quá trình hấp thụ, vận chuyển protein

QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA PROTEIN
Chương 1. THOÁI HÓA PROTEIN
1.1. Quá trình đồng hóa
Tổng quát về đồng hóa được tóm lại như hình 6.22.

Bản tóm tắt về việc sử dụng amino acid để tổng hợp các hợp chất
không chứa nitơ và một số amin sinh học được chọn lọc, hoocmon và các
chất điều hòa thần kinh được mô tả trong hình 6.23.

0


Sử dụng amino acid cho việc tổng hợp xảy ra trong suốt cả ngày, nhưng
đặc biệt sau khi ăn (thực phẩm chứa carbohydrate, chất béo và protein).
Các acid amin từ chế độ ăn uống như cũng như những tế bào được tạo ra
từ sự phân giải của các protein cơ thể được chuyển hóa cho các vai trò
khác nhau trong các mô khác nhau và được sử dụng để tổng hợp các
protein cơ thể khác nhau. Insulin tiết ra để đáp ứng với các chế độ ăn kiêng
tinh bột (và protein) thúc đẩy việc hấp thu tế bào và sử dụng các acid amin
để tổng hợp protein. Ví dụ, insulin ảnh hưởng (thường kích thích) chuyển
động transcellular của các acid amin vận chuyển đến màng tế bào và hoạt
động của một số acid amin vận chuyển bao gồm, ví dụ, hệ thống A, ASC,
và N trong gan, cơ và các mô khác. Insulin cũng kích thích sự kích hoạt
của một số enzyme chịu trách nhiệm cho quá trình oxy hóa acid amin.
Phosphoryl hóa và do đó kích hoạt phenylalanine hydroxylase
(phenylalanine hydroxylase làm giảm phenylalanine). Ví dụ: bị ức chế bởi
insulin. Tuy nhiên, cần glucagon trong máu nồng độ chiếm ưu thế hơn
insulin vì có thể xảy ra trong tình trạng nhịn ăn và với bệnh tiểu đường
1

không được điều trị, một số các acid amin được ưu tiên sử dụng để tổng
hợp glucose (gluconeogenesis). Vì vậy, thông thường ở người khỏe mạnh,
tổng hợp protein tăng trong cơ thể và suy thoái protein trong cơ thể giảm.
Các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ tiêu hoá protein, tuy nhiên, cũng có thể ảnh
hưởng đến tổng hợp protein. Ví dụ, sự tiêu hóa protein sữa làm cho acid
amin trong huyết tương tăng cao nhanh hơn và với nồng độ cao hơn,
nhưng cũng giảm nhanh hơn việc tiêu hóa lượng protein tương đương
nhau. Whey được gọi là protein "nhanh". Protein nhanh có thể được tiêu
hóa nhanh, hấp thụ, và oxy hóa để có hiệu quả thúc đẩy tổng hợp protein.
Ăn kiêng casein (một protein "chậm") dẫn đến kéo dài hơn và thấp hơn
nồng độ amino acid trong huyết tương hơn so với tiêu hóa whey. Hơn nữa,
trong khi ăn phải cả hai protein kích thích protein tổng hợp trong cơ thể,
nuốt phải casein (nhưng không whey) ức chế sự phân giải protein khoảng
30%. Sự ức chế phân hủy protein đã được quy cho với tăng trương lực tiểu
trương cung với casein ăn uống. Ảnh hưởng của những chất "nhanh" và
"chậm" các protein về tổng hợp protein có vẻ khác nhau. Một số nghiên
cứu đề nghị những người trẻ tuổi có thể sử dụng các protein chậm hơn và
người lớn tuổi sử dụng protein nhanh hơn; tuy nhiên, cần bổ sung thêm các
nghiên cứu.
Các acid amin Leucine cũng xuất hiện để đóng một vai trò quan trọng
vai trò trong sự chuyển hóa protein. Leucine kích thích tiết insulin tiết ra
tụy. Nó cũng thúc đẩy protein tổng hợp trong một số mô bao gồm gan, cơ
và da thông qua việc thúc đẩy sự khởi đầu và sự kéo dài các giai đoạn của
mRNA dịch. Hiệu quả của Leucine là được cho là trung gian bởi các con
đường truyền tín hiệu nội bào. Cụ thể hơn, leucine được cho là thúc đẩy
tổng hợp protein thông qua một chuỗi tín hiệu lần lượt kích thích
2


