Gt hoa sinhdongvat_

  • 3,280 views
Uploaded on

 

More in: Education
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
3,280
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
95
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI nguyÔn v¨n kiÖm (Chủ biên) nguyÔn v¨n k×nh , nguyÔn v¨n mïiHo¸ sinh §éng vËt Animal Biochemistry Hμ néi -2005 http://www.ebook.edu.vn
  • 2. Lêi nãi ®Çu TÊt c¶ c¸c qóa tr×nh sinh tr−ëng, ph¸t triÓn hay sù tiÕn triÓn cña bÖnh ph¸ttËt ®Òu diÔn ra trong tÕ bμo. §¶m nhiÖm ®−îc nh÷ng chøc n¨ng Êy, c¬ thÓ sèngcã c¸c ph©n tö ®Æc biÖt nh− protein, saccharide, lpipide, n−íc vμ c¶ acidnucleic v. v. C¸c ph©n tö nμy lμ nh÷ng “viªn g¹ch” t¹o nªn tÕ bμo, m«, vμ c¸cc¬ quan cña c¬ thÓ víi møc chuyªn ho¸ tinh vi ®Æc biÖt, ®¶m b¶o cho c¬ thÓ tånt¹i vμ ph¸t triÓn mét c¸ch b×nh th−êng . Ho¸ sinh ®éng vËt ®−îc xuÊt b¶n lÇn nμy víi môc ®Ých phôc vô chñ yÕucho c¸c b¹n ®äc cña ngμnh ch¨n nu«i thó y ë c¸c tr−êng n«ng nghiÖp vμ c¸cngμnh cã liªn quan. C¸c vÊn ®Ò ®Òu ®−îc cËp nhËt tíi n¨m 2004. S¸ch gåm 10 ch−¬ng ®Ò cËp tíi hÇu hÕt c¸c néi dung cña sinh häc ph©ntö vÒ vÊn ®Ò cÊu tróc vμ qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ vËt chÊt cÊu t¹o nªn c¬ thÓsèng, nh− protein, acid nucleic, c¸c qu¸ tr×nh phiªn m· vμ gi¶i m· ADN, qu¸ nucleic,tr×nh chuyÓn ho¸, hÊp thu c¸c chÊt trong c¬ thÓ, qu¸ tr×nh tæng hîp ATP, viÖct¹o vμ sö dông n¨ng l−îng cho c¸c ho¹t ®éng sèng. Sù ®iÒu hoμ c¸c qu¸ tr×nhtrao ®æi chÊt hay sù kh¸ng l¹i c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh. Néi dung cña cuèn s¸ch cßn chøa ®ùng nhiÒu khÝa c¹nh khoa häc cãtÝnh thêi sù nh− sù hoμn thiÖn vμ ®Þnh c− cña c¸c chuçi polypeptide sau khi ®−îctæng hîp. §©y lμ c¬ së cña bÖnh lý häc ë møc ph©n tö, tÕ bμo. Ho¸ sinh ®éng vËt víi néi dung hiÖn h÷u cña nã còng cã thÓ lμ tμi liÖutham kh¶o h÷u Ých cho c¸c sinh viªn thuéc c¸c tr−êng khoa häc c¬ b¶n, c¸ctr−êng s− ph¹m, c¸c tr−êng y, d−îc häc. C¸c t¸c gi¶ tuy ®· cã nhiÒu cè g¾ng vÒ néi dung vμ c¸ch tr×nh bμy. Songch¾c thiÕu sãt trong cuèn s¸ch nμy lμ khã tr¸nh khái. V× vËy chóng t«i mongr»ng sau khi sö dông cuèn s¸ch nμy, sÏ ®−îc ®éc gi¶ gãp nhiÒu ý kiÕn bæ Ých®Ó cuèn s¸ch ngμy cμng hoμn thiÖn h¬n. Hμ néi, th¸ng 12 n¨m 2004 C¸c t¸c gi¶ http://www.ebook.edu.vn
  • 3. Môc lôc Trang më ®Çu Sinh ho¸ häc vμ vai trß cña sinh ho¸ häc 1 TS. NguyÔn V¨n KiÖm Ch−¬ng I 3 Protein PGS.TS NguyÔn V¨n K×nh, TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. Kh¸i niÖm vµ chøc n¨ng cña protein 32. CÊu t¹o cña protein 42.1. Axit amin - ®¬n vÞ cÊu t¹o nªn protein 42.2. CÊu tróc bËc I cña protein 102.3 CÊu tróc bËc II cña protein 122.4 CÊu tróc bËc III cña protein 142.5 CÊu tróc bËc IV cña protein 173. C¾t vµ söa ®æi protein t¹o nªn kh¶ n¨ng míi 174. Bèn møc cÊu tróc cña protein 225. Sequence amino axit chuyªn ho¸ cÊu tróc kh«ng gian cña protein 236. Sù g¾n ®Æc hiÖu vµ nh÷ng thay ®æi cÊu tróc lµ c¬ së cña t¸c ®éng protein 267. §Æc tÝnh lý ho¸ cña protein 288. Ph©n lo¹i protein 29 Ch−¬ng II 34 Axit nucleic vµ c¬ chÕ di truyÒn tÕ bµo PGS.TS. NguyÔn V¨n Mïi, TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. Kh¸i niÖm vÒ axit nucleic 342. CÊu tróc cña axit nucleic 342.1. Mononucleotit 342.2. Dinucleotit 422.3. CÊu tróc bËc I cña axit nucleic 432.4. CÊu tróc bËc II cña axit nucleic 452.5. CÊu tróc bËc III vµ siªu cÊu tróc cña axit nucleic 493. Ph©n lo¹i axit nucleic 494. Phøc hîp axit nucleic -protein 545. Sù ph©n gi¶i axit nucleic 566. Sù tæng hîp axit nucleic 59 http://www.ebook.edu.vn
