Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 5: Trao đổi protein và acid amin

CHƢƠNG 5. TRAO ĐỔI PROTEIN VÀ

ACID AMIN

- N/dung chủ yếu của q/trình sống trong th/giới SV, chiếm vị

trí q/trọng nhất trong nc TĐC. Thông qua q/trình này, aa và

protein (chất h/cơ mang s/sống được h/thành.

- Khi nc q/trình này, hiểu được c/chế của q/trình s/trưởng và

ph/triển, hiểu được hàng loạt những ng/nhân rối loạn TĐ. …

→ K/thức về vấn đề này vừa có ý nghĩa về lý luận, vừa có ý

nghĩa về th/hành.

- Sự ch/hoá protein được th/hiện liên tục trong cơ thể SV với

nh/điệu và cường độ thay đổi, tuỳ theo t/chất của các mô bào

và gi/đoạn ph/triển của SV.

5.1. TRAO ĐỔI AMINOACID

5.1.1. Tổng hợp acid amin

Vòng luân chuyển nitơ trong tự nhiên

- Nguồn gốc N trong mọi cơ thể sống là N

2

(nitơ phân tử) có

trong khí quyển.

Nitơ ph/ tử trơ về mặt hoá học, phần lớn các SV không sử

-

dụng được. SV nhận nitơ dưới dạng các h/chất như NO₃,

+

NH₄hay dưới dạng các h/chất ph/tạp hơn như các aa.

+

- Các VSV cố định nitơ có kh/năng khử N₂thành NH₄. Rồi

+

NH₄lại được các VSV nitrite hoá và nitrate hoá chuyển thành

-

NO₂và NO₃. NO₃là dạng hợp chất chính của nitơ mà th/vật

-

có thể hấp thu được. Trong cơ th/vật, NO₃lại bị khử thành

+

NH₄, rồi từ đây hình thành nên các aa, protein và các hợp chất

chứa nitơ khác.

- Đv s/dụng protein th/vật và protein đv khác làm nguồn nitơ.

+

Đv lại thải NH₄và ure (là SP bài tiết của sự trao đổi các h/chất

+

N). Ure lại bị phân giải cho ra NH₄, trong đất NH₄cũng là SP

ph/giải xác đv, th/vật chết. Ở đất, các SP này lại bị các VSV

-

nitrite hoá và nitrate hoá ôxy hoá thành NO₂và NO₃và chất

này lại được th/vật h/thu và s/dụng.

Người và đ/vật không s/dụng được các h/chất chứa N vô cơ.

Th/vật có thể s/d các h/chất chứa N vô cơ để tạo các h/chất

chứa N, trong đó có các aa. Q/trình này gồm nhiều g/đ:

- Chuyển N vô cơ thành amoniac (NH3),

- Gắn amoniac vào khung C tạo các aa sơ cấp và

- Sự chuyển nhóm amin từ các aa sơ cấp cho ketoacid để tạo

aa khác.

Nguồn N vô cơ: nitrate và N trong không khí.

2

Q/t chuyển nitrate → amoniac = q/trình khử nitrate,

Q/t chuyển N → amoniac = q/trình cố định nitơ.

2

Ngoài ra, th/vật có thể lấy trực tiếp amoniac từ sự phân giải aa

và protein hoặc lấy từ phân bón.

a. Quá trình khử nitrate

Ở thực vật bậc cao, nguồn N cơ bản để tạo amoniac là

nitrate. Nitrate được hấp thụ và bị khử nhanh chóng tại rễ.

Sự khử nitrate thành amoniac trải qua 2 g/đ:

- Khử nitrate thành nitrite và

- Khử nitrite thành ion amonium.

Nitrate reductase x/t cho g/đ 1:

-

NO₃+ 2 H⁺+ 2 e^- NO₂+ H₂O

Nitrite reductase xúc tác cho g/đ 2:

-

+

NO₂+ 8 H⁺+ 6 e^- NH₄+ H₂O

NADH+H⁺hoặc NADPH+H⁺, chất cho điện tử được lấy từ

q/t quang hợp và hô hấp của cây.

b. Quá trình cố định nitơ phân tử

- B/chất hóa sinh của q/t cố định nitơ phân tử là sự khử nitơ

phân tử thành amoniac.

