Vai trò của HUFA đối với cá biển – ý nghĩa của việc làm giàu thức ăn sống và chuyển đổi thức ăn trong sản xuất giống cá biển nhân tạo

Tuy nhiên, HUFA là một thành phần của axit béo; vì vậy, khi xem xét vai trò của HUFA không thể không xem xét vai trò của axit béo nói chung, nghiên cứu HUFA trong sự cân bằng chung với c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

D H × I E

LỤC MINH DIỆP

VAI TRÒ CỦA HUFA ĐỐI VỚI CÁ BIỂN –

Ý NGHĨA CỦA VIỆC LÀM GIÀU THỨC ĂN SỐNG

VÀ CHUYỂN ĐỔI THỨC ĂN TRONG SẢN XUẤT

GIỐNG NHÂN TẠO CÁ BIỂN

Chuyên đề nghiên cứu sinh

Nha Trang – Năm 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỤC MINH DIỆP

VAI TRÒ CỦA HUFA ĐỐI VỚI CÁ BIỂN –

Ý NGHĨA CỦA VIỆC LÀM GIÀU THỨC ĂN SỐNG

VÀ CHUYỂN ĐỔI THỨC ĂN TRONG SẢN XUẤT

GIỐNG NHÂN TẠO CÁ BIỂN

Chuyên đề nghiên cứu sinh

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS - TS Lại Văn Hùng

Nha Trang – Năm 2009

Nội dung: Trang

2.1 Axít béo và vai trò của chúng ở ấu trùng cá biển 1

2.2 Khả năng tổng hợp và chuyển hóa axít béo ở cá biển 10

2.3 Sự cần thiết của HUFA đối với ấu trùng cá biển 14

3.1.3 Hàm lượng dinh dưỡng trong thức ăn sống sau làm giàu 20

3.2 Chuyển đổi thức ăn 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

Vai trò của HUFA đối với cá biển – Ý nghĩa của việc làm giàu thức ăn sống

và chuyển đổi thức ăn trong sản xuất giống cá biển nhân tạo

Đến nay, rất nhiều nghiên cứu đề cập đến về vai trò quan trọng của các axít béo không thay thế, đặc biệt là các HUFA ở cá biển [26], [30], [31] Các HUFA được xác định là chất dinh dưỡng cần thiết phải bổ sung vào thức ăn sống để nâng cao sức sống, tăng tốc độ sinh trưởng ở ấu trùng Tuy nhiên, HUFA là một thành phần của axit béo;

vì vậy, khi xem xét vai trò của HUFA không thể không xem xét vai trò của axit béo nói chung, nghiên cứu HUFA trong sự cân bằng chung với các axít béo chưa no đa nối đôi (PUFA) khác cũng như các axít béo chưa no một nối đôi (MUFA) và axít béo no (SFA) [29] [30] Mặc dù chuyên đề này tập trung vào vai trò của HUFA đối với cá biển, nhưng do vai trò của HUFA ở ấu trùng cá chỉ được biết thông qua các hiện tượng bên ngoài (ảnh hưởng đến sinh trưởng, tỉ lệ sống, khả năng chịu sốc, hình thành sắc tố,… ), các cơ chế tác động thực sự của HUFA lên cá hầu như chưa được biết; vì vậy, chuyên đề cũng đề cập đến cơ chế tác động chung của HUFA ở các động vật khác và ở người để thấy rõ bản chất vấn đề

2.1 Axít béo và vai trò của chúng ở ấu trùng cá biển

Axít béo là các axít carboxylic với chuỗi hydrocarbon dài gắn với các nhóm

chức Công thức của axít béo được biểu diễn: Cx:y(n-z)

Hình 1: Cấu trúc hóa học phân tử axít docosahexaenoic (DHA)– C22:6(n-3) [40] Danh pháp hóa học: all-cis-docosa-4,7,10,13,16,19-hexaenoic acid

Tên khác: Axít cervonic

Qui ước đánh số thứ tự cacbon theo chức năng sinh lý (trên) và theo danh pháp hóa học (dưới)

ω

1 3

22

Trong đó: x là số nguyên tử cacbon, y là số nối đôi trong chuỗi và z là số thứ tự cacbon có nối đôi đầu tiên tính từ đầu không có nhóm cacboxyl (COOH) Ký tự n có thể thay bằng ω, do đó có thể viết n-3, n-6 hoặc ω-3, ω-6 [10]