  • 4. Ch−¬ng III 71 ENzyme PGS.TS NguyÔn V¨n K×nh, TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. Kh¸i niÖm vÒ enzyme 712. B¶n chÊt cña enzyme 713. Trung t©m ho¹t ®éng cña enzyme 724. ChÊt phèi hîp cña enzyme 745. §Æc ®iÓm ho¹ tÝnh cña enzyme 836. Tªn gäi vµ ph©n lo¹i enzyme 847. C¬ chÕ xóc t¸c cña enzyme 868. §éng häc enzyme 919. VÝ dô vÒ ph¶n øng xóc t¸c cña enzyme 9410. Enzyme ®iÒu hoµ 96 Ch−¬ng IV 98 Sinh ho¸ hormone TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. §¹i c−¬ng vÒ hormone 982. Ph©n lo¹i hormone 1023. C¬ chÕ t¸c dông cña hormone 1043.1. Hai nguyªn lý c¬ b¶n vÒ t¸c dông cña hormone 1043.2. C¬ chÕ t¸c dông cña hormone 1053.2.1. C¬ chÕ t¸c dông lªn mµng 1063.2.2. C¬ chÕ t¸c dông lªn gen 1134. Mét sè hormone vµ vai trß cña chóng 1174.1. Adrenalin vµ Noradrenalin 1174.2. Glucagon 1184.3. Insulin 1194.4. Tèc ®é trao ®æi chÊt c¬ b¶n vµ hormone tuyÕn gi¸p 123 Ch−¬ng V 126 Trao ®æi vËt chÊt vµ n¨ng l−îng PGS.TS NguyÔn V¨n K×nh, TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. Trao ®æi vËt chÊt lµ g×? 1262. Trao ®æi n¨ng l−îng 1292.1. Sinh vËt sèng b»ng n¨ng l−îng g×? 1292.2. Sù h« hÊp m« bµo 1302.3. Qu¸ tr×nh phosphoryl ho¸ 137 Ch−¬ng VI 142 Gluxit vµ qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ gluxit PGS.TS. NguyÔn V¨n Mïi, TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. Kh¸i niÖm vµ vai trß vÒ gluxit http://www.ebook.edu.vn 142
  • 5. 2. Ph©n lo¹i gluxit 1433. Tiªu ho¸, hÊp thu vµ dù tr÷ gluxit ë ®éng vËt 1443.1. Tiªu ho¸, hÊp thu tinh bét 1443.2. Sinh tæng hîp glycogen 1463.3. Sù ph©n gi¶i glycogen 1483.4. Sù tiªu ho¸ vµ hÊp thu chÊt x¬ 1514. Sù chuyÓn ho¸ trung gian cña glucose 1544.1. Kh¸i qu¸t vÒ sù chuyÓn ho¸ glucose 1544.2. C¸ch ph©n gi¶i yÕm khÝ glucose ë m« bµo ®éng vËt - Qu¸ tr×nh ®−êng ph©n 1544.3. Qu¸ tr×nh lªn men r−îu etylic 1694.4. Sù lªn men vi sinh vËt t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ th−¬ng m¹i 1704.5. C¸c monosaccharide kh¸c cã thÓ ®i vµo con ®−êng ®−êng ph©n 1705. Sù oxy ho¸ glucose trong ®iÒu kiÖn cã ®ñ oxy 1725.1. Oxy ho¸ theo vßng Krebs 1735.2. C¸c con ®−êng thø cÊp cña sù oxy ho¸ glucose 1926. Sù ®iÒu hoµ trao ®æi gluxit 1987. Mét sè bÖnh do rèi lo¹i trao ®æi ®−êng 202 Ch−¬ng VII 204 Lipid vµ sù chuyÓn ho¸ lipid TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. §¹i c−¬ng vÒ lipid 2042. Mét sè ®Æc ®iÓm vÒ tiªu ho¸, hÊp thu, vËn chuyÓn vµ dù tr÷ lipid ë ®éng vËt 2053. Sù ph©n gi¶i triglyceride 2094. Sù h×nh thµnh vµ chuyÓn ho¸ thÓ xeton 2165. Tæng hîp axit bÐo vµ triglyceride 2206. S¬ l−îc vÒ vai trß vµ sù chuyÓn ho¸ c¸c d¹ng lipoide 2257. §iÒu hoµ qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ lipid 227 Ch−¬ng VIII 228 Trao ®æi protein PGS.TS NguyÔn V¨n K×nh, TS. NguyÔn V¨n KiÖm1. ý nghÜa cña sù chuyÓn ho¸ protein ë ®éng vËt 2282. §Æc ®iÓm cña trao ®æi protein ë ®éng vËt 2283. Tiªu ho¸ vµ hÊp thu protein 2294. Sù chuyÓn ho¸ trung gian cña axitamin 2334.1. Ph¶n øng khö amin 2334.2. Ph¶n øng chuyÓn amin 2354.3. Ph¶n øng khö carboxyl 2365. Sù thèi r÷a prtein ë ruét giµ do vi khuÈn 2396. Sù bµi tiÕt c¸c chÊt cÆn b chøa nit¬ 2406.1. Sù vËn chuyÓn amiac trong c¬ thÓ 2406.2. Sù tæng hîp vµ bµi tiÕt ure (vßng ornitin) 2416.3 Sù bµi tiÕt axit uric 2427. Sù chuyÓn ho¸ cña c¸c protein phøc t¹p http://www.ebook.edu.vn 244
