chương viii trao đổi protein

Đồ thị về quá trình tích luỹ N ở một cơ thể động vật trong quá trình sống Động vật trưởng thành, hàng ngày đòi hỏi một lượng protein tối thiểu để bảo đảm đủ thay thế các mô bào, các hoạ

CH ƯƠNG VIII TRAO ĐỔI PROTEIN

1 Ý ngh ĩa của trao đổi protein ở động vật

Trao đổi protein giữ vị trí chủ đạo trong toàn bộ quá trình trao đổi vật chất ở sinh vật,

vì bất cứ hiện tượng sống nào cũng đều gắn liền trực tiếp với sự trao đổi protein Sự sinh

trưởng, phát dục của động vật có nội dung cơ bản là trao đổi protein Sự di truyền, biến dịcũng gắn trực tiếp hay gián tiếp đến trao đổi protein Cho nên để hiểu được hiện tượng sống

của sinh vật tiến tới chi phối được hiện tượng này theo hướng có lợi cho con người cần phải

hiểu sâu sắc về trao đổi protein

Protein quan trong đối với động vật xét theo 2 mặt:

Ý ngh ĩa về tạo hình: Protein là nền tảng, là loại chất chủ yếu để cấu tạo nên mọi mô bào

sinh dịch, đó là các chất có hoạt tính sinh học quan trọng như enzyme, các kháng thể, các hormone ; các mô bào như cơ, xương, máu, não, tuỷ Protein trong cơ thể động vật luôn luôn ở trạng thái động, trạng thái trao đổi, luôn luôn được đổi mới tức là ở trạng thái đồng hoá và dị hoá, đây là cơ sở của mọi sự phát triển ở động vật Bằng phương pháp nguyên tửđánh dấu, người ta đã biết được thời gian tồn tại của hồng cầu là 2-4 tháng, của enzyme amylase là 2 giờ, của bộ xương là 5-10 năm Chính vì vậy hàng ngày cơ thể luôn luôn đòi hỏi

một nguồn acid amin theo với thức ăn vào để bù đắp lại những bộ phận già cỗi đã bị thải bỏtrong quá trình dị hoá

Ý ngh ĩa về năng lượng: trong quá trình dị hoá một phần protein cũng bị oxy hoá để cho

năng lượng, 1g protein khi oxy hoá hoàn toàn cho ra 4,1 Kcal

2 Đặc điểm của trao đổi protein ở động vật

Trao đổi protein có một số đặc điểm khác với các trao đổi chất khác là:

2.1 V ấn đề chất lượng của protein: Ở động vật muốn có quá trình sinh trưởng và phát

dục bình thường thì phải có đầy đủ protein trong khẩu phần Đầy đủ protein phải hiểu trước

hết là về mặt chất lượng có nghĩa là thành phần các acid amin trong protein Ở nhiều động vật

nhất là động vật nông nghiệp và người khả năng tự tổng hợp một số acid amin bị hạn chế, nên những acid amin này bắt buộc phải được cung cấp theo khẩu phần Đối với đa số động vật

những acid amin này là: Tre, Met, Val, Phe, His, Try, Lyz, Leu, Ileu Số acid amin không thay thế này còn phụ thuộc vào giống, lứa tuổi, ví dụ Arg và Gly lại rất thiếu đối với gà con Đối

với loài nhai lại như trâu, bò, dê, cừu thì nhu cầu acid amin từ thức ăn không căng thẳng lắm

vì có hệ vi sinh vật cộng sinh ở đường tiêu hoá tổng hợp được tất cả các loại acid amin

Chất lượng ở đây còn được hiểu theo ý nghĩa về mặt tiêu hoá: dễ hay khó tiêu hoá, ví dụprotein trong sữa khác với trong gân, ở sữa sự tiêu hoá hầu như hoàn toàn, còn ở gân là rất ít

2.2 Quá trình h ấp thu: Các acid amin hấp thu qua vách ruột theo một tương quan số

lượng nhất định Ví dụ theo Wiliam tỷ lệ % thích hợp của các acid amin không thay thế đối

với lợn con cho quá trình hấp thu (tính % theo lyzin) như sau:

Lyz: 100; Try: 9; Met và Cys: 34; His: 33; Val: 12;

Tre: 45; Leu: 85; Tyr và Phe: 78; Ileu: 47

Tỷ lệ tương quan này khi bị mất cân bằng thì có hai khả năng:

Cơ thể có thể điều lượng acid amin thiếu vào ruột để bù đủ tương quan về số lượng cho

việc hấp thu được hết acid amin Những acid amin đó người ta gọi là nguồn ni tơ nội sinh

Nguồn ni tơ nội sinh này bao gồm những sản phẩm của cơ thể như các enzyme của đường tiêu

hoá (aminase ), các bạch cầu

Nếu cơ thể không bù đắp được thì những acid amin "thừa" (thừa thiếu) không được hấp

thu sẽ bị thải ra ngoài vì khả năng bù đắp của cơ thể cũng có hạn

Đây chính là cơ sở của việc bổ xung thức ăn trong xây dựng khẩu phần ăn cho gia súc,

đó chính là sự bổ xung các acid amin thiếu trong thức ăn, bằng cách đó đã nâng cao được chất

lượng thức ăn, biến thức ăn rẻ tiền thành thức ăn có giá trị

2.3 C ơ thể không dự trữ được protein: Mỗi cơ thể chỉ sử dụng protein tới một mức độ

nhất định, nếu thừa nó sẽ bị thải ra ngoài dưới dạng ure, uric hoặc bị biến đổi sang dạng

đường, lipid để dự trữ Quá trình tích luỹ protein chỉ có ở động vật non, động vật mới ốm dậy

Người ta đưa ra khái niệm về cân bằng nitơ như sau: Cân bằng nitơ là xét số lượng nitơ đưa

vào cơ thể (theo thức ăn, nước uống ) và số lượng nitơ bài tiết ra ngoài cơ thể theo phân,

nước tiểu, mồ hôi trong một khoảng thời gian nhất định

Trong quá trình sống của động vật có ba trạng thái:

Cân bằng dương: Σ N đưa vào cơ thể > Σ N đưa ra khỏi cơ thể Hiện tượng này có ở

động vật non, động vật mới ốm dậy, động vật có chửa

Cân bằng: Σ N đưa vào cơ thể = Σ N đưa ra khỏi cơ thể Hiện tượng này có ở động vật

trưởng thành (người 24-45 tuổi)

Cân bằng âm: Σ N đưa vào cơ thể < Σ N đưa ra khỏi cơ thể Hiện tượng này có ở động

vật già, suy thoái, đang ốm

Hình 8.1 Đồ thị về quá trình tích luỹ N ở một cơ thể động vật trong quá trình sống

Động vật trưởng thành, hàng ngày đòi hỏi một lượng protein tối thiểu để bảo đảm đủ

thay thế các mô bào, các hoạt chất như enzyme, hormone, kháng thể đã già cỗi Lượng

protein tối thiểu đó người ta gọi là protein minimum Số lượng này khác nhau ở các động vật,

nhưng nhìn chung vào khoảng 1g/1kg khối lượng/1ngày Lý do sinh vật không dự trữ protein

là vì mỗi sinh vật trong quá trình tiến hoá trong môi trường sinh thái đã có kích thước nhất

định, vì protein là nền tảng của cấu tạo mô bào, tế bào nên protein không thể tích luỹ vô tận,

nó sẽ làm phá vỡ kích thước đã được cố định đó của sinh vật

3 Tiêu hoá và h ấp thu protein

Protein nói chung được đưa vào cơ thể thông qua con đường tiêu hoá Trong ống tiêu

hoá những protein nào có tính dễ hoà tan trong nước thì khả năng tiêu hoá cao như globulin,

albumin của trứng, sữa, còn những protein nào kém hoặc không hoà tan trong nước thì tiêu hoá hoá khó khăn hoặc không tiêu hoá được như protein của gân, dây chằng

* Ở xoang miệng: không có enzyme tiêu hoá protein, ở miệng protein chỉ chịu tác động

cơ học (tuy nhiên ở miệng có peptidase của VSV cư trú trong xoang miệng, chúng phân huỷprotein thành những chất có mùi hôi)

* Ở dạ dày: Đây là khu vực tiêu hoá protein mạnh nhất, vì ở đây có đủ điều kiện tối ưu

để tiêu hoá protein đó là:

pH =1,5-2,5 Môi trường acid này là do tế bào phụ tiết HCl, độ pH này có tác dụng là môi trường sát trùng tốt, hầu hết các tạp trùng bị tiêu diệt trong môi trường này; làm chương

nở protein làm cho các liên kết peptide dễ bị enzyme tác động, một số liên kết peptide bị thuỷphân ngay ở môi trường acid này, nên ở những động vật vì lý do nào đó mà ảnh hưởng tới độ

pH này thì sẽ ảnh hưởng tới sự tiêu hoá protein, đặc biệt ở động vật non đang bú sữa mẹ, người ta phải cho uống thêm dịch vị nhân tạo HCl còn có tác dụng hoạt hoá enzyme pepsinogen

Enzyme pepsin: do tế bào chính ở thân vị tiết ra, khi mới tiết ra ở dạng pepsinogen chưa có hoạt tính, có khối lượng phân tử 42.000 dalton, nó bị che phủ bởi một peptide có khối

lượng phân tử 7.000 dalton (hình 8.2) Dưới tác dụng của H+

đoạn peptide này bị cắt đi, giải phóng trung tâm hoạt động, trở thành pepsin hoạt động Khi hoạt động nó lại hoạt hoá pepsinogen, quá trình này mạnh hơn do H+

Pepsin có hoạt lực phân giải protein cao nhất trong các enzyme tiêu hoá protein (2gam/1 giờ phân giải được 50kg lòng trắng trứng)

Hình 8.2 Mô hình v ề pepsinogen

Pepsin là enzyme peptidase nội, nó cắt liên kết peptide ở giữa phân tử tạo thành các đoạn peptide và cắt liên kết peptide đặc hiệu, liên kết peptide có các acid amin mạch vòng Tuy nhiên nếu đủ thời gian thì tất cả các liên kết peptide đều bị cắt

Chimozin (Rennin): là enzyme có ở động vật non trong giai đoạn bú sữa Tác dụng chính của enzyme này là làm đông vón caseinogen thành caseinoat Ca++ để lưu lại ở dạ dày cho pepsin tác dụng

Dạ dày cũng là protein nhưng không bị pepsin phân giải, đó là do niêm mạc dạ dày được phủ bởi một lớp polisacarid (mucoproteid), mặt khác pH của mô dạ dày là 7,3 không

phù hợp với hoạt động của pepsin, ngoài ra nó còn bị chi phối bởi hệ thần kinh Những hoạt động thần kinh căng thẳng và kéo dài thường dẫn đến đau dạ dày

* Ở ruột non: Môi trường ở đây là kiềm pH=8-9 HCl từ dạ dày đưa xuống bị trung hoà

bởi các bicarbonat do dịch tuỵ tiết ra:

NaHCO3 + H+ - > Na+ + H2CO3

Các enzyme tiêu hoá protein ở đây do tuyến tuỵ tiết ra là chủ yếu, một phần do tuyến

ruột tiết ra

Tuy ến tuỵ tiết ra các enzyme sau:

Trypsinogen: Trypsinogen có khối lượng 23.000 dalton chưa có hoạt tính, dưới tác

dụng của enterokinase do tuyến ruột tiết ra nó được hoạt hoá thành trypsin có hoạt tính

Hình 8.3 C ấu trúc phân tử trypsinogen

Trong trypsinogen His bị dây nối phụ kéo lệch khỏi vị trí trung tâm hoạt động xa Ser (hình 7.3) Dưới tác dụng của Entero kinase cắt liên kết Lyz-Val và các liên kết phụ làm cho His trở về trung tâm hoạt động Khi hoạt động trypsin lại có tác dụng hoạt hoá trypsinogen Trypsin cắt liên kết giữa của chuỗi peptide và liên kết có chứa các acid amin kiềm tính, tuy nhiên nếu có đủ thời gian thì nó cũng cắt hết tất cả các liên kết còn lại

