chương vii lipid và sự chuyển hóa lipid

M ột số acid béo thường gặp: Bơ, dừa, não cá Dừa, não cá voi Dầu thực vật Lipid động vật, dầu thực vật -nt- -nt- Dầu lạc Ngoài rượu và các acid béo ở các lipid phức tạp lipoid trong ph

CH ƯƠNG VII

LIPID VÀ S Ự CHUYỂN HOÁ LIPID

1 Đại cương về lipid

1.1 Khái ni ệm về lipid

Lipid là những hợp chất hữu cơ phổ biến trong tự nhiên cũng như trong cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật Lipid có đặc tính không hoà tan trong nước, chỉ hoà tan trong các dung môi hữu cơ như cồn, ete, cloroform, benzen, aceton v.v Không phải mọi lipid đều hoà tan như nhau trong tất cả các dung môi nói trên mà mỗi lipid hoà tan trong dung môi tương ứng

của mình, nhờ đặc tính này người ta có thể phân tích riêng từng loại

Tên gọi lipid bắt nguồn từ chữ Hy lạp lipos là mỡ dùng để chỉ chung các loại lipid, dầu

và các chất béo giống mỡ ở động vật và dầu ở thực vật Về mặt hoá học lipid là những este

giữa rượu và acid béo, điển hình là chất Triacylglycerol

M ột số acid béo thường gặp:

Bơ, dừa, não cá

Dừa, não cá voi

Dầu thực vật Lipid động vật, dầu thực vật -nt-

-nt-

Dầu lạc

Ngoài rượu và các acid béo ở các lipid phức tạp (lipoid) trong phân tử của chúng còn

chứa các dẫn xuất có phospho, nitơ, sulfur v.v như nhóm phosphateide, xerebrozid Đây là hai nhóm lipid có vai trò quan trọng

Phosphateide có nhiều trong não, dây thần kinh và các cơ quan như gan, tim, thận và

một số vật phẩm như lòng đỏ trứng, sữa Các đại diện của phosphateide thường ở dạng liên

kết với protein trong lipoprotein của vách tế bào và của nội khí quản ở tế bào chất

Xerebrozid là nhóm lipoid không chứa acid phosphoric, có nhiều trong não Thành phần

của nó ngoài rượu, acid béo còn có amin, đường galactose và lưu huỳnh

Ở thực vật khả năng tự tổng hợp các acid béo thường phong phú hơn ở động vật, nhất

là một số acid béo giữ vai trò quan trọng như:

Acid linoleic (18C có 2 liên kết kép) C18H32O2

CH3 – (CH2)4 – CH = CH – CH2 – CH = CH – (CH2)7 – COOH

Acid linolenic (18C có 3 liên kết kép) C18H30O2

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH = CH – CH2 – CH = CH- (CH2) 7 - COOH Acid arachidonic (20C có 4 liên kết kép) C20H32O2

CH3–(CH2)4–CH = CH– CH2– CH=CH– CH2– CH=CH–CH2–CH=CH-(CH2)3– COOH

Những loại acid béo này đối với cơ thể động vật gọi là “lipid cần thiết”, và còn được gọi

là vitamin F, chúng có tác dụng quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của mô bào, giúp cho quá trình phân bào

Lipid đối với cơ thể sinh vật có nhiều ý nghĩa quan trọng, nó có các vai trò sau:

Lipid là chất dự trữ năng lượng tiết kiệm thể tích nhất, khi ôxi hoá 1 g lipid cơ thể thu được 9,3 kilo calo Đem so với lượng calo của 1gam đường hoặc protein (4,1 kilo calo/1g) thì

lượng calo sản ra của lipid nhiều gấp đôi Nhu cầu năng lượng hàng ngày của động vật do lipid cung cấp khoảng 30% đến 40% hoặc hơn nữa tuỳ loài động vật và trạng thái sinh lý của

cơ thể

Chức năng quan trọng nhất của lipid là cấu tạo màng sinh học (màng tế bào, màng ti lạp

thể v.v.) Trong màng sinh học, lipid ở trạng thái liên kết với protein tạo thành hợp chất lipoprotein Chính nhờ tính chất của hợp chất này đã tạo cho màng sinh học có được tính

thẩm thấu chọn lọc, tính cách điện Đó là những thuộc tính hết sức quan trọng của màng tếbào, màng các cơ quan tử của nó