rapamycin (mTOR) gây ra thay đổi phosphoryl hóa và cuối cùng là sự

khởi đầu của mRNA dịch. Mục tiêu của mammalian rapamycin được cho
là tích hợp thông tin từ cảm giác acid amin nội bào và insulin trung gian
tín hiệu cascade để bắt đầu dịch. Các acid amin khác được cho là để thúc
đẩy sự thay đổi trong khối lượng tế bào và thúc đẩy tổng hợp protein qua
các tín hiệu nội bào khác các đường dẫn (như PHAS-1 và p70S 6-kinase).
Insulin, trong khi thúc đẩy sự tổng hợp protein, cũng ức chế sự phân
hủy protein. Mặc dù tổng hợp protein chủ yếu chiếm ưu thế hơn suy thoái
protein sau khi ăn, điều ngược lại trở thành đúng khi không có thức ăn.
Trong thời gian kéo dài không ăn, chẳng hạn như trong suốt đêm hoặc sự
tổng hợp protein nhanh, vẫn xảy ra nhưng ở một tỷ lệ thấp hơn, và sự
xuống cấp protein tăng lên. Sự suy thoái quá trình được kích thích bởi sự
phóng thích cortisol và do tỷ lệ glucagon đến insulin trong máu cao hơn.
Các acid amin tạo ra từ sự xuống cấp của protein có thể được tiếp tục phân
giải để sử dụng cho các mục đích khác nhau của cơ thể.

3


1.2. Quá trình dị hóa.
Tổng quát quá trình dị hóa được tóm lại như hình 6.34.

Tế bào gan có khả năng hấp thụ và chuyển hóa cao các acid amin. Dị
hóa acid amin xảy ra cả trong lúc nhịn ăn và sau khi ăn. Thực tế, sau bữa
ăn, gan mất khoảng 50% đến 65% các acid amin từ cổng máu. Gan là nơi
chính cho sự dị hóa các acid amin, ngoại trừ chuỗi phân nhánh acid amin.
Tuy nhiên, tỷ lệ dị ứng gan đối với các acid amin khác nhau. Acid amin
nhánh, ví dụ, được dị hóa ở gan chậm hơn nhiều so với trong cơ. Hơn nữa,
không phải tất cả các acid amin đều được dị hóa trong cùng một vùng của
gan. Tế bào gan tủy sống, ví dụ, dị hóa hầu hết các acid amin ngoại trừ
glutamate và aspartate, được chuyển hóa bởi các tế bào gan hiếu động.

Gan xuất hiện đến 50% năng lượng của nó (ATP) từ quá trình oxy hóa acid
amin; năng lượng tạo ra có thể được sử dụng cho tổng hợp glucose hoặc
tổng hợp urea, trong số các nhu cầu khác, tùy thuộc vào nhu cầu dinh
dưỡng của cơ thể. Các phản ứng xảy ra như acid amin được phân hủy
4


trong tế bào gan, đầu tiên sự chuyển hóa và khử vi khuẩn của acid amin và
sau đó chu kỳ urea.
Thông thường, bước đầu tiên trong sự trao đổi chất của các acid amin
không dùng để tổng hợp protein hoặc các hợp chất chứa nitơ. Amino acid
có thể trải qua quá trình khử và chuyển hóa amin để loại bỏ các nhóm
amin. Khử trùng phản ứng chỉ liên quan đến việc loại bỏ một nhóm amin,
không chuyển trực tiếp vào hợp chất khác. Một số acid amin thường được
khử amin bao gồm glutamate, histidine, serine, glycine, và threonine; tuy
nhiên, nhiều acid amin tương tự cũng có thể được chuyển hóa. Các
enzyme thực hiện các phản ứng khử là lyase, dehydratase, hoặc
dehydrogenase.
Hình 6.24 cho thấy sự khử amin của threonine acid amin bằng
threonine dehydratase tạo thành α-ketobutyrate (một chất khác α-keto acid)
và ammonia / amoni.