Chimotrypsinogen: khi mới tiết ra ở trạng thái chưa hoạt động, phân tử gồm 246 acid amin, có 5 cầu disunfid (hình 8.4) Khối lượng phân tử 21.000 dalton, nó được hoạt hoá bởi Trypsin Quá trình hoạt hoá như sau:

Hình 8.4 C ấu trúc của chimotrypsin

Trypsin cắt liên kết peptide 14-15, chimotrypsinogen chuyển thành π chimotrypsin có hoạt lực nhưng cấu trúc không bền và hoạt lực yếu

Trypsin cắt liên kết peptide 114-115 (Ser và Arg), chimotrypsinogen chuyển thành βchimotrypsin không có hoạt lực

Trypsin cắt liên kết peptide 148-149 (Tre và Asp) chimotrypsinogen tạo thành 3 đoạn peptide nối với nhau bằng 5 liên kết disunfid chuyển thành α chimotrypsin có hoạt lực cao và

bền vững trong môi trường base và acid Chimotrypsin có tác dụng cắt liên kết peptide tạo bởi acid amin mạch vòng, Leu, ILeu và Met

Carboxyl peptidase: khi mới tiết ở dạng pro carboxyl peptidase chưa có hoạt tính, nó được hoạt hoá bởi trypsin và chimotrysin tạo thành 2 dạng hoạt động A và B Chúng có tác dụng cắt liên kết peptide ở đầu có nhóm carboxyl (-COOH) Dạng A cắt liên kết peptide phía –COOH tạo bởi acid amin trung tính, dạng B cắt liên kết peptide phía –COOH tạo bởi acid amin kiềm tính Đặc điểm của enzyme này là hoạt động phải có Zn++

tham gia, Zn++ là cầu nối

giữa enzyme với cơ chất (hình 8.5)

Liên kết peptide được cắt

O N

H C

H R'

CH2COO- Zn2+

Enzyme carboxyl peptidase

Hình 8.5 Zn 2+ là c ầu nối giữa enzyme với cơ chất Vách ru ột tiết ra các enzyme:

Enterokinase có tác dụng hoạt hoá trypsinogen do tuyến tuỵ tiết ra

Amin peptidase có tác dụng cắt liên kết peptide từ phía các acid amin dư nhóm NH2

Dưới tác dụng của các enzyme kể trên protein được phân giải thành các acid amin Đối với nhóm nucleoproteid do enzyme nuclease phân giải, bao gồm: Ribonuclease phân giải RNA và desoxiribose phân giải DNA thành nucleotide Nucleotidase phân giải nucleotide thành các base, đường và phot phat

Sự tiêu hoá protein phụ thuộc vào chất lượng protein và trạng thái đường tiêu hoá Trong điều kiện bình thường, protein của sữa tỷ lệ tiêu hoá đạt 95-97%, thịt nạc 80-85%, gân dây chằng rất ít

Phần lớn các acid amin được hấp thu qua vách ruột khá dễ dàng, phần còn lại không được hấp thu cùng với protein không được tiêu hoá sẽ chuyển xuống ruột già, ở đây nó bịphân huỷ do VSV của ruột già Sự hấp thu các acid amin qua vách ruột theo nhiều cơ chế, chủ

yếu là cơ chế tích cực đòi hỏi năng lượng của ATP Cách thứ hai là dưới dạng γ-Glutamin- acid amin

Trong điều kiện bình thường peptide, protein không được hấp thu qua vách ruột, nguyên nhân là do ý nghĩa sinh học của nó Bình thường cơ thể có các phản ứng miễn dịch, là phản ứng chống lại các dị vật là protein Vì protein là chất mang sự sống, nó có thể là virut, vi khuẩn nên cơ thể phải cảnh giác với những dị vật này và trong quá trình tiến hoá đã sinh ra các kháng thể miễn dịch, đó là những protein có khả năng chống lại các dị vật trên (các kháng nguyên), đây là phản ứng tự vệ của cơ thể Khi protein phân giải thành các acid amin nó không còn tính đặc trưng sinh học nữa mới được hấp thu Có hai trường hợp ngoại lệ:

Nếu uống thật nhiều lòng trắng trứng thì trong nước tiểu phân tích thấy có chất này, sựhấp thu này là bị động, cơ thể bị trúng độc, nó được đào thải ra ngoài qua nước tiểu

Trường hợp gia súc sơ sinh trong tuần lễ đầu nó hấp thu kháng thể ở sữa đầu của mẹ(hấp thu chủ động), đây là cách truyền kháng thể của mẹ cho con Trong sữa đầu của mẹ có rất nhiều kháng thể, đặc biệt là nhóm IgA là kháng thể gây miễn dịch cục bộ Trong sữa đầu còn có chất ức chế trypsin nên kháng thể không bị phân giải Việc hấp thu kháng thể theo con đường ẩm bào Gia súc sơ sinh rất cần bú sữa đầu, nếu không tỷ lệ tử vong sẽ cao Sau tuần lễđầu thì khả năng này sẽ bị hết

Acid amin được hấp thu qua vách ruột vào tĩnh mạch, qua tĩnh mạch cửa về gan rồi theo hệ tuần hoàn đến các mô bào hoặc gan sử dụng để tổng hợp nên protein của cơ thể

4 S ự chuyển hoá trung gian của acid amin

Acid amin sau khi được hấp thu được đưa vào máu, một phần sẽ được giữ ở gan, một phần sẽ được chuyển tới các cơ quan, các mô bào khác Lượng acid amin đó cùng với số acid amin hình thành trong quá trình phân giải đổi mới của mô bào, hàng ngày hợp thành lượng acid amin chung được đưa vào vòng chuyển hoá Lượng này nhiều hay ít là tuỳ loài sinh vật,

tuỳ trạng thái trao đổi chất của cơ thể Cách chuyển hoá của acid amin có thể theo hai hướng:

Hướng thứ nhất là dùng vào quá trình sinh tổng hợp thành peptide, protein, trong đó

thường xuyên nhất là sinh tổng hợp enzyme, kháng thể và hormone

Hướng thứ hai là chuyển hoá phân giải, thông qua con đường này acid amin bị mất nitơ

biến thành các cetoacid và được chuyển hoá, oxy hoá đến dạng CO2 và H2O, đồng thời giải phóng ra năng lượng dùng cho các nhu cầu sống của cơ thể Ni tơ được bài tiết ở đây chủ yếu

dưới dạng muối amon, ure và acid uric

4.1 S ự phân giải acid amin

Trong cơ thể động vật acid amin có thể bị phân giải thông qua 3 phản ứng điển hình là phản ứng khử amin, phản ứng chuyển amin và phản ứng khử carboxyl Nguồn acid amin đi vào con đường phân giải chủ yếu là từ các acid amin nội sinh (từ các hormone, enzyme, các

kháng thể hoặc từ các tế bào già cỗi bị phân giải do hệ thống catepsin nằm trong lyzoxom), còn từ thức ăn là rất ít

4.1.1 Ph ản ứng khử amin

Phản ứng này được tiến hành mạnh ở gan, vách ruột Trong phản ứng này acid amin bịphân giải thành các cetoacid và amiac Trong giới sinh vật có nhiều cách thực hiện phản ứng khử amin, còn trong mô bào động vật thì con đường khử amin theo con đường oxy hoá dưới tác dụng của nhóm enzyme oxydase Đối với acid amin hàng D thì có coenzyme là FAD+

, đối với acid amin hàng L thì coenzyme là FMN+

Phản ứng diễn ra như sau:

chục acid amin

S ự khử amin thuận nghịch của acid glutamic:

Acid glutamic có vai trò đặc biệt quan trọng trong trao đổi protein, enzyme thực hiện

phản ứng khử amin của nó là glutamat dehydrogenase có nhóm ghép là NAD+

hoặc NADP+

Đây là enzyme bố trí ở trong ty lạp thể, có hoạt lực cao ở gan và tuyến thượng thận Phản ứng

như sau:

Ý nghĩa của phản ứng: là phản ứng có tính thuận nghịch cao, thông qua phản ứng nghịch là con đường amin hoá các hợp chất hữu cơ, biến NH3 là chất độc đối với cơ thể thành

sản phẩm có giá trị (phản ứng là cửa ngõ để đưa chất vô cơ NH3 vào thế giới hữu cơ) Phản ứng theo chiều nghịch chủ yếu xảy ra ở thế giới thực vật và VSV

Phản ứng theo chiều nghịch là cơ chế giải quyết lượng NH3 khi cơ thể bị trúng độc

kiềm

Vai trò của acid glutamic trong trao đổi acid amin là rất lớn, acid glutamic là chất khởi thuỷ của các acid amin, nó đóng vai trò cung cấp nhóm amin chủ yếu cho quá trình tổng hợp các acid amin khác thông qua phản ứng chuyển amin

Đối với một số acid amin đặc biệt như SER, CYS, TRE, HIS, TRY, ASP phản ứng khửamin của chúng đi theo con đường khử nước Enzyme thực hiện phản ứng này là dehydrogenase có nhóm ghép là phospho piridoxal là dẫn xuất của VTM B6

CH2OH

N

CH2HO

H3C

O P O E

OH O

và vi sinh vật có khả năng tạo nên các acid amin mới Khả năng này cũng có ở mô bào động

vật, tuy nhiên ở đây có hạn chế hơn Phản ứng này diễn ra mạnh ở gan, vách ruột Phản ứng được thực hiện bởi hệ thống enzyme đặc biệt gọi là transaminase (còn gọi là amin ferase) Đây là nhóm enzyme phức tạp có kích thước phân tử khá lớn (255acid amin ≈ 25.500 dalton),

có nhóm ghép cũng là phosphopiridoxal Sơ đồ phản ứng như sau:

Acid amin Cetoacid Cetoacid mới Acid amin mới

Đây là phản ứng thuận nghịch, trong cơ thể động vật chất cho amin thường là những acid amin cần khử amin, chất nhận thường là α- cetoglutarat, trong trường hợp cần tổng hợp các acid amin thì chất cho amin thường là acid glutamic

Cơ chế của phản ứng thực hiện qua chất trung gian là kiềm shiff (hình 8.6)

Trong cơ thể động vật có hai cặp phản ứng chuyển amin thực hiện khá mạnh, đó là:

Cặp thực hiện bởi enzyme Glutamat - Oxaloaxetat - Transaminase (GOT)

Cặp thực hiện bởi enzyme Glutamat - Pyruvat - Transaminase (GPT)

ý nghĩa trong chẩn đoán bệnh về tim và gan Hoạt lực hai enzyme này trong máu là hoạt lực

của enzyme do tế bào bị vỡ, có hai khả năng bị vỡ, có thể mô bào phát triển mạnh thì tế bào

cũ bị vỡ nhiều như trong trường hợp ung thư, hoặc có khả năng bị vỡ do bệnh lý như trường

hợp bị hoại tử Vì vậy khi xét nghiệm thấy hoạt lực GOT tăng cao thì nghi có bệnh về tim (enzyme này có nhiều ở tim), nếu GPT tăng thì nghi có bệnh về gan (enzyme này có nhiều ởgan)

4.1.3 Ph ản ứng khử carboxyl

Phản ứng này thực hiện bởi hệ thống enzyme decarboxylase cũng có nhóm ghép là phospho piridoxal, enzyme này có tính đặc hiệu cho từng loại acid amin Sơ đồ phản ứng nhưsau:

Acid amin Amin hữu cơ

Quá trình khử carboxyl diễn ra ở tất cả các mô bào với cường độ biến đổi khác nhau Các acid amin sau khi biến thành các amin tương ứng, trừ vài trường hợp còn nói chung đều

có có hoạt tính sinh học cao, một số chất còn có hoạt lực dược học và có vai trò quan trọng đối với hoạt động sống cuả cơ thể Ví dụ:

Sự biến đổi của Tyrosine:

Tyrosine Tyranin Nor adrenalin Adrenalin

Adrenalin và Nor adrenalin là hormone của tuyến thượng thận

Sự biến đổi của Tryptophan:

Serotonin và melatonin là hormone của tuyến tùng điều khiển về tính dục, là "con mắt

thứ ba" gây sinh đẻ theo mùa, nó nhận cảm về ánh sáng ngày ngắn, ngày dài

Sự biến đổi của Histidin:

Histamin là chất kích thích mạnh lên tế bào thần kinh gây cảm giác đau Ở các mô liên

kết có các tế bào phì đại có các túi chứa histidin Khi bị viêm, bị vấp ngã, các túi này vỡ giải phóng histidin, histidin bị enzyme decarboxylase tác động tạo ra histamin gây nên đau đớn

Nếu lượng hidamin quá lớn gây nên hiện tượng choáng ngất Histamin còn gây nên hiện

tượng dị ứng (nọc ong và một số vỏ cây có các chất có tác dụng hoạt hoá enzyme decarboxylase của histidin tạo nên histamin nên gây đau, dị ứng) Với lượng nhỏ histamin có

dược tính làm tăng co bóp cơ trơn, giãn mạch quản và tăng tính thấm của thành mạch quản, gây giảm huyết áp, trong sản khoa có thể dùng nó để trợ lực co bóp cơ tử cung

Sự biến đổi của Acid glutamic:

Decarboxylase

Acid glutamic - > γ -amin butylic acid (GABA)

GABA là chất đóng vai trò quan trọng trong điều hoà hoạt động thần kinh trung ương

Nó ức chế sự dẫn truyền ở xinap Vì lý do nào đó mà enzyme decarboxylase của acid glutamic không đủ hoặc thiếu acid glutamic, làm lượng GABA thiếu, không gây ức chế được

sẽ gây nên loạn thần kinh, nhẹ là mất ngủ, ngược lại nếu GABA sinh ra quá nhiều thần kinh ở

Nhìn chung các amin hữu cơ đều có hoạt tính sinh học ở mức độ khác nhau Nếu ở nồng

độ thích hợp thì nó là các dược liệu quý

Các amin hữu cơ sau khi hết tác dụng sẽ được thoái hoá theo con đường khử amin và oxy hoá nhờ enzyme mono amin oxydase để tạo NH4+ và aldehydeyd Các aldehydeyd tiếp

tục oxy hoá để tạo thành acid cacboxylic và tiếp tục oxy hoá thành CO2 và H2O

5 S ự thối rữa của protein ở ruột già do vi khuẩn

Tuỳ theo khẩu phần, tuỳ loại thức ăn mà lượng protein bị thừa đến ruột già ít nhiều khác nhau Tỷ lệ này còn phụ thuộc vào hoạt động của enzyme tiêu hoá, sự hấp thu và bệnh đường

ruột Trong ruột già số lượng vi khuẩn rất lớn (1g phân trung bình có 17 tỷ vi khuẩn), trong

đó có nhiều chủng loại khác nhau, nhiều nhất là E.coli Người ta chia vi khuẩn ruột già làm 2 nhóm:

Nhóm vi khuẩn có ích: giúp cho cơ thể sản sinh một loạt các chất cần thiết, nhất là vitamin nhóm K, E Đối với trâu bò, ngựa, thỏ, ngỗng còn đóng vai trò phân giải cellulose thành acid béo bay hơi và vitamin nhóm B cho cơ thể Qúa trình này diễn ra ở manh tràng Nhóm vi khuẩn có hại: trong điều kiện bình thường nhóm vi khuẩn này ở trạng thái bị

ức chế nên nó không gây hại Khi bị rối loạn thức ăn nó hoạt động mạnh và gây hại Đối với thức ăn protein, tất cả các hoạt động của vi khuẩn đều gây hại, vì nó sản sinh ra các chất độc

như cadaverin, putrescin, indol, scatol, phenol Những sản phẩm này thấm qua vách ruột vào máu gây độc cho cơ thể Cơ thể đối phó bằng cách trung hoà độc tính của nó ở gan Gan là cơquan khử độc các chất này Ở đây các chất này bị oxy hoá sau đó được ghép với H2SO4 hoặc với acid glucoronic tạo thành các hợp chất kép không độc và được thải ra ngoài qua nước tiểu (hình 8.7) Các hợp chất kép định lượng qua nước tiểu có tên là indican, hàm lượng indican đánh giá khả năng tiêu hoá hấp thu protein của cơ thể

H

N H

CH3O N

H

CH3

N H

OH

N H

CH3OH

Scatoxyl

Indolsulfuric

Scatoxylglucoronic

Hình 8.7 S ơ đồ chuyển hoá của Indol

6 S ự bài tiết các chất cặn bã chứa nitơ

Trong quá trình phân giải acid amin cũng như một số sản phẩm chứa nitơ khác như các base purin, pirimidin amiac thường xuyên được hình thành, đó là những chất độc, do đó cơthể phải thường xuyên giải quyết sự ứ đọng amiac Cách bài tiết chất cặn bã này khác nhau ởcác sinh vật Ở loài sinh vật có cấu tạo thô sơ như amid và sống trong môi trường nước thì amiac bài tiết trực tiếp ra tế bào dưới dạng ion amoni (NH4+) Ở những sinh vật có cấu tạo

phức tạp và môi trường nước bắt đầu bị hạn chế như động vật cao đẳng sống trên cạn thì NH3

trước khi bài tiết phần lớn được chuyển sang dạng hợp chất ure, gọi là động vật bài tiết ure

Một số động vật trong quá trình phát triển có trải qua giai đoạn phát triển trong trứng

là môi trường hết sức hạn chế về nước, hơn nữa hình thức di chuyển lại là bay thì sản phẩm bài tiết chứa nitơ chủ yếu là acid uric (vì uric kém hoà tan trong nước)