Lipid dưới da của động vật có tác dụng gối đệm và giữ ấm cho cơ thể nhờ tính êm, dẫn nhiệt kém

Lipid là dung môi cho nhiều vitamin quan trọng như vitamin A,E,D,K (nhóm vitamin hoà tan trong lipid) vì thế nếu khẩu phần thiếu lipid lâu ngày thì động vật dễ mắc bệnh thiếu các vitamin kể trên

Đối với loài động vật ngủ đông, động vật di cư, các loài sâu kén, lipid còn là nguồn cung cấp nước, vì khi oxy hoá 100g lipid có 107g nước sinh ra

Việc nghiên cứu sự chuyển hoá lipid sẽ cung cấp cho ta những hiểu biết về quá trình vỗbéo gia súc, quá trình cải tạo làm tăng hàm lượng bơ trong sữa, quá trình tích luỹ dầu ở thực

vật v.v Đồng thời những hiểu biết này cũng giải thích được các trạng thái bệnh lý như huyết, ceton-niệu, gan nhiễm mỡ v.v ở gia súc

ceton-2 M ột số dặc điẻm về tiêu hoá, hấp thu, chuyển vận và dự trữ lipid ở động vật

2.1 S ự tiêu hoá lipid

Do đặc tính không hoà tan trong nước, mà quá trình tiêu hoá lipid lại có bản chất là quá trình thuỷ phân, enzyme thực hiện quá trình này là enzyme esterase (lipase) nên sự tiêu hoá và hấp thu lipid có một số nét đặc thù riêng Muốn cho enzyme phân giải được thì lipid phải ở

trạng thái “nhũ tương” hoá, tức là ở trạng thái dung dịch “giả”

Ở miệng: không có enzyme phân giải lipid, ở đây lipid chỉ chịu tác dụng cơ học do quá

trình nhai, nhào trộn thức ăn

Ở dạ dày: đối với động vật bú mẹ (bê, nghé, lợn con v.v.) trong dịch dạ dày có chứa

enzyme lipase, nhưng hoạt lực yếu do ảnh hưởng của pH thấp, tuy nhiên do thức ăn là sữa mẹ, lipid ở dạng nhũ tương nên quá trình phân giải lipid ở đây khá cao Ở động vật trưởng thành

hầu như ở dạ dày không có quá trình thuỷ phân lipid

Ở ruột non: đây là nơi tiêu hoá chính các chất lipid, vì ở đây có đủ các yếu tố để tiến

hành quá trình này Lipid muốn được tiêu hoá phải được nhũ tương hoá, thực chất của quá trình nhũ tương hoá là biến lipid thành dung dịch “giả” (giả hoà tan) để làm tăng diện tích tiếp xúc của lipid với enzyme lipase Quá trình nhũ tương hoá lipid ở ruột non nhờ một loạt các

yếu tố sau:

Sự nhu động của ruột cộng với trạng thái xốp của thức ăn do khí CO2 sinh ra trong quá trình trung hoà HCL của dịch vị bởi các bicarbonat của dịch ruột

HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2CO3 > CO2 + H2O

Các acid mật bao gồm: acid cholic, acid 7 Desoxycholic, acid lidocholic, acid kenodesoxycholic.

Các hợp chất này có tính phân cực và hoạt tính bề mặt, do đó dưới tác dụng nhu động

của ruột, lipid bị vỡ thành các hạt nhỏ, các hạt lipid nhỏ này được phủ bởi lớp acid mật và lớp

vỏ thuỷ hoá nên không thể kết hợp với nhau được nữa Quá trình này được tiếp tục, lipid bị vỡthành các hạt nhỏ li ti, đó là dạng nhũ tương, tạo điều kiện cho enzyme lipase hoạt động Ngoài tác dụng nhũ tương hoá lipid, acid mật còn có vai trò hoạt hoá enzyme lipase và cần cho quá trình hấp thu acid béo và lipid qua màng tế bào ruột

Enzyme lipase ở tá tràng có hai nguồn gốc: lipase do tuyến tuỵ tiết ra là chủ yếu và lipase do niêm mạc ruột non tiết ra Lipase khi mới tiết ra còn ở dạng zymogen, sau khi gặp acid mật mới chuyển sang trạng thái hoạt hoá Dưới tác dụng của lipase, lipid được phân giải thành glycerine và các acid béo theo phản ứng sau:

Lipid Glycerine Các acid béo

Quá trình phân giải lipid với mức độ khác nhau, nên các sản phẩm tạo ra có thể là diglyxeride, monoglyceride, các acid béo và glycerine

2.2 Sù hÊp thu, dù tr÷ vµ vËn chuyÓn lipid

§èi víi glycerine v× tÝnh hoµ tan trong n−íc nªn dÔ dµng ®−îc hÊp thu vµo tÕ bµo niªm m¹c ruét Đối với các acid béo không hoà tan trong nước, nên muốn được hấp thu nó phải được liên kết với acid mật tạo thành phức chất gọi là “ acid choleic” hoà tan và được hấp thu qua tếbào vách ruột hoặc thụ động hoặc theo nguyên tắc ẩm bào Sự hấp thu theo nguyên tắc ẩm bào là chủ yếu

Sau khi vào tế bào vách ruột, acid mật tách khỏi acid béo Acid mật đi vào hệ tĩnh mạch

trở về gan Ở tế bào vách ruột, acid béo có thể kết hợp với glycerine tái tạo thành lipid 80% lipid tái tạo này đi vào ống lâm ba dưới dạng những hạt to nhỏ khác nhau có tên là

70-“Chylomicron”, nó có một lớp vỏ protein, trong là các acid béo, triglycerid, cholesterol… Đây

là dạng hoà tan trong nước nên dễ vận chuyển ở dịch lâm ba và máu

Những sản phẩm trên đi qua tế bào vách ruột để vào ống lâm ba, cũng theo hình thức

ẩm bào Một phần rất nhỏ (10-15%) acid béo phân tử nhỏ và lipid đi vào tĩnh mạch

Từ ống lâm ba cụt các sản phẩm trên đi theo đường lâm ba lên lâm ba ngực Từ đó đổvào hệ tuần hoàn (hệ tĩnh mạch) về gan và từ gan đi tới các mô mỡ Sau đó tuỳ theo nhu cầu

về năng lượng, lipid lại được đưa tới các cơ quan cần oxy hoá hoặc được tích luỹ lại thành mỡ

dự trữ Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta thấy rằng bất cứ loại lipid nào trước khi đem sử dụng vào các nhu cầu của cơ thể đều trải qua giai đoạn tích luỹ khoảng 3-5 ngày Qua đó ta thấy mô mỡ không phải là loại mô tĩnh tại mà ngược lại nó luôn thay đổi

Từ mô mỡ, acid béo và glycerine được giải phóng nhờ enzyme lipase đặc thù của mô Đáng chú ý là loại enzyme lipase này chịu ảnh hưởng tác động điều tiết của nhiều loại hormone Các acid béo và glycerine từ mô mỡ được đưa vào máu, vận chuyển dưới dạng liên kết với albumin và một phần với β-globuline tới các mô bào cần sử dụng (dạng phức hợp

có tỷ trọng cao và tỷ trọng thấp ( HDLP và LDLP) Cơ quan sử dụng acid béo nhiều nhất là gan và một phần là cơ tim

Trong quá trình chuyển hoá lipid gan của động vật giữ một vai trò hết sức quan trọng Gan là cơ quan sản sinh ra các acid mật, là yếu tố nhũ tương hoá mỡ và hoạt hoá lipase Vì

vậy, khi quá trình tiết mật kém, sự tiêu hoá và hấp thu lipid sẽ bị đình trệ Lipid không được

tiêu hoá sẽ theo phân ra ngoài Acid mật còn giữ vai trò trong quá trình hấp thu acid béo, nên thiếu acid mật sẽ ảnh hưởng tới quá trình này

Ngoài việc sản sinh ra các acid mật giúp cho quá trình tiêu hoá và hấp thu lipid, gan còn là cơ quan chuyển hoá lipid chủ yếu của cơ thể động vật Hầu hết các mô bào của cơ thểđộng vật đều có khả năng dùng lipid vào nhu cầu năng lượng, nhưng chủ yếu dưới dạng các

sản phẩm của lipid đã được chế biến ở gan

3 S ự phân giải triglyceride

Trong điều kiện trao đổi chất bình thường, cơ thể động vật sử dụng 30-40% năng lượng cung cấp từ lipid còn 60-70% do glucose Tuy nhiên, do dự trữ glucid ở mô không lớn, nên trong những trường hợp như khi đói, khi lao động căng thẳng hoặc một vài trạng thái sinh lý đặc thù như ở động vật ngủ đông, chim cá di cư theo mùa v.v thì chủ yếu dùng năng lượng từlipid Thương số hô hấp cho phân hoá lipid tương đối thấp, vì quá trình này đòi hỏi nhiều oxy

