Post on 27-Jul-2015
CHUYỂN HOÁ PROTEIN
- Thoái hoá protein và nitơ của acid amin- Thoái hoá bộ khung carbon của acid amin- Tổng hợp acid amin- Chuyển acid amin thành các sản phẩm chuyên biệt
CHUYỂN HOÁ PROTEIN
SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CHUYỂN HOÁ PROTIDProtein thức ăn
Acid amin
Protein cơ thể Các sản phẩm chứa nitơ khác
Bộ khung carbon NH4+
Urea
Bài tiếtAcetyl CoA Pyruvate, sản phẩm
trung gian chu trình acid citric
ATP Glucose
THOÁI HOÁ PROTEIN
NHU CẦU PROTEIN CỦA CƠ THỂ
- Cơ thể cần 30 – 60 g/ngày (khoảng 1g/kg/ngày)
- Vai trò:• Tổng hợp protein cấu trúc và chức năng: collagen, myosin…• Tổng hợp protein có hoạt tính sinh học: enzym, hormon…• Tổng hợp chất có hoạt tính sinh học: histamin, serotonin…• Cung cấp 12% tổng năng lượng cơ thể (ở động vật ăn thịt 90%)
- Acid amin dư thừa (từ thức ăn) không được dự trữ
Suy dinh dưỡng năng lượng protein:
- Thể marasmus: suy kiệt tổng quát do thiếu cả năng lượng và protein.- Thể kwashiorkor: đặc trưng bằng phù, năng lượng nhập vào đủ nhưng thiếu cả chất và lượng protein.Thực tế thường gặp dạng trung gian của 2 thể này.
NGUỒN GỐC ACID AMIN TRONG CƠ THỂ
Acid amin ngoại sinh Acid amin nội sinh
TIÊU HOÁ VÀ HẤP THU PROTEINTiêu hoá:Proteinase (protease): là các peptidase thuỷ phân protein thành peptid rồi thành acid amin tự do:- Endopeptidase: cắt các liên kết peptid bên trong chuỗi: pepsin, trypsin, chymotrypsin…, thường đặc hiệu cho acid amin- Exopeptidase: cắt liên kết peptid ở đầu tận
• Aminopeptidase: đầu N tận• Carboxypeptidase: đầu C tận
Hấp thu: Acid amin tự do
Niêm mạc ruột non
Tĩnh mạch cửa
Gan
Mô, tế bào
Tiêu hoá proteinEnzym tiêu hóa được tiết ra dưới dạng tiền enzym (proenzym) không hoạt động. Khi được đưa vào ống tiêu hoá, các tiền enzym sẽ được hoạt hóa thành dạng hoạt động.
Tiêu hoá proteinEnzym có tính đặc hiệu, chỉ cắt những liên kết nhất định
Trypsin: Cắt liên kết peptid trước Arg hay Lys.Chymotrypsin : Cắt liên kết peptid sau Phe, Trp, Tyr.
Cắt chậm hơn sau Asn, His, Met hay Leu.Elastase: Cắt LK peptid sau Ala, Gly, Ser, hoặc Val.
Tại đường tiêu hoá:-Protein cầu (động vật) được thủy phân hoàn toàn.- Protein sợi (collagen, keratin) được tiêu hóa một phần.- Protein ngũ cốc được tiêu hóa không hoàn toàn (do lớpcellulose).
VÒNG LUÂN CHUYỂN PROTEINProtein cơ thể
Acid amin
Thoái hoáprotein
Tái sử dụng đểtổng hợp protein
Thoái hoá
Ở người lớn, 1-2% tổng lượng protein cơ thể thoái hoá mỗi ngày (chủ yếu từ cơ), tạo acid amin tự do:
- 75-80% được tái sử dụng để tổng hợp protein mới- 20-25% tạo urea
Protein tế bào luôn được đổi mới. Quá trình thoái hoá protein tế bào nhờ enzym catepsin A, B, C… trong lysosom của tế bào
Cân bằng nitơ (nitrogen balance)
Ở người trưởng thành, khối protein ổn định do lượng protein tổng hợp và protein thoái hoá liên tục và cân bằng.
CÂN BẰNG NITƠ
Là sự khác biệt giữa tổng lượng nitơ nhập và tổng lượng nitơ mất qua phân, nước tiểu và mồ hôi.
- Dương: nhập > xuất. VD: trẻ nhỏ đang phát triển, phụ nữ có thai, người bệnh hồi phục.
- Âm: nhập < xuất. VD: người già, sau phẫu thuật, ung thư tiến triển, ăn không đủ.
