị kết tủa hòan tòan bởi acid tricolacetic 10% (TCA). Đại phân tử sinh học: vì đó là một loại polimer từ rất nhiều acid amin liên kết lại với nhau theo một trình tự nhất định cvà đặc trưng cho mỗi cơ thể. Trong cơ thề động vật và thực vật lượng protein rất khác nhau và sự phân bổ ở các cơ quan khác nhau thì rất khác nhau. Động vật – lượng protein chiếm 70% chất khô Thực vật – lượng protein chiếm 5% chất khô Một số lọai đậu ( đậu nành): 24 - 36 % (soya protein) 2. Cấu trúc phân tử protein Protein là chuỗi polypeptide chứa hơn 100 acid amin, liên kết chủ yếu là liên kết peptide. Các protein khác nhau do : - Số lựơng các acid amin - Thứ tự các acid amin Trong thiên nhiên, người ta đã tìm đựơc hơn 100 lọai acid amin khác nhau. Tuy vậy số lựơng acid amin tham gia vào cấu trúc protein chỉ có 22 lọai và chỉ ở dạng α – acid amin. Tuy chỉ có 22 lọai nhưng sự khác nhau về thành phần và trình tự sắp xếp của các acid min đã dẫn đến sự đa dạng về cấu tạo của protein. Hiện nay đã có 1012 lọai protein khác nhau. Cấu trúc bậc 1 Mạch thẳng. Liên kết peptide. Thủy phân tòan phần và thủy phân từng acid amin. Cấu trúc bậc 2 Nguyên nhân: có C bất đối. Liết kết hình thành là :Hydro, số lượng lớn. Cấu trúc xoắn α: 3,6 gốc acid amin tạo một vòng xoắn (phổ biến nhất); song song trục. Cấu trúc gấp nếp β: khi cấu trúc xoắn bị phá hủy do nhiệt, liên kết Hydro theo trục. Là cấu trúc của các lọai protein dạng sợi. Cấu trúc bậc 3 Nguyên nhân: cấu trúc xoắn tiếp tục cuộn tròn. Liên kết hình thành là: disulfur, Vab Dervals. Độ hòa tan tốt, nhờ sự phân bố các gốc háo nứơc trên bề mặt phân tử. Cấu trúc bậc 4 Nguyên nhân: các tiểu cầu bậc 3 kết hợp lại. Liên kết hình thành là: Hydro, Vandervals, ion nhưng không có cầu disulfur. Thừơng có họat tính sinh học: enzyme, vận chuyển oxy. Mất cấu trúc 3,4 mất họat tính sinh học. Hình B.I.2: Cấu trúc phân tử protein 3. Acid amin cần thíêt ( acid amin không thay thế) Trong số 20 acid amin thừơng gặp trong phân tử protein có một số acid amin mà cơ thể ngừơi và động vật không thể tự tổng hợp đựơc mà phải đưa từ ngòai vào qua thức ăn gọi là acid amin cần thiết hoặc acid amin không thay thế. Khi thiếu, thậm chí chỉ một trong số các acid amin cần thiết có thể làm cho peotein được tổng hợp ít hơn protein bị phân giải kết quả dẫn đến cân bằng Nitơ âm. Các acid amin cần thếit đối với cơ thể còn tùy thuộc vào những điều kiện riêng biệt: lòai động vật, lứa tuổi… Theo nhiều tài liệu có 8 acid amin cần thiết cho ngừơi lớn: Valine, Leucine, Isoleucine, Methionine, Threonine, Phenylalanine, Triptophan, Lysine. Đối với trẻ em có thêm 2 acid amin cần thiết: Arginine và Histidine Hàm lượng các acid amin không thay thế và tỉ lệ giữa chúng trong phân tử protein là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng protein. 4. Vai trò sinh học của protein a. Xúc tác Các protein có chức năng xúc tác các phản ứng gọi là enzyme. Hầu hết các phản ứng của cơ thể sống từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrate hóa, phản ứng khử nhóm cacboxyl đến những phản ứng phức tạp như sao chép mã di truềyn đều do enzyme xúc tác. b. Vận tải Một số protein có vai trò như những” xe tải “ vận chuyển các chất trong cơ thể. VD: hemoglobin, mioglobin (ở động vật có xương sống), hemoxiamin (ở động vật không xương sống) kết hợp với oxy rồi tải oxy đến khắp các mô và cơ quan trong cơ thể. Hình B.I.4b: Hemoglobin c. Chuyển động Nhiều protein trực tiếp tham gia trong quá trình chuểynđộng như: co cơ, chuyểnvị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào. d.Bảo vệ Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những protein đặc biệt có khả năng nhận biết và bắt những chất lạ xâm nhập vàocơ thể như protein lạ, virus, vi khuẩn hoặc tế bào lạ. Các protein tham gia trong quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu. e. Truyền xung thần kinh Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh đối với các kích thích đặc hiệu VD: vai trò của chất màu thị giác rodopxin ở màng lưới mắt f. Điều hòa Một số protein có chức năng điều hòa quá trình truyền thông tin di truềyn, điều hòa quá trình trao đổi chất. Protein điều hòa quá trình biểu hiện gen, như các protein reprexơ ở vi khuẩn có thể làm ngưng quá trình sinh tổng hợp enzyme của các gen tương ứng. Các protein có họat tính hormone, các protein ức chế đặc hiệu enzyme đều có chức năng điều hòa nhiều quá trình trao đổi chất khác nhau. g. Kiến tạo chống đỡ cơ học Các protein này thừơng có dạng sợi như sclerotin trong lớp vỏ ngòai của côn trùng, fibroin của tơ tằm, tơ nhện, colagen, elastin của mô liên kết, mô xương, collagen bảo đảm độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết. Hình B.I.4g: Sợi collagen h. Dự trữ năng lượng Protein còn là chất dinhdưỡng quantrọng cung cấp các acid amin cho phôi phát triển VD ovalbumin trong lòng trắng trứng, gliadin trong hạt lúa mì, zein của ngô, feritin ( dự trữ sắt trong lá) 5. Giá trị dinh dưỡng của protein Protein là hợp phần chủ yếu, quyết định tòan bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn. Chỉ trên nền tảng protein cao thì tính chất sinh học của các cấu tử khác mới thể hiện đầy đủ. Khi thiếu Protein trong chế độ ăn hàng ngày sẽ dẫn đến nhiều biểu hiện xấu cho sức khỏe như suy dinh dưỡng, sút cân mau, chậm lớn (đối với trẻ em) , gảim khả năng miễn dịch, khả năng chống đỡ của cơ thể đối với một số bệnh. Thiếu protein sẽ gây ảnh hưởng xấu đến họat động bình thừơng của nhiều cơ quan chức năng như gan, tuếyn nội tiết và hệ thần kinh. Thiếu protein cũng sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và cấu tạo hình thái của xương (lượng canxi giảm, lượng magie tăng cao). Do vậy mức protein cao chất lượng tốt (protein chức đủ acid amin không thay thế) là cần thiết trong thức ăn cho mọi lứa tuổi. 6. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm Ngoài giá trị sinh học và dinh dưỡng trong công nghệ sản xuất thực phẩm protein cũng có vai trò rất quan trọng: Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc, tạo hình khối , tạo trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm. Nhờ có khả năng này mới có qui trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm tương ứng từ các nguyênliệu giàu protein Nhờ có protein của tơ cơ ở thịt cá mới tạo ra được cấu trúc gel cho các sản phẩm như giò lụa kamakobo. Công nghệ sản xuất bánh mỳ là dựa trên cơ sở tính chất tạo hình, tính chất cô kết và tính chất giữ khí của hai protein đặc hữu trong bột mì là gliadin và glutenin. Ví dụ: Nhờ có các protein hoà tan của malt mà bọt CO2 ( một thành tố quan trọng của chất lượng bia ) trong bia mới giữ được bền. Nhờ tính chất đặc thù của cazein trong sữa mới chế tạo được hơn 2000 loại phomat hiện nay trên thế giới. Gelatin của da có khả năng tạo ra gel và giữ gel bền bằng liên kết hidro nên mới có công nghệ tạo ra màng để bọc kẹo và bao các thuốc viên. Protein còn gián tiếp tạo ra chất lượng cho các thực phẩm: Các axit amin ( từ protein phân giải ra) có khả năng tương tác với đường khi gia nhiệt để tạo ra được màu vàng nâu cũng như hương thơm đặc trưng của bánh mì gồm 70 cấu tử thơm. Hình thơm đặc trưng của chè gồm tới 30 cấu tử thơm cũng là nhờ các axit amin và các polyphenol của lá chèù khi tương tác với nhau khi gia nhiệt. Các protein còn có khả năng cố định mùi tức là khả năng giữ hương được lâu bền cho sản phẩm. II. ENZYME 1. Định nghĩa Enzyme được cấu tạo từ các L-α-acid amin kết hợp với nhau qua liên kết peptide. Dưới tác dụng của peptide hydrolase, acid hoặc kiềm, các enzyme bị thủy phân hoàn toàn thành các L-α-acid amin, trong nhiều trường hợp ngoài acid amin còn có nhiều chất khác. Ngoài nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, tuyệt đại đa số enzyme có bản chất là protein và sự thể hiện hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào cấu trúc bậc I, II, III và IV của phân tử protein và trạng thái tự nhiên của nó. 2. Phân loại enzyme Enzyme một cấu tử: là protein đơn giản Enzyme hai cấu tử: là protein phức tạp gồm 2 thành phần. Trong phân tử phần protein gọi là feron kết hợp với phần không phải protein gọi là nhóm ngoại agon. Khi nhóm ngoại tách khỏi phần feron có thể tồn tại độc lập thì những agon đó có tên riêng là coenzyme. Feron hay apoenzyem quyết định tính đặc hiệu của enzyme và tăng hoạt tính xúc tác của enzyme. Ví dụ: Hematin kết hợp với một protein đặc hiệu tạo enzyme catalase, lực xúc tác tăng lên hàng triệu lần trong phản ứng phân li H2O2 so với ion Fe3+ Agon quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác. Ví dụ: piruvatdecacboxylase xúc tác phản ứng loại CO2 của acid piruvic là enyme 2 thành phần có nhóm hoạt động là dẫn xuất pirophosphat của vitamin B1 Vai trò của enzyme là chất xúc tác sinh học có cường lực xúc tác mạnh hơn nhiều so với chất xúc tác thông thường. Ví dụ: 1g pepsin trong 2 giờ thủy phân 5kg trứng luộc ở nhiệt độ bình thường. Mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một hay một số chất nhất định theo những kiểu phản ứng nhất định. Đó là tính đặc hiệu hay chuyên môn hóa của enzyme Ví dụ: fumarathydratase chỉ tác dụng dạng trans của acid fumaric mà không tác dụng lên dạng cis Hình B.II.2a: Hoạt tính của enzyme Hình B.II.2c: Phân lớp enzyme 3. Lactate dehydrogenase (LDH, EC 1.1.1.27) a. Cấu trúc Lactate dehydrogenase Dạng hoạt động của lactate dehydrogenase (Phân tử lượng là 144 kDa) là một tetramer bao gồm 4 đơn vị cấu trúc. Mỗi monomer được cấu tạo bởi một chuỗi peptide gồm 334 acid amin (Phân tử lượng 36 kDa). Trong tetramer, những đơn vị cấu trúc chiếm những vị trí tương đương, mỗi monomer có một trung tâm hoạt động. Tùy thuộc vào những điều kiện trao đổi chất, LDH xúc tác quá trình khử NADH – phụ thuộc của pyruvate đến lactate, hoặc quá trình oxy hóa NAD+ – phụ thuộc của lactate đến pyruvate. Trung tâm hoạt động của một đơn vị LDH được chỉ ra dưới dạng biểu đồ. Trục peptide chính được vẽ như một ống màu xanh nhạt. Trên hình là cơ chất lactate (màu đỏ), coenzyme NAD+, chuỗi 3 acid amin mạch bên (Arg – 109, Arg – 171 và His – 195; màu xanh), liên quan trực tiếp tới sự xúc tác. Mạch nhánh peptide (màu hồng) được cấu tạo bởi những phần acid amin còn lại 98 – 111 cũng được thể hiện. Trong phần khuất của cấu trúc và coenzyme, cấu trúc từng phần được mở ra và cho phép đến gần vị trí liên kết với cơ chất. Trong phức enzyme lactate NAD+ được thể hiện, đường nhánh peptide đóng lại trung tâm hoạt động. Hình B.II.3.a – 1: Cấu trúc Lactate dehydrogenase Isoenzymes Có hai đơn vị cấu trúc LDH khác biệt nhau trong cơ thể sinh vật – M và H – mà có một chuỗi acid amin hơi khác biệt và do đó đặc tính xúc tác khác nhau. Bởi vì hai đơn vị cấu trúc này