  • 6. 7.1. Sù chuyÓn ho¸ cña hemoglobin 2447.2. Rèi lo¹n chuyÓn ho¸ hemoglobin 2458. Qu¸ tr×nh sinh tæng hîp protein 2468.1. ý nghÜa cña qu¸ tr×nh 2468.2. Sinh tæng hîp theo khu«n mÉu 2478.3 Tæng hîp protein ë ty l¹p thÓ 2618.4. §iÒu hoµ tæng hîp protein 2619. Sù hoµn thiÖn ph©n tö protein sau khi ®−îc tæng hîp 26410. Sù biÕn ®æi mét sè protein xuÊt ngo¹i 26511. Sù gluxit ho¸ protein 26612. C¸c protein ®i vµo ty l¹p thÓ 26813. C¸c protein nh©n tÕ bµo 269 Ch−¬ng IX 270 MiÔn dÞch häc PGS.TS NguyÔn V¨n K×nh1. HÖ thèng miÔn dÞch cña c¬ thÓ 2701.1. HÖ thèng miÔn dÞch tÕ bµo 2701.2. HÖ thèng miÔn dÞch thÓ dÞch 2731.3. HÖ thèng miÔn dÞch lµ hÖ thèng tù dung n¹p 2742. CÊu tróc vµ vai trß cña kh¸ng thÓ (immunoglobulin) 2753. Kh¸ng thÓ ®¬n dßng 2824. VÞ trÝ g¾n kh¸ng nguyªn cña kh¸ng thÓ 2825. Sù ph¸t sinh tÝnh ®a d¹ng cña kh¸ng thÓ 2846. C¸c chuçi nhÑ λ 2877. Sù l¾p r¸p c¸c gen chuçi nÆng 2878. Protein RAG1 vµ RAG2 2899. §ét biÕn dinh d−ìng 28910. Sù lo¹i trõ alen ®¶m b¶o cho kh¸ng thÓ cã tÝnh ®Æc hiÖu cao 29011. Sù chuyÓn ®æi tù d¹ng liªn kÕt mµng ®Õn d¹ng tiÕt cña mét kh¸ng thÓ 29012. Sù chuyÓn líp immunoglobulin cña c¸c tÕ bµo B 29113. Receptor tÕ bµo T 29214. Phøc hîp hoµ hîp tæ chøc chÝnh 29415. HÖ thèng bæ thÓ 29716. Vaccine cña hiÖn t¹i vµ t−¬ng lai 303 Ch−¬ng X 305 Sù vËn chuyÓn chÊt qua mµng PGS.TS NguyÔn V¨n K×nh1. Nh÷ng nÐt ®¹i c−¬ng vÒ mµng tÕ bµo 3052. Thµnh phÇn ho¸ häc cña mµng tÕ bµo 3053. Sù vËn chuyÓn c¸c chÊt qua mµng 3074. Sù vËn chuyÓn tÝch cùc qua líp tÕ bµo http://www.ebook.edu.vn
  • 7. MỞ ĐẦU HOÁ SINH HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA HOÁ SINH HỌC Hoá sinh học là môn học cơ sở, có nhiệm vụ nghiên cứu sự sống về mặt hoá học trên haiphương diện: Nghiên cứu về cấu tạo, thành phần hoá học, tính chất lý hoá, chức năng sinh học của cácchất trong cơ thể sống: máu, cơ, não, sinh dịch... Nghiên cứu về sự chuyển hoá của các thành phần cấu tạo nên cơ thể sống, đó là sự traođổi vật chất (TĐVC) ở trong cơ thể, là các quá trình chuyển hoá, sự biến đổi của các chất, sựtổng hợp, phân giải từ những sản phẩm chuyển hoá tạo nên những chất cấu tạo nên cơ thể.TĐVC giữa cơ thể sống và môi trường gồm nhiều mặt, nhiều quá trình có liên quan chặt chẽvới nhau, để dễ hiểu người ta tách chúng ra thành từng quá trình như trao đổi protein, trao đổilipid, trao đổi đường... Từ hoá sinh lần đầu tiên được nhà hoá học Đức Carl Neuberg (1903) đề xuất từ hai chữhoá và sinh ( Biochemistry, Bio: là sự sống). Hoá sinh được hình thành từ sự phát triển của các môn hoá học và sinh học vào cuối thếkỷ XIX và đầu thế kỷ XX, dựa vào sự tiến bộ của các ngành khoa học vật lý, hoá phân tích...với các công trình như tổng hợp được ure (Waller, 1828), vai trò của diệp lục trong quang hợp(Timirazep, 1843 – 1920), chất xúc tác sinh học của Enzyme (Kirgop, Pasteur, Buchner)...Sang thế kỷ XX nhiều phát minh về hoá sinh được ghi nhận, năm 1926 Enzyme có bản chấtprotein được xác định, ATP được chiết xuất (Fiske và Subbarow, 1929), Hans Krebs (1937)tìm ra chu trình acidxidric. Năm 1944, Avery, Maclesa và Mac Carty chỉ ra DNA là cơ sở củasự di truyền mở đầu cho hoá sinh di truyền. Kennedy và Lehninger (1950) tìm ra sự hô hấp tếbào sản sinh ra ATP ở ty thể. Emil Fischer (1953) đã xác định được toàn bộ thứ tự các acidamin trong cấu trúc bậc I của Insuline. Jemes Watson và Francis Crick (1954) đã tìm ra cấutrúc của DNA. Năm 1961 Nirenberg và Matthei đã tìm ra được chuỗi poli U mã hoá cho Phe. Song song với việc tìm ra cấu tạo, vai trò và thành phần hoá học của sự sống, hoá sinhcũng khám phá được nhiều cơ chế hoá học cụ thể của từng khâu quan trọng nhất trong quátrình trao đổi vật