Chuyển hóa amind acid 1

Chuyển hóa amind acid
I. Tiêu hóa Protein trong Chế độ ăn
A. Protein có trong thực phẩm phải được phân giải thành các axit amin
thành phần của chúng trong để được cơ thể tiếp nhận và sử dụng làm
nhiên liệu hoặc như các khối để tổng hợp protein mới.
B. Sự phân giải protein trong khẩu phần (phân giải protein) được xúc tác
bởi các protease ở cả dạ dày và ruột non.
1. Niêm mạc dạ dày tiết ra axit clohydric (HCl) để đáp ứng với lượng
thức ăn làm cho dạ dày có tính axit rất cao.
a. Độ pH thấp (~ 2–2,5) thúc đẩy sự hình thành protein (biến tính), khiến
chúng dễ bị protease phân cắt hơn.
b. Hoạt động của pepsin, protease chính trong dạ dày, là tối ưu ở pH thấp
này.
2. Khi các protein được tiêu hóa một phần sẽ đi
qua tá tràng trên đường đến ruột, chúng trộn
lẫn với dịch tiết từ cả tuyến tụy và gan (mật).
a. Những chất lỏng này, bao gồm muối mật và
natri bicarbonat từ tuyến tụy, trung hịa độ
axit đến pH> 7,
(1) Thúc đẩy q trình tự phân cắt của các
protease tuyến tụy từ dạng zymogen không hoạt
động của chúng thành các enzym hoạt động.
(2) Hỗ trợ hoạt động của các protease này, bao
gồm trypsin, chymotrypsin, và một số
aminopeptidase và carboxypeptidases.
b. Các hoạt động kết hợp của các enzym này sẽ
tiêu hóa protein thành các axit amin và
dipeptit tự do.
C. Các sản phẩm phân hủy protein được hấp thụ vào tế bào biểu mô ruột
(tế bào ruột) bằng nhiều q trình vận chuyển tích cực khác nhau.
1. Khi ở trong tế bào biểu mô, các dipeptit tiếp tục bị phân hủy thành các

axit amin.
2. Các axit amin sau đó được tiết vào tuần hồn cổng gan.
D. Việc loại bỏ các nhóm amin khỏi các axit amin trong chế độ ăn uống
cho phép sử dụng bộ xương cacbon để làm nhiên liệu và sử dụng hoặc
chuyển hóa thêm nitrogens amin.


1. Trong các phản ứng chuyển hóa này, nhóm amin từ axit amin được
chuyển thành α-ketoglutarate để tạo thành glutamat và axit α-keto tương
ứng.
Một. Pyridoxal phosphate, dạng hoạt động của vitamin B6, được yêu cầu
như một coenzyme cho tất cả các phản ứng này.
NS. Coenzym mang nhóm amin trong quá trình chuyển.
2. Các bước này có thể đảo ngược, tùy thuộc vào nhu cầu của cơ thể.

THIẾU HỤT VITAMIN B6
 Chế độ ăn uống thiếu vitamin B6 dẫn đến suy giảm chuyển hóa axit
amin ở nhiều cơ quan, nhưng
 CNS bị ảnh hưởng nặng nề nhất.
 Những người bị thiếu vitamin B6 có một loạt các biểu hiện thần kinh
khơng đặc hiệu, bao gồm trầm cảm, lú lẫn và mất phương hướng, có
thể dẫn đến co giật trong những trường hợp nghiêm trọng.
 Thiếu vitamin B6 là một tình trạng hiếm gặp, nhưng nó phổ biến ở
những người nghiện rượu mãn tính do khẩu phần ăn thấp và suy giảm
chuyển hóa pyridoxine thành coenzym pyridoxal phosphat hoạt động

II. Chuyển hóa amoniac
A. Q trình xử lý nhóm amin của axit amin tạo ra amoniac, chất này ở
dạng tự do rất độc, đặc biệt đối với tế bào thần kinh. Vì vậy, sự trao đổi
chất của nó được thiết kế để giữ cho nồng độ trong máu thấp (tức là

<40 μM).
B. Trong gan, glutamat dehydrogenase xúc tác q trình khử oxy hóa
glutamat để tạo ra amoniac tự do (Hình 9–1).
1. Phản ứng này là thuận nghịch và sử dụng các đồng yếu tố dựa trên
NAD khác nhau theo hướng thuận và nghịch.