Axít béo (fatty acids – FA) gồm axít béo no (saturated fatty acids - SFA), axít béo chưa no 1 nối đôi (monounsaturated fatty acids – MUFA) và axít béo chưa no đa nối đôi (polyunsaturated fatty acids - PUFA) Các PUFA có từ 20 nguyên tử cacbon trở lên và có ít nhất 4 nối đôi trong công thức cấu tạo được gọi là các axít béo có mức chưa no cao (high unsaturated fatty acids) và được ký hiệu là HUFA Trong sinh vật,

các axít béo chưa no gần như chỉ tồn tại ở dạng cis (Hình 1)

Một số PUFA quan trọng:

− Axít linoleic (LA) – C18:2(n-6): Công thức phân tử: C18H32O2 Axít linoleic là 1 PUFA được sử dụng trong việc sinh tổng hợp các prostaglandin và cấu tạo màng tế bào Trong cơ thể, LA được chuyển hóa thành axít γ-linolenic (GLA), C18:3(n-6),

bằng phản ứng được xúc tác bởi enzyme khử bảo hòa delta-6-desaturase (Δ6D) [40]

− Axít α-linolenic (ALA) - C18:3(n-3), có công thức phân tử: C18H30O2 và khối lượng phân tử: 278,43 g/mol Hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề chưa rõ về axít béo này như cơ chế chuyển hóa axít α-linolenic thành các axít béo có mạch dài hơn như axít eicosapentaenoic (EPA) và axít docosahexaenoic (DHA) [40]

− Axít γ-linolenic (GLA) - C18:3(n-6) còn gọi là axít gamolenic GLA được tạo

thành tự nhiên trong cơ thể từ sự chuyển hóa từ axít linoleic (LA) GLA chuyển hóa thành axít dihomo-gamma-linolenic (DGLA), tiền chất của prostaglandin E1, chất có vai trò điều chỉnh chức năng của hệ miễn dịch và duy trì các chức năng bình thường của cơ thể GLA cũng có thể tạo thành muối với lithium (Li) làm tăng khả năng hòa tan nó trong nước, kết quả tạo thành Li-GLA, còn gọi là axít lithium gamma-linolenic hoặc lithium gammalinolenate Li-GLA hiện đang ở giai đoạn II thử nghiệm xác định các chất có thể điều trị nhiễm HIV, vì nó có khả năng phá hủy tế bào T bị nhiễm HIV

ở điều kiện ngoại môi (in vitro) [40]

− Axít arachidonic (ARA) – C20:4(n-6) có công thức hóa học C20H32O2, phân tử lượng: 304,5 Axít arachidonic là một n-6 HUFA có mặt trong các phospholipid, đặc biệt là phosphatidyl-ethanolamine, phosphatidyl-choline và phosphatidyl-inositide của màng tế bào và hiện diện với hàm lượng cao trong não ARA là tiền chất trong việc tạo

thành các eicosanoid như các prostaglandin, thromboxane, prostacyclin và leukotriene (thông qua các enzyme cyclo-oxygenase, lipoxygenase và peroxidase) Axít arachidonic được giải phóng từ các phân tử phospholipid bởi enzyme phospholipase

A2 Axít arachidonic liên quan đến sự truyền tín hiệu tế bào [40]

− Axít eicosapentaenoic (EPA) – C20:5(n-3) có công thức hóa học C20H30O2, là một n-3 HUFA, hoạt động như một tiền chất của các prostaglandin-3 (chất ức chế sự kết hợp tiểu cầu), thromboxane-3 và leukotriene-5 [40]

− Axít docosahexaenoic (DHA) – C22:6(n-3), một n-3HUFA khác, thường tìm

thấy trong dầu cá Hầu hết DHA trong cá và các sinh vật khác bắt nguồn từ vi tảo

thuộc chi Schizochytrium Đa số các động vật có khả năng rất hạn chế tạo nên DHA

qua con đường trao đổi chất, chỉ một lượng nhỏ DHA được tạo thành thông qua sự chuyển hóa từ axít α-linolenic DHA là axít béo chủ yếu trong các phospholipid của tinh dịch, não và đặc biệt trong võng mạc Thiếu DHA sẽ làm cho hàm lượng hormone thần kinh serotonin trong não giảm liên quan đến các bệnh thần kinh [40] Trong cơ thể người, DHA có được cả từ thức ăn và từ sự chuyển hóa axít eicosapentaenoic (EPA, 20:5n-3) qua con đường tạo thành axít béo trung gian là axít docosapentaenoic (DPA, 22:5n-3) Quá trình này được tiến hành bằng cách kéo dài mạch cacbon và tiếp theo là hoạt động khử no của enzyme Δ4-desaturase Một con đường chuyển hóa khác trong các thể peroxy (peroxysomes) và trong các ty thể (mitochondria): EPA nối dài thêm 2 cacbon tạo thành 24:5n-3, sau đó khử no để tạo thành 24:6n-3, tiếp theo là quá trình cắt ngắn mạch cacbon để hình thành DHA theo con đường oxy hóa beta (beta oxidation), còn gọi là sự chuyển hướng Sprecher (Sprecher's shunt) [40]