chất của cơ thể như sự hô hấp tế bào, hoạt động xúc tác của Enzyme, cơ chếquang hợp của cây xanh, cơ chế tiêu hoá hấp thu ở động vật, cơ chế vận chuyển qua màng,Cùng những năm 60 của thế kỷ XX Jacob và Monod đã tìm ra sự điều hoà gen tổng hợpprotein và một loạt các quá trình sinh tổng hợp purin, acid amin, glucid, lipid lần lượt đượcsáng tỏ... Ngày nay với sự hoàn thiện về kỹ thuật xác định trình tự DNA và việc áp dụng tựđộng hoá và tin học hoá đã cho phép giải mã toàn bộ thể gen (genome) của nhiều loài sinhvật. Hoá sinh có vai trò quan trọng trong toàn bộ lĩnh vực phát triển sinh học. Nhờ sự pháttriển nhanh chóng và những phát kiến do hoá sinh mang lại mà nhiều cuộc “cách mạng”trong sinh học đã bùng nổ, đã giải quyết được nhiều vấn đề lớn cho yêu cầu của con ngườinhư vấn đề bệnh tật của con người và vật nuôi, vấn đề gây đột biến gen đã tạo nên hàng loạtcây trồng có tính kháng sâu bệnh, có năng suất đột biến để giải quyết vấn đề lương thực vàthực phẩm.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 1 http://www.ebook.edu.vn
  • 8. Hoá sinh đã giữ vai trò là công cụ quan trọng trong sự phát triển của sinh học phân tử vàhàng loạt các ngành hoá sinh ra đời như hoá sinh miễn dịch, công nghệ hoá sinh, hoá sinh lâmsàng... Hoá sinh cũng là cơ sở của hàng loạt các ngành như di truyền học, dược học, nhân vàtạo giống gia súc, dinh dưỡng học... Sinh vật biến đổi gen hay là sinh vật chuyển gen (genetically modified organisms -GMO) là một bản anh hùng ca (epic event) của thời đại và có một ý nghĩa vô cùng to lớntrong lĩnh vực Sinh học. Ngoài tính chính xác trong việc thêm đặc tính mới, sự chuyển genhay sự biến nạp gen còn cho phép xoá bỏ ranh giới giữa các giống, loài nghĩa là vượt quađược “hàng rào tự nhiên” trong công tác tạo giống. Đây là một vấn đề chưa từng có tronglịch sử ứng dụng các nghiên cứu Hoá sinh học. Trong khuôn khổ của ngành chăn nuôi-thú y, những kiến thức mà hoá sinh mang lại sẽgiúp cho những nhà chăn nuôi và bác sĩ thú y không những hiểu biết cơ bản về hiện tượngsống, bản chất của quá trình trao đổi vật chất trong cơ thể, cơ chế và những nguyên nhân gâynên bệnh tật... để từ đó có thể chủ động đề xuất các biện pháp tác động nhằm tăng năng suấtvà chất lượng các sản phẩm thịt, sữa, trứng đồng thời có biện pháp phòng chống bệnh cho vậtnuôi để nâng cao được hiệu quả trong ngành.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 2 http://www.ebook.edu.vn
  • 9. CHƯƠNG I CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN 1. khái niệm và Chức năng của protein. 1.1. Khái niệm: Protein - đi từ chữ Proteios của Hy Lạp nghĩa là "tầm quan trọng sốmột". Một từ của Jửns J. Berselius năm 1938 để nhấn mạnh tầm quan trọng của những phântử này. Về mặt hoá học: Protein là một polyme tự nhiên được cấu tạo từ các monome là cácacid amin. Về mặt sinh học: Protein là chất mang sự sống. Điều này đã được Angel viết: “Sự sốnglà phương thức tồn tại của các thể protein và phương thức tồn tại này, về thực chất, là sự đổimới thường xuyên của các cấu tử hoá học trong những thể protein này”. Thật vậy xét về cácmặt thể hiện của sự sống, chúng ta đều gặp sự tham gia của protein như sự di chuyển trongkhông gian của sinh vật là nhờ chức năng co dãn của protein có dạng sợi, dạng cầu trong tơ cơđó là miozin và actin. Sự tiêu hoá, chuyển hoá các chất là nhờ các protein enzyme. Sự tự vệcủa cơ thể là nhờ protein loại bạch cầu, các kháng thể... Protein có trong tất cả các loại tế bào với tỷ lệ khác nhau (% so với khối lượng vật chấtkhô): lúa: 6-12, ngô: 9-13, đậu tương: 29-50, gan: 57, xương: 28, cơ vân: 80... 