Chương IX: Sự chuyển hóa protein đơn giản docx

CHƯƠNG XI: SỰ CHUYỂN HOÁ PROTEIN
ĐƠN GIẢN
Khái niệm chung:
Những protein lạ khi vào máu người hay động vật bậc cao gây nên sự
hình thành kháng thể và dị ứng. Khi đưa các sản phẩm phân tử cao của sự
thủy phân protein các pepton vào mạch máu ta cũng thấy các triệu chứng của
sự ngộ độc gọi là choáng pepton. Bởi vậy, khi protein cùng thức ăn vào cơ thể
không bao giờ tham gia trực tiếp vào thành phần mô cơ thể mà phải trải qua
sự phân giải trước đã.
Cơ thể sử dụng cho việc dinh dưỡng không phải bản thân protein mà
là các thành phần cấu trúc của nó, các aminoacid và chắc chắn là các
polipeptit đơn giản.

Sự loại trừ tính đặc hiệu loài của các protein lạ bằng cách
thủy phân chúng là một trong những chức năng sinh lý đáng kể
của quá trình tiêu hoá. Bằng thực nghiệm người ta đã xác định
chắc chắn vai trò của aminoacid như đạm dinh dưỡng cơ bản.
Cũng khẳng định rằng trong dinh dưỡng người và động vật
có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu protein bằng một lượng tương
ứng các sản phẩm thủy phân protein hoặc bằng hỗn hợp nhân
tạo các aminoacid có thành phần tương ứng.
Hỗn hợp các aminoacid được hấp thu tốt và đảm bảo dinh
dưỡng protein có thể không chỉ bằng cách đưa qua miệng, mà có
thể bằng tiêm truyền.

1.Các enzym phân giải protein:
Quá trình phân giải hay tiêu hoá protein được gọi là sự
lyzis (tiếng Hy Lạp có nghĩa là hoà tan) từ đó có danh từ
proteoliz và các enzym proteolitic. Chúng có trong mọi cơ thể
sống và thủy phân tất cả protein tế bào. Ngoài ra, chúng còn

phân hủy protein cùng thức ăn đi vào cơ thể thành các
aminoacid và từ đó tổng hợp nên các protein mới cần cho sự
tồn tại của cơ thể.
Như vậy, các enzym proteolitic của đường tiêu hoá gắn
liền với chức năng quan trọng của cơ thể đó là sự đồng hoá
chất dinh dưỡng.

Việc thủy phân các phần tử dẫn đến làm đứt các liên kết peptit nối
nguyên tử carbon của một gốc aminoacid này với nguyên tử nitơ của gốc kia.
(enzym proteolitic = peptidaza). Peptidaza xúc tác sự cắt đứt sợi peptit khi có
nước tham dự. Ion hydroxyl (OH
-
) gắn vào chỗ đứt sợi peptit ở đầu C, còn ion
hydro (H
+
) đầu N. Có thể mô tả quá trình này trên sơ đồ sau:
R
C
H
H
2
N
C
N
H
CH
R
O
COOH
+

R
C
H
H
2
N
COOH
goác cuûa sôïi polipeptit
Amino axit

2. Những nguyên tắc cơ bản của cơ chế các enzym proteolyz (Theo G.
Neurat):
Sự thủy phân protein cũng như mọi phản ứng hoá học khác đều theo sự trao
đổi điện tử giữa các nguyên tử nhất định của các phân tử phản ứng. Khi thủy phân các
polipeptit sự cắt đứt hoá học liên kết là do yếu tố nucleophyl tạo nên nó hoạt động như
hợp chất có thừa điện tử. Khi nguyên tử carbon của liên kết peptit gắn các điện tử thì
liên kết giữa các nguyên tử carbon và nitơ bị đứt và nhóm amin được giải phóng. Trên
sơ đồ cho thấy yếu tố nucleophyl (y) thừa điện tử tác động tương hỗ với cơ chất.
(R – CO – X)
Ở đây chất trung gian hình thành mà cả 4 liên kết nguyên tử carbon đều gắn
với một chất thay thế nào đó. Do sự đứt liên kết C – X mà X được giải phóng (đó là
nguyên tử nitơ trong polipeptit hoặc nguyên tử oxy trong các ester phức tạp). Theo
quan điểm hiện tại người ta cho rằng enzym Chymotripxin xúc tác việc thủy phân các
liên kết peptit nhờ vài nhóm trên bề mặt phân tử này có thừa điện tử và vì vậy chúng là
các chất cho điện tử rất hữu hiệu.
R C X
O
+ : y
R C X
O