Vai trò cung cấp năng lượng của axít béo

Lipid, đặc biệt là các axít béo, là nguồn năng lượng ưu tiên ở cá, nhất là cá biển,

mà bằng chứng là hàm lượng dầu rất cao trong cơ thể cá, có thể chiếm hơn 20% khối lượng tươi của cơ thể Axít béo là nguồn sản sinh năng lượng chính cho sự sinh trưởng của cá từ thời kỳ phát triển phôi đến trưởng thành, cho hoạt động bơi lội và cho sự sinh sản [10], [32], [35] Nói chung, 10-20% lipid trong thức ăn của cá sẽ cho tốc độ sinh trưởng tối ưu mà cá không cần sử dụng đến chất béo dự trữ trong cơ thể Cá đang đói

ngược lại sẽ sử dụng lipid như là nguồn năng lượng thay thế protein và carbohydrat [10]

Axít béo cung cấp năng lượng cho hoạt động trao đổi chất bằng cách tạo nên ATP thông qua con đường oxy hóa β diễn ra trong ty thể [10], [32], [35] Sự oxy hóa các axít béo và giải phóng năng lượng bao gồm 2 bước Bước 1 là hoạt hóa của axít béo bằng cách liên kết nó với một CoA theo phản ứng: Axít béo + CoA + ATP ⇔ acylCoA + AMP + PPi (PPi là diphosphat vô cơ) Bước 2 bao gồm một dãy các phản ứng oxy hóa β diễn ra theo chu kỳ, mỗi chu kỳ gồm 4 bước và giải phóng từ axít béo mỗi 2 nguyên tử cacbon cho việc tạo nên một acetyl CoA [10]

Acetyl CoA được tạo thành từ quá trình oxy hóa các axít béo có thể được oxy hóa

xa hơn theo chu trình axít citric và giải phóng năng lượng Mỗi Acetyl CoA tham gia vào một chu trình axít citric cuối cùng tạo nên: 3 NADH + FADH2 + GTP NADH và FADH2 mặc dù được sử dụng như là nguồn năng lượng trong một số phản ứng trong tế bào, nhưng để tạo thành ATP cần phải trải qua một quá trình phức tạp gọi là phosphoryl hóa oxy hóa trong ty thể, cuối cùng 3 phân tử NADH sẽ tạo nên 9 ATP và

1 phân tử FADH2 tạo thêm 2 ATP nữa [10]

Hầu hết các axít béo có một số lượng chẳn các nguyên tử cacbon, vì vậy chúng

có thể chuyển hóa hoàn toàn thành 2 cacbon trong gốc acetyl của acetyl CoA Một số thực vật trên cạn và sinh vật biển sinh tổng hợp các axít béo từ một số lẻ nguyên tử cacbon Vì vậy, ở chu kỳ cuối cùng của quá trình oxy hóa β, các axít béo sẽ tạo thành propionyl CoA và sau đó sẽ chuyển hóa thành succinyl CoA để đi vào chu trình axít citric (chu trình Krebs) [10]

Nhiều bằng chứng cho thấy cá có thể thiết lập tốt quá trình trên [32], [35] Tuy nhiên, còn một quá trình liên quan đến cung cấp năng lượng nữa nhưng không có ở cá

là quá trình sinh keton [10], [32], [35]

Do phân tử acetyl CoA được giải phóng ra có liên kết đơn giữa 2 nguyên tử cacbon trong gốc acetyl, cho nên trong quá trình oxy hóa β, sự có mặt liên kết đôi ở axít béo chưa no sẽ kìm hãm hoạt động của các enzyme và cần phải có các enzyme loại bỏ hoặc di chuyển vị trí nối đôi để quá trình oxy hóa β xảy ra [10] Chính vì vậy,

cá sẵn sàng dị hóa các axít béo no (SFA) và chưa no một nối đôi (MUFA) qua quá trình oxy hóa beta trong ty thể [32], [35] Ở cá bị cho nhịn đói, trong quá trình biến đổi

lipid, các axít béo mạch ngắn hơn (C18 và C16) và mức chưa no thấp hơn (ít liên kết đôi hơn) sẽ bị biến đổi trước tiên [10] Các axít béo trong thức ăn của cá có khả năng

là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình trao đổi chất là 16:0, 18:1n-9, 20:1n-9 và 22:1n-11 [32], [35] Từ sự phân tích trên cho thấy: các axít béo no và chưa no 1 nối đôi có vai trò như là nguồn năng lượng chính trong toàn bộ chất dinh dưỡng mà cá thu nhận được [30]