RQ = CO2 : O 2 = 0,71

Hệ thống enzyme chuyển hoá lipid ở gan của động vật khá cao Hàng ngày có một lượng lipid nhất định được chuyển từ các mô dự trữ đưa về gan và được xơ chế ở gan trước khi đưa đi các mô bào khác sử dụng Đặc biệt khi cơ thể thiếu glucid (có thể do dinh dưỡng,

do trạng thái sinh lý hoặc bệnh lý v.v.) thì lượng lipid ở gan tăng lên rõ rệt Nếu tế bào gan không oxy hoá tốt do các nguyên nhân bệnh lý, lipid sẽ ứ đọng ở gan gây tình trạng gan nhiễm mỡ

Từ mô mỡ, acid béo và glycerine được giải phóng nhờ tác dụng của enzyme lipase đặc thù của mô Glycerine được đưa tới các mô bào sử dụng ngay, còn các acid béo được đưa vềgan để xơ chế trước khi đi tới các mô để sử dụng Quá trình phân giải đó như sau:

Glycerine là sản phẩm rất dễ chuyển hoá trong cơ thể, nó chuyển thành glycerine aldehydeyd theo xơ đồ phản ứng sau:

Glycerine Glycerophosphate Phosphoglycerine aldehyt

Phospho - glycerine aldehyt đi vào con đường đường phân

Ở gan, hệ thống enzyme oxy hoá acid béo hoạt động rất mạnh Một acid béo muốn được oxi hoá phải trải qua một số bước sau:

hệ thống enzyme Acyl-CoA-Syntetase hoạt hoá gồm 2 bước:

AMP được giải phóng từ phản ứng (2) sẽ được phosphoryl hoá trở lại thành ADP dưới tác dụng của Adenylate Kinase:

Enzyme AcylCoA synthetase còn gọi là thiokinase có nhiều ở màng ngoài ty thể và hệthống lưới nội bào Có nhiều loại acylCoA synthetase đặc hiệu với các acid béo liên kết ngắn, trung bình và dài Quá trình này được thực hiện ở ngoài bào tương

Các acid béo liên kết ngắn (4-10C) qua màng ty thể dễ dàng Nhưng các acid béo liên kết dài (từ 12 C trở lên) được vận chuyển qua màng ty thể nhờ hệ thống Carnitin do enzyme Carnitin acyl transferase (CAT) thực hiện

Carnitin là một amin bậc bốn mang một chức alcol bậc 2, có nhiều trong cơ và gan Carnitin có thể ester hoá với acid béo nhờ sự xúc tác của Carnitin acyl transferase I có trong màng ngoài ty thể tạo thành Acyl carnitin và giải phóng CoASH

Bước tiếp theo, gốc acyl trong Acyl carnitin được chuyể đến CoenzymeA có ở bên trong chất nền của ty thể, ở đây dưới tác dụng của enzyme Carnitin acyl transferase II tạo trở

lại acylCoA và giải phóng Carnitin ( Hình 7.1)

Acyl Carnitin + CoASH -> Acyl CoA + Carnitin

Carnitin có thể coi là chất vận chuyển acyl qua màng ty lạp thể vào trong chất nền là

nơi sẽ diễn ra quá trình oxy hoá acid béo

Hình 7.1 S ự vận chuyển Acid béo qua màng ty thể

trở lại mặt ngoài của ty thể (hình 7.1)

3.2.4 Quá trình ββββ - oxy hoá acid béo:

Quá trình được Knoop người Đức (1904) đề ra trong khi nghiên cứu về lipid, ông chú

ý đến số carbon chẵn của các acid béo, ông cho rằng muốn giữ được trạng thái "chẵn" đó thì

phân tử acid béo chỉ có thể thêm hoặc bớt bởi các sặp 2C mà thôi Kiểm chứng bằng cách cho chó thí nghiệm ăn các acid béo chứa số carbon chẵn và lẻ được đánh dấu bằng nhóm phenyl Trong quá trình chuyển hoá, nhóm phenyl không bị phá huỷ có thể tìm lại trong nước tiểu