có thể kết hợp để hình thành những tetramer một cách ngẫu nhiên, có tổng cộng 5 isoenzyme khác nhau của LDH trong cơ thể. Hình B.II.3a – 2 chỉ ra những chỗ cắt từ những chuỗi acid amin của hai đơn vị cấu trúc, sử dụng ký hiệu ký tự đơn. Một gen tiền thẫn thông thường có thể được sao chép tại cùng một điểm trong quá trình phát triển. Hai gen sau đó tiếp tục phát triển độc lập hơn nữa của mỗi cái trong sự biến đổi và chọn lựa.. Sự khác biệt trong chuỗi giữa những cấu trúc M và L chủ yếu là bảo toàn – nghĩa là cả hai phần còn lại đều cùng một loại, ví dụ glycine (G) và alanine (A) hoặc arginine (R) và lysine (K). Sự chuyển đổi không bảo toàn ít thường xuyên hơn – ví dụ lysine (K) cho glutamine (Q) hay threonine (T) cho acid glutamic (E). Nói chung, đơn vị H chứa nhiều phần nền có tính acid và ít phần tính baze hơn dạng M, và do đó nó co một chất mang (–) mạnh. Điều này được ứng dụng để phân chia những isoenzyme sử dụng phương pháp điện di. Isoenzyme LDH–1, bao gồm 4 đơn vị H, di chuyển nhanh nhất và M4 isoenzyme di chuyển chậm nhất. Sự phân chia và phép phân tích mẫu máu đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn đoán những căn bệnh chắc chắn.. Thông thường, chỉ một lượng nhỏ hạot tính enzymeđược tìn thấy trong huyết thanh. Khi một cơn quan, bộ phận bị thương tổn, những enzyme nội bào đi vào máu và có thể được hoạt hóa trong đó (chuẩn đoán enzyme huyết thanh). Hoạt tính tổng của một enzyme cho thấy sự thiệt hại trầm trọng, trong khi loại isoenzyme được tìm thấy trong máu cung cấp những bằng chứng về vị trí của thương tổn tế bào, vì mỗi gen đóng vai trò trong những cơ quan khác nhau ở những mức độ khác nhau. Chẳng hạn, gan và những cơ xương chủ yếu sản xuất cấu trúc M của lactate dehyrogenase (M cho cơ), trong khi não và cơ tim chủ yếu sinh ra cấu trúc H (H cho tim). Kết quả là mỗi cơ quan có một dạng isoenzyme điển hình, đặc trưng. Như chứng nhồi máu cơ tim chẳng hạn, có sự gia tăng mạnh mẽ số lượng LDH–1 trong máu, trong khi nồng độ của LDH–5 khó thay đổi. Isoenzyme của creatine kinase cũng đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn đoán. Hình B.II.3a – 2: Isoenzymes b. Cơ chế hoạt động của Lactate dehydrogenase Nguyên lý của xúc tác enzyme có thể được minh họa trong việc sử dụng cơ chế hoạt động phản ứng của lactate dehydrogense (LDH) như một ví dụ. Lactate dehydrogenase: chu trình xúc tác. LDH xúc tác sự chuyển hóa của những ion H+ từ lactate sang NAD+ hoặc từ NADH sang pyruvate. L – lactate + NAD+ ↔ pyruvate + NADH + H+ Trạng thái cân bằng của phản ứng tác động mạnh mẽ tới sự hình thành lactate. Tuy nhiên, tại nồng độ cao của lactate và NAD+, sự oxy hóa của lactate thành pyruvate cũng có thể xảy ra. LDH xúc tác phản ứng trong cả hai đường, nhưng giống như các enzyme khác, nó không có ảnh hưởng trên trạng thái cân bằng hóa học. Vì phản ứng là thuận nghịch, quá trình xúc tác có thể miêu tả như là môt móc đóng. Vòng xúc tác của LDH bị khử đến sáu ảnh nhanh tại đây. Những bước trung gian trong sự xúc tác được trình bày ở đây có thời gian sống rất ngắn và do đó rất khó để phát hiện. Sự tồn tại của chúng bị khử một cách gián tiếp từ một lượng lớn sự phát hiện thực nghiệm – nghĩa là, những đo lường liên kết và động lực. Nhiều vết lắng acid amin đóng vai trò trong trung tâm hoạt động của LDH. Chúng có thể gián tiếp tạo liên kết giữa coenzyme và cơ chất, hoặc tham gia vào một trong những bước trong chu trình xúc tác trực tiếp. Chỉ có duy nhất những chuỗi mạch bên của 3 vết lắng đặc biệt quan trọng được tìm thấy ở đây. Nhóm thuộc guanidine được tải đặc tính dương của arginine–171 liên kết với nhóm carboxyl của cơ chất bởi tương tác tĩnh điện. Nhóm imido của histidine–195 tham gia vào sự xúc tác acid – base, và chuỗi mạch bên của arginine–109 đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định tình trạng vận chuyển. Trái ngược với His–195, mà thay đổi chất mang của nó trong suốt quá trình xúc tác, hai vết lắng arginine thiết yếu luôn được thêm proton. Bên cạnh ba vết lắng này, đoạn móc peptide (peptide loop 98–111) được biểu hiện dưới dạng biểu đồ (màu đỏ). Chức năng của nó bao gồm một trung tâm hoạt động sau liên kết của cơ chất với coenzyme, để các phân tử nước bị loại ra trên diện rộng trong việc chuyển hóa điện tử. Chúng ta có thể nhìn thấy những phản ứng từng phần tham gia vào sự khử pyruvate có xúc tác LDH. Trong enzyme tự do, His–195 sinh điện tử (1). Do đó dạng của enzyme này được miêu tả như là E H+. Coenzyme NADH bị kết lại đầu tiên (2), kéo theo bởi pyruvate (3). Nó quan trọng đến nỗi nhóm carbonyl của pyruvate trong enzyme và vị trí hoạt động trong vòng nicotinamide của coenzyme nên có vị trí khá tối ưu trong mối liên kết với các chất khác và dẫn đến sự định hướng này trở nên rắn lại ( trạng thái ở gần và sự định hướng của những cơ chất). Móc 98 – 111 bây giờ đóng lại qua trung tâm hoạt động. Điều này sự giảm sút được đánh dấu trong sự phân cực, khiến nó đạt trạng thái chuyển tiếp dễ dàng (4, sự ngăn chặn nước). Trong trạng thái chuyển tiếp, ion hydride, H– , được di chuyển từ coenzyme tới cacbon carbonyl (nhóm chuyển đổi). Chất mang âm nhất thời và hoạt tính bất lợi mạnh mẽ mà xảy ra tại đây được ổn định bởi tương tác tĩnh điện với Arg–109 (sự ổn định của trạng thái chuyển tiếp), Cùng lúc đó, một proton từ His–195 được di