- Do vi khuẩn hiếu khí (Azotobacter) và kỵ khí (Clostridium)

trong đất hay vi khuẩn quang hợp hoặc vi khuẩn Rhizobium

sống cộng sinh ở nốt sần rễ cây họ đậu thực hiện.

- NL cần thiết cho v/c 1 điện tử đến khử nitơ phân tử là 2ATP, →

ph/trình tổng quát là:

N₂+ 8 H⁺+ 8 e^-+ 16 ATP  2 NH₃+ H₂+ 16 ADP + 16 P_i

- Enzyme x/tác: nitrogenase

c. Nguồn mạch carbon của các aminoacid

Các con đường tổng hợp từng aa rất khác nhau, song sự

tổng hợp các aa có những nét chung:

- Bộ khung C của aa bắt nguồn từ các SPTG của q/t đường

phân, vòng pentosephosphate hay vòng Krebs.

- Sự t/hợp một số aa bắt nguồn từ những tiền chất chung

và qua nhiều SPTG giống nhau.

- Nhìn chung có 6 con đường STH các acid amin:

Khả năng t/hợp aa không giống nhau ở các sv khác nhau.

1) Thực vật có kh/năng t/hợp tất cả các aa từ các nguồn nitơ

+

-

như NH₄, NO₃hay NO₂. (loài cây họ đậu, nhờ các vsv cố

định nitơ cộng sinh, có thể t/hợp được aa từ N₂

+

2) Ở VSV, kh/năng t/hợp aa khác nhau. Phần lớn cần NH₄

làm nguồn nitơ; một số vsv giống như th/vật, có kh/năng

-

s/dụng NO₃, t/hợp được tất cả các aa. Với một số loài, một

số aa cũng là EAA.

3) Động vật sử dụng N hữu cơ trong các aa (hình thành

trong qt th/phân protein TĂ hay của TB) để t/hợp các aa.

Nhiều loại aa không được t/hợp ở ĐV; ĐV nhận các aa này

qua TĂ. Đây là các aa thiết yếu, esential amino acid (EAA).

AA đầu tiên hình thành từ khung C của α-ketoglutarate ( SPTG

của chu trình Krebs) là Glu và Gln. Hai AA này có hàm lượng cao

hơn các AA khác trong cơ thể SV.

- Tổng hợp Glu

+

Glu được t/hợp nhờ pư gắn trực tiếp NH₄vào α-KGL (chiều

nghịch của pư khử amin OXH Glu) nhờ GDH và nhờ qt chuyển

amine cho α-KGL.

+

- Tổng hợp Gln: Glu k/hợp với NH₄, nhờ glutamine synthetase.

+

Glu + NH₄+ ATP  Gln + ADP + Pi

Nhờ glutamate synthase, nhóm amine được chuyển từ Gln đến α-

ketoglutarate (α-KGL) tạo thành hai phân tử Glu.

Gln + α-KGL + NADPH + H ⁺ 2 Glu + NADP⁺

Glu cũng được tạo ra từ α-ketoglutarate nhờ phản ứng chuyển amin do GOT và

GPT xúc tác:

GPT

GOT

GOT = Glutamate – Oxaloacetate - Transaminase

PLP = Pyridoxalphosphate,

Dx của vitamin B6

GPT = Glutamate – Pyruvate - Transaminase

Ala hoặc Asp cũng có thể được tạo thành bằng cách amine hóa

pyruvate hoặc oxaloacetate, là SPTG của qt ch/hóa glucid.

Các AA hình thành theo đường hướng này gọi là các AA sơ cấp

(vì được tạo ra trước và có thể là ng/liệu để t/hợp các aa khác).