Bằng cách đó, ông đã chứng minh được giả thiết của mình Ngày nay bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu người ta đã kiểm chứng được dễ dàng giả thiết của Knoop Ngoài quá trình β - oxy hoá, người ta còn thấy một số quá trình oxy hoá acid béo khác như quá trình α - oxy hoá v.v Nhưng những quá trình này không giữ vai trò chủ yếu

Các bước của quá trình β - oxy hoá acid béo như sau:

a) Oxy hoá l ần1: do enzyme acyl dehydrogenase có nhóm ghép là FAD+ lấy đi một cặp

H tạo thành liên kết đôi trong enoyl-CoA:

Cặp hydro từ FADH2 sẽ được chuyển vào chuỗi hô hấp tạo ra 2 ATP

b) H ợp nước: do enzyme hydratase, một phân tử nước được ghép vào vị trí Cβ

Enoyl - CoA β - Oxi Acyl CoA

c) Oxy hoá l ần 2: Do enzyme acyl dehydrogenase có nhóm ghép NAD+ oxy hoá ở vịtrí Cβ tạo thành liên kết ceto acyl CoA

NADH2 chuyển điện tử vào chuỗi hô hấp cho ra 3 ATP

d) T ạo acetyl-CoA: Do enzyme thiolase gắn CoASH vào Cβ tạo thành một acyl CoA

mới ngắn đi 2C, và một acetyl-CoA

Quá trình lại lặp lại, acid béo bị cắt dần thành các acetyl CoA Một chu trình quay đó,

tế bào thu được 2 cặp H+

: 1 cặp cho FAD+

, 1 cặp cho NAD+

và một phân tử acetyl CoA

Acetyl CoA đi vào chu trình Krebs để oxy hoá cho ra năng lượng Sơ đồ chu trình β -

oxy hoá acid béo như sau: ( Hình 7.2a,b)

Hình 7.2 a S ơ đồ quá trình ββββ oxy hoá acid béo

Hình 7.2b S ơ đồ vòng xoắn Lynen

Hi ệu quả năng lượng trong quá trình β - oxy hoá: ví dụ β - oxy hoá palmidyl - CoA (acid palmidic) 16C, tế bào thu được nguồn năng lượng như sau: có 7 vòng quay tạo ra 7 FADH2, 7NADH2 và 8 phân tử acetyl CoA:

7 FADH2 → 7 x 2ATP = 14 ATP

7NADH2 → 7 x 3ATP = 21 ATP

8 phân tử acetyl CoA đi vào chu trình Krebs cho ra 12 ATP x 8 = 96 ATP

Tổng cộng: 14 ATP + 21 ATP + 96 ATP = 131 ATP

Đối với các acid béo có một hoặc nhiều liên kết đôi, như acid oleic, acid linoleic quá trình β - oxy hoá diễn ra bình thường, các phân tử acetyl - CoA được tách dần ra, cho tới gần liên kết đôi Tới đây, tuỳ theo vị trí của liên kết mà cần đến sự tham gia hỗ trợ của các enzyme như enoyl-isomerase đẩy liên kết đôi về đúng vị trí cacbon ∝ - β và β - hydroxyacyl-epimerase chuyển đồng phân D sang dạng đồng phân L để thích ứng với hệ thống enzym β - oxy hoá

3.2.6 S ự oxi hoá các acid béo có số cacbon lẻ

Các acid béo lẻ cacbon được hình thành từ sự chuyển hoá của các acid amin như acid amin valin, leucin v.v tạo thành acid propionic (CH3- CH2 – COOH), acid valeric (CH3 - CH2

- CH2 - CH2 - COOH) Acid valeric được oxi hoá theo con đường β - oxy hoá tới dạng propionylCoA thì dừng lại Ở đây nó được enzym propionyl-carboxylase có nhóm ghép là biotin ghép thêm CO2 vào trở thành metylmalonyl CoA Chất này lại được enzym mutase

biến sang dạng thẳng là succinyl CoA Enzym này có nhóm ghép là dẫn xuất của VTMB12

Succinyl-CoA được đưa vào chu trình Krebs hoặc vào các chuỗi phản ứng chuyển hoá khác ví dụ tạo vòng porphirin, hoặc hoạt hoá thể ceton ở cơ v.v ( Hình 7.3)

Hình 7.3 Quá trình Carboxyl hoá propionyl CoA