Ure Acid uric

Ở động vật có vú sản phẩm bài tiết chứa nitơ gồm nhiều dạng, trong đó chủ yếu là ure (chiếm 90% sản phẩm chứa nitơ trong nước tiểu), bên cạnh ure còn có các muối amon nhưsunphat amon, oxalat amon, phosphate amon, những muối này hình thành ngay ở tế bào thận,

một phần acid uric và sản phẩm phân giải của nó là alantoin

OH

OH

HO

6.1 S ự vận chuyển amiac trong cơ thể

Tất cả các mô bào, các tế bào đều có hình thành nên amiac Từ mô bào nó được chở tới gan và thận dưới dạng glutamin Quá trình hình thành glutamin được thực hiện bởi enzyme glutamin syntetase:

Acid glutamic Glutamin

Glutamin chiếm 1/5 tổng số nitơ phi protein trong máu, ở dạng này chúng được chở tới gan, thận để tổng hợp nên các sản phẩm bài tiết

Amiac là chất độc đối với tế bào, đặc biệt là tế bào thần kinh vì khi ứ đọng nó làm thay đổi pH của môi trường bào tương, gây trạng thái kiềm, mặt khác nếu lượng amiac quá lớn,

lượng α-cetoglutarat bị huy động quá nhiều làm tắc chu trình Krebs làm tế bào thiếu năng lượng

Nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ hiệu ứng độc lớn nhất của NH3 trong não bao gồm sựthay đổi pH của tế bào và làm cạn kiệt cơ chất của chu trình Krebs Dạng mang proton của amonium (NH4+) có tính acid yếu và dạng không mang proton có tính base mạnh Khi chuyển hoá tạo nhiều NH4+ sẽ gây nên Kiềm hoá dịch tế bào

Ở gan và thận glutamin được sử dụng vào các mục đích sau:

Chuyển amin cho các cetoacid để tạo ra các acid amin mới

Chuyển amin để tạo các base purin, pirimidin

Giải phóng NH3để tổng hợp ure, quá trình này được thực hiện ở gan

Giải phóng NH3để tạo các muối amon và bài tiết Quá trình này thực hiện ở thận Ở đây

Na+được giải phóng ra khỏi muối của nó và được tế bào thận hấp thu trở lại nhường chỗ cho

NH4+

NH4+ + NaHCO3 - > Na+ + NH4 HCO3

6.2 S ự tổng hợp và bài tiết ure (chu trình Ornitin)

Quá trình tổng hợp ure được thực hiện ở ty lạp thể của tế bào gan của động vật có vú, động vật ở cạn Quá trình này được thực hiện bởi một hệ thống enzyme hoạt động liên hoàn với nhau gọi là chu trình ornitin bao gồm các phản ứng sau:

1 Tạo carbanyl phosphate do enzyme carbanyl phosphate syntetase

C = O

NH2

O - P = OCO2 + NH3

2AIP 2ADP+Pi

Carbanyl p.syntetase OH

OHCarbanyl photphat

2 Tạo xidrulin do enzyme ornitin carrbanyl phosphate transferase

NH2

C = O

NH2

NH (C H2)3

CH - NH 2COOH

+

O rnitin

X itrulin -H3PO 4

3 Ghép thêm NH3 từ acid aspartic do enzyme argino succinat syntetase

4 Phản ứng tạo arginin do enzyme arginosuccidase

5 Tạo ure do enzyme arginase ( enzyme này chỉ có ở tế bào gan động vật bài tiết ure)

Ure hình thành ở gan được đưa ra máu và được bài tiết chủ yếu qua nước tiểu, do đó trong máu bao giờ cũng có một lượng ure đang di chuyển nhất định, lượng này thay đổi ở các loài động vật, nhìn chung chúng chiếm khoảng 1/2 nhóm nitơ phi protein, tỷ lệ này ở động vật

ăn thịt cao hơn động vật ăn cỏ Ure chiếm gần 90% lượng nitơ của nước tiểu Một phần ure được bài tiết qua mồ hôi, qua nước bọt Ở người và ngựa ure bài tiết qua mồ hôi khá lớn Động vật nhai lại ure nước bọt có ý nghĩa lớn vì tới dạ cỏ nó được phân giải thành amiac, amiac lại được VSV dạ cỏ chuyển hoá thành acid amin và thành protein của bản thân tế bào VSV VSV lại là nguồn protein cho loài nhai lại, đây là chu trình chuyển hoá khép kín của nitơ ở loài nhai lại, nhờ vậy tiết kiệm được nguồn nitơ

6.3 S ự bài tiết acid uric

Acid uric là dạng bài tiết chất cặn bã chứa nitơ chủ yếu của gia cầm, các loài chim, bò sát, nhuyễn thể Acid uric còn có thể là dẫn xuất

trực tiếp của quá trình chuyển hoá base purin Nguồn gốc nitơ trong acid uric đều xuất phát từ NH3 do sự chuyển và khử amin (hình 8.8)

Hình 8.8 Ngu ồn gốc N trong acid uric

Sự chuyển hoá từ adenin:

Sự chuyển hoá từ guanin:

Acid uric là một chất kém hoà tan trong nước nên khi bài tiết nó thường ở trạng thái huyễn dịch, chất trắng trong phân gia cầm là dạng muối của acid uric Acid uric cũng có ở

nước tiểu của động vật có vú, nhưng ở đây nó chỉ là sản phẩm hết sức phụ của sự chuyển hoá base purin

Trừ loại linh trưởng còn tất cả các loài động vật có vú khác còn bài tiết nitơ dưới dạng alantoin là sự chuyển hoá của acid uric dưới tác dụng của enzyme uriase Phản ứng như sau:

Alantoin còn có thể bị vỡ ra thành 2 phân tử ure và acid oxalic ( COOH – COOH)

Khi bị rối loạn trao đổi aciduric, aciduric bị ứ đọng trong máu nó sẽ liên kết lại thành

hạt đọng lại ở các khớp sụn gây nên bệnh gut Acid uric thường đọng ở khớp ngón chân, ngón tay, ở dái tai, ở bể thận, nếu ở bể thận thì có thể gây sỏi thận