Các HUFA như EPA và DHA trong thức ăn cũng được cho là nguồn cung cấp năng lượng cho cá mặc dù vẫn chưa được nghiên cứu hoặc chứng minh rõ ràng trên cá Các nghiên cứu trên động vật có vú cho thấy EPA dễ bị dị hóa thông qua quá trình oxy hóa beta trong ty thể, và có nhiều khả năng quá trình này cũng dễ dàng diễn ra ở cá Riêng sự dị hóa DHA ở chuột cần thông qua quá trình oxy hóa beta trong thể peroxy

Cá cũng có nhiều thể peroxy trong mô, kể cả ở gan, làm cho người ta tin rằng không

có sự khác nhau về cơ chế oxy hóa DHA giữa cá và chuột [32], [35]

Vai trò của HUFA trong cấu trúc và chức năng của màng tế bào

Màng tế bào có cấu trúc lớp lipid kép gồm 2 lớp đơn của các phân tử lipid, chủ yếu là phospholipid, là màng bán thấm, cho phép các phân tử ưa lipid hoặc các phân tử

có kích thước nhỏ tự do qua màng Các phân tử khác muốn qua màng cần có cơ chế vận chuyển đặc biệt Phospholipid là chất phân cực (amphiphile), vừa ưa nước vừa ưa lipid Lớp lipid kép là sự tồn tại ở dạng tinh thể lỏng của các phân tử phân cực Trong cấu trúc này, nhóm đầu (head group) ưa nước của phospholipid là các gốc phosphate hướng về nước, tạo nên 2 mặt ngoài của lớp kép, phần đuôi kỵ nước là các chuỗi hydrocacbon của axít béo hướng vào bên trong [10], [32], [40] Bản chất tinh thể lỏng của lớp lipid kép tạo nên tính linh động của màng tế bào, chịu ảnh hưởng của thành phần axít béo trong phospholipid Bản chất tinh thể lỏng cũng được sử dụng để giải thích vai trò thực sự của DHA (22:6n-3) trong màng tế bào

Ở cá, những phosphoglyceride này thường chứa các axít béo 16:0, 18:1n-9 tại vị trí sn-1, và 20:5n-3, 22:6n-3 tại vị trí sn-2, trong đó, hàm lượng 22:6n-3 cao gấp đôi 20:5n-3 [32] Nói chung, thành phần axít béo tùy thuộc vào từng nhóm phospho-glyceride và tùy theo từng loại mô

DHA (22:6n-3) có hàm lượng cao nhất trong phosphatidylethanolamine của màng với các dạng phân tử 16:0/22:6n-3, 18:0/22:6n-3 và 18:1n-9/22:6n-3 DHA cũng

có nhiều trong phosphatidylserine, với dạng phân tử chiếm ưu thế là 18:0/22:6n-3 Riêng phosphatidylcholine có hàm lượng DHA thấp nhất, chứa nhiều 16:0 và 18:1n-9

và dễ bị ảnh hưởng bởi thành phần axít béo trong thức ăn nhất trong các nhóm phosphoglyceride [32]

Phosphatidylinositol chứa hàm lượng ARA (20:4n-6) cao nhất trong các phosphoglyceride Phosphatidylinositol thường chứa các PUFA C20 tại sn-2, vì vậy EPA (20:5n-3) cũng thường được tìm thấy với hàm lượng cao trong chúng Thành phần axít béo trong phosphatidylinositol dễ bị biến đổi theo hàm lượng ARA và EPA trong thức ăn [32]

Thành phần axít béo trong phosphoglyceride còn tùy thuộc vào loại mô trong cơ thể cá, đặc biệt là DHA chiếm hàm lượng cao trong mô thần kinh cả ở não và mắt Trong mô thần kinh, dạng di-22:6n-3 phosphatidylserrine và di-22:6n-3 phosphatidyl-ethanolamine có thể chiếm đến 60% và 72% theo thứ tự Trong tinh trùng cá cũng chứa hàm lượng cao các phosphoglyceride di-PUFA [32]