1.2. Chức năng của protein: Protein giữ vai trò rất quan trọng trong tất cả các quátrình sinh học. Ý nghĩa đáng kể của chúng được thể hiện qua các chức năng sau đây: Tạo hình: Protein là thành phần cấu tạo của các tế bào, kể từ siêu khuẩn đến các tế bàocó nhân, các mô, các sinh dịch... Xúc tác sinh học: đó là vai trò của các enzyme-một loại protein đặc biệt, dưới tác dụngcủa chúng, giúp cho các phản ứng hoá sinh học xẩy ra. Điều hoà chuyển hoá: đó là các protein hormone, giúp cho các phản ứng trong tế bàoxảy ra đúng chiều hướng, đúng cường độ mà cơ thể đòi hỏi. Vận chuyển các chất: Ví dụ Hb vận chuyển khí, Transferin vận chuyển sắt, Xytocromvận chuyển điện tử... Chức năng co duỗi, vận động: sự vận động của cơ thể là nhờ chức năng co dãn củaprotein miozin và actin trong tơ cơ Chức năng bảo vệ cơ thể: là nhờ các kháng thể, các bạch cầu. Các kháng thể là cácprotein đặc hiệu cao, nó nhận biết và kết hợp với các chất lạ như virus, vi khuẩn và các tế bàotừ các cơ thể khác. Vì thế protein giữ một vai trò sinh tử trong việc phân biệt giữa mình (self)và không phải mình (nonself). Trợ giúp cơ học (Mechanical support). Sự kéo căng của da và xương là do collagen-một protein sợi Phát xung và vận chuyển các xung thần kinh. Sự đáp ứng của các tế bào thần kinh đốivới một kích thích đặc hiệu được thực hiện qua trung gian các protein tiếp nhận (Receptor).Chẳng hạn như Rhodopsin là một protein nhạy cảm với ánh sáng trong các tế bào hình que ởTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 3 http://www.ebook.edu.vn
  • 10. võng mạc. Các protein Receptor cũng có thể được tạo ra bởi các phân tử nhỏ đặc hiệu chẳnghạn như Acetylcholine, nó đáp ứng cho sự vận chuyển xung thần kinh ở các synaps (khoảngkhông giữa tế bào thần kinh và các các mô bào khác). Kiểm soát sự sinh trưởng và biệt hoá. Sự kiểm soát thông tin di truyền là cần thiết đểsinh trưởng và biệt hoá có trật tự của tế bào. Chỉ có một phần nhỏ genome của một tế bào làđược biểu hiện ở một thời điểm nào đó. Ở vi khuẩn, các protein kìm hãm là các yếu tố kiểmsoát quan trọng các đoạn đặc hiệu "im lặng" của DNA của một tế bào. Ở các cơ thể có tổ chứccao hơn, sự sinh trưởng và biệt hoá được kiểm soát bởi các protein yếu tố sinh trưởng. Chẳnghạn, yếu tố sinh trưởng thần kinh hướng dẫn sự hình thành mạng lưới neuron. Hoạt tính củacác tế bào khác nhau trong các cơ thể đa tế bào được điều phối bởi các hormone. Chẳng hạnnhư Insuline và hormone tuyến giáp đều là protein. Như vậy, protein hoạt động trong các tếbào như là các cảm thụ quan (sensor) kiểm soát dòng năng lượng và các quá trình khác. Cung cấp năng lượng: khi bị phân giải 1 gam protein cung cấp cho cơ thể 4,1 kcal. 2. Cấu tạo của protein Protein được cấu tạo từ các nguyên tố hoá học phổ biến trong tự nhiên và theo một tỷ lệlà (% khối lượng protein): C: 50-54%; O: 20-23%; H: 6-7%; N ≈ 16%. Ngoài ra còn có S, P, Fe,... Ở protein cấu trúc là cơ sở của chức năng, nên việc tìm hiểu về cấu trúc của chúng làvấn đề số một. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và từ đó cũng có hàng loạt các phươngpháp, phương tiện và đi đôi với chúng là hàng loạt các phát hiện mới trong cấu trúc củaprotein như cấu trúc của các hormone, các enzyme, các kháng thể và đặc biệt là cấu trúcDNA... Trước hết phải hiểu được đơn vị cấu tạo nên mọi loại protein đó là các acid amin. 2.1. Acid amin- đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein 2.1.1. Định nghĩa Acid amin-đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein, là những monome để tạo nên chất polymeprotein. Công thức chung của acid amin là: R CH NH2 COOH Trong cấu tạo của acid amin ta thấy có một nhóm carboxyl mang tính acid, một nhómamin mang tính kiềm nằm ở vị trí Carbon α (nguyên tử Carbon có tên là α bởi vì nó đứng kếcận nhóm Carboxyl) nên còn có tên là α-aminoacid, một nguyên tử Hydrogen và một nhóm Rcó bản chất khác nhau. Nhóm R được biểu thị như là một chuỗi bên. Gốc R khác nhau và tạonên các acid amin khác nhau. Trong tự nhiên người ta đã tìm được 250 loại acid amin nhưngprotein trong cơ thể sinh vật mặc dù khác nhau cũng chỉ chứa trong số 20 loại acid amin nhấtđịnh mà thôi.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 4 http://www.ebook.edu.vn
  • 11. Các acid amin trong dung dịch pH trung tính chủ yếu ở dạng lưỡng cực (Zwidterions)hơn là dạng các phân tử không ion hoá. Trong dạng lưỡng cực của acid amin thì nhóm amin ởdạng (-NH3+) và nhóm Carboxyl bị phân ly (- COO-). Trạng thái ion hoá của một acid aminthay đổi theo pH. Trong dung dịch acid (pH =1) nhóm Carboxyl không bị ion hoá (- COOH)và nhóm amin lại bị ion hoá (- NH3+). NH2 NH3+ H C COOH H C COO- R R (Dạng không Ion hoá) (Dạng Ion lưỡng cực hoặc Zwidterion) Trong dung dịch kiềm (pH =11), nhóm Carboxyl bị ion hoá (- COO-) và nhóm amin lạikhông bị ion hoá (-NH2). Đối với Glycine, pK của nhóm Carboxyl là 2,3 và của nhóm amin là9,6. Nói một cách khác, là điểm giữa của sự ion hoá thứ nhất ở pH 2,3 và sự ion hoá thứ hai ởpH 9,6. Khối tứ diện của 4 nhóm bao quanh nguyên tử carbon α tạo nên hoạt tính quang họctrên các acid amin. Hai dạng hình ảnh đối diện qua gương được gọi là đồng phân quay cựctrái L và đồng phân quay cực phải D. Chỉ những L acid amin mới tham gia cấu trúc Protein. Có 20 loại chuỗi bên khác nhau về kích thước, hình dạng, diện tích, khả năng liên kếtHydrogen cũng như tính phản ứng hoá học thường thấy ở các protein. Thật vậy, các proteintrong tất cả các mẫu từ vi khuẩn tới người đều được cấu trúc từ cùng một bộ 20 acid amin.Những chức năng quan trọng của protein là do tính đa dạng và sự linh hoạt của 20 loại acidamin này. Chúng ta sẽ khảo sát những phương thức mà điều cơ bản này đã tạo nên cấu trúckhông gian 3 chiều phức tạp để cho protein có thể thực hiện được nhiều quá trình sinh học. Đơn giản nhất là glycine, nó có đúng một nguyên tử Hydrogen ở chuỗi bên (Hình 1.1).Tiếp đó là Alanine, có một nhóm methyl. Các chuỗi bên hydrat carbon lớn hơn (3 và 4 C ) cóở valine, leucine và isoleucine. Những chuỗi bên lớn hơn này là kỵ nước (Hydrophobic) tức lànó ghét nước và thích cụm lại. Cấu trúc 3 chiều của các protein hoà tan trong nước được ổnđịnh bởi sự cụm lại của các chuỗi bên kỵ nước. Hình dạng và kích thước của các chuỗi bênhydrat carbon này (Hình 1.1) làm cho chúng có thể bao với nhau tạo nên cấu trúc đặc cùngvới các lỗ.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 5 http://www.ebook.edu.vn