Người lớn bình thường: nhập = xuất
THOÁI HOÁ NITƠ CỦA ACID AMIN
SẢN PHẨM CỦA THOÁI HOÁ NITƠ Ở ĐỘNG VẬT
- ammonia- acid uric- urea
Ưu thế ammonia: cá xương (Teleostei) (thải nhờ trao đổi liên tục với môi trường nước)
Ưu thế acid uric: chim (cần giữ nước, giữ trọng lượng thấp)
Ưu thế urea: người (tan nhiều trong nước, không độc)
Acid α-amin Acid α-ceto
α-Cetoglutarate L-Glutamate
NH3 CO2
Urea
Dòng di chuyển của nitơ trong dị hoá acid amin(Sinh tổng hợp urea)
Chuyển amin
Khử aminoxi hoá
Chu trình urea
CHUYỂN AMIN
↔transaminase
(vitamin B6)
Mô động vật: 2 enzyme phổ biến nhất và hoạt động mạnh nhất là glutamate oxaloacetate transaminase (GOT) và glutamate pyruvate transaminase (GPT)
α-Cetoglutarate
Pyruvate
Alanine
Glutamate
Aspartate
Oxaloacetate
GPT GOT
CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CHUYỂN AMIN
Pyridoxal phosphate đóng vai trò giữ gốc amin tạm thời cho cơ chất kế tiếp (acid ceto)(vit B6)
GPT, GOT
GPT
GOT
GPT=glutamate pyruvate transaminase=ALT=alanine transaminaseGOT=glutamate oxaloacetate transaminase=AST=aspartate transaminase
GOT, GPT - Ứng dụng lâm sàngXác định hoạt độ transaminase SGOT (AST) và SGPT (ALT) và chỉ số GOT/GPT (De Ritis) trong các bệnh lý tim, gan hay cơ vân…GOT và GPT là các enzym nội bào, bình thường trong huyết thanh < 40 UI/l.Xét nghiệm tránh vỡ hồng cầu.Nhồi máu cơ tim: chủ yếu tăng GOT, chỉ số GOT/GPT > 1, tăng gấp 2-25 lần, tăng sớm, cao nhất từ 16-48 giờ.Viêm gan siêu vi: tăng cả GPT và GOT; GPT tăng nhiều GOT/GPT < 1, tăng gấp trăm lần, sớm trước vàng da, tăng kéo dài, chuyển thành mạn tính.
KHỬ AMIN OXY HOÁ
NAD(P)+ NAD(P)H,H+
L-Glutamate α-Cetoglutarat
NH3
L-glutamate
dehydrogenase
L-glutamate dehydrogenase: trung tâm của chuyển hoá nitơ, 75% nitơ của protein ăn vào chuyển hoá theo con đường glutamate
Amino acid oxidase: mô gan, thận
Flavin Flavin+H2
H2O2 O2
H2O
Acid α-amin [Acid α-imin]
1/2O2
Acid α-ceto
H2O
NH3
Amino acid oxidase
Catalase
KHỬ AMIN OXY HOÁ
CH−NH2 C=NH C=O
Tách nhóm amin ra khỏi aa dưới dạnh NH3Ở pH 7,3, duy nhất chỉ có L glutamate dehydrogenase (L.glu. DH) có CoE là NAD+ có khả năng khử amin trực tiếp của L. Glutamate một cách dễ dàng. Gồm 2 giai đoạn xảy ra ở ty thể * Giai đoạn 1: Khử hydro nhờ dehydrogenase (DH)
* Giai đoạn 2: Thủy phân tự phát
Khử amin oxy hoá
DH
CHUYỂN – KHỬ AMINHầu hết các transaminase có cùng cơ chất và sản phẩm (glutamate và cetoglutarate) với glutamine dehydrogenase phối hợp giữa phản ứng chuyển và khử amin để bài tiết nitơ cho từng acid amin.
Quá trình này cho thấy vai trò trung tâm của glutamate trong kiểm soát chuyển hoá nitơ.
LIÊN QUAN GIỮA KHỬ AMIN VÀ CHUYỂN AMIN :
-Các enzym khử amin oxyhóa của các acid amin hoạt động yếu ở pH 7,3 ngọai trừ L glutamate dehydrogenase (L.glu. DH) có CoE là NAD+ .
-Các enzym Transaminase của các acid amin lại phổ biến và hoạt động mạnh đặc biệt Glutamate amin Transferase.
- Nên hầu hết các aa được khử amin gián tiếp thông qua hệ thống chuyển amin nhờ α CG làm chất trung gian.
Chuyển amin – Khử amin
Khử carboxyl tạo amin
Phổ biến ở vi sinh vật
Các amin khi hết tác dụng, sẽ bị khử amin và oxy hoá:
Khử carboxyl tạo amin
Chuyên chở NH3
NH3: Nội sinh: Khử amin oxy hoá các acid amin
Thoái hoá base nitơ Ngoại sinh: vi khuẩn có enzym thuỷ phân protein trong
ruột (NH3/TM cứa > NH3/tuần hoàn 5-10 lần)
glutamine: Không độc, không mang điện tích, nên dễ vận chuyển
qua màng. Là chất vận chuyển NH4
+ chủ yếu/máu Nguồn cung cấp nhóm amin cho tổng hợp acid amin
TỔNG HỢP glutamine
Mg2+
- Chuyên chở NH3 trong máu. NH3 tự do trong máu: 1-2 mg/l
- Là cơ chế khử độc NH3 chủ yếu của não (tạo urea không đóng vai trò quan trọng). Nhưng nếu NH3 máu cao không đủ glutamate não tổng hợp glutamate từ α-cetoglutarat kiệt quệ các chất trung gian trong chu trình acid citric.