2. ADP và GDP, cho biết mức năng lượng thấp trong tế bào, và ATP và
GTP, cho biết mức năng lượng cao, là những tác nhân gây hiệu ứng
allosteric của enzym

C. Amoniac được chuyển thành dạng không độc, chủ yếu là glutamine,
để vận chuyển đến gan để xử lý tiếp.
1. Trong hầu hết các mô, glutamine synthetase kết hợp amoniac tự do
với glutamate để tạo ra glutamine (Hình 9–1).
2. Trong cơ, chuyển hóa pyruvate tạo thành alanin, alanin được vận
chuyển đến gan, tại đây phản ứng diễn ra ngược lại (chu trình alanin)

Hình 9–1. Chuyển đổi giữa các phân tử trong xử lý amoniac. Enzyme
chính chịu trách nhiệm chuyển đổi giữa glutamate và α-ketoglutarate là
glutamate dehydrogenase. Khơng có amoniac tự do nào trong q trình
chuyển trực tiếp các nhóm amin từ alanin hoặc aspartat qua q trình
chuyển hóa để tạo ra glutamat. ALT, alanin aminotransferase; AST,
aspartate aminotransferase.


III. Chu kỳ urê
A. Chu trình urê chuyển amoniac thành urê, một chất không độc hại.
1. Một trong những nguyên tử nitơ để tổng hợp urê đến từ amoniac và
nguyên tử còn lại được tặng bởi aspartate.

2. Nguyên tử cacbon của urê sinh ra từ CO2.
3. Urê được hình thành trong gan rất hòa tan trong nước và được máu đưa
đến thận để lọc và bài tiết qua nước tiểu.
B. Các phản ứng của chu trình urê được xúc tác bởi năm loại enzim (Hình
9–2).
1. Hai phản ứng đầu tiên xảy ra trong ti thể.
a. Bước giới hạn tốc độ, sự hình thành carbamoyl phosphate, được xúc
tác bởi enzyme quan trọng, carbamoyl phosphate synthetase I (CPS-I).
b. Carbamoyl phosphate sau đó được kết hợp với ornithine để tạo thành
citrulline và chu trình bắt đầu (Hình 9–2).
c. Amoniac tự do được sử dụng trong bước đầu tiên được tạo ra bằng
cách khử glutamine bằng glutaminase hoặc glutamate dehydrogenase.
2. Citrulline được vận chuyển ra khỏi ty thể đến tế bào chất, nơi
diễn ra ba phản ứng khác của chu trình urê.



C. Dịng amoniac qua chu trình urê được điều hịa bởi hai yếu tố:
1. Sự sẵn có của cơ chất: aspartate, amoniac và CO2.
2. Kích hoạt allosteric của CPS-I bởi N-acetylglutamate, được hình
thành từ
acetyl CoA và glutamate, và cho biết sự sẵn có đầy đủ của chất nền cho
chu trình urê.
D. Phản ứng tổng thể của chu trình urê chỉ ra rằng việc xử lý amoniac đòi
hỏi năng lượng đáng kể.
Aspartate + NH4 + + CO2 + 3ATP → Urê + fumarate + 2ADP + AMP +
2Pi + PPi + 3 H2O

IV. Dị hóa các axit amin
A. Bước đầu tiên trong q trình chuyển hóa của hầu hết các axit amin là

loại bỏ nhóm α-amino bằng cách chuyển hóa.
B. Các cơ chế phân huỷ axit amin được nhóm lại theo cách thức chuyển
hố mạch cacbon của chúng sau đó.