chuyển tới nguyên tử oxy này (chuyển hóa nhóm), đưa đến sự tăng lên những sản phẩm enzyme bị trói lactate và NAD+ (5). Sau khi móc mở ra, lactate phân ly từ enzyme, và nhóm imido không mang tạm thời trong His–195 liên kết với một proton từ nước xung quanh một lần nữa (6). Cuối cùng, coenzyme bị oxy hóa NAD+ được giải phóng, và trạng thái ban đầu (1) được khôi phục. Trong biểu đồ chỉ rõ, proton xuất hiện trong phương trình phản ứng (NADH + H+) không được gói lại cùng với NADh, nhưng sau sự giải phóng của lactate – nghĩa là giữa bước (5) và (6) của chu trình trước. Một cách chính xác những bước giống nhau xảy ra trong quá trình oxy hóa của lactate đến pyruvate, nhưng trong con đường ngược lại. Như đã đề cập ở đầu, con đường mà phản ứng diễn ra phụ thuộc không chỉ vào enzyme, mà còn phụ thuộc vào trạng thái cân bằng – nghĩa là phụ thuộc vào nồng độ của của tất cả các chất phản ứng và giá trị pH. Hình B.II.3b: Chu trình xúc tác của Lactate dehydrogenase III. HORMONE Hormone (theo Starling): là những chất do tế bào của một bộ phận cơ thể tiết ra được vận chuyển đến một nơi khác để gây tác động điều hòa trao đổi chất. Dựa vào cấu trúc hóa học, người ta chia các hormone thành hai nhóm chính: - Nhóm có bản chất lipid. - Nhóm có bản chất protein Trong phần này chúng ta chỉ tìm hiểu về các hormone có bản chất protein. Những hormone thuộc nhóm này bao gồm: hormone của tuyến yên, tuyến giáp trạng, tuyến cận giáp trạng, tuyến đảo tụy, và miền tủy tuyến thượng thận. Chúng có cấu tạo là những mạch polypeptid, dài ngắn khác nhau. Không những thế người ta còn biết được trật tự sắp xếp các acid amin trên mạch polypeptid của từng hormone. Thậm chí hai hormone có số lượng amino acid như nhau nhưng do trật tự sắp xếp giưa chúng khác nhau mà chũng có những vai trò sinh lý hoàn toàn khác nhau. Thí dụ: hai hormone ADH và oxytocine của thùy sau tuyến yên đều có 9 acid amin, nhưng chũng khác nhau về acid amin ở vị trí số 3 và số 8. trong khi đó ADH (cũng có tên là vasopressine) là kích tố kháng niệu và tăng huyết áp, còn oxytocine là kích tố thúc đẻ. Một số protein hormone quan trọng: Hormone tuyến giáp trạng Khoảng 90% hormon do tuyến giáp tiết ra là thyroxin (T4) và 10% là triiodothyronine (T3). Tuy nhiên, tỷ lệ này thay đổi trong máu và các mô bào. Vai trò của hai hormon này được coi như nhau đối với cơ thể tuy tốc độ và cường độ tác động của chúng khác nhau. Nồng độ của triiodothyronine trong máu thấp hơn, thời gian tồn tại ngắn hơn so với thyroxin nhưng cường độ phát huy ảnh hưởng và tác dụng của nó tại các mô bào lớn hơn. Sinh tổng hợp hormone tuyến giáp gồm có 3 bước: + Thyroxine Tên IUPAC: (S)-2-amino-3-(4-(4-hydroxy- 3,5-diiodophenoxy)- 3,5-diiodophenyl)propanoic acid CTPT: C15H11I4NO4 + Triiodothyronine Tên IUPAC: (2S)-2-amino-3- [4-(4-hydroxy-3-iodo-phenoxy)- 3,5-diiodo-phenyl] propanoic acid CTPT: C15H12I3NO4 Iodothyronine_deiodinase Chức năng của hormone tuyến giáp + Phát triển cơ thể : . T4 gây ảnh hưởng tới sự tăng trưởng, phát triển và thành thục sinh dục. Thí dụ, với thí nghiệm cổ điển, muốn nòng nọc đứt đuôi sớm thì thêm T4 vào môi trường nuôi. .  Cancitonin : polipeptid 32 aa, có tác dụng  kỉch thích sụn thành lập xương, làm hạ ca huyết (ngược với hormone cận giáp). Với cơ quan sinh dục,   gây phát triển khi trẻ, gây hoạt động khi trưởng thành. Ở thận , tăng đào thải Ca và P, giảm tái hấp thu Na+ và Cl- tại ống lượn gần vào máu, đào thải canxi từ máu ra khỏi cơ thể. Ở xương, giảm vận chuyển Ca từ xương ra máu, do vậy nồng độ canxi ở máu không tăng thêm nữa. + Tác dụng chuyển hóa : . T4 làm các tế bào tăng chuyển hóa năng lượng, cơ thể thu nhận thêm oxy và huy động những chất để đốtcung cấp năng lượng . Nếu không cung cấp đủ các chất dự trữ năng lượng thì tăng sử dụng các chất ở TB. Với chuyển hóa Glucid, tăng hấp thu glucose ở ruột non. Ở gan , glycogen  được thủy phân thành   glucose. . Chuyển hóa protein : tăng tổng hợp protein cho tăng trưởng và biệt hóa mô . Chuyển hóa lipid : tăng huy động a.béo tự do,  tăng mỡ  dự trữ . Chuyển hóa nước : điều hòa chuyển hóa,  phân bố thể dịch + Tác dụng thần kinh : . Ðiều hòa hoạt động TK tự động. . Ðiều nhiệt:  tăng sinh nhiệt. . Phản xạ gân:  ưu năng, gây  nhanh,           nhược năng, gây chậm. Hormone tuyến cận giáp Tuyến cận giáp tiết ra hormone có tên là parathyroxine hay parahormone (PTH). PTH là một mạch polypeptid lớn, chứa 115 acid amin. Theo Rasmussen thì trộng lượng phân tử hormone này khoảng 8.6000. PTH bị phá hủy khi đung sôi với acid hoặc kiềm. Tuyến giáp và tuyến cận giáp Tác dụng sinh lý: làm tăng Canxi huyết và giảm photpho huyểt. Cơ chế tác động của nó là vừa tác dụng lên xương vừa tác dụng lên thận + Tác dụng lên thận: parathyroxine xúc tiến việc tái hấp thu canxi ở ống thận nhỏ và tăng đào thải photpho. + Tác dụng lên xương: parathyroxine kích thích sự đào thải canxi từ xương đưa vào máu. + Ngoài ra parathyroxine cũng có tác dụng làm tăng hấp thụ canxi ở ruột. Hormone miền tủy thượng thận Miền tủy thượng thận tiết ra hai hormone: Adrenalin (Epinephrine) và noradrenalin (norepinephrine). Năm 1901, Takanin và aldroch đã điều chế được adrenaline dưới dạng kết tinh và đến năm 1904 đã có thể tổng hợp nhân tạo hormone này. Adrenaline là sản phẩm chuyển hóa của amino acid có tên là thyrosine. Sau đó một htời gian người