y
R C
y
O
+ :
X

Các nhóm xúc tác của enzym và cơ chất sát gần nhau tạo nên phức
chất rồi sau mới phân rã ra. Đồng thời liên kết peptit cũng bị đứt. Sự thủy phân
các liên kết peptit xảy ra nhanh hơn khi có các ion hoặc các ion hydroxyl (OH).
Về mặt hoá học, các liên kết peptit đều như nhau và các peptidaza đều
xúc tác cắt đứt liên kết peptit, nhưng không một peptidaza nào có khả năng cắt
tất cả mọi peptit. Có thể hợp chất này bị thủy phân bởi peptidaza nào đó rất
mạnh, nhưng với peptidaza khác lại bị thủy phân yếu. Sở dĩ vậy vì các
peptidaza có tính đặc hiệu cao.
Yếu tố quyết định tính lựa chọn này không phải là kích thước phân tử
cơ chất mà là bản chất các mạch bên và các nhóm nằm bên liên kết bị thủy
phân. Tóm lại, enzym có những yêu cầu nhất định với cơ chất và chỉ thủy phân
các liên kết peptit trong protein thoả mãn với các yêu cầu đó.

Các peptidaza phá liên kết peptit ở giữa sợi
polipeptit gọi là các endopeptidaza. Đó là pepxin, tripxin,
chymotrypxin và papain. Các enzym phá liên kết peptit 2
đầu sợi là các ekzopeptidaza. Nhóm này gồm các
carboxypeptidaza aminopeptidaza và các dipeptidaza.

3. Sự tiêu hoá protein trong dạ dày:
Sự tiêu hoá protein trong dạ dày bắt đầu dưới ảnh hưởng các enzym
dịch dạ dày. Dịch dạ dày này là chất lỏng không màu 99% là nước, acid
clohydric (0,4 – 0,5%) và enzym pepxin. Ở động vật non dịch dạ dày có chứa

enzym chymosin (renin). Acid clohydric có vai trò quan trọng trong việc tiêu
hoá. Pepxin chỉ có hoạt tính ở pH thấp (pH thích hợp cho pepxin là 1,5 – 2,5)
do acid clohydric tạo nên.
Các nghiên cứu của I.P.Paplốp cho thấy việc tiết dịch dạ dày là do hệ
thần kinh trung ương điều khiển. Hệ các phản ứng có điều kiện với hình dạng,
mùi vị thức ăn, điều hoà việc thải dịch dạ dày và thành phần của nó. Lượng
dịch dạ dày ở người khoảng 2 lít, ở chó 2 – 4 lít, ở cừu khoảng 4 lít, ở động vật
lớn còn nhiều hơn.
Các tuyến màng nhầy của dạ dày thải enzym pepxinnogen. Hàm
lượng pepxin trong 1ml dịch dạ dày người khoảng 1mg. Nếu trung bình mỗi
người tiết 2 lít dịch thì cũng có nghĩa tế bào màng nhầy dạ dày mỗi ngày tiết ra
2g pepxin. Lượng này sau khi chuyển thành dạng hoạt động có khả năng phân
giải rất lớn.

Tác động của pepxin lên các liên kết peptit rất đặc hiệu về
cấu hình quang học của các gốc aminoacid ở hai phía liên kết bị
thủy phân. Sự có mặt của vòng thơm trong mạch bên aminoacid
tạo điều kiện cho tác động của enzym. Tác động của pepxin sẽ
thuận lợi nếu bên phải liên kết bị cắt đứt là gốc axid amin thơm,
còn bên trái là gốc acid glutamic.
Pepxin cắt các liên kết bên trong phân tử protein. Điều đó
giải thích tại sao các sản phẩm phân giải bởi pepxin lại nhiều
polipeptit chứa 4 – 8 gốc aminoacid. Đồng thời cũng có các
polipeptit với trọng lượng phân tử nhỏ hơn và một số ít
aminoacid.
Sản phẩm phân giải các phân tử protein có tên gọi là các
alburmoz và pepton. Ngày nay người ta thường gọi hơn là các
polipeptit (hoặc các peptit).

