Quá trình phân giải protein, axit amin, peptide trong cơ thể sinh vật

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 2
HƢƠNG 1 ................................................................................................................... 3
ĐẠI ƢƠNG VỀ PROTEIN ....................................................................................... 3
HƢƠNG 2 ................................................................................................................... 5
ĐẠI ƢƠNG VỀ AXIT AMIN ................................................................................... 5
HƢƠNG 3 ................................................................................................................... 7
ĐẠI ƢƠNG VỀ PEPTIDE ........................................................................................ 7
HƢƠNG 4 ................................................................................................................... 9
QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN, AXIT AMIN, PEPTIDE ........................... 9
4.1. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN ............................................................. 9
4.2. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PEPTIDE ............................................................ 12
4.3. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI AXIT AMIN ....................................................... 13
4.3.1 Khử amine ................................................................................................... 13
4.3.2 Khử carboxyl ............................................................................................... 14
4.3.3 Chuyển vị amine.......................................................................................... 14
4.3.4 Sự biến đổi các sản phẩm của quá trình phân giải amino acid .............. 15
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 17
T I I U TH

HẢ .......................................................................................... 18

1


ỜI

Ở ĐẦU

Giữa thế kỷ thứ 19, nhà hoá học người Đức Gerardus Mulder đã chiết được một loại
hợp chất đặc biệt, chúng vừa có mặt ở tế bào động vật, vừa có mặt ở tế bào thực vật. Hợp
chất này đóng vai trị quan trọng trong sự tồn tại của mọi tế bào sinh vật trên trái đất. Theo

đề nghị của Berzelius - nhà hoá học Thụy Điển nổi tiếng, G. Mulder đặt tên chất đó là
protein - theo tiếng la tinh "proteos" có nghĩa là quan trọng hàng đầu.
Protein có phân tử lượng lớn, được cấu thành từ các axit amin. Các axit amin trong
phân tử protein liên kết với nhau bằng liên kết peptit. về mặt cấu trúc và tính chất, protein
có những đặc tính khơng có ở bất kỳ hợp chất hữu cơ nào và chính những đặc tính này bảo
đảm chức năng "cơ sở sự sống" của protein. Trình tự sắp xếp của các axit amin trong
mạch phân tử protein được mã hoá trong bộ máy di truyền của tế bào, protein được tổng
hợp trong tế bào sống.
Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống. Protein là nền
tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật. Bên cạnh qua trình tổng hợp thì quá
trình phân giải protein, axit amin, peptide đóng một vai trị vơ cùng quan trọng trong sự
hình thành các chất có họat tính sinh học cao có vai trị trong q trình trao đổi chất, các
hoạt động sinh lý của cơ thể sinh vật.
Nhóm chúng tơi chọn đề tài : “Q trình phân giải protein, axit amin, peptide trong
cơ thể sinh vật để khẳng định tầm quan trọng của quá trình này đối với sự sống cũng như
một lần nữa chứng minh cho nhận định “ Protein là nền tảng của quá trình sống.”

2


HƢƠNG 1

ĐẠI ƢƠNG VỀ PR TEIN
Protein (Protid hay Đạm) là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa
phân mà các đơn phân là acid amin. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các
liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo
nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein.
Protein là một nhóm các hợp chất đại phân tử sinh học, cùng với polysaccharide,
lipid và nucleic acid, tạo nên các hợp phần chủ yếu của cơ thể sống. Một cách cụ thể,
protein là các polymer được tạo nên từ các trình tự xác định các amino acid. Protein là hợp

chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ thể sống. Về mặt số lượng, protein
chiếm không dưới 50% trọng lượng khô của tế bào. Từ lâu người ta đã biết rằng protein
tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể sinh vật. Ngồi vai trị là thành phần chính trong
cấu trúc của tế bào và mơ, protein cịn có nhiều chức năng phong phú khác quyết định
những đặc điểm cơ bản của sự sống như sự truyền đạt thơng tin di truyền, sự chuyển hố
các chất. Thật vậy, các enzyme, các kháng thể chống lại bệnh tật, các hormon dẫn truyền
các tín hiệu trong tế bào, ... đều có bản chất là protein.
Ngày nay, khi hiểu rõ vai trò to lớn của protein đối với cơ thể sống, người ta càng
thấy rõ tính chất duy vật và ý nghĩa của định nghĩa thiên tài của Engels P.: “Sự sống là
phương thức tồn tại của những thể protein”. Với sự phát triển của khoa học, vai trò và ý
nghĩa của protein đối với sự sống ngày càng được khẳng định. Cùng với nucleic acid,
protein là cơ sở vật chất của sự sống.