1. Axit amin glucogenic có thể được sử dụng để tổng hợp glucose (Hình
9–3).
a. Các axit amin glucogenic là alanin (Ala), arginine (Arg), asparagin
(Asn), aspartate (Asp), cysteine (Cys), glutamate (Glu), glutamine (Gln),
glycine (Gly), histidine (His), proline (Pro), serine (Ser), methionine
(Met), valine (Val) và threonine (Thr).
b. Bộ xương carbon của các axit amin này được chuyển đổi thành
pyruvate hoặc một trong những chất trung gian của chu trình axit
tricarboxylic (TCA).
c. Tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể, các axit amin này có thể
được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu hoặc chuyển hóa thành glucose
trong gan.
2. Các axit amin ketogenic tạo ra acetyl CoA và acetoacetate.
Một. Các axit amin ketogenic là leucine (Leu) và lysine (Lys).
NS. Lys có thể được chuyển đổi thơng qua một chuỗi chín phản ứng phức
tạp thành acetoacetyl CoA; cách khác, Lys có thể được sử dụng để tổng
hợp carnitine.
3. Bộ xương carbon của isoleucine (Ile), phenylalanine (Phe), tyrosine
(Tyr) và tryptophan (Trp) đều là glucogenic và ketogenic.


C. Các axit amin chuỗi nhánh Leu, Ile và Val có chung một con đường
trao đổi chất, xảy ra ở các mô ngoại vi, chẳng hạn như cơ, chứ không
phải ở gan (Hình 9–4).
1. Loại bỏ các nhóm amin bằng axit amin chuỗi phân nhánh

transaminaseform các axit α-keto tương ứng.
2. Các axit α-keto sau đó trải qua q trình khử cacboxyl oxy hóa thành
coenzyme của chúng. Một dẫn xuất được xúc tác bởi axit dehydrogenase
-keto chuỗi nhánh.
a. Đây là một phức hợp đa enzyme nằm trên màng trong ty thể.
b. Enzyme này có tổ chức tương tự với phức hợp pyruvate dehydrogenase
và sử dụng các coenzyme thiamine pyrophosphate, axit lipoic, NAD + và
FAD.
3. Tại thời điểm này, các con đường chuyển hóa axit amin chuỗi nhánh
phân kỳ.
a. Ile và Val được chuyển hóa thêm thành propionyl CoA, tạo ra succinyl
CoA.
b. Sự suy thoái hơn nữa của Leu cuối cùng dẫn đến tiền thân thể xeton,
-hydroxy - methylglutaryl CoA.


D. Sự trao đổi chất của các axit amin thơm, đặc biệt là Tyr và Trp, thông
qua một số con đường thay thế dẫn đến tổng hợp các hợp chất quan trọng
về mặt sinh lý.
1. Con đường chính để thối hóa Tyr dẫn đến sự hình thành fumarate và
acetoacetate.
2. Tổng hợp catecholamine từ Tyr bắt đầu bằng quá trình hydroxyl hóa
vịng Tyr được xúc tác bởi tyrosine hydroxylase.
a. Sản phẩm chính của phản ứng này là 3,4-dihydroxyphenylalanin
(DOPA).
b. Các phản ứng tiếp theo từ DOPA lần lượt tạo ra dopamine,
norepinephrine và epinephrine.
3. Tổng hợp sắc tố quinone thơm, melanin, được bắt đầu bằng q trình
oxy hóa của vịng Tyr bởi tyrosinase.

VI. Chuyển hóa porphyrin
A. Porphyrin là những hợp chất mạch vòng, chứa nitơ liên kết với các ion
kim loại trong phức chất phối trí, tức là các hợp chất tạo phức.
1. Metalloporphyrin chính trong cơ thể là heme, có một nguyên tử sắt Fe2
+ được điều phối bởi protoporphyrin IX.
2. Tổng hợp heme diễn ra trong tất cả các tế bào, nhưng hầu hết heme của
cơ thể được tạo ra ở gan và tủy xương.
a. 85% heme của cơ thể được tổng hợp bởi các tế bào hồng cầu của tủy
xương để sản xuất hemoglobin.
b. Gan tổng hợp nhiều heme hơn hầu hết các cơ quan khác để duy trì hàm
lượng cytochromes cao.