4. Sự tiêu hoá protein và polypeptit trong ruột:

Các polipeptit sinh ra khi thủy phân protein trong dạ dày
còn là những hợp chất phức tạp không hấp thu trong dạ dày.
Cùng thức ăn nghiền nát, chúng đi xuống ruột và bị phân hủy tiếp.
Ở ruột, các protein chưa bị tác động của proteaza cũng bị phân
giải. Để phân giải protein và polipeptit trong ruột có hai loại chất
lỏng tiêu hoá tham gia: dịch tuyến tụy và dịch ruột.
Tuyến tụy, như chúng ta đã biết thực hiện hai chức năng.
Dịch tiêu hoá hình thành trong mô của tuyến tụy (chiếm 99%
trong lượng tuyến) tiết vào hành tá tràng. Dịch tuyến tụy có thành
phần hoá học phức tạp và là chất lỏng kiềm yếu (pH 7,3 – 8,7)
nhờ chứa bicarbonat natri (NaHCO
3
).

Trong dịch tuyến tụy có enzym xúc tác thủy phân protein
và các polipeptit (tripxin, chymotrypxin, protaminaza, carbo
xilpolipeptidaza) thủy phân hydratcarbon (amylaza, lactaza,
maltaza) thủy phân chất béo (lipaza), thủy phân acid nucleic
(nucleaza) các enzym proteolytic của tuyến tụy được tổng hợp ở
dạng không có hoạt tính – dạng zimogen. Do không có hoạt tính
nên chúng không phân giải các protein trong mô của tuyến cũng
như phần protein các enzym amylaza, lipaza. Khi vào ruột
tripxinogen dưới tác động của Enterokinaza đường ruột chuyển
thành dạng tripxin hoạt động.

Enterokinaza được hình thành trong tế
bào vỏ nhầy ruột cũng ở dưới dạng không hoạt
tính và được hoạt hoá trong dịch ruột bởi các
enzym proteolytic khác trong đó có tripxin.
Sự chuyển hoá của tripxinogen thành

tripxin liên quan đến sự thay đổi cấu trúc phân
tử của nó.
Liên kết giữa lysin và izolơxin ở phần
đầu phân tử bị đứt và tách ra polypeptit không
lớn gồm 6 amino acid. Sau khi tách hexapeptit
ra khỏi tripxinogen không hoạt động thì nó trở
nên tripxin hoạt động.
Tripxin tiến hành thủy phân không triệt để. Chỉ 1/3 các liên kết peptit trong phân tử
protein bị tripxin cắt mà thôi. Có pH tối ưu cho tripxin là 7,8. Dưới ảnh hưởng của tripxin
aminoaxit tự do cũng được hình thành.

Chymotrypxin: Đó là enzym
có trong dịch tuyến tụy ở trạng thái
không hoạt động dưới dạng
chymotrypxinogen. Chất này chịu
tác động của trypxin biến thành
chymotrypxin hoạt động. Trong
phân tử chymotrypxin không có
nhóm amin hoạt động. Trong phân
tử chymotrypxin không có nhóm
amin và nó là một peptit vòng. Khi
trypxin tác động, liên kết của cấu
trúc peptit vòng chymotrypxin đứt
ra làm xuất hiện nhóm amin. Đó là
bản chất quá trình hoạt hoá
chymotrypxinogen để trở thành
chymotrypxin hoạt động.
Chymotrypsin

Chymotrypxin cũng giống trypxin, xúc tác sự thủy phân

protein và các polipeptit cao phân tử hình thành nên các peptit
phân tử thấp. Nó cắt các liên kết peptit mà trypxin không tác động
đến. Như chúng ta đã nói, dưới ảnh hưởng của trypxin liên kết
peptit giữa nhóm carbonxyl của arginin hoặc lizin và nhóm amin
của một aminoacid nào đó bị đứt.
Còn dưới ảnh hưởng của chymotrypxin các liên kết peptit
có nhóm carboxyl của aminoacid vòng (tyrozin, phenilalanin) bị
thủy phân.
Nhờ kết quả tác động cùng lúc của trypxin và chymotrypxin
có trong ruột lên protein và các polipeptit cao phân tử hình thành
các polipeptit phân tử nhỏ hơn: Đồng thời có một số ít aminoacid
xuất hiện.