  • 12. Hình 1.1: Công thức của các acid amin có chuỗi bên béo Proline cũng có một chuỗi bên nhưng khác với chuỗi bên của các thành viên khác củaacid amin là nó gắn cả với nguyên tử nidrogen và cả nguyên tử carbon α. Cấu trúc chu trìnhđược tạo thành (Hình 1.2) ảnh hưởng đáng kể đến kiến tạo protein. Proline thường thấy ởnhững chỗ thắt nút của chuỗi protein cuộn, và không ghét nước. O C OH HN Proline (Pro, P) Hình 1.2. Cấu trúc phân tử Proline 3 acid amin có chuỗi bên thơm (Hình 1..3) là Phenylalanine như tên của nó đã chỉ rõ,có chứa một vòng phenyl gắn với một nhóm methylene (- CH2 -). Vòng thơm của Tyrosinechứa một nhóm Hydroxyl tạo cho Tyrosine ít kỵ nước hơn so với Phenylalanine. Tuy nhiên,nhóm Hydroxyl này có tính phản ứng ngược lại với các chuỗi bên trơ của các amin acid khác.Tryptophan có một vòng indole nối với một nhóm methylene; chuỗi bên này có một nguyêntử nidrogen thêm vào các nguyên tử carbon và hydrogen. Phenylalanine và Tryptophan kỵnước cao. Vòng thơm của Phenylalanine, Tryptophan và Tyrosine có chứa mây điện trở ∏không định vị (delocalized) làm cho chúng tương tác được với hệ thống ∏ khác và với cácđiện tử vận chuyển.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 6 http://www.ebook.edu.vn
  • 13. Hình 1.3: Các acid amin thơm. Nguyên tử lưu huỳnh có ở chuỗi bên của 2 α-aminoacid (Hình 1.4). Cystein chứa mộtnhóm sulfhydryl (- SH) và Methionine chứa một nguyên tử lưu huỳnh trong liên kết Thioester(- S - CH3). Cả 2 chuỗi bên chứa lưu huỳnh đều ghét nước. Nhóm sulfhydryl của Cystein cótính phản ứng cao. Cystein giữ một vai trò đặc biệt trong cấu hình của một số protein bằngcách tạo các liên kết disulfide. Hình 1.4: Các acid amin chứa lưu huỳnh. Hai acid amin Serine và Threonine có chứa các nhóm Hydroxyl (Hình 1.5). NhómHydroxyl trên Serine và Threonine làm cho chúng ưa nước hơn và có tính phản ứng hơnAlanine và Valine. Threonine cũng giống như Isoleucine có chứa 2 trung tâm bất đối. Tất cảcác acid amin khác trong bộ cơ bản 20 trừ glycine đều có 1 trung tâm bất đối (nguyên tửcarbon α). Glycine là chất duy nhất (unique) bất hoạt quang học.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 7 http://www.ebook.edu.vn
  • 14. Hình 1.5: Các acid amin chứa nhóm OH. Các acid amin có chuỗi bên rất phân cực và làm chúng ưa nước là Histidine, Lysine vàArginine. Lysine và Arginine tích điện dương ở pH trung tính. Histidine có thể không tíchđiện hay tích điện dương, tuỳ thuộc vào môi trường của nó. Histidine thường thấy ở các vị tríhoạt hoá của Enzyme, ở đó vòng imidazole có thể chuyển đổi giữa các trạng thái để xúc tác bẻgãy các liên kết. Những acid amin kiềm được ghi trong hình (1.6). Các chuỗi bên của Arginine và Lysinelà dài nhất trong số 20 acid amin Hình 1.6: Các acid amin kiềm tính. Các acid amin chứa chuỗi bên acid là Aspartic và glutamic. Các acid amin này thườnggọi là Aspartate và glutamate để nhấn mạnh rằng chuỗi bên của chúng gần như luôn luôn tíchđiện âm ở điều kiện pH sinh lý (Hình 1.7). Những dẫn xuất không tích điện của glutamate vàaspartate là glutamine và asparagine.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 8 http://www.ebook.edu.vn
  • 15. O O O O H 2N CH C OH H2N CH C OH H2N CH C OH H2N CH C OH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH2 C O C O OH C O NH2 NH2 OH Axit Aspartic Asparagin Axit Glutamic Glutamin Hình1.7: Các acid amin có tính acid và các amide của chúng. Ngoài ra còn 2 acid amin có chuỗi bên là nhóm kị nước và có chứa lưu huỳnh là Norleucin và Cystin là dẫn xuất của Leucin và Cystein CH3-CH2-CH2-CH2-CH- COOH CH2- S ⎯ S - CH2 ⎜ ⎜ ⎜ NH2 CH - NH2 CH - NH2 ⎜ ⎜ COOH COOH Hình 1.8. Cấu trúc phân tử Nor leuxin và CystinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 9 http://www.ebook.edu.vn