Các HUFA như ARA, EPA, DHA tham gia vào nhiều chức năng quan trọng của

tế bào, sự hoạt động của các ezyme ở màng và quá trình tổng hợp các eicosanoid [41] Màng tế bào rất linh động (dễ thay đổi), đặc tính linh động của màng phụ thuộc vào số lượng các loại lipid có trong màng [32], [40] Trước kia, người ta cho rằng sự chiếm ưu thế của DHA để duy trì tính linh động của màng tế bào ở các loài cá nước lạnh Tuy nhiên, cá ở vùng nhiệt đới và vùng cực đều giàu DHA Thực sự tính linh động của màng phụ thuộc vào các thành phần MUFA và SFA, thay đổi thuận với sự tăng giảm tỉ lệ giữa lượng axít béo chưa no 1 nối đôi và axít béo no (tỉ lệ MUFA/ SFA) [32]

Sự giải thích đáng tin cậy hơn về vai trò của DHA ở cá là: DHA là axít béo duy nhất có số lượng nối đôi dạng cis nhiều nhất trong các axít béo C22 Nhờ sự phân đoạn bởi các nối đôi dạng cis mà phân tử DHA có dạng cuộn xoắn, mập, ngắn và rắn chắc, với chiều dài tổng cộng chỉ bằng chiều dài của C16:0 Cấu trúc co ngắn như vậy của 22:6n-3 trong các phosphoglyceride, nhất là trong các di-22:6n-3 phosphoglyceride như di-22:6n-3 phosphatidylserine và di-22:6n-3 phosphatidyl-ethanolamine, thường gặp trong pha lục giác nghịch đảo Xu hướng hình thành pha lục giác của các phân tử này tạo nên sức mạnh cho lớp kép của màng tế bào Điều đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc biến đổi rất nhanh hình dạng protein của màng Sự biến đổi như vậy đặc biệt

quan trọng trong hoạt động của cơ thần kinh và thị giác, nơi mà các di-22:6n-3 phosphoglyceride chiếm ưu thế [32]

Vai trò chính của các PUFA C20, đặc biệt là 20:4n-6 (ARA), là tiền chất của các eicosanoid có hoạt tính sinh học cao và tham gia vào nhiều hoạt động sinh lý trong cơ thể như là sự đông máu, phản ứng của hệ miễn dịch, phản ứng viêm, hoạt động nhịp nhàng của tim mạch, chức năng thị giác, chức năng thần kinh, sinh sản Dưới tác dụng của enzyme phospholipase A2, các PUFA C20 tự do như axít dihomo-gamma-linolenic (DGLA – 20:3n-6), axít arachidonic (ARA - 20:4n-6), axít eicosapentaenoic (EPA - 20:5n-3) được giải phóng ra từ các phosphoglyceride của màng sinh chất Tiếp theo, PUFA C20 với xúc tác của các enzyme tạo thành các eicosanoid, cụ thể: với tác dụng của cyclooxygenase tạo thành các prostaglanding, prostacyclin và thromboxane, với tác dụng của lipoxygenase tạo thành các leukotrien, lipoxin (hình 2) [2], [32]

Enzyme

Hình 2: Sự chuyển hóa trong tự nhiên của các axít béo C20 dạng Cis

tạo nên các eicosanoid [40]

Việc sản sinh ra các eicosanoid liên quan chặt với tình trạng gây căng thẳng và lượng eicosanoid quá mức thường đi kèm với tình trạng bệnh lý [32] Ở động vật có

vú, ARA (20:4n-6) là tiền chất chính sinh ra các prostanoid nhóm 2 prostanoids) và leukotriene nhóm 4 (4-series-leukotrienes) có hoạt tính sinh học cao EPA (20:5n-3) là nhân tố cạnh trạnh các enzyme xúc tác cyclooxygenase và lipoxygenase với ARA, chúng là tiền chất của các prostanoid nhóm 3 (3-series-prostanoids) và leukotriene nhóm 5 (5-series-leukotrienes) có hoạt tính sinh học thấp

(2-series-hơn nhiều [2; 32] Axít dihomo-gamma-linolenic (DGLA – 20:3n-6) có thể chuyển thành các prostaglandin và các thromboxane nhóm 1 [32] Có sự cạnh tranh cyclooxygenases và lipoxygenases giữa 20:4n-6 và 20:5n-3 để tạo thành các eicosanoid Do các eicosanoid được tạo thành từ 20:4n-6 có hoạt tính sinh học mạnh hơn các eicosanoid được tạo thành từ 20:5n-3, cho nên theo thứ tự chúng sẽ cạnh tranh