5. Sự hấp thu sản phẩm thủy phân protein:
Phần lớn aminoacid từ ruột được trực tiếp vào máu. Qua
các mạch dẫn limpha chưa đến 5% đạm dinh dưỡng được hấp
thu. Cùng máu động mạch các aminoacid trước hết đưa tới gan,
ở đây phần lớn được sử dụng để tổng hợp protein hoặc chịu các
chuyển hoá khác. Một phần xâm nhập vào dòng tuần hoàn chung.
Cũng có các aminoacid từ các cơ quan khác tham gia vào dòng
tuần hoàn chung. Đồng thời tất cả các mô lại hấp thu aminoacid
từ máu để cấu tạo nên các protein đặc hiệu của mình và các sản
phẩm của sự trao đổi đạm. Do có các quá trình ngược chiều nhau
như vậy nên hàm lượng aminoacid (và các peptit ngắn) trong
máu luôn ở mức độ tương đối ổn định.

6. Sự chuyển hoá aminoacid trong cơ thể:
Những aminoacid không dùng để tổng hợp protein và các dẫn xuất
khác, không thể tích lại nhiều trong cơ thể. Chúng chịu các enzym chuyển hoá
khác nhau, để cuối cùng bị phân hủy hoàn toàn. Một phần aminoacid mất

nhóm amin bằng cách khử amin và biến thành các xetoacid, oxyacid. Đạm các
aminoacid này biến thành các sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi đạm
(ammoniac, urê, acid uric…). Bộ khung carbon (của cetoacid, oxyacid) có thể
bị oxy hoá hoàn toàn hay chuyển hoá thành hydratcarbon và chất béo. Phần
nào đó bộ khung carbon này lại được sử dụng trong mô cho việc tổng hợp các
aminoacid bằng cách gắn thêm nhóm NH
2
(amin hoá). Ngoài ra, trong sự trao
đổi đạm, các quá trình chuyển aminoacid này thành aminoacid khác nhờ
enzym qua các phản ứng chuyển amin hoặc các nhóm khác cũng đóng vai trò
quan trọng trong sự trao đổi đạm nói chung.
Do cấu trúc các aminoacid khác nhau là không giống nhau nên con
đường phân giải chúng cũng không như nhau. Dù sao thì cũng có những
nguyên tắc chuyển hoá chung cho các aminoacid trong cơ thể.

Sơ đồ tổng quát sự biến dưỡng protein

Nucleotide
Lipid
Phe, Tyr, Leu, Lys, Tryp
Coenzyme
CoA,
β
-ala, Val, Cys, Gly
Glucid
Gly, Ala, Ser, Tre, Val,
Asp, Arg, His, Pro
Urã
Hormone
Pocfirin, Gly

Caïc acid amin khaïc
Choline
Protein, polypeptide
CO
2
NH
3
A C I D A M I N
Nhæîng con âæåìng cå baín chuyãøn hoaï acid amin

Sự khử amin:
Phản ứng làm mất đi nhóm amin của aminoacid và dẫn đến sự hình thành
phân tử amoniac gọi là sự khử amin. Có nhiều con đường khử amin.
1) Khử amin bằng con đường khử. Trong trường hợp này từ aminoacid hình
thành acid hữu cơ và amoniac.
2) Khử amin bằng con đường thủy phân. Khi liên kết với nước, aminoacid tạo
nên α-oxyxetoacid và amoniac.

R-CH-COOH
NH
2
R-CH-COOH
NH
3
H
2
O
R-CH-COOH
OH
R-CH-COOH

Oxy acid

3) Khử amin nội phân tử tạo acid béo không no.