  • 16. Bảng 1.1 và 1.2. Giá trị pK của các nhóm Ion hoá và viết tắt của các acid amin Giá trị pK đặc trưng và cân bằng đối với sự ion hoá chuỗi bên của Arginine, Lysine, Histidine, Aspartic và Acid glutamic, Cysteine và Tyrosine được ghi trong bảng (1.1). Hai nhóm khác trong protein: nhóm cuối α amin (α amin terminal) và nhóm cuối α carboxyl (α carboxyl terminal) có thể bị ion hoá cũng được ghi trong bảng này. Các acid amin thường được ký hiệu hoặc bằng 3 chữ viết tắt hoặc một chữ tượng trưng để dễ dàng trong thông tin (bảng 1.2). Viết tắt của các acid amin là 3 chữ đầu tiên tên acid amin trừ trường hợp Acid glutamic (Glu), Acid apartic (Asp), Asparagin (Asn), Glutamine (Gln) và Isoleucine (Ile), Nor leucin (Nor leu). Những tượng trưng của một số ít acid amin là chữ đầu tiên tên acid amin (tức là G cho Glycine và L cho Leucine). 2.1.2. Phân loại acid amin. Phân loại theo hoá học: liên kết thẳng, liên kết vòng; trung tính, acid, base. Phân loại theo sinh lý (giá trị dinh dưỡng): acid amin là những chất dinh dưỡng cực kỳ quan trọng đối cơ thể, khi người ta nói đến thức ăn cần có protein tức là cần có các acid amin. Ở cơ thể động vật cao đẳng (người và gia súc) khả năng tự tổng hợp acid amin bị hạn chế, trong số 20 acid amin cần thiết để tổng hợp protein thì những động vật đó chỉ tổng hợp được trên dưới 10 loại. Những acid amin mà cơ thể không tự tổng hợp được người ta gọi là "acid amin cần thiết", còn những acid amin cơ thể tự tổng hợp được được gọi là "acid amin không cần thiết". Do khả năng của mỗi loài động vật khác nhau nên số "acid amin cần thiết" cũng khác nhau, thông thường gồm 9 loại sau: Tre, Met, Val, Leu, Ileu, Lyz, Phe, Try, His. Các acid amin cần thiết này còn phụ thuộc vào lứa tuổi ví dụ ở gà con lại cần Gly và Arg, khi trưởng thành thì lại không cần nữa vì chúng tự tổng hợp được. Acid amin trong cơ thể ở dạng đồng phân quay cực trái (dạng L) 2.2. Cấu trúc bậc I của protein 2.2.1. Định nghĩa: Đây là cách liên kết giữa các acid amin lại với nhau bằng liên kết peptide để tạo nên chuỗi peptide: -C-N- ⎜⎜ ⎜ O H Liên kết peptide là liên kết hình thành bởi nhóm định chức carboxyl của acid amin này với nhóm định chức amin của acid amin bên cạnh. Đây là liên kết đồng hoá trị nên rất bền vững, để phá vỡ liên kết này, trong phòng thí nghiệm người ta phải dùng những tác nhân mạnh như acid HCl, H2SO4... với nồng độ 4-6 N đun ở nhiệt độ 1020C kéo dài 24 giờ. Đặc tính nổi bật của protein là chúng có cấu trúc 3 chiều. Vào những năm cuối 1930, Linus Pauling và Robert Corey bắt đầu các nghiên cứu các cấu trúc của các acid amin và peptide. Mục đích của họ là biết được khoảng cách và các gốc liên kết tiêu chuẩn của các acid Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 10 http://www.ebook.edu.vn
  • 17. amin và rồi dùng những thông tin này để dự đoán cấu trúc của protein. Một trong số các phátkiến quan trọng là đơn vị peptide cứng và phẳng (Hình1.9). Hydrogen của nhóm amin thaythế hầu như luôn luôn ở dạng Trans (đối nghịch) với oxy của nhóm carbonyl chỉ trừ liên kếtpeptide X-pro (X là gốc bất kỳ), nó có thể là cis (cùng một phía) hoặc Trans. Liên kết giữanguyên tử carbon carbonyl và nguyên tử Nidrogen của đơn vị peptide là không tự do để có thểquay được bởi vì liên kết này có đặc tính riêng. Chiều dài của liên kết này là 1,32 A0 nó nằm giữa chiều dài liên kết của liên kết đơn (-N(1,46 A0) và liên kết đôi (=N (1,51 A0). Ngược lại, liên kết giữa nguyên tử Carbon α vànguyên tử Carbon Carbonyl lại là liên kết đơn thật sự. Liên kết giữa nguyên tử Carbon α vànguyên tử Nidrogen peptide cũng là một liên kết đơn thuần khiết. Cuối cùng, có một mức độlớn về sự tự do quay xung quanh những liên kết này ở phía