ta tìm được noradrenaline. Đến năm 1949, cấu trúc của nó được xác định và nó chính là tiền thân của adrenaline. Adrenaline (A) và noradrenaline (N) tồn tại đồng thời trong miền tủy thượng thận với tỷ lệ thông thường là A/N = 4/1. + Adrenaline: Tên IUPAC: (R)-4-(1-hydroxy-2-(methylamino)ethyl)benzene-1,2-diol CTPT: C9H13NO3 + Noradrenaline: Tên IUPAC: 4-(2-Amino-1-hydroxyethyl) benzene-1,2-diol CTPT: C8H11NO3 Tác dụng sinh lý của hai hormone này giống nhau nhiều chỗ chỉ khác nhau về mức độ và phạm vi tác dụng Các tác dụng sinh lý chính của hai hormone này có thể kể đến như sau: +Với tim: tăng nhịp tim, tăng lực co bóp, tăng hưng phấn và dẫn truyền hưng phấn. + Mạch: co các mạch máu ( trừ mạch nuôi tim, gây giản ) + Huyết áp: tăng huyết áp tối đa, không tăng huyết áp tối thiểu. + Gan: Tăng chuyển glycogen , sinh glucose và gây tăng đường huyết + Giản đồng tử và co cơ mống mắt . + Noradrenalin (tương tự adrenalin),  nhưng mạnh hơn trong tăng huyết áp,  kém mạnh trong giãn cơ trơn,  có tác dụng chuyển hóa kém. Hormone tuyến đảo tụy Tuyến này tiết ra ba hormone quan trọng là: insulin, glucagon, somatostatin. a. Insulin Từ 1953, Sanger (2 giải thưởng Nobel về hóa học vào năm 1958 và 1980) đã nghiên cứu, tinh chế và xác định hoàn toàn cấu trúc của phân tử insulin. Phân tử insulin bao gồm 51 amino acid, có cấu trúc gồm 2 chuỗi polypeptide. Chuỗi A có 21 amino acid, chuỗi B có 30 amino acid. Hai chuỗi được nối với nhau bằng 2 cầu disulfid. Trong chuỗi A cũng hình thành 1 cầu disulfid giữa amino acid thứ 6 và amino acid thứ 11. Phần đặc hiệu (đặc trưng của một loài) chỉ tập trung vào các amino acid thứ 8-9-10, 12-14 của chuỗi A và đặc biệt là amino acid thứ 30 của chuỗi B. Người ta cũng đã xác định được cấu trúc ba chiều của insulin và thấy rằng cấu trúc phân tử insulin được giữ vững bởi nhiều liên kết muối, liên kết hydro và cầu nối disulfid giữa chuỗi A và chuỗi B. CTCT: C257H383O77N65S6. Khối lượng phân tử: 5808 Da Insulin do tế bào b của đảo tụy tiết ra. Nồng độ insulin trong máu người rất thấp, chỉ khoảng 20–150 micro đơn vị trong 1ml máu.hoạt tính của hormone phụ thuộc vào vị trí đặc biệt của các acid amin chứa trong đó. Gốc disulphid có ý nghhĩa quan trọng. người ta thấy rằng phân tử insuline chứa nhiều acid amin tự do và nhóm này quyết định hoạt tính sinh học của hormone. Insulin dễ bị men tiêu hóa protein tiêu hủy nên chỉ có tác dụng khi tiêm. Insulin có tác dụng rõ nhất trong tất cả các hormon của tuyến tụy, đặc biệt đối với quá trình chuyển hoá carbohydrate. Nó có tác dụng hạ đường huyết. Tác dụng sinh lý quan trọng nhất gây nên hạ đường huyết là: + Thúc đẩy sự tổng hợp glucose thành glycgen ở gan. + Ở gan và cơ, nó xúc tiến sự tiêu thụ glucose và đưa nhanh glucose vào chu trình Krebs hoặc chuyển thành acid béo để tăng tổng hợp lipid. + Ngăn trở sự phân giải trở lại glycogen thành glucose ở gan và ngăn trở sự huy động và chuyển hóa protein thành glucose. Insulin còn kích thích quá trình tổng hợp và ức chế quá trình phân giải glycogen ở cơ, gan và mô mỡ. Đặc biệt insulin tăng cường tổng hợp acid béo, protein và kích thích sự đường phân. Tác dụng quan trọng nhất của insulin là kích thích sự xâm nhập glucose, một số đường khác, amino acid trong tế bào cơ và mỡ. Do vậy insulin làm giảm lượng glucose trong máu. Ngoài ra insulin cũng làm giảm sự tổng hợp mới glucose do làm giảm nồng độ enzyme như pyruvate carboxylase và fructose 1-6 diphosphatase. b. Glucagon : polipeptid chứa  29 acid amin. Hormone glucagon có tác dụng làm tăng đường huyết (tương tự tác dụng của adrenaline và ngược với insuline). Cơ chế tác động thông qua việc xúc tác sự phân giải glycogen thành glucose, nhưng nó chỉ hoạt hóa enzyme phosphorylase ở gan mà không hoạt hóa phosphorylase ở cơ, cho nên tiêm glucagon chỉ làm tăng acid lactic huyết. Glucagon cũng có tác dụng lên trao đổi mỡ làm hạ mỡ huyết và ức chế gan trong sự tổng hợp acid béo và cholesterol. Glucaggonechỉ tiêm và tĩnh mạch mới có tác dụng, tiêm dưới da không hiệu quả. c. Somatostatin: peptid với mạch  14 acid amin , ức chế giải phóng GH và TSH, ức chế bài tiết insulin và  glucagon (Dùng trị bệnh tiểu đường), ức chế bài tiết gastrin. Ngoài ba hormone kể trên, ngày nay người ta còn tìn thấy đảo tụy còn tiết ra những hormone khác như calicreine làm giãn mạch, vagotonine làm giảm đường huyết nhưng không hoàn toàn giống insulin. Hormone tuyến yên Mỗi thùy tuyến yên tiết ra những hormone khác nhau và có chức năng sinh lý khác nhau. a.Thùy trước Thùy trước tuyến yên tiết ra các hormone sau đây: STH, TSH, ACTH, GH (FSH, LH, LTH), mỗi loại có cấu trúc và tác dụng sinh lý khác nhau. α. Somatotropin hormone (STH) STH còn gọi là kích sinh trường tố với tác dụng chính của nó là kích thích sự sinh trưởng của cơ thể. Nó gồm 245 acid amin sắp xếp trên một mạch polypeptid. Trọng lượng phân tử STH khác nhau tùy loài, ví dụ cừu 48.000, bò 45.000, người và khỉ 21.000. Nó dễ bị thủy phâ khi gặp acid mạnh hay các enzym tiêu hóa. Tác dụng sinh lý của STH: + Kích thích sự phát triển của cơ thể non đang lớn thông qua cơ chế làm tăng đồng hóa protein ở mô bào, gây cân bằng dương nitơ. + Thúc đẩy sự phân giải mỡ: làm giải phóng những acid béo không đặc trưng từ kho mỡ, thúc đẩy oxy hóa chất béo. Nếu STH tiết nhiều sẽ gây chứng toan huyết và toan niệu. + Điều hòa