Amoniac bây giờ được sử dụng dễ dàng bởi các tế bào gan tủy sống
vùng dưới đồi để tổng hợp urea. Các phản ứng chuyển hoá bao gồm việc
5


chuyển nhóm amino từ một amino acid với một amino acid trong khung
cacbon hoặc acid α-keto (một acid amin mà không có một nhóm amin). Bộ
xương cacbon / acid α-keto thu được nhóm amino trở thành một acid amin,

và acid amin mất nhóm amino của nó trở thành α-keto acid. Những phản
ứng này rất quan trọng cho sự tổng hợp của rất nhiều acid amin không thể
giải phóng trong cơ thể. Chuyển hóa phản ứng được xúc tác bởi các
enzyme gọi là aminotransferases. Những loại enzym này thường đòi hỏi
vitamin B6 trong dạng coenzyme, pyridoxal phosphate (PLP). Một số ví
dụ

về

aminotransferases

bao

gồm

tyrosine

aminotransferase,

aminotransferases nhánh, alanin aminotransferase (ALT, trước đây được
gọi là glutamate pyruvate transaminase và viết tắt GPT), và aspartate
aminotransferase (AST, trước đây được gọi là glutamate oxaloacetate
transaminase và viết tắt là GOT). Những thứ sau hai aminotransferases
(ALT và AST) nằm trong số hoạt động tích cực nhất của aminotransferases
và liên quan đến ba acid amin: alanin, glutamate, và aspartate.
Aminotransferases được tìm thấy trong các nồng độ khác nhau trong các
mô khác nhau. Ví dụ: AST được tìm thấy ở mức cao hơn nồng độ trong
tim hơn trong gan, cơ, và các mô khác. Ngược lại, ALT được tìm thấy ở
nồng độ cao hơn trong gan hơn tim nhưng cũng được tìm thấy ở mức vừa
phải số lượng trong thận và một lượng nhỏ khác trong mô. Nồng độ huyết

thanh bình thường của các enzym này là thấp; tuy nhiên, với chấn thương
hoặc bệnh tật đến một cơ quan, huyết thanh nồng độ enzym tăng lên. Vì
vậy, với tổn thương gan, người ta thấy nồng độ AST cao hơn và ALT bình
thường, cũng như các enzym khác thường thấy trong gan như alkaline
phosphatase và lactate dehydrogenase. Tổn thương tim thường được chỉ

6


định bởi nồng độ AST huyết tương cao và một dạng MB cụ thể creatine
kinase (còn gọi là creatine phosphokinase).
Phản ứng xúc tác bởi ALT và AST được hiển thị trong hình 6.25. ALT
chuyển các nhóm amino từ alanin sang một acid α-keto (ví dụ, αketoglutarat), tạo thành pyruvate và một acid amin khác (ví dụ, glutamate),
tương ứng. AST chuyển các nhóm amin từ aspartate sang một nhóm acid
α-keto (ví dụ, α-ketoglutarat), sản sinh oxaloacetat và một acid amin khác
(ví dụ, glutamate) tương ứng.

Những phản ứng này có thể đảo ngược được. Bởi vì glutamate và αketoglutarate dễ dàng chuyển và nhận nhóm amino, các hợp chất này đóng
vai trò trung tâm trong sự trao đổi amino acid.
Tóm lại, bước đầu tiên trong việc sử dụng các acid amin, cho các chức
năng khác ngoài việc tổng hợp các protein hoặc các hợp chất chứa nitơ,
đòi hỏi phải chuyển hóa amin hoặc pha loãng. Phản ứng chuyển hoá tạo ra
các acid amin từ các acid amin thiết yếu hoặc
tạo ra một acid amin không thể tách ra từ một acid amin khác. Ngoại lệ
duy nhất là lysine, histidine và threonine, những chất này không tham gia
vào các phản ứng như vậy. Amoniac sinh ra từ quá trình oxy hóa phải được
7