3


Cấu trúc của protein
4


HƢƠNG 2

ĐẠI ƢƠNG VỀ XIT

IN

Axit amin là đơn vị cấu tạo cơ bản của protein. Axit amin là những dẫn xuất của
axit hữu cơ mà trong phân tử một nguyên t ử hydro (đôi khi 2) của gốc ankil được thay thế
bởi gốc amin. Cơng thức chung như sau:
R-CH-COOH

NH2
Có thể định nghĩa khác là: axit amin
gồm một nguyên tử Cacbon α liên kết
với:


Một nguyên tử Hydro



Một nhóm Amin



Một nhóm Carboxyl



Một trong 20 gốc R, 20 gốc R khác nhau tạo nên 20 axit amin và quyết định tính

chất đặt trưng của chúng. Axit amin hình bên là Alanin.
Axit amin là monomer cấu tạo nên protein. Trong tự nhiên có khoảng 250 axit amin
nhưng protein của cơ thể sống chỉ chứa 20 axit amin gọi là axit amin sinh protein
(proteinogenic amino acids). Hình dạng và đặc tính của protein được quy định bởi trình tự
và số lượng các axit amin của protein.

-H+
R-CH-COO-

R-CH-COOH

NH3+
xit

+ OH-

+ H+

R-CH-COO- OH-

NH3+
Trung tính

5

NH2


Trong phân tử amino acid đều có các nhóm COOH và NH2 gắn với carbon ở vị trí
α. Hầu hết các amino acid thu nhận được khi thuỷ phân protein đều ở dạng L-α amino
acid. Như vậy các protein chỉ khác nhau ở mạch nhánh (thường được ký hiệu: R)
Trong mơi trường trung tính phân tử axit amin mang cả điện tích âm và điện tích
dương
Trong mơi trường kiềm axit amin mang điện tích âm
Trong mơi trường axit axit amin mang điện tích dương
Người ta ứng dụng tính lưỡng tính của axit amin để phân tích hỗn hợp axit amin
bằng dòng điện một chiều (phương pháp điện di).
Ở giá trị pH của mơi trường mà axit amin có tổng số điện tích âm bằng điện tích
dương (axit amin trung hịa điện), pH đó gọi là điểm đẳng điện của axit amin (kí hiệu là
pI).
Các axit amin trung tính có pI khoảng 5 - 6,5 (hơi axit)

Các axit amin axit tính có pI khoảng 3 (axit rõ rệt)
Các axit amin kiềm tính có pI khoảng > 7 (kiềm)

6


HƢƠNG 3

ĐẠI ƢƠNG VỀ PEPTIDE
- Là hợp chất gồm nhiều axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit.
- Liên kết peptit là liên kết được hình thành bởi nhóm cacboxyl của axit amin này
với nhóm a min của axit amin bên cạnh đồng thời loại đi 1 phân tử nước.
 liên kết peptit
NH2-CH-COOH + H2N-CH-COOHH2N-CH- CO-NH - CH- COOH + H2O




R1
R2
R1
R2
- Peptit có trong tự nhiên dưới dạng tự do (hocmon, peptit kháng sinh)
Peptide là những protein thường có cấu trúc đoạn ngắn khoảng từ hai đến vài chục amino
acid nối với nhau, có khối lượng phân tử thường dưới 6.000. Chúng có thể được tổng hợp
trong tự nhiên hoặc được hình thành do sự thối hố protein. Trong các peptide các amino
acid được liên kết với nhau thơng qua liên kết peptide (hình 2).

Hình 2. Sự tạo thành liên kết peptide
Peptide có từ hai đến vài chục amino acid nối với nhau. Chúng có thể được tổng hợp

trong tự nhiên hoặc được hình thành do sự phân giải protein. Trong phân tử peptide,
các amino acid được liên kết với nhau thông qua liên kết peptide.
Liên kết peptide có độ bền cao bởi cấu trúc của nó có 4 e/π, 2e/π thuộc về liên kết
C=O còn 2e/π thuộc về bộ đôi e/ tự do của nguyên tử N. Liên kết giữa C-N là liên kết
7


phức tạp. Nó có thể chuyển từ dạng π đến dạng lai (trung gian) là một phần ghép đôi của
liên kết π (hình 1.12). Người ta cho rằng tỷ lệ của liên kết kép này là khoảng 30% đối với
liên kết C-N và 70% đối với liên kết giữa C và O. Ở đầu của một chuỗi peptide là amino
acid có nhóm α-amin (α-NH2) tự do được gọi là đầu N-tận cùng và đầu kia có nhóm αcarboxyl (α-COOH) tự do được gọi là đầu C tận cùng. Liên kết peptide tạo nên bộ khung
chính của chuỗi peptide hoặc polypeptide, còn các gốc R tạo nên mạch bên của chuỗi.