trao đổi Ca, P. thôngqua cơ chế điều hòa ca và P mà hormone này có tác dụng xúc tiến tạo xương. β. Thyroid-stimulating hormone (TSH) TSH còn gọi là kích giáp trạng tố, vì tác dụng của nó chủ yếu là lên sự phát dục và hoạt động của tuyến giáp. TSH là một glycoprotein có chứa S và hai phân tử đường. Trọng lượng phân tử là 28.000 Da. Tác dụng sinh lý: TSH kích thích sự phát dục của tuyến giáp trạng và kích thích tuyến giáp tiết thyroxine. Dưới ảnh hưởng của TSH, mô tuyến giáp mở to, xuất hiện nhiều hạt keo trong bao tuyến. Ngày nay người ta thấy TSH có tác dụng lên suốt cả quá trình tạo thyroxine từ khâu kết hợp iod với thyroxine cho đến khâu giải phóng thyroxine ra khỏi phức hợp thyreoglobulin, nhập vào dòng máu để đi gây tác dụng. γ. Adrenal-corticotropin hormone (ACTH) ACTH còn gọi là kích thượng thận bì tố, vì nó ảnh hưởng chủ yếu lên sự phát dục và hoạt động của vỏ thượng thận. ACTH có cấu tạo là một mạch polypeptid gồm 39 acid amin. Người ta thấy rằng chỉ 24 acid amin đầu là cần thiết cho hoạt tính của hormone. Trình tự sắp xếp 24 acid amin này là giống nhau giữa các loài, kể cả người; 15acid amin còn lại không có hoạt tính rõ rệt và thay đổi tùy loài. Tác dụng sinh lý: ACTH làm tăng bài tiết các hormone glucorticoid của voe thượng thận từ đó gây nên tăng đường huyết, tăng huy động mỡ, tăng đào thải mỡ qua nước tiếu, tăng ứ đọng Na và H2O, tăng bài tiết K, giảm lượng bạch cầu ái toan trong máu tuần hoàn, giảm chứng viêm, tăng bài tiết các hormone sinh dục (đặc biệt là hormone sinh dục đực), tăng khối lượng máu tuần hoàn đến thận, làm nở to vỏ thượng thận. δ. Gonado-tropin hormone (GH) GH hormone là kích tố hướng sinh dục, nó bao gồm các hormone sau đây: FSH (foliculo-stimulating hormone); LH (luteinizing hormone) và ở con đực gọi là ISSH; LTH (luteino-stimulating hormone) ở con cái. + Foliculo-stimulating (FSH) FSH còn gọi là kích noãn bào tố, nó là một glucopotein, phân tử lượng 25.000-30.000 Da gồm 250 acid amin trong đó giàu cystine. Ở con cái: tác dụng sinhlý của FSH là kích thích sự sinh trưởng của noãn bào đến dạng chín gọi là nang. Ở con đực, FSH có tác dụng kích thích sự phát dục của ống sinh tinh và các tế bào sertoli ở ống sinh tinh sản sinh ra tinh trùng. + LH (luteinizing hormone) LH còn gọi là kích sinh hoàg thề tố. Nó có cấu trúc là glucoprotein, phân tử lượng 30.000-40.000 Da, bao gồm 250 acid amin. Ở con cái, LH cùng FSH thúc đẩy noãn bào chín và tiết nhiều kích tố sinh dục estrogen. LH còn có tác dụng làm mọng chín màng noãn bào bằng cách kích thích tăng bài tiết dịch vào trong xoan bao noãn. Khi đạt đến một áp lực lớn thì làm vỡ noãn bào gây trứng rụng. sau khi trứng rụng Lh kích thích biến bao noãn bào còn lại thành thể vàng tiết hoàng thề tố progesterone. Qua nghiên cứu thấy tỷ lệ LH/FSH phải bằng 3/1 thì trứng mới chín và rụng được. Ở con đực, tương ứng với LH của con cái có ICSH còn gọi là hormone kích thích tế bào kẽ. ICSH kích thích sự phát triển của tế bào kẽ leydig, ở giữa các ống sinh tinh và kích thích tế bào này tiết ra hormone sinh dục đực androgen. + Lutein-stimulating hormone (LTH) LTH có cấu trúc mạch polypeptid, phân tử lượng 26.000 Da, bao gồm 211 acid amin giàu xerine. Nó còn được gọi là kích tố dưỡng thể vàng. Sau khi trứng rụng có hai trường hợp xảy ra: - Nếu trứng rụng mà thụ tinh được thì bào noãn còn lại biến thành thể vàng và tiết một lượng progesterone đầu tiên dưới tác dụng của LH. Sau đó LH duy trì thể vàng và tiếp tục kích thích thể vàng tiết progesterone, ngăn chặn sự động dục sau khi trứng rụng. - Nếu trứng rụng mà không được thụ tinh thì sau thì vào ngày thứ 17 của chu kỳ động dục phần lớn gia súc, lớp tế bào nội tiết ở nội mạc tử cung tiết ra hormone prostaglanding-F2a và làm thể vàng bị teo biến đi thành một vết sẹo màu trắng bạc gọi là bạch thể. lượng progesterone giảm nhanh chóng, những noãn bào khác tiếo tục phát triển tới độ chín và một chu kỳ động dục khác lại xuất hiện - Ngay sau khi đẻ, LTH mang tên prolactin có tác dụng kích thích sự tiết sữa vào xoang sữa để cùng oxytocine gây thải sữa ra ngoài. Thùy giữa Thùy giữa tuyến yên tiết ra một hormone có tên là melanin-stimulating hormone (MSH) còn gọi là kích tố giãn hắc bào. Dưới tác dụng của MSH những sắc tố đen trong bào tương của tế bào biểu bì da ở dạng tập rung sẽ phân tán khắp bào tương làm cho da đen lại. Ở ếch, nhờ có MSH mà biến đổi da thường xuyên để phù hợp với đời sống của nó. Ở người danng nắng cả ngày, da đen rám nắng, cũng có tác dụng của MSH để ngăn cản sự xâm nhập sâu vào cơ thể của tia hồng ngoại mặt trời kể ca tia tử ngoại. Thùy sau Thùy sau tuyến yên tiết ra hai hormone là anntidiuretic hormone (ADH) và oxytocine. α. Antidiuretic Hormone còn có tên là vasopressin, còn được gọi là kích tố kháng lợi niệu. Cấu trúc của nó gồm 9 acid amin, phân tử lượng 1.102 Da. Tác dụng sinh lý chính của ADH là thúc đẩy quá trình tái hấp thu chủ động nước ở ống thận nhỏ để chống lại sự mất nhi ều nước theo nước tiểu, giữ nước lại cho cơ thể. Tác dụng thứ hai của ADH là gây co mạch làm tăng huyết áp (trừ mạch máu não và thận) vì thế nó còn có tên v asopressine. ADH và oxytocine chỉ khác nhau gốc acid amin ở vị trí số 3 và số 8 nhưng chức năng sinh lý lại r ất khác nhau. β. Oxytocine còn có tên là hormone thúc đẻ. Công thức hóa học của nó cũng là một mạch