Glutaminesynthetase
VẬN CHUYỂN glutamine TRONG MÁUAcid amin
NH3
glutamine(60-100 mg/l)
NH3 tự do(1-2 mg/l)
AcidglutamicNH3 NH3
Urea NH4Cl
Nước tiểu
MÔ
MÁU
GAN THẬN
Tại gan và thận
Tại gan, NH4+ phóng thích từ glutamin sẽ được tổng hợp thành urea và đào
thải ra nước tiểu.Tại thận, thuỷ phân glutamine cho NH4
+ tạo muối amon và đào thải theo nước tiểu, giúp thải H+ thăng bằng acid-base.
Thuỷ phân glutamine/thận tăng trong toan máu
Thuỷ phân glutamine/thận giảm trong kiềm máu
Alanin vận chuyển NH4+ ở mô có cường độ hoạt động mạnh là cơ về gan
(chu trình Glucose-Alanin)
Alanine đóng vai trò là acid amin quan trọng trong tân tạo đường.
ỨNG DỤNG NH3 tăng trong máu gây :
Giảm pH máu. Tổn thương tế bào thần kinh
NH3 qua hàng rào máu não, kết hợp glutamate tạo glutamine gây giảm α keto glutarat của não, dẫn tới giảm oxaloacetat, ảnh hưởng đến chu trình Krebs, thiếu năng lượng cho não, tổn thương tế bào.
Tăng glutamine trong não, giảm dự trữ glutamate (glu cần thiết cho tạo các neurotransmitter như γ-aminobutyrat (GABA)).
Tăng glutamine não, thay đổi chất gây thẩm thấu trong tế bào hạch glial, gây phù não.
NH3 tăng trong trường hợp:
- Suy tế bào gan nặng: xơ gan giai đoạn cuối, nhiễm độc, nhiễm virus gây hoại tử cấp.. - Nối thông cửa chủ - Di truyền do thiếu enzym của chu trình urea
Chu trình Urea
Chu trình Ornithin1932, Hans KrebsChủ yếu xảy ra ở gan5 giai đoạn (1, 2: xảy ra trong ty thể
3, 4, 5: trong bào tương)N-acetyl glutamate có vai trò điều hoà dị lập thể dương.
Chu trình Urea
1
23
4 5
Chu trình Urea
Chu trìnhUrea
CPS I: carbamyl phosphat synthetaseOTC: ornithin transcarbamylase
CHU TRÌNH UREA1: carbamoyl phosphate synthetase2: ornithine transcarbamoylase3: arginosuccinate synthetase4: arginosuccinase5: arginase
Phương trình tổng quát:
CO2 + NH4+ + 3ATP + Asp + 2H2O Urea + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + fumarate
RỐI LOẠN CHUYỂN HOÁ LIÊN QUAN ĐẾN CHU TRÌNH UREA
Tăng ammonia máu type 1: thiếu carbamoyl phosphate synthetase
Tăng ammonia máu type 2: thiếu ornithine transcarbamoylase
Tăng citrulline máu: thiếu arginosuccinate synthetase
Tăng acid arginosuccinic máu và nước tiểu: thiếu arginosuccinase
Tăng arginine máu: thiếu arginase trong hồng cầu
Triệu chứng của các bệnh lý di truyền do khiếm khuyết một trong các enzym của chu trình urea thường xuất hiện ngay sau sinh gồm co giật, rối loạn vận động, lơ mơ, bú kém, thậm chí hôn mê hay tử vong nếu không được phát hiện. Nặng nhất là khiếm khuyết carbamoyl phosphate synthetase.
Urea cycle defects (UCDs)
Điều hoà chu trình Urea
Dài hạn: thay đổi chế độ ăn proteinLượng protein cao, nồng độ enzym tăng.Khi chế độ ăn protein cân bằng, lượng enzym giảm.Khi đói kéo dài, tăng phân huỷ protein, enzym lại tăng
Ngắn hạn: N-acetylglutamate là chất dị lập thể dương của CPS I.N-acetylglutamate ổn định là nhờ acetyl CoA, glutamate, và arginin
Acetyl CoA + glutamate → N-acetylglutamate + CoA(Arginin là chất dị lập thể (+) của N-acetylglutamate
synthetase)
N-acetylglutamate synthetase
Urea-ứng dụng lâm sàng
Urea là sản phầm thoái hoá chủ yếu từ protein, được tạo thành từ NH3 và chủ yếu ở gan.Khả năng tạo urea của gan rất lớn (tổn thương 2/3, khả năng tạo urea vẫn bình thường).Urea được tạo ra, vào máu, lọc ở thận và thải ra nước tiểu.Bình thường:
Urea máu: 3,5 – 7 mmol/l (0,2 - 0,4 g/l)
BUN (blood urea nitrogen) Tăng hay giảm urea có liên quan một số tình trạng bệnh lý.
Liên quan giữa chu trình Urea và chu trình Krebs
Liên quan giữa chu trình Urea và chu trình Krebs