B. Heme được tổng hợp từ các tiền chất glycine và succinyl CoA thông
qua một phức hợp series của các phản ứng (Hình 9–7).
1. Sự ngưng tụ của Gly và succinyl CoA để tạo ra axit δ-aminolevulinic
(ALA) là bước giới hạn tốc độ của quá trình sinh tổng hợp heme.
a. Phản ứng được xúc tác bởi ALA synthase, yêu cầu pyridoxal
phosphate làm coenzyme.
b. Phản ứng này và ba phản ứng cuối cùng trong chuỗi xảy ra trong ti thể,
trong khi những phản ứng ở giữa diễn ra trong tế bào chất.
c. Hai phân tử ALA kết hợp trong bước tiếp theo để tạo ra
porphobilinogen.
d. Bốn phân tử porphobilinogen được ngưng tụ cùng với sự biến đổi sau
đó để tạo ra protoporphyrin IX, tiếp nhận Fe2 + để tạo thành heme.
2. Khi lượng heme có sẵn vượt quá lượng protein lõi, ALA tổng hợp
trong gan bị ức chế để giảm thông lượng qua con đường.
a. Trong trường hợp này, sắt đen trong heme bị oxy hóa thành trạng thái

sắt (Fe3 +) tạo thành hemin.


b. Đó là hemin ức chế men tổng hợp ALA bằng cả phản hồi bằng cách sử
dụng cơ chế dị ứng và cũng bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện của gen
tổng hợp ALA bằng cách ức chế quá trình phiên mã của nó.
c. Trái ngược với tác dụng của hemin, nhiều loại thuốc, bao gồm cả
barbiturat, kích thích sự biểu hiện của gen tổng hợp ALA trong gan, dẫn
đến điều hòa hoạt động của enzym.
3. Quy định tổng hợp heme trong tế bào erythroid xảy ra ở các enzym xúc
tác một số bước của con đường, bao gồm cả ferrochelatase.
C. Vòng quay của hồng cầu bởi hệ thống lưới nội mô (RE) (ngoại vi đại
thực bào, lá lách và gan) và sự suy thoái của cytochromes trong tế bào
trong cơ thể đòi hỏi sự phân hủy của heme.
1. Trong các tế bào của hệ thống RE, heme bị phân hủy thành bilirubin
trong một quá trình hai bước (Hình 9–8).
a. Vòng porphyrin được mở ra và nguyên tử sắt bị loại bỏ bởi tác động
của heme oxygenase để tạo ra biliverdin trung gian có màu xanh lục.
b. Q trình giảm tiếp theo chuyển biliverdin thành bilirubin, chất này có
màu đỏ.
c. Bilirubin không tan trong nước nên hầu hết được đưa đến gan gắn với
albumin.
2. Trong tế bào gan, bilirubin trải qua q trình sửa đổi để tăng khả năng
hịa tan trong nước để có thể được bài tiết dễ dàng hơn.
a. Bilirubin được liên hợp với hai phân tử axit glucuronic, tạo ra bilirubin
diglucuronid.
b. Bilirubin diglucuronid được vận chuyển ra khỏi tế bào gan vào ống
mật và do đó được bài tiết qua mật.
3. Trong ruột, vi khuẩn chuyển đổi bilirubin thành urobilinogen.
a. Phần lớn urobilinogen bị oxy hóa thành stercobilin, làm phân có màu

nâu.
b. Một số urobilinogen được tái hấp thu và vận chuyển qua máu đến thận,
nơi nó được bài tiết dưới dạng urobilin, làm cho nước tiểu có màu vàng.