Dạng cộng hố trị ρ

Dạng ion ρ+π

Dạng lai (hybrid)

Hình 3. Sự tồn tại các dạng của liên kết peptide
Mạch chính

Mạch bên

Hình 4. ạch bên và khung của một chuỗi polypeptide

8


HƢƠNG 4

QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PROTEIN, AXIT AMIN,
PEPTIDE
4.1. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PR TEIN
Thủy phân là con đường phân giải protein phổ biến ở thực vật và động vật. Quá trình
thủy phân protein xảy ra tại lysosome, nơi chứa nhiều enzyme thủy phân protein là
protease. Quá trình thủy phân xảy ra qua 2 giai đoạn
- Nhờ peptid-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành các đoạn peptid ngắn.
- Nhờ peptid-hydrolase thủy phân tiếp các peptid thành amino acid.

Kết quả chung là

Ở động vật có vú, sự phân giải protein đầu tiên do tác động của pepsin. Tế bào
niêm mạc dạ dày tiết ra pepsinogen. Nhờ pepsin và HCl của dịch dạ dày, pepsinogen biến
đổi thành pepsin họat động và pepsin họat động sẽ thủy phân protein thành amino acid.
Quá trình chuyển hóa protein trong cơ thể:
 Tiêu hóa và hấp thu protein ở động vật dạ dày đơn:
Dưới tác động của nhóm enzyme protease, protein thức ăn được thủy phân thành các
polypeptide, oligopeptide và cuối cùng thành các amino acid. Sự thủy phân protein xảy
ra ở dạ dày và ruột non.
 Tiêu hóa protein trong dạ dày

9


Thức ăn đến dạ dày sẽ kích thích tuyến dạ dày tiết hormone gastrin, sau đó kích thích tế
bào rìa tiết ra HCl và tế bào chính tiết ra pepsinogen. Độ acid của dạ dày cao, pH dịch dạ
dày 1,5- 2,5 cho nên có tác dụng diệt khuẩn và làm biến tính các protein hình cầu tạo điều
kiện cho các enzyme thủy phân liên kết peptide hoạt động. pepsine được giữ dưới dạng
pepsinogen(trọng lượng phân tử 42.000) trong các tế bào chủ của niêm mạc dạ dày và chỉ

hoạt hóa thành pepsine(trọng lượng phân tử 35.000) khi đã được tiết ra xoang dạ dày.
Kiểu phản ứng này là phản ứng tự xúc tác trong đó protein là chất hoạt hóa cịn
HCl tăng cường hoạt lực của pepsine. ở trong mơi trường acid của dạ dày, pepsine thường
có hoạt lực cao, 1g pepsine của dịch dạ dày có thể thủy phân 50kg albumin trứng trong
vịng 2h ở những điều kiện thích hợp. pepsine có thể thủy phân collagen và elastine nhưng
khơng thủy phân keratin của tóc, lơng và cả các protein đơn giản có nguồn gốc thực vật.
pepsine chủ yếu thủy phân liên kết peptide trong đó có sự tham gia của amino acid mạch
vòng và liên kết Ala-Ala, Ala-Ser và một số liên kết khác. Cơ chế tổng quát về tác động
của enzyme pepsine đối với protein như sau:
Trong dạ dày múi khế của động vật nhai lại ở giai đoạn bú sữa có chứa enzyme
renine có vai trị làm đơng vón sữa. renine là chuỗi polypeptide có trọng lượng phân tử
khoảng 40.000, chúng hoạt động trong môi trường acid yếu(pH 5,0-5,3)
Và cần sự có mặt của Ca++. Renine làm đơng vón sữa bằng cách biến caseinogens thành
caseinate calcium, tạo điều kiện cho tiêu hóa protein sữa.
 Tiêu hóa protein ở ruột non
Các polypeptide cao phân tử, các peptone khi xuống ruột non sẽ được hệ thống enzyme
của dịch tụy và dịch ruột phân giải triệt để thành amino acid . tripsin trong dịch tụy và
dịch ruột khi mới tiết ra ở dạng chưa hoạt động là tripsinogen. Dưới tác động của enzyme
enterokinase, tripsinogen biến thành tripsin hoạt động, sau đó q trình này có thể xảy ra
theo phương thức tự hoạt hóa, nghĩa là chịu tác động ngay của enzyme tripsine. Tripsine
hoạt động tốt nhất trong môi trường pH 7-8 . dưới tác dụng của tripsine, các protein cịn
sót, các peptide lớn sẽ bị thủy phân đến dạng peptide có phân tử trọng nhỏ hơn và một
phần thành amino acid. Tripsine thể hiện hoaatj lực cao nhất đối với các liên kết peptide
có chứa nhóm carboxyl của amino acid diamin(lysine, arginine)