Ở loài nhện sự bài tiết nitơ là guanin, ở cá mè là acid trimetyl aminoacid:

N

CH3

H3C

CH3O

7 Chuy ển hoá của các protein phức tạp

7.1 S ự chuyển hoá của hemoglobine

Trong phần này chúng ta chỉ xem xét sự thoái hoá hemoglobine và sự hình thành sắc tố mật Các khía cạnh này rất hay được đề cập trong thực tế

Đời sống trung bình của hồng cầu ở các sinh vật là khác nhau: ở người là 126 ngày, thỏ, mèo là 45-68 ngày, lợn 62-71 ngày, chó là 107 ngày và ở gà là 28 ngày Hồng cầu bị phân

giải do già hoặc do ảnh hưởng của ngoại cảnh (tác động cơ học, vấp, ngã ) Nơi phân huỷ

hồng cầu là gan và lách ( khi bị sốt rét, lách làm việc quá sức nên bị sưng, gây báng bụng, da

bị vàng do hồng cầu vỡ nhiều, sắc tố mật tràn ra niêm mạc gây hoàng đản)

Ở gan và lách tế bào thực bào làm vỡ màng hồng cầu, hemoglobine giải phóng bị cắt

một dây nối metyl (= CH -) tạo thành verdoglobin Nếu hồng cầu bị vỡ ở máu thì verdoglobine sẽ kết hợp với haptogobin (yếu tố vận chuyển nằm trong tiểu phần β-globulin)

để vận chuyển tới gan hoặc lách Ở gan và lách haptoglobine được tách ra

Quá trình ở gan: ở gan globin được tách ra khỏi verdoglobine và vào con đường

chuyển hoá của protein Fe+2

tách ra được liên kết với globulin tạo thành feratin và được đưa

ra máu mang tên là transferin rồi chuyển tới tuỷ xương để tổng hợp nên hồng cầu mới

Vòng pocfirin đã vỡ, dưới tác dụng của enzyme oxygenase bị mở ở Cα giải phóng CO, tách Fe+2 và nước với sự tham gia của CO2, NADPH2để tạo thành biliverdin có màu xanh ve, đây là yếu tố tạo nên sắc tố mật Chất này chiếm 15-20% khối lượng khô của mật người

Biliverdin tác dụng với NH2 tạo thành bilirubin Hai chất biliverin và bilirubin không hoà tan trong nước mà hoà tan trong lipid, là chất độc đối với cơ thể, nó ức chế thần kinh mê tẩu và kích thích các mút thần kinh Vì lý do nào đó mà các chất này bị ứ đọng ở gan, sẽ tràn vào máu làm các niêm mạc nhiễm màu vàng gây chứng hoàng đản Tại gan chúng được gan

khử độc bằng cách gắn vào đó acid glucoronic biến thành phức hợp bilirubin-glucoronic không độc, dễ hoà tan trong nước để bài tiết

Phức hợp bilirubin-glucoronic được đưa ra ruột theo ống mật tới ruột già, ở đây chúng được vi khuẩn ruột già phân giải thông qua phản ứng oxy hoá - khử tạo thành mesobilinogen không màu Mesobilinogen chuyển hoá theo hai con đường:

Một phần tạo thành stercobilinogen màu vàng theo phân ra ngoài, gặp không khí chúng

bị oxy hoá thành stercobilin có mầu thâm (hình 8.9)

Một phần thấm qua vách ruột vào máu được đưa tới thận, ở đây chúng chuyển thành urobilin có màu vàng theo nước tiểu ra ngoài

Quá trình ở lách: ở lách quá trình được chuyển đến dạng biliverdine thì được chuyển

về gan khử độc

7.2 R ối loạn chuyển hoá Hemoglobine

Bình thường, hàm lượng bilirubin huyết thanh khoảng dưới 1mg/100ml (0,2 – 0,8mg) chủ yếu dưới dạng tự do, còn dạng liên hợp chỉ ở dạng vết

Trong các trường hợp bệnh lý, bilirubin huyết thanh có thể lên tới trên 20mg% Nếu bilirubin liên hợp tăng thì nó sẽ khuếch tán qua thành liên kết ra các tổ chức đặc biệt là da và niêm mạc gây vàng da vì bilirubin liên hợp tan trong nước Nếu tăng bilirubin tự do làm vượt quá khả năng kết hợp của albumin huyết thanh, phần bilirubin còn lại sẽ tách khỏi thành liên kết và khuếch tán vào các mô và cũng vì thế gây sự lắng đọng bilirubin ở các mô chủ yếu là

da và niêm mạc gây vàng da Như vậy vàng da có thể do bilirubin tự do, cũng có thể do bilirubin liên hợp và vàng da được xếp theo 3 nhóm chính sau:

Vàng da do nguyên nhân tr ước gan: Mọi trường hợp tan huyết hay hồng cầu bị phá huỷ

hàng loạt đều làm tăng thoái hoá hemoglobine và dẫn đến tăng bilirubin tự do Khi bilirubin

tự do tăng mà gan không liên hợp hết thì dẫn đến kết quả là bilirubin toàn phần tăng nhưng

tăng chủ yếu là bilirubin tự do Trong trường hợp này nước tiểu không có bilirubin tự do (vì không tan trong nước) Sự tạo thành một lượng lớn urobilinogen và Stercobilinogen trong máu dẫn đến tăng urobilinogen trong nước tiểu và tăng Stercobilinogen trong phân

Vàng da do nguyên nhân t ại gan: trong trường hợp viêm gan do virus, tổn thương tế bào

nhu mô gan làm chức năng gan bị giảm Trong đó có chức năng liên hợp với bilirubin làm cho bilirubin tự do trong máu tăng Đồng thời khi viêm gan các nhu mô gan bị phù nề và gây chèn