STH các aa thứ cấp: tạo thành chủ yếu theo đường hướng

chuyển amine giữa aa và ketoacid nhờ x/tác của transaminase

(aminotransferase. Ph/trình ph/ứng như sau:

5.1.2. Sự biến đổi các aminoacid

Tự đọc trong giáo trình

5.2. SỰ TRAO ĐỔI PROTEIN

5.2.1. Sự tổng hợp protein

- Cơ chế đầu tiên được n/c ở E. coli sau đó được n/c ở t/bào có

nhân thật (động vật, thực vật).

- Q/trình về cơ bản là giống nhau ở mọi cơ thể. Chuỗi polypeptide

luôn được tổng hợp từ đầu N đến đầu C và được cải biến để

thành ph/tử protein có hoạt tính sinh học. Bộ bản mã di truyền

được áp dụng cho mọi cơ thể sống.

Q/trình t/hợp sợi polypeptide là qt dịch mã DT trên khuôn mRNA,

có sự th/gia của nhều yếu tố và các enzyme.

a. Các yếu tố tham gia sinh tổng hợp protein

mRNA (RNA thông tin) và mã di tryền:

- Sợi đơn polynucleotide, h/thành theo ng/tắc bắt cặp b/sung với các

base của 1 mạch DNA trong qt phiên mã.

- Th/phần nucleotide rất khác nhau, d/động từ vài chục - vài nghìn

nucleotide. MW 3.10⁵- 4.10⁶Da, dài 5.10⁴-50.10⁴Å. Th/gian sống

ngắn, 2-3 phút (ở prokaryote) và 2-4h (ở eukaryote).

- mRNA mang th/tin d/truyền x/định tr/tự các aa của chuỗi

polypeptide cần tổng hợp. Th/tin chép từ DNA  mRNA trong qt

phiên mã. Có một „mật mã“ để chuyển từ tr/tự các nucl. trên NA 

tr/tự các aa trên chuỗi polypeptide.

- Ở prokaryote, mRNA mã cho nhiều chuỗi polypeptide

(polycystronic). Ở eukaryote, mRNA là monocistronic (mã cho 1

chuỗi).

- Mã DT là chung cho tất cả mọi cơ thể, ngoại trừ một vài trường

hợp đặc biệt.

(1): Ký hiệu cho nucleotide thứ nhất, thứ hai và thứ ba trong một codon.

AUG là codon mở đầu, mã cho Met.

(2): Trong ty thể đv có vú, AUA mã cho Met và UGA mã cho Trp; AGA và AGG

là những mã kết thúc, không mã cho Arg.

- Ở s/v eukaryote từ thấp tới cao, gồm cả người, các tRNA ty

thể đọc 4 codon khác với các tRNA trong tế bào chất của cùng

TB . Codon AUA trong ty thể đv có vú được đọc cho Met, và

UGA cho Trp. Trong ty thể, AGA và AGG là codon k/thúc (không

mã cho Arg). Từ đó, ty thể chỉ cần 22 ph/tử tRNA, còn hệ thống

phiên dịch của tế bào chất có tới 31 loại tRNA.

- Dù có ngoại lệ trên, song mã DT là phổ quát, chung.

- Tần suất s/dụng mỗi codon khác nhau giữa các loài và giữa

các mô trong cùng một loài.

- Bảng mã DT đang trở nên chính xác hơn, khi số gen và bộ gen

được giải trình tự ngày càng tăng. Điều này có ý/n đ/biệt, vì từ

ctb1 của protein, suy ra c/trúc của mRNA, để có thể có thể t/hợp

những mẫu oligonucleotde ứ/dụng trong c/nghệ tái tổ hợp DNA.

Insulin, … đã được sx ở q/mô lớn nhằm m/đích đ/trị, nhờ c/nghệ

DNA tái tổ hợp.

tRNA (RNA vận chuyển)

-tRNA có ph/tử tương đối

nhỏ, cấu tạo từ 73-93

nucleotide, MW 23-30

kDa, hằng số lắng 4S,

- Nhiệm vụ: v/c đặc hiệu

các aa trong qt t/hợp

chuỗi polypeptide.