loại bỏ an toàn khỏi hệ thống; điều này được thực hiện bằng các hoạt động

của chu trình urea.
Amino acid được sử dụng để tạo năng lượng trong cơ thể khi chế độ ăn
uống không đủ năng lượng. Việc sản xuất glucose từ một nguồn không
phải carbohydrate như amino acid được gọi là gluconeogenesis.
Gluconeogenesis xảy ra chủ yếu ở gan và thận. Oxaloacetat (bộ xương
carbon của aspartate) và pyruvate (bộ xương cacbonat của alanin) có thể
được sử dụng để sản xuất glucose trong tế bào cơ thể thông qua quá trình
gluconeogenesis. Ngoài ra, bộ xương carbon của asparagine có thể được
chuyển đổi thành oxaloacetate, và bộ xương cacbon của glycine, serine,
cysteine, tryptophan, và threonine có thể được chuyển đổi thành pyruvate
để sản xuất glucose trong gan.
Hình 6.27 cho thấy bộ xương carbon cacbon amin liên quan đến các
chất trung gian chính trong quá trình trao đổi chất.

Một số acid amin, như phenylalanine và tyrosine, có thể bị phân hủy
thành dạng fumarate (một chất trung gian chu trình TCA), có thể được
8


sử dụng để hình thành glucose, nhưng acetoacetate cũng có thể được sử
dụng để tổng hợp ketone trong cơ thể. Vì vậy, hai acid amin này đều là
glucogenic và ketogenic. Valine và methionine được xem là
glucogenic, sản sinh succinyl CoA. Isoleucine là một phần glucogenic,
cũng tạo ra succinyl CoA, ketogenic dị hóa tạo ra acetyl CoA.
Threonine là một phần glucogenic, sản sinh succinyl CoA hoặc
pyruvate tùy thuộc vào con đường suy thoái của nó, và một phần
ketogenic khi bị phân hủy bởi một con đường khác để tạo ra acetyl
CoA. Do đó, isoleucine và threonine, như phenylalanine và tyrosine,
được coi là một phần ketogenic. Tryptophan cũng được coi là một phần
tạo ra nhiễm sắc thể và một phần glucogenic. Tryptophan sản sinh

acetyl CoA cũng như pyruvate khi dị hóa. Như vậy, để được coi là một
acid amin glucogenic, dị hoá acid amin phải tạo ra các chất trung gian
được lựa chọn của chu trình TCA. Việc chuyển đổi các acid amin thành
glucose được tăng tốc bởi glucagon cao: tỷ lệ insulin và glucocorticoids
chẳng hạn như cortisol. Hormon như vậy được nâng cao khi người ta
không nhận đủ năng lượng hoặc carbohydrate trong chế độ ăn kiêng,
trong thời gian bệnh tật như xảy ra khi nhiễm trùng hoặc chấn thương,
hoặc trong một số trạng thái bệnh như bệnh đái tháo đường và bệnh
gan. Đối với một acid amin được coi là ketogenic, dị hóa acid amin
phải tạo ra không TCA chu kỳ trung gian acetyl CoA hoặc acetoacetat,
được dùng để tạo thành các thân xeton. Amino acid được phân giải để
tạo ra các xeton trong khi không tiêu thụ đủ lượng carbohydrate.
Leucine và lysine là những chất hoàn toàn các acid amin ketogenic và
tạo ra sự dị hóa acetyl CoA.

9


Sản xuất Cholesterol, Leucine là acid amin duy nhất có sự chuyển đổi
β-hydroxy β-methylglutaryl (HMG) CoA, chất trung gian trong tổng hợp
cholesterol. Leucine có thể tạo thành HMG CoA qua β-hydroxy βmethylbutyrate (HMB) hoặc β-methylglutaconyl CoA. Acetyl CoA có thể
chuyển hóa thành cholesterol trong gan. Trong cơ, leucine được cho là
nguồn cholesterol quan trọng. Hơn nữa, với sự sẵn có của HMB, người ta
cho rằng cholesterol tối đa tổng hợp trong cơ và giảm bớt tổn thương cơ
và phân rã protein (đặc biệt là những người bị tập thể dục).
Sản xuất acid béo trong thời gian thừa năng lượng thừa, protein và
carbohydrate, bộ xương cacbon của acid amin có thể được sử dụng để tổng
hợp acid béo. Ví dụ leucin được sử dụng để tổng hợp acid béo trong mô
mỡ.