ép các vi quản mật gây tắc mật làm cho bilirubin liên hợp không xuống mật và ruột, trào vào máu gây tăng cả bilirubin liên hợp Như vậy, khi bị viêm gan thì bilirubin toàn phần của huyết thanh tăng cao cả dạng tự do lẫn dạng liên hợp Nước tiểu trong trường hợp này có bilirubin liên hợp hay sắc tố mật, urobilinogen có thể tăng trong nước tiểu vì trong các vi quản mật urobilinogen cũng bị ứ đọng ở gan và tràn vào máu ra nước tiểu Stercobilinogen trong phân

sẽ giảm

Hình 8.9 Quá trình thoái hoá c ủa Hemoglobine

Vàng da do nguyên nhân sau gan Trong các trường hợp này, quá trình tan huyết bình

thường, chức năng gan bình thường nhưng mật không đổ được xuống ruột nên gây vàng da do nguyên nhân sau gan, đó là các nhóm bệnh sỏi mật, u đầu tụy, u mạc treo v.v… làm tắc ống

mật chủ Trong trường hợp này, bilirubin liên hợp bị ứ đọng trong gan, mật và trào vào máu làm tăng bilirubin huyết thanh chủ yếu là bilirubin liên hợp Nước tiểu trong các trường hợp

này xuất hiện nhiều sắc tố mật kèm theo muối mật, urobilinogen có thể tăng do ứ trong gan và trào vào máu xuất hiện nhiều trong nước tiểu Stercobilinogen giảm trong phân làm phân bạc màu

8 Sinh t ổng hợp protein

8.1 Ý ngh ĩa của quá trình

Sinh tổng hợp protein là một quá trình có vai trò quan trọng bậc nhất đối với đời sống sinh vật, vì thông qua đó các chất sống được hình thành (enzyme, kháng thể, hormone ) qua quá trình này ta hiểu được bản chất của di truyền, bản chất của loài giống, của quá trình tạo kháng thể, quá trình sinh trưởng, phát dục của động vật Đây là một trong ba nội dung chính

của sinh học phân tử hiện đại (năng lượng sinh vật, trao đổi acid nucleic và sinh tổng hợp protein) Về cơ chế sinh tổng hợp protein có 2 lý thuyết là sinh tổng hợp theo khuân mẫu và sinh tổng hợp theo hệ thống đa enzyme

8.2 Sinh t ổng hợp theo khuân mẫu

Khuân mẫu để tổng hợp protein là acid nucleic, vấn đề mấu chốt của nó là tạo liên kết giữa các acid amin một cách có trình tự nhất định Tổng hợp theo khuân mẫu có 2 bước lớn: Bước 1 là quá trình sao chép mã di truyền

Bước 2 là quá trình phiên dịch mã di truyền

Nội dung chính của toàn bộ quá trình là nhằm bảo đảm thực hiện chính xác sự liên kết các gốc acid amin vào trong cấu trúc bậc I đặc trưng cho từng loại protein mà tế bào cần tổng hợp

8.2.1 Quá trình sao chép mã di truy ền

Di truyền là sự duy trì hệ thống protein từ đời này sang đời khác mà thực chất là duy trì cấu trúc bậc I của protein, tức là về trình tự liên kết và số lượng các acid amin trong chuỗi peptide Mã di truyền được ghi chép trong DNA (ở VSV chưa có DNA thì được ghi ở RNA) Quy tắc của di truyền là một gen mã cho một protein (một nhiễm sắc thể là một DNA) Tổng

số gen gọi là genom (số lượng gen) Genotyp là kiểu gen và pheotyp là kiểu hình (biểu hiện bên ngoài của kiểu gen)

Trong một mã thì 2 nucleotide đầu có ý nghĩa quyết định, nucleotide thứ 3 có thể thay đổi (điều này giải thích có 64 mã), một mã gọi là một codon Ta có thể hình dung quá trình sao chép theo sơ đồ sau (hình 8.11)

Quá trình sao chép mã di truyền về bản chất có thể coi là quá trình sinh tổng hợp RNA thông tin (m-RNA) Quá trình này được thực hiện trong nhân tế bào ở động vật có nhân và trên DNA ở sinh vật chưa có nhân, quá trình này được thực hiện bởi enzyme RNA polimerase, muốn cho enzyme này thực hiện phải tách đôi DNA nhờ yếu tố giải xoắn và cắt dây nối, sau đó nhờ yếu tố σ (hình 8.13) Yếu tố σ bám vào một trong 2 chuỗi để cho enzyme RNA polimerase bám vào tiến hành sao chép Trong quá trình nhân đôi DNA 2 chuỗi có giá trị như nhau, còn trong quá trình sao chép thì mỗi chuỗi có giá trị khác nhau, như vậy enzyme bám vào chuỗi nào là do yếu tố σ điều khiển theo yêu cầu cần tổng hợp protein của tế bào

Luồng thông tin di truyền của sinh vật như sau:

( Crik, 1967)

(Temin,1970)

Quá trình sao chép từ RNA sang DNA gọi là quá trình sao chép ngược Ở sinh vật nhân

xơ (procaryote) chỉ có 1 loại Enzyme RNA polymerase phụ thuộc DNA thực hiện sự sao chép Ở sinh vật nhân chuẩn (Eucaryote) có 3 loại RNA polymerase, mỗi loại có một chức

năng riêng Sự sao chép RNA chỉ thực hiên trên một sợi của DNA làm khuân mẫu, hướng sao chép từ 5’-P đến 3’-OH RNA-Polymerase xúc tác tổng hợp RNA từ các ribonucleotide 5’-phosphate (ATP, GTP, UTP và CTP) Sự tăng trưởng sợi RNA bằng cách kết hợp các ribonucleotide ở đầu 3’-OH của chuỗi RNA (hình 8.12)

(MMP)n + NTP -> (MMP)n+1 +PP

RNA Kéo dài RNA

Mỗi một nucleotide liên kết để tạo thành m- RNA được lựa chọn theo nguyên tắc bổxung gốc kiềm của Watson-Crick Uridine (U) trong RNA đối diện với adenine (A) trong

Hình 8.12 S ự sao chép RNA