Sự chuyển hóa protein

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 th ấy các triệu ch ứng của
sự ngộ độc gọi là choáng pepton. Bởi vậy, khi protein cùng thức ăn vào cơ th ể
không bao giờ tham gia trực tiếp vào thành phần mô cơ th ể mà ph ải 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 lồi của các protein lạ bằng cách
thủy phân chúng là một trong những chức năng sinh lý đáng k ể
của q trình tiêu hố. 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 m ột lượng t ương
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 khơng 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 s ự
lyzis (tiếng Hy Lạp có nghĩa là hồ tan) từ đó có danh t ừ
proteoliz và các enzym proteolitic. Chúng có trong m ọi cơ th ể

sống và thủy phân tất cả protein tế bào. Ngồi ra, chúng cịn
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 hố
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 nit ơ 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 mơ tả q trình này trên sơ đồ sau:

R
C
H2N

H

H
C
O

R

COOH

N

CH
R

gố
c củ
a sợi polipeptit

C
+

H2N

COOH

H

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 nh ư
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)

y
R C X + :
O

y

R C X
O

y
R C + : X
O

Ở đây chất trung gian hình thành mà cả 4 liên kết nguyên tử carbon đều g ắn
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.


Các nhóm xúc tác của enzym và cơ chất sát gần nhau tạo nên ph ức
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 khơng 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. S ở dĩ vậy vì các
peptidaza có tính đặc hiệu cao.
Yếu tố quyết định tính lựa chọn này khơng phải là kích th ước phân t ử

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 th ủy
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 ch ứa
enzym chymosin (renin). Acid clohydric có vai trị quan trọng trong vi ệc tiêu
hố. Pepxin chỉ có hoạt tính ở pH thấp (pH thích h ợp 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 h ệ
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 ph ần của nó. Lượng
dịch dạ dày ở người khoảng 2 lít, ở chó 2 – 4 lít, ở cừu khoảng 4 lít, ở đ ộng v ật
lớn cịn nhiều hơn.
Các tuyến màng nhầy của dạ dày thải enzym pepxinnogen. Hàm
lượng pepxin trong 1ml dịch dạ dày người khoảng 1mg. N ếu 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 kh ả năng
phân giải rất lớn.

Tác động của pepxin lên các liên kết peptit r ất đặc hiệu v ề
cấu hình quang học của các gốc aminoacid ở hai phía liên kết bị
thủy phân. Sự có mặt của vịng 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. Đi ều 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 d ạ dày.
Cùng thức ăn nghiền nát, chúng đi xuống ruột và bị phân h ủy
tiếp. Ở ruột, các protein chưa bị tác động của proteaza cũng bị
phân giải. Để phân giải protein và polipeptit trong ru ột có hai lo ại
chất lỏng tiêu hoá tham gia: dịch tuyến tụy và dịch ru ột.
Tuyến tụy, như chúng ta đã biết thực hiện hai ch ức năng.
Dịch tiêu hố hình thành trong mô của tuyến t ụy (chi ếm 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 (NaHCO3).

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 h ợp ở
dạng khơng có hoạt tính – dạng zimogen. Do khơng có ho ạt tính
nên chúng khơng phân giải các protein trong mô của tuy ến 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 khơng hoạt
tính và được hoạt hố 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 khơng 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 thơi. 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 khơng có
nhóm amin hoạt động. Trong phân
tử chymotrypxin khơng có nhóm
amin và nó là một peptit vịng. Khi
trypxin tác động, liên kết của cấu
trúc peptit vịng chymotrypxin đứt
ra làm xuất hiện nhóm amin. Đó là
bản chất q trình hoạt hố
chymotrypxinogen để trở thành
chymotrypxin hoạt động.

Chymotrypsin


Chymotrypxin cũng giống trypxin, xúc tác sự th ủy phân
protein và các polipeptit cao phân tử hình thành nên các peptit
phân tử thấp. Nó cắt các liên kết peptit mà trypxin khơng tác đ ộng
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.
Cịn dưới ảnh hưởng của chymotrypxin các liên kết peptit
có nhóm carboxyl của aminoacid vịng (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 th ời có m ột
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 dịng tuần hồn
chung. Cũng có các aminoacid từ các cơ quan khác tham gia vào
dịng tuần hồn 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 hố aminoacid trong cơ thể:
Những aminoacid khơng dùng để tổng hợp protein và các dẫn xuất
khác, không thể tích lại nhiều trong cơ thể. Chúng chịu các enzym chuy ển hoá
khác nhau, để cuối cùng bị phân hủy hồn tồn. Một phần aminoacid mất
nhóm amin bằng cách khử amin và biến thành các xetoacid, oxyacid. Đ ạm 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 th ể
bị oxy hố hồn tồn hay chuyển hoá thành hydratcarbon và ch ất béo. Ph ần
nào đó bộ khung carbon này lại được sử dụng trong mô cho việc tổng hợp các
aminoacid bằng cách gắn thêm nhóm NH2 (amin hố). Ngồi ra, trong sự trao

đổi đạm, các quá trình chuyển aminoacid này thành aminoacid khác nh ờ
enzym qua các phản ứng chuyển amin hoặc các nhóm khác cũng đóng vai trị
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 khơng như nhau. Dù sao thì cũng có nh ững
ngun tắc chuyển hoá chung cho các aminoacid trong cơ th ể.


Sơ đồ tổng quát sự biến dưỡng protein

Lipid

Nucleotide

Phe, Tyr, Leu, Lys, Tryp
Coenzyme

Glucid

CoA, β
-ala, Val, Cys, Gly

Gly, A la, Ser, Tre, Val,

Urã

A sp, Arg, His, Pro

NH 3

A CID

Caïc acid amin khaïc

AMIN

CO2

Hormone

Protein, polypeptide

Pocfirin, Gly
Choline

Nhỉỵng con âỉåìng cå bn chuø
n hoạacid 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

NH2

 

H 2O

R-CH -COOH
NH3

OH

Oxy acid


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

R-CH 2-CH -COOH
NH2

 

R-CH =CH -COOH
NH3

A cid khäng no


Chuyển amin:
Phản ứng chuyển amin (transamin) là phản ứng vận chuyển thuận ngh ịch
nhóm amin giữa các aminoacid và xetoacid mà khơng 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 chuy ển amin.
Nhờ enzym aminotransferaza aminoacid alanin chuyển đến acid xetoglutaric tạo nên
hai sản phẩm mới của phản ứng là acid glutamic và pyruvic.

COOH

COOH

CH 3

C=O

CH 3

CH -N H 2 +

CH 2

C=O

COOH

CH 2

COOH

A la

COOH
A cid α
cetoglutaric
−

CH -N H 2
+

A cid pyruvic

CH 2
CH 2
COOH
Glu