10


Chymotripsin chứa trong dịch tụy ở dạng chưa hoạt động là chymotripsinogen.
Dưới tác động của enzyme tripsine và chymotripsine, chymotripsinogen biến thành dạng

hoạt động. enzyme này hoạt động tối ưu ở pH=8,0, chúng thủy phân liên kết peptide có
nhóm –CO- thuộc amino acid nhân thơm(Phe, Tyr,và Trp). Các peptide ngắn hơn được
thủy phân hoàn toàn ở ruột non nhờ carboxypeptidase phân cắt các liên kết peptide nằm
sát đầu nhóm carboxyl tự do. Dipeptidase phân giải dipeptide thành 2 amino acid. Ngồi
những enzyme trên, trong dịch ruột cịn gặp protaminase thủy phân protamine, prolinase
thủy phân các liên kết peptide có chứa proline.
Như vậy, dưới tác động của các enzyme tiêu hóa, các protein của thức ăn đã bị thủy
phân hoàn toàn thành các amino acid. Amino acid được hấp thu qua phần đáy và phần bên
của màng bào tương tế bào niêm mạc ruột vào máu để đến gan. ở gan các amino acid có
thể biến đổi khác nhau
 Chuyển hóa protein trong ruột già
Tuyến ruột già tiết ít dịch, enzyme ít và hoạt động yếu. tiêu hóa chủ yếu nhờ enzyme từ
dưỡng chấp ruột non xuống. ruột già chủ yếu hấp thu nước và muối khoáng.
Trong cơ thể, protein thường xuyên được chuyển hóa. Khi thừa, protein sẽ chuyển
thành glucide hoặc lipid. Khi thiếu protein , sự trao đổi chất sẽ bị rối loạn, cơ thể chậm
phát triển và suy yếu

11


4.2. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PEPTIDE
Các peptid bị thủy phân hồn tồn trong dung dich axit nóng hoặc dung dịch kiềm
nóng cho sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các amino acid. Thường thủy phân bằng dung
dịch HCl 2N ở 1100C trong khoảng 24-72h
Các peptid có thể được thủy phân khơng hồn tồn thành những đoạn peptid ngắn
hơn nhờ các enzyme đặc hiệu:
 amino acid đầu N được tách ra khỏi mạch nhờ enzyme aminopeptidase.
Ví dụ:
aminopeptidase
+

H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-…..
R1

R2

H2O

R3
H2N-CH-COOH + H2N-CH-CO-NH-CH-CO-….
R1

R2

R3

 Amino acid đuôi C được tách ra khỏi mạch nhờ enzyme peptidase
 Đặc biệt trong q trình tiêu hóa, peptid và protein thức ăn được các enzyme thủy
phân protein có trong dịch tiêu hóa thủy phân thành các peptid và cuối cùng thành
các acid amin tự do. Proteinase là các peptidase xúc tác các phản ứng cắt đứt các
liên kết peptid với sự tham gia của nước.
liên kết peptid
H2N-CH….HN-CH-CO
R

R’

HN-CH-CO….CH-COOH
HO

R”

H

Đầu N tận

đầu C tận

H2N-CH…..HN-CH-COOH
R

R”’

+

H2N-CH-CO…..CH-COOH

R’

R”
12

R”’


Sự thủy phân protein và peptid
Mỗi peptidase có tác dụng đặc hiệu đối với vị trí của liên kết peptid và bản chất của gốc R
của các acid amin tham gia tạo thành liên kết peptid của chuỗi protein
4.3. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI XIT

IN

Có nhiều con đường phân giải amino acid:
4.3.1

hử amine

Bằng nhiều con đường khác nhau, các amino acid bị khử nhóm amine tạo ra các sản
phẩm tương ứng.
- Khử amin bằng các enzyme khử. Nhờ enzyme khử xúc tác, amino acid bị khử
thành acid tương ứng và giải phóng NH3.