Chương 2. SỰ HẤP THU, VẬN CHUYỂN AMINO ACID VÀ
PEPTIDE
2.1. Sự hấp thu amino acid và peptide.
Sự hấp thu amino acid và peptide chủ yếu ở ruột non.
Tại ruột non, các peptide ngắn được thủy phân hoàn toàn thành acid
amino tự do bởi hệ enzyme của dịch tụy, tiết ra từ tụy tạng.
10


Tuyến tụy:
- Là một tuyến pha, nằm phía sau dạ dày, ngay phần tá tràng.
- Chứa nhiều E tiêu hoá protein : trypsin, chymotrypsin,carboxylpeptidase,
aminopeptidase.

Cấu tạo của tuyến tụy

Enteropeptidase, một protease do tế bào biểu mô tá tràng tiết ra cắt bỏ
một hexapeptid (6 aa) khỏi đầu N- tận.

Dịch tuỵ:

Quá trình biến đổi trypsinogen thành trypsin

11


- Là sản phẩm ngoại tiết của tuyến tuỵ, chất lỏng trong suốt, hơi dính,
không màu, có tính kiềm, pH = 7.8 – 8.4
- Được tiết ra do phản xạ không điều kiện với tác nhân kích thích, là
thức ăn chạm vào lưỡi và niêm mạc dạ dày.

- Trung hoà độ acid của thức ăn từ dạ dày đẩy xuống.
Sự thủy phân protein ở ống tiêu hóa:
Quá trình cắt đứt các liên kết peptid nhờ các enzym được tiết ra từ ống
tiêu hóa (proteinase -protease hay peptidase).
Hai loại peptidase: endopeptidase và exopeptidase .
- Endopeptidaseepsin, trypsin và chymotrypsin
- Exopeptidase: có 3 loại:
+ Carboxypeptidase của dịch tụy thủy phân liên kết peptid cuối chuỗi
polypeptide về phía C tận, giải phóng các acid amin tự do.
+ Aminopeptidase của dịch ruột, thủy phân liên kết peptid tận cùng có
nhóm amin đầu, giải phóng các acid amin tự do.
+ Dipeptidase của dịch ruột, thủy phân các dipeptid giải phóng các acid
amin tự do.
Ruột non:
- Đoạn dài nhất của ống tiêu hóa (đường kính 4cm, dài 5-6m)
- Gồm 3 đoạn: tá tràng, hổng tràng, hồi tràng
Hồi tràng là đoạn có chứa nhiều dịch tiêu hóa (dịch tụy, dịch mật, dịch
ruột)
12


Sơ đồ cấu tạo của thành ruột và nhung mao
Thành ruột:
- Lớp niêm mạc ruột non có nhiều nếp gấp hình van, bao phủ bởi các
nhung mao (khoảng 20-40 nhung mao/ m ) (Vilius)
- Mỗi nhung mao bao gồm nhiều vi nhung mao (Microvili) . Diện tích
hấp thu của ruột non 500 .
- Ở đoạn tá tràng còn có ống tiết của dịch tụy và dịch mật đổ vào.

13

Microvilli ( vi nhung mao)

Thức ăn đi từ khoang miệng tới dạ dày kích thích dạ dày tiết pH acid ,
môi trường acid là môi trường thuận lợi cho các enzyme pepsin thuỷn
phân các liên kết peptide hoạt động cắt nhóm -NH của các acid amin nhân
thơm Valin, Tryptophan,Tirosin, Phenyl. Tạo thành từng đoạn peptide. Tới
tá tràng từ tụy tiết ra các enzyme trypsin, chymotrypsin. Các tiền enzyme
sẽ chuyển hóa thành enzyme phân cắt thành từng đôi hai, đôi ba các acid
amin. Tới ruột non, enzyme ở ruột mới tiết aminopeptidase,
carboxylpeptidase thủy phân thành các acid amin tự do sẽ được thấm qua
thành ruột.
Hầu hết protein được hấp thu qua màng ruột dưới dạng dipeptid,
tripeptid hoặc acid amin theo cơ chế đồng vận chuyển với N. Các phân tử
peptid hoặc acid amin cùng với ion N sẽ giúp protein mang đặc hiệu. Năng
lượng do sự chênh lệch nồng độ ion Nsẽ giúp cho protein mạng thay đổi
hình dạng để đưa cả Nvà peptid hoặc acid vào bên trong tế bào. Có một số
nhỏ acid amin đi từ lòng ruột vào tế bào biểu mô theo cơ chế khuếch tán
do protein mang. Có một số nhỏ acid amin đi từ lòng ruột vào tế bào biểu
mô theo cơ chế khuếch tán do protein mang. Có 5 loại protein mang khác
nhau, đặc biệt cho từng loại acid amin và peptid. Các acidamin được vận
chuyển bằng tế bào máu theo cơ chế khuếch tán do protein mang.
Sự hấp thu acid amin xảy ra rất nhanh ở tá tràng và hỗng tràng nhưng
chậm ở hồi tràng. Khoảng 15% protein ăn vào sẽ đi xuống ruột già và
được tiêu hóa dưới tác dụng của vi khuẩn. Các protein trong phân không
14