peptid gồm 9 acid amin và phân tử lượng là 1025 Da. Tác dụng sinh lý chính của oxytocine là gây co bóp cơ trơn tử cung có tác dụng thúc đẻ đẩy thai ra ngoài trong quá t rình đẻ. Một tác dụng khác là kích thích sự bài tiết sữa. Nó cũng ảnh hưởng nhẹ đến sự co bóp của cơ trơn bóng đái và đ ường r ột. Oxytocine còn gây co mạch máu tử cung làm hạn chế chảy máu sau khi đẻ. IV. VITAMINE Vitamine, hay sinh tố là nhóm chất hữu cơ có phân tử tương đối nhỏ và bản chất lý hóa học khác nhau. Vitamine cần thiết ở lượng rất nhỏ cho họat động chuyển hóa bình thường của cơ thể sinh vật. 1. Vitamine B1 Còn có tên khác là thiamine, anuerin,... Vitamine B1 đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra năng lượng cần thiết cho các họat động chức năng của cơ thể. Cấu trúc không gian Phổ biến rộng rãi trong tự nhiên đặc biệt nhiều là trong nấm men, mầm lúa mì, cám gạo,… ở động vật có nhiều trong gan, thận, tim,… đa số tồn tại ở dạng tự do, còn 1 phần ở dạng thiaminepyrophosphate. Tính chất Bền trong môi trường acid, còn ở môi trường kiềm thì nó bị phá hủy nhanh chóng khi đun nóng. Là những tinh thể hòa tan tốt trong nước và chịu được các quá trình gia nhiệt thông thường. Khi bị oxy hóa, vitamine B1 sẽ chuyển thành tiocrom phát hùynh quang. Được tổng hợp dễ dàng bởi thực vật, một số vi sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật ở ruột các động vật nhai lại. Nhạy cảm với nhiệt độ do phân tử mất họat tính ở nhiệt độ cao, đồng thời cũng do khả năng tác dụng với các hợp chất carboxyl tạo nên phản ứng Maillard. Tính bền của vitamine B1 còn phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường. Khi có mặt các chất như gelatin, ovalbumin, tinh bột,… thì tính nhạy cảm đối với nhiệt độ của vitamine B1 cũng giảm đi. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TẠO ACETYL CoA Như vậy, piruvate tác dụng với thiamineoyrophosphate ở vị trí C2 của vòng thiazole, H của nguyên tử C được thay thế (a cabarnion). Sau đó, nguyên tử carbon này tiếp tục tác dụng với nhóm carbonyl của piruvate. Nguyên tử Nitơ dư điện tử có tác dụng như chất xúc tác đẩy nhanh quá trình, sau đó trợ giúp trong quá trình decarboxyl và sự hình thành của hydroxyethyl – TPP. Trong bước 2 của quá trình, nhóm hydroxyethyl được thay thế bằng nhóm lipoamide. Nguyên tử carbon dư điện tử liên kết với 1 nguyên tử S trong nhóm lipoamide tạo ra acetyllipoamide. Carbon α của acetyllipoamide bi oxy hóa thành nhóm acetyl. Cuối cùng, nhóm acetyl của acetyllipoamide chuyển qua coenzym A, để tạo thành acetyl coenzym A. 2. Vitamine B12 Hay hydroxycyanocobalamin là những hợp chất hữu cơ có nguyên tử cobalt ở trung tâm, với tên gọi là những cobalamin và có họat tính sinh học trên cơ thể người. Thuật ngữ vitamine B12 có 2 cách dùng trong đó theo nghĩa chuyên biệt để chỉ cyanocobalamin, đây là dạng B12 được dùng trong thực phẩm và chế phẩm bổ sung dinh dưỡng. Cấu trúc không gian Cấu trúc hóa học của vitamin B12 gồm 2 phần: Phần cobamid gồm 4 nhân pyrol đã hydrogen hóa, giữa nhân là nguyên tử coban hóa trị 3; các nhân này đã bị thế bởi nhóm methyl, acetamid và propionamid. Phần nucleotid gồm 5,6-dimethylbenzimidazol đã este hóa bởi acid phosphoric và 2 phần này nối với nhau qua cầu isopropanol.Nguyên tử coban liên kết cộng hóa trị với 1 nitơ của một nhân pyrol, liên kết phối trí với 3 nitơ của 3 nhân pyrol còn lại và nitơ trong nhân benzimidazol; liên kết ion với acid phosphoric. Hóa trị cuối cùng của coban liên kết với các nhóm chức khác nhau tạo ra các vitamin B12 khác nhau. Vitamine B12 do vi khuẩn tổng hợp từ tự nhiên, sau đó mới tham gia vào chu trình thức ăn của các động vật, chủ yếu là động vật ăn cỏ. Động vật và thực vật không tự tổng hợp được vitamine B12. Một số lòai tảo cũng có vitamin B12 do các vi sinh vật cộng sinh tạo ra. Vitamine B12 trong dạ dày chỉ được hấp thu bởi mucin. Tính chất Tinh thể màu đỏ, không có mùi và vị. Tan tốt trong nước và rượu. Bền trong tối, nhiệt độ thường. Ở pH acid dễ phân hủy ngòai ánh sáng. V. Glycine là tiền chất tạo porphyrine. Porphyrine chứa nhân kim loại như Fe2+, Co2+, Mg2+ là nhân heme của nhóm protein rất quan trọng bao gồm hemoglobin, cytochrome, chlorophyll, … Porphyrine cấu tạo từ 4 phân tử porphobilinogen được tạo từ glycine và succinate. Nhân porphyrine của hemoglobin giải phóng khỏi hồng cầu ở lá lách và sau đó phân rã tiếp giải phóng Fe3+ và bilirubin (vòng porphyrin mở). Bilirubin sau đó sẽ bám vào albumin huyết tương và vận chuyển tới gan. Ở đó biến đổi tiếp thành sắc tố mật tan trong nước và tiết vào ruột non. Khi gan bị rối loạn chức năng, bilirubin không tiết vào ruột non mà lại đi vào máu làm da và mắt người bị vàng, là biểu hiện thường thấy của người bệnh vàng da. Hình B.IV: Sinh tổng hợp nhóm heme VI. Creatine và glutathione tổng hợp từ amino acid. Creatine và phosphocreatine là những phân tử chứa năng lượng dự trữ ở mô cơ được tổng hợp từ glycine, arginine và methionine. Glutathione ở dạng khử (GSH) là tripeptide (γ-glu-cys-gly) tạo từ glutamate, cysteine và glycine. Khi chuyển sang dạng oxy hóa, 2 phân tử GSH liên kết với nhau qua cầu nối -S-S- tạo ra GSSG làm tác nhân ổn định thế oxy hóa khử của tế bào và cơ thể sống. Hình B.VI: Sự biến dưỡng creatine VII. Amino acid nhân thơm là tiền chất tạo hoạt chất sinh học ở thực vật. Phenylalanine, tyrosine