NH
2
R-CH
2
-CH-COOH
R-CH
=
CH-COOH
Acid khäng no
NH
3

Chuyển amin:
Phản ứng chuyển amin (transamin) là phản ứng vận chuyển thuận nghịch
nhóm amin giữa các aminoacid và xetoacid mà không có sự hình thành amoniac trung
gian.
Trong phản ứng này nguyên một gốc của hợp chất này được chuyển đến hợp
chất kia. Thí dụ: alanin và acid cetoglutaric rất dễ tham gia vào phản ứng chuyển amin.
Nhờ enzym aminotransferaza aminoacid alanin chuyển đến acid xetoglutaric tạo nên
hai sản phẩm mới của phản ứng là acid glutamic và pyruvic.
Ala
CH
3
COOH
CH-NH
2

Acid pyruvic
+
COOH
COOH
CH
2
C=O
CH
2
Acid
α−
cetoglutaric
CH
3
COOH
+
COOH
COOH
CH
2
C=O
CH
2
Glu
CH-NH
2

Trong phản ứng chuyển amin, α-aminoacid đóng vai trò
chất cho nhóm amin, còn α-xetoacid như chất nhận nhóm amin.
Một trong những thành viên của phản ứng chuyển amin bao giờ

cũng là acid dicarboxilic. Việc chuyển amin bao giờ cũng xảy ra
mạnh nhất giữa acid glutamic và oxaloacetic. Phản ứng chuyển
amin được xúc tác bởi enzym đặc biệt là aminotransferaza hay
transaminaza. Chúng có trong các mô khác nhau của động vật,
thực vật và vi sinh vật. Coenzym các aminotransferaza là
piridoxiol-photphat.
Việc chuyển amin là quá trình rất phổ biến và quan trọng
của sự phân giải sinh học và tổng hợp các aminoacid, nó xảy ra
trong các loại mô khác nhau của động vật, thực vật và vi sinh vật.

Sự khử carboxyl:
Khử carboxyl aminoacid là tách nhóm carboxyl của aminoacid ra dưới dạng
khí carbonic tạo nên các amin có tên gọi là các amin nguồn gốc sinh học (biogen).
Sự khử carboxyl được xúc tác bởi enzym-Carboxylaza có coenzym là
pyridoxalphotphat hoặc photphopiridoxal (este photphoric của vitamin B6).

NH
2
R-CH-COOH
Acid amin
CO
2
R-CH
2
-NH
2
Amin
Cuû thãø:
N
N

H
CH
2
-CH-COOH
NH
2
CO
2
N
N
H
CH
2
-CH
2
-NH
2
Histidine
Histamin

Phản ứng khử carboxyl đặc biệt phổ biến ở vi khuẩn và ít hơn ở động
vật, thực vật. Dưới ảnh hưởng các vi khuẩn gây thối có trong ruột động vật
(nhất là ruột già) quá trình khử carboxyl khử amin và oxy hoá aminoacid xảy ra
mạnh trước khi chúng kịp hấp thu vào máu.
Thí dụ: Triptophan khi bị phân giải thối cho ta triptamin chuyển hoá tiếp
thành Skatol và indol chất tạo mùi thối của phân và có độc tính.
Tirozin khi bị phân giải thối cho ta tiramin, giống adrenalin làm tăng
huyết áp. Chất này bị chuyển hoá tiếp tạo nên phenol độc.

CH

2
-CH-COOH
N
H
NH
2
Tryptophan
CO
2
N
H
Tryptamin
CH
2
-CH
2
-NH
2
N
H
Xerotonin
CH
2
-CH
2
-NH
2
HO

Histidin khử carboxyl dưới tác động của decarboxylaza các vi khuẩn

thối trong ruột thành histamin.
Histamin có tác động dược học mạnh lên hệ mạch máu. Khi nhiều
histamin tích lại thì sẽ có nguy cơ đối với hoạt động bình thường của cơ thể.
Tất cả các sản phẩm phân giải này phần thải ra khỏi cơ thể cùng phân,
khí ruột và một phần hấp thu vào máu. Trong trường hợp này ở gan chúng bị
este hoá và dưới dạng các este vô hại của acid sulfuric và gluconic thải ra khỏi
cơ thể cùng nước tiểu.
N
CH
2
CH COOH
NH
2
NH
N
CH
2
CH
2
NH
2
NH
Histidin
Histamin

7. Sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi đạm:
Các aminoacid không được cơ thể dùng để tổng hợp protein, hormon,
enzym và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác đều bị phân hủy đến cùng
thành các sản phẩm cuối cùng amoniac, urê, acid uric, khí carbonic và nước.