phải bắt nguồn từ thức ăn mà là protein của vi khuẩn, và các mảnh tế bào

vào ruột non.
2.2. Sự vận chuyển amino acid và peptide.
Sơ đồ tóm tắt sơ lược quá trình vận chuyển amino acid vào tế bào:
Acid amin tự do

Niêm mạc ruột
Tĩnh mạch cửa
Gan

Mô, tế bào
 Cơ chế vận chuyển acid amin tự
do:
- Đồng phân tự nhiên dạng L được vận
chuyển tích cực qua thành ruột vào máu, cần
năng lượng do ATP cung cấp.
- Đồng phân dạng D được khuếch tán tự do vào máu.
 Cơ chế vận chuyển L-acid amin:

15


- Hệ thống vận chuyển phụ thuộc (vận
chuyển 1 acid amin và 1 vào).
- Hệ thống vận chuyển không phụ thuộc
(chỉ chuyển acid amin, không kèm ), nằm
phía đối diện tế bào biểu mô ruột, năng luợng
lấy từ gradien (thế năng chênh lệch ).

 Cơ chế vận chuyển dipeptide và tripeptide:
- Được vận chuyển cùng

vào trong tế bào ở đó bị cắt
thành các acid amin rồi được
vận chuyển vào máu.
2.3

Chuyển

hóa

protein:
Chuyển hóa các acid amin trong cơ thể:
Cơ thể không hấp thu được protid nếu chưa được phân hủy qua
ống tiêu hóa. Acid amin và phần nhỏ olygopeptid được hấp thu sẽ theo
máu tĩnh mạch cửa vào gan, ở đây chúng được sử dụng ngay hoặc tạm thời
coi như chất dự trữ. Sau đó một phần chuyển vào máu đi tới các tế bào
khác, ở đó acid amin sẽ tạo thành chất nguyên sinh mới. Năng lượng cần
cho sự tổng hợp do ATP cung cấp. Sự tổng hợp protid ở các tế bào tiến
hành liên tục trong suốt đời sống sinh vật. Trong giai đoạn cơ thể đang lớn

16


(ở nhi đồng và thiếu nhi, gia súc non) sự tổng hợp protid diễn ra rất mạnh,
càng về già tổng hợp protid càng giảm.
Protid trong cơ thể luôn nhanh chóng bị phân hủy và được tổng hợp lại.
- Nếu thức ăn chứa acid amin nhiều hơn lượng cần thiết đẻ duy trì chất
nguyên sinh, các enzyme của gan sẽ tách nhóm amin khỏi các acid amin
đó, nghĩa là xảy ra hiện tượng khử amin (trong gan). Các enzyme khác kết
hợp nhóm amin đã bị tách với khí tạo thành urea là chất thải loại của trao
đổi chất, urea sẽ vận chuyển theo máu tới thận và thải ra ngoài cùng với

nước tiểu. Khi cơ thể tăng mức oxy hóa các acid amin để sản xuất năng
lượng, mức urea máu sẽ tăng cao. Cắt bỏ gan trên động vật, con vật sẽ chết
vì trúng độc . Thận hoạt động yếu cũng làm urea máu tăng cao.
- Phần acid amin sau khi đã khử amin là những acid hữu cơ đơn giản
gồm C, H, O được gan chuyển thành glucose hoặc glycogen để sử dụng
như nguồn năng lượng hoặc mỡ dự trữ. Những protein không được giữ lại
trong cơ thể làm chất dự trữ, cơ thể sẽ tiêu thụ protein sau khi đã dùng hết
dự trữ glucid và lipid, đó không phải là protein dự trữ mà là các enzyme và
protein cấu trúc của chính tế bào.