là tiền chất tạo hoạt chất sinh học ở thực vật như: polymer lignin, tannain, alkaloid hoặc chất có mùi vị. Tryptophan là tiền chất tạo nhóm kích thích tố thực vật auxin. Polymer lignin: cấu tạo nên vách tế bào thực vật. Mọi tế bào thực vật đều có lớp vách tế bào sơ cấp và thứ cấp. Peptine mềm và dễ uốn có trong cả vách sơ cấp và thứ cấp của tế bào, có thể được thay thế dần bằng lignin, lignin có tác dụng làm vách tế bào thêm vững chắc đồng thời cũng làm cho vách tế bào không thấm nước. Tryptophan là tiền chất tạo nhóm kích thích tố thực vật auxin: một loại hormone thực vật tác động lên nhiều cơ quan như: đỉnh, chồi, thân, mầm bên, tầng phát sinh mạch, lá, quả hạt,… có tác dụng làm giảm phân chia tế bào, tăng kéo dài tề bào mầm bên, ức chế rụng lá, ức chế rụng quả, sinh trưởng rễ phụ. VIII. D – Amino acid thường có mặt ở vi khuẩn. Mặc dù D – amino acid không tham gia tạo protein, nhưng chúng có một số chức năng khá đặc biệt: tham gia tạo vách tế bào vi khuẩn và kháng sinh-peptide IX. Amino acid là tiền chất tạo amine có hoạt tính sinh học. Nhiều chất trung chuyển tín hiệu thần kinh là các amine được tổng hợp từ amino acid. Tyrosine là tiền chất tạo nhóm chất catecholamine (dopamine, norepinephrine và epinephrine) có chức năng điều hòa huyết áp. Thí dụ: bệnh Parkinson liên quan đến sự thiếu hụt dopamine trong máu khi đó xảy ra tình trạng run rẩy không kiểm soát được, do vậy người bệnh thường được đều trị bằng tiền chất của dopamine là L-dopa. Dopamine là chất dẫn truyền xung thần kinh ở não bộ và có tầm quan trọng đặc biệt trong việc điều hào vận động được tổng hợp từ tyrosine. Nếu dopamine được tổng hợp quá nhiều ở não bộ sẽ là nguyên nhân gây bệnh tinh thần phân lập (schizophrenia) – một loại bệnh tâm thần nặng, ảnh hưởng nghiêm trọng tới khả năng suy nghĩ, khả năng biểu lộ tình cảm và mối quan hệ với người xung quanh ( rõ nhất là biểu hiện hoang tưởng, rối loạn suy nghĩ). Phản ứng decarboxyl hóa glutamate tạo γ – amino butyrate (GABA) ức chế lan truyền tín hiệu thần kinh. Sự tổng hợp không đầy đủ GABA là nguyên nhân gây bệnh động kinh. GABA được sử dụng để chữa trị bệnh này và bệnh huyết áp cao. Histamine làm giãn mạch máu và luôn có mặt ở các mô tế bào, nó được tạo thành một số lượng lớn khi cơ thể bị dị ứng, đồng thời histamine còn kích thích sự tiết acid ở dạ dày. Nhóm chất polyamine (spermine và spermidine) tham gia tạo cấu trúc khối với DNA có nguồn gốc từ methionine và ornithine. Sự hiểu biết về quá trình tổng hợp polyamine giúp chữa trị bệnh ngủ châu Phi, rất phổ biến ở các nước châu Phi. Hình B.IX: Sinh tổng hợp catecholamines X. Chu trình Ornithin – Ure Chu trình gồm nhiều phản ứng liên tục do nhiều enzim xúc tác. Bắt đầu bằng phản ứng kết hợp giữa khí cacbonic (CO2) và amoniac (do phân giải các axit amin tạo ra) tạo thành cacbamoylphotphat, sau đó kết hợp với ocnitin qua một số phản ứng trung gian tạo thành acginin. Acginaza thuỷ phân acginin trả lại ocnitin và giải phóng ure (bài tiết ra ngoài). CTO xảy ra trong tế bào gan của đa số động vật ở cạn và một số cá. Nhờ CTO, tác dụng độc của amoniac bị khử bỏ, tạo sản phẩm bài tiết cuối cùng của quá trình trao đổi nitơ trong cơ thể. Ở người, dùng 100 g protein hằng ngày, tạo ra 30 g ure bài tiết ra ngoài. Ở thực vật và vi sinh vật, dùng CTO kết hợp muối amoni tạo thành các chất hữu cơ chứa nitơ. Vì Amoniac là độc tố của cơ thể, nên ở cơ thể động vật phải có cơ chế đào thải và tái sử dụng nó. Đa số động vật sống trong nước bài tiết amoniac trực tiếp vào môi trường xung quanh. Còn động vật trên cạn bài tiết amoniac ở dạng ure. Trong chu trình ure, axit amine ornithine đóng vai trò là chất tiếp nhận amoniac giống như vai trò của oxaloacetate tiếp nhận acetyl - CoA trong chu trình citric acid. Trước tiên, ornithine kết hợp với NH3 và CO2 tạo ra citrulline. Phân tử NH3 thứ hai sau đó sẽ kết hợp với citrulline tạo ra arginine . Arginine sau đó sẽ phân huỷ tạo ure và ornithine. Ornithine tiếp tục tham gia vào chu trình ure còn ure sẽ được đưa vào máu tới thận và bài tiết ra ngoài cùng với nước tiểu. Chu trình ure gồm 5 giai đoạn, hai giai đoạn đầu xảy ra trong ty thể còn 3 giai đoạn sau xảy ra trong tế bào chất của gan: Giai đoạn đầu: NH4+ ( từ các nguồn khác nhau ) có mặt trong ty thể của tế bào gan kết hợp với HCO3- ( tạo thành trong quá trình hô hấp ty thể) tạo ra carbomoyl phosphate ở phần cơ chất ty thể. Carbamoyl phosphate sau đó chuyển nhóm carbomoyl cho ornithine tạo cytrulline. Cytrulline chuyển ra tế bào chất, nhận thêm nhóm -NH2 thứ hai bằng phản ứng trùng ngưng.Phản ứng này khá phức tạp. Trước hết, citrulline kết hợp với ATP tạo phức trung gian citrulline - AMP sau đó phức này mớ có khả năng nhận nhóm -NH2 thứ hai từ aspartate tạo ra argininosuccinate. Phức này nhờ enzym argininosuccinate lyase phân rã thành arginine và fumarateđi vào chu trình axit citric. Arginine sau đó phân rã thành ornithine và ure nhờ enzym arginase xúc tác. Ornithine sẽ được vận chuyển quay trở lại bên trong ty thể để bắt đầu chu trình ure mới,còn ure tạo thành được máu đưa tới thận bài tiết ra ngoài. Chu trình ure tiêu thụ khá nhiều năng lượng. Hình B.X: Chu trình ure. C. Sự tổng hợp các acid amin không thay thế 1. Valine và Isoleucine 2. Leucine 3. Threonine và lysine 4. Trytophan 5. Phenylalanine 6. Methionine 7. Histidine