để được các thụ quan trên cùng một màng tế bào Sự cạnh tranh này có cả ở cá nước ngọt và cá biển [32]

Trong hoạt động của hệ thần kinh, các prostaglandin và thromboxane nhóm 2 (nguồn gốc từ ARA) có tính kích động mạnh, nhóm 1 (nguồn gốc từ DGLA) có đặc tính trung tính và nhóm 3 (nguồn gốc từ EPA) có tính chất chống lại sự kích động [15] Vì vậy, hoạt tính của các eicosanoid phụ thuộc vào tỉ lệ 20:4n-6 và 22:5n-3 trong màng tế bào, và tỉ lệ này ở cá lại phụ thuộc vào tỉ lệ 20:4n-6 / 22:5n-3 có trong thức ăn [32] Trong nhiều trường hợp rối loạn thần kinh ở người đã phát hiện thấy sự hoạt động mạnh của enzyme phospholipase A2 Khi hàm lượng các PUFA n-6 tăng gấp đôi trong màng tế bào sẽ làm trầm trọng thêm sự kích động Trạng thái kích động bị hạn chế nếu trong màng tế bào có một lượng phù hợp các axít béo n-3 [15]

Vai trò của PUFA trong quá trình truyền dẫn tín hiệu thần kinh

Sự ảnh hưởng của các PUFA, đặc biệt là các HUFA, đến sự phát triển cá thể, sự hình thành sắc tố, khả năng chống chịu sốc, hoạt động bơi lội bất thường, … ở ấu trùng cá biển đã được nhiều tác giả ghi nhận Một số tác giả giải thích vấn đề trên dựa vào sự tác động của HUFA đến hệ thần kinh ở động vật nói chung nhưng chưa được nghiên cứu ở cá Ví dụ như sự hình thành sắc tố không bình thường hay xảy ra ở ấu trùng các loài cá bơn biển như cá bơn Nhật Bản, cá turbot, halibut, được giải thích có

lẻ bắt nguồn từ sự bất thường của chức năng thần kinh và chức năng thị giác như: (i)

từ quá trình truyền tín hiệu thị giác không bình thường của bản thân mắt và theo sau đó

là của não, (ii) từ sự không bình thường trong việc sản sinh ra hormone kích thích tế bào biểu bì tạo sắc tố đen (melanocyte stimulating hormone) của não, (iii) từ sự rối loạn trong sự chuyển tiếp truyền dẫn tín hiệu ở synap giữa dây thần kinh và tế bào chứa sắc tố đen (melanophore) ở da Có khả năng DHA (22:6n-3) bị thiếu đã ảnh hưởng trực tiếp đến màng các tế bào chứa sắc tố đen Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu nào trực tiếp trên cá về vai trò của PUFA trong hoạt động của hệ thần kinh [32]

Vì vậy, các kết quả nghiên cứu ở động vật có vú và ở người được trích dẫn vắn tắt, nhằm giải thích rõ hơn vai trò của PUFA trong hoạt động của hệ thần kinh và quá trình truyền dẫn thần kinh

Trong cơ thể, hệ thần kinh là nơi có hàm lượng lipid cao nhất, chiếm 50%-60% khối lượng khô ở não người trưởng thành, với khoảng 35% lượng lipid là các PUFA, chủ yếu là các HUFA như DHA và ARA [15] DHA có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự phát triển của não người ở giai đoạn phôi thai Chúng được tập họp về các thể nón sinh trưởng thần kinh trong quá trình hình thành synap DHA có liên quan đến sự truyền dẫn sypnap tiết acetylcholin (cholinergic synaptic transmission), chất dẫn truyền thần kinh phổ biến nhất Thiếu DHA có thể dẫn đến các triệu chứng như thị giác chậm phát triển và kém linh hoạt, chậm phát triển về nhận thức, sự hoạt động khác thường của tiểu não và nhiều rối loạn về hệ thần kinh khác [15] Nhiều bệnh liên quan đến sự suy thoái thần kinh ở người như parkinson và alzheimer liên quan đến sự giảm thấp hàm lượng các PUFA trong màng tế bào não [41]

Về con đường truyền tín hiệu trong hệ thần kinh, các PUFA có thể điều chỉnh phù hợp cho nhiều cơ chế dẫn truyền tín hiệu diễn ra trong màng tế bào thần kinh cũng như trong khe synap Từ cơ chế truyền dẫn tín hiệu rất phức tạp ở hệ thần kinh, có thể tóm tắt vai trò của PUFA như sau:

(i) DHA gần đây được cho là có vai trò trong quá trình tương tác của các chất truyền dẫn thần kinh (như serotonin, catecholamine và acetylcholine) với các phần tử của nhóm thụ quan màng truyền dẫn 7 tầng xoắn ốc, các protein G liên kết với các thụ quan này chuyển đổi các tín hiệu của chúng

(ii) PUFA có thể làm tăng hoạt tính của các enzyme AC (adenylate cyclase) và PKA (protein kinase A) trong quá trình AC điều khiển hệ thống tác nhân mang thông tin cAMP (cyclic adenosine monophosphate)

(iii) PUFA thể hiện sự ảnh hưởng lên các enzyme PLC (phospholipase C) và PKC (protein kinase C) khi PLC khởi đầu con đường truyền tín hiệu phosphoinositide (iv) PUFA liên quan đến 2 enzyme giữ vai trò quan trọng trong việc truyền dẫn thần kinh là phospholipase D và phospholipase A2 Phospholipase A2 giải phóng các axít béo từ vị trí sn-2 của các phospholipid, là tiền chất của các eicosanoid như prostaglandin, thromboxane, lipoxin và leukotriene Các eicosanoid này bản thân chúng có nhiều ảnh hưởng đến sự dẫn truyền tín hiệu

(v) PUFA cũng điều chỉnh phù hợp dòng ion như Ca2+ và Na+ Khi quá trình truyền dẫn thần kinh diễn ra xa hơn và cuối cùng giải phóng ra các chất dẫn truyền từ các túi trên màng synap Quá trình này bắt đầu bằng sự hoạt hóa enzyme Ca2+-CM-PKs (Ca2+-calmodulin-dependent protein kinase), và cũng tại lúc này tác động của PUFA được ghi nhận Sự chênh lệch hàng nghìn lần hàm lượng Ca2+giữa ngoài và trong tế bào được duy trì bởi enzyme Ca-ATPase trong màng tế bào thần kinh Enzyme này bị ức chế bởi cả hai axít béo EPA và DHA [15]

2.2 Khả năng tổng hợp và chuyển hóa axít béo ở cá biển

Sự điều tiết hoạt động trao đổi chất axít béo được điều chỉnh bởi 2 hormone peptide bao gồm: insulin có nhiệm vụ kích thích sự tổng hợp axít béo và glucagon kích thích sự phân giải axít béo Các hormone này được tiết ra từ mô tụy ở cá, phụ thuộc vào mức độ của chu trình trao đổi chất, và vì vậy phụ thuộc vào tình trạng năng lượng của động vật nói chung [10]

Quá trình sinh tổng hợp axít béo xảy ra thông qua sự liên kết của các đơn vị 2 nguyên tử cacbon, ngược lại với quá trình oxy hóa β Có một số điểm khác nhau giữa hai con đường tổng hợp và dị hóa tạo nên sự độc lập của mỗi quá trình Điểm khác nhau cơ bản đầu tiên là nó được gắn kết với protein vận chuyển acyl (acyl-carrier protein, ACP) Điểm khác thứ hai là nguồn cung cấp C2 là malonyl CoA [10] Theo Ganguly (1960) [13], malonyl CoA là điểm khởi đầu cho sự tổng hợp các axít béo mạch dài ở mô động vật Điều kiện để tổng hợp axít béo từ malonyl CoA là hẹp hơn nhiều so với tổng hợp từ acetyl CoA Sự tổng hợp axít béo bắt đầu từ acetyl CoA cần

có R1 (enzyme phân đoạn có tác dụng carboxyl hóa acetyl CoA thành malonyl CoA),

R2 (enzyme phân đoạn xúc tác cho sự tổng hợp các axít béo từ malonyl CoA), TPNH (reduced triphosphopyridine nucleotide), DPNH (reduced diphosphopyridine nucleotide), Mn2+, HCO3- Còn sự tổng hợp các axít béo bắt đầu từ malonyl CoA chỉ cần R2 và TPNH Ở bất cứ mô nào, tốc độ tạo thành các axít béo từ malonyl CoA nhanh hơn gấp nhiều lần từ acetyl CoA Bước chuyển tiếp tạo thành malonyl CoA từ acetyl CoA là bước hạn chế nhất của cơ chế tổng hợp axít béo từ acetyl CoA Từ lý do