- Khử amin bằng con đường oxi hóa.
Nhờ amino acid oxydase, amino acid bị oxi hóa để tạo ceto acid tương ứng và NH3

- Khử amine bằng con đường thủy phân.
Nhờ tác dụng của enzyme thủy phân hydrolase, amino acid bị thủy phân tạo oxiacid
tương ứng và NH3

Ngoài các con đường đó ra, aspartic acid cịn bị khử amin bằng con đường khử nội
phấn tử nhờ enzyme dezaminase xúc tác

13


Sản phẩm của con đường khử amine các amino acid là các loại acid tương ứng và
NH3.
4.3.2

hử carboxyl

Sự loại carboxyl của amino acid là cách phân giải amino acid rất phổ biến nhờ
decarboxylase xúc tác

Sản phẩm tạo ra là các amine, đó là các chất có họat tính sinh học cao có vai trị
trong q trình trao đổi chất, các hoạt động sinh lý của cơ thể như histamine.
4.3.3 huyển vị amine
Bằng con đường chuyển vị nhóm amine sang cho một cetoacid, amino acid biến đổi
thành ceto acid tương ứng, phản ứng nhờ enzyme vận chuyển nhóm amin xúc tác amino
transferase

Phản ứng này thực hiện 2 chức năng: vừa phân giải 1 amino acid thành ceto acid,
đồng thời tổng hợp mới amino acid khác từ ceto acid tương ứng.
Trừ threonine và lysine, tất cả các amino acid còn lại đều có thể tham gia vận chuyển
nhóm amine để biến đổi thành các ceto acid tương ứng, ví dụ:

14


4.3.4 Sự biến đổi các sản phẩm của quá trình phân giải amino acid
Các đường hướng phân giải amino acid trình bày ở trên đã tạo ra nhiều loại sản
phẩm. Các sản phẩm này tiếp tục được biến đổi để tạo sản phẩm cuối cùng.
- Các chất hữu cơ tiếp tục biến đổi bằng cách oxy hóa như q trình phân giải acid
béo để tạo acetyl-CoA, từ đó tham gia vào chu trình Krebs để phân giải tiếp.
- Các amine được biến đổi thành các acid tương ứng sau đó tiếp tục biến đổi như các
acid khác

NH3 tiếp tục biến đổi bằng nhiều con đường để giải độc cho cơ thể vì NH3 tích lũy
nhiều sẽ gây độc.
+ NH3 được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp trở lại amino acid bằng con đường

amine hóa, amide hóa (sẽ trình bày trong phần tổng hợp amino acid).
+ NH3 bị biến đổi thành ure qua chu trình ornithine để thải ra ngồi qua con đường
nước tiểu ở động vật. Chu trình ornithine chia làm 3 giai đoạn
1)

Tổng hợp carbamyl-phosphate

Phản ứng được xúc tác bởi enzyme carbamyl phosphate synthetase.
2)

Tổng hợp arginine.

Từ carbanyl-phosphate và ornithine sẽ tạo thành citrullin bằng một phản ứng ngưng
tụ. Sau đó citrullin kết hợp với aspactic acid nhờ arginino-succinic-synthetase để tạo
arginino-succinic acid. Tiếp theo arginino-succinic acid bị phân giải thành arginine và
fumaric acid nhờ arginino-succinate-ligase.
3)

Arginine bị phân giải nhờ arginase để tạo ornithine và ure. Ure được thải ra

ngoài cịn ornithine tiếp tục tham gia vào chu trình mới.
Trên đây là những đường hướng chung của sự phân giải amino acid. Tuy nhiên mỗi
amino acid đều có con đường phân giải riêng. Các amino acid biến đổi theo các đường
15


hướng trên đều dẫn đến việc tạo nên các sản phẩm tham gia vào chu trình Krebs để phân
giải thành CO2 và H2O.

16

ẾT UẬN
Protein là cơ sở của sự sống. Nó là thành phần khơng thể thiếu trong mọi cơ
thể. Chúng đóng vai trò cốt lõi của cấu trúc nhân, của mọi bào quan đặc biệt là hệ
màng sinh học có tính chọn lọc cao. Nghiên cứu về protein là nhiệm vụ hết sức quan
trọng. Quá trình phân giải protein, peptid, amino acid nói chung là biến đổi từ protein
mà cơ thể không thể hấp thụ sang những phân tử nhỏ giúp cơ thể hấp thụ dễ dàng.
Tìm hiểu quá trình phân giải protein để biết và hiểu cơ chế của nó. Từ đó tìm ra những
điều kiện thuận lợi giúp cho việc phân giải protein được dễ dàng hơn.

17


T I I U TH

HẢ

1. />2. />
3. />4. Hóa sinh công nghiệp_Lê Ngọc Tú.

18