17


Chương 3. SỰ TỔNG HỢP VÀ ĐÀO THẢI AMINO ACID,
PEPTIDE, PROTEIN
3.1 Sự tổng hợp amino acid, peptide và protein.
Sinh tổng hợp amino acid
Acid amin là thành phần cấu tạo của protein, hay nói cách khác protein
là một hợp chất đại phân tử được tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các
acid amin. Bởi vậy quá trình tổng hợp acid amin là cần thiết đối với mọi
dạng sống. Tuy nhiên khả năng tổng hợp các acid amin ở các cơ thể khác
nhau lại rất khác nhau phụ thuộc vào dạng nitơ mà chúng sử dụng.
Muốn tổng hợp acid amin thì cần tổng hợp bộ khung carbon và chuyển
hóa nitơ thành acid amin. Trong đó, bộ khung carbon của acid amin chủ
yếu bắt nguồn từ các sản phẩm trung gian của các quá trình trao đổi chất
như quá trình đường phân, chu trình Canvil, Crebs,…
Nhiều acid amin rất dễ được tạo thành bằng con đường amin hóa các
cetoacid tương ứng do tác động của các dehydrogenase (như glutamat,
alanin, aspactat). Bên cạnh đó sự tổng hợp của một số các acid amin không
theo con đường này, chúng được tạo thành từ sự biến đổi tương hỗ từ các

acid amin khác hoặc khung carbon của chúng được tạo thành từ một số sản
phẩm của sự trao đổi saccharide (3-phosphoglycerat, pyruvat, acetyl CoA).
Acid amin được cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2),
hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung
tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất
của acid amin.
Quá trình sinh tổng hợp một số loại acid amin:
18


Sinh tổng hợp protein

Như đã biết, ở Eucaryote, ADN nằm trong nhân. Quá trình sinh tổng
hợp protein lại diễn ra ở tế bào chất. Nếu thông tin được mã hóa trong
ADN dùng để chỉ huy tổng hợp protein ở ribosome thì thông tin đó phải
được chuyển từ nhân đến ribosome nhờ một “chất chuyển trung gian”.
Khoa học đã chứng minh mARN là “chất chuyển trung gian” đã chỉ huy
gắn các acid amin theo một trình tự nhất định, cho phép tổng hợp nên các
protein đặc thù.
Quá trình này được gọi là quá trình dịch mã. Như vậy, từ ADN đến
protein gồm 2 quá trình nối tiếp nhau: sao mã (transcription) và dịch mã
(translation).
Sinh tổng hợp protein diễn ra chủ yếu ở các ribosome. Ribosome được
xem như một nhà máy nhỏ gồm 2 tiểu đơn vị.

19


Các tiểu đơn vị có thể dễ dàng tách rời và tập hợp lại một cách nhanh
chóng. Khi diễn ra sự tổng hợp protein, ở ribosome hình thành hai khu

chức năng khác nhau. Khu A (aminoacyl) nhận aminoacyl-tARN mới đưa
vào. Khu P (peptidyl) chứa peptidyl-tARN mang chuỗi polypeptide đang
được tổng hợp.
Cơ chế sinh tổng hợp protein:
Sự giải mã mARN thành trình tự chuỗi polypeptide có thể chia thành 4
giai đoạn như sau:
- Giai đoạn hoạt hóa acid amin.
- Giai đoạn khởi đầu tổng hợp chuỗi polypeptide.
- Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide.
- Giai đoạn kết thúc chuỗi polypeptide và tách khỏi ribosome.
 Giai đoạn hoạt hóa acid amin.
Trong tế bào chất, nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, mỗi acid
amin được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng tạo phức hợp acid amin –
tARN (aa-tARN).
 Giai đoạn khởi đầu tổng hợp chuỗi polypeptide.
Tiểu đơn vị bé của riboxom gắn mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu, nằm
gần codon mở đầu. Bộ ba đối mã của phức hợp mở đầu Met – tARN
(UAX) bổ sung với codon mở đầu (AUG) trên mARN. Tiểu đơn vị lớn kết
hợp tạo riboxom hoàn chỉnh sẵn sàng tổng hợp chuỗi polipeptit.
 Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide.
20


Codon thứ hai trên mARN bổ sung với anticodon của phức hợp aa2tARN. Riboxom có vai trò như một khung đỡ mARN và phức hợp aatARN với nhau, đến khi Met và aa2 tạo liên kết peptit giữa chúng.
Riboxom dịch đi một codon trên mARN để đỡ phức hợp codon-anticodon
tiếp theo đến khi aa3 gắn với aa2 bằng liên kết peptit. Riboxom lại dịch đi
một codon và cứ như vậy đến cuối mARN.
 Giai đoạn kết thúc tổng hợp polypeptide.
Khi riboxom tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN thì quá trình dịch mã
hoàn tất.

Nhờ một loại enzim đặc hiệu, aa Met được cắt khỏi chuỗi polipeptit
vừa tổng hợp. Chuỗi polipeptit tiếp tục hình thành các cấu trúc bậc cao
hơn thành protein có hoạt tính sinh học.
Trong dịch mã, mARN thường không gắn với từng riboxom riêng rẽ
mà gắn với một nhóm riboxom gọi là polixom để tăng hiệu suất tổng hợp
protein.
3.2. Sự đào thải amino acid, peptide và protein.
Trong quá trình chuyển hóa protein của cơ thể, thì urea và N là sản
phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa, do dó việc ăn thịt, cá , trứng,
sữa hằng ngày không chỉ bổ sung chất đạm mà còn có cả urea
Hai chất này đều là chất độc đối với cơ thể con người, đặc biệt là
N.Vì vây, ở gan N được chuyển hóa thành urea là chất ít độc hơn, do đó
nếu có vấn đề xảy ra với các chức năng của gan thì sẽ ảnh hưởng đến quá
trình chuyển hóa N thành urea, gây tích tụ N và là chất độc đối với hệ thần
kinh.
21


Urea là sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa chất đạm
(protein) trong cơ thể. Urea được tạo ra từ quá trình khử độc của N tại gan.
Sau khi được tạo ra, thì urea đi vào máu rồi được vận chuyển đến thận và
được đào thải ra ngoài theo nước tiểu.
Urea dễ dàng hòa tan vào nước, nên nước tiểu là đường loại bỏ
lượng nitơ hữu hiệu nhất ra khỏi cơ thể và một lượng nhỏ cũng được bài
tiết qua mồ hôi.

22


Chương 4. ĐIỀU HÒA SỰ CHUYỂN HÓA PROTEIN

Cơ thể sống có khả năng tự điều hòa ở:


Mức tế bào (sự điều hòa chuyển hóa)



Mức toàn cơ thể (kiểm soát chuyển hóa nhờ hormone, thần kinh)

 Mức tế bào
Cơ chế điều hòa chủ yếu:
- Đến hoạt tính của enzyme
- Hoặc đến sinh tổng hợp của enzyme
Điều hòa nhờ cơ chế làm thay đổi hoạt tính của enzyme
Lượng enzyme không đổi
nhưng hoạt tính enzyme thay
đổi làm tốc độ chuyển hóa
thay đổi.
Hoạt tính enzyme thay
đổi do:
-

Nồng

độ

cơ

chất

(coenzyme)
- Cơ chế dị lập thể

23


Điều hòa nhờ cơ chế ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp enzyme
Thay đổi lượng enzyme làm cho hoạt độ của enzyme thay đổi dẫn đến
thay đổi tốc độ chuyển hóa.
Tổng quát về cơ chế kiểm soát của protein điều hòa đối với sự chuyển
mã ở tế bào nhân sơ ( theo giả thiết Operon)
- Gen điều hòa R chỉ huy sự tổng hợp protein điều hòa Re ( protein này
có thể là chất kìm hãm R’ hoặc chất hoạt hóa A’);
- Protein kìm hãm R’ hoạt động có tác dụng đóng gen ( nó gắn vào gen
khởi động P, ngăn RNA polymerase bám vào P);
- Protein hoạt hóa A’ hoạt động có tác dụng mở gen ( nó gắn vào P và
giúp cho ARN polymerase bám vào P);
- Khi chất kết (ligand) gắn vào protein điều hòa Re sẽ ảnh hưởng tới sự
đóng mở gen.

24