đó, Ganguly cho rằng nguồn malonyl CoA trong cơ thể động vật không được tạo thành theo con đường carboxyl hóa acetyl CoA mà có thể được tạo thành từ một cơ chế khác [13] Sản phẩm cuối cùng của quá trình sinh tổng hợp axít béo là axít palmitic (C16:0)

Phân tử này là tiền chất của các axít béo no và chưa no có mạch dài hơn, được tạo thành nhờ hoạt động của các enzyme elongase (enzyme kéo dài mạch C) và desaturase (enzyme khử bảo hòa) [10], [17]

Theo Sargent và CTV (2002), tất cả sinh vật, kể cả cá, đều có thể tổng hợp các axít béo 16:0 (axít palmitic) và 18:0 (axít stearic) với sự xúc tác của enzyme tổng hợp axít béo (cytosolic fatty acid synthetase); và có thể khử bảo hòa hai axít béo này tại vị trí cacbon thứ 9 tính từ đầu cacboxyl tạo thành 16:1n-7 (axít palmitoleic) và 18:1n-9 (axít oleic) bởi enzyme khử bảo hòa axít béo Δ9 (fatty acid Δ9 desaturase) [32]

Các bước kéo dài mạch cacbon và khử bảo hòa tiếp theo từ 16:1n-7 và nhất là từ 18:1n-9 thành các axít béo khác như 18:1n-7, 20:1n-9, 22:1n-9, 24:1n-9 ở cá vẫn chưa được biết nhiều như ở động vật có vú [32] Các axít béo 22:1n-11 và 20:1n-9 chiếm ưu thế trong triacylglycerol ở cá Các axít béo này cũng được tìm thấy nhiều trong este sáp ở động vật nổi làm thức ăn Động vật nổi có thể chuyển hóa C20:0 thành 20:1n-11 với sự tham gia của enzyme khử bảo hòa axít béo Δ9 (fatty acid Δ9 desaturase), sau đó nối dài mạch cacbon thành 22:1n-11 Mặc dù sinh vật nổi là nguồn cung cấp axít béo cho cá, nhưng có khả năng ở một mức độ nào đó cá cũng có thể sinh tổng hợp các axít béo no và chưa no 1 nối đôi, kể cả khả năng kéo dài mạch cacbon [1], [32]

Con đường chuyển hóa axít béo từ C18 thành C20 và C22 có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ở cá Đây là quá trình phức tạp, và ngày nay chúng ta có đủ cơ sở để kết luận có sự giống nhau giữa cá và động vật có vú, ít nhất là về mặt định tính [32] Cá nước ngọt có khả năng chuyển hóa rất tốt từ axít α-linolenic (18:3n-3) thành EPA (20:5n-3) và tiếp tục chuyển hóa thành DHA (22:6n-3); trong khi đó ở cá biển khả năng này rất hạn chế hoặc không có [3], [24], [29], [30], [32], [35], [36], [43] Sự khác biệt này là cơ sở cho việc giải thích nhu cầu axít béo không thay thế ở cá nói chung, đánh giá giá trị dinh dưỡng lipid của thức ăn sống và liên quan đến nhiều giải pháp kỹ thuật cung cấp axít béo không thay thế cho cá biển

Các bước của quá trình chuyển hóa này được thể hiện trong hình 3 và có thể tóm tắt như sau:

Short

24:6n-3 22:6n-3

Δ5

Δ6 Δ4

18:2n-6

Δ6

EloElo

Elo

Short

24:5n-6 22:5n-6

Δ5

Δ6 Δ4

Hình 3: Con đường tổng hợp PUFA C20 và C22 từ các tiền chất

C18 n-3, n-6 và n-9 ở cá (trích theo [32], [35], [43])

Các bước đã được xác định có ở cá

Các bước chưa được xác định trực tiếp trên cá

Δ6, Δ5 và Δ4: Các enzyme khử bảo hòa (fatty acid desaturase)

Elo: Enzyme nối dài mạch cacbon (fatty acid elongase) Short: Bước cắt ngắn mạch cacbon trong thể peroxy

Các PUFA C18 n-3, n-6 và n-9 có thể được khử bão hòa bởi enzyme Δ6desaturase và kéo dài mạch cacbon Ở đây có sự cạnh tranh enzyme khử bão hòa giữa PUFA n-3 và PUFA n-6, và enzyme nối dài mạch cacbon của các nhóm PUFA có cùng chiều dài mạch cacbon [30] Khả năng hấp dẫn enzyme, nhất là với các enzyme khử bão hòa, của n-3 mạnh hơn n-6 và cả hai nhóm này mạnh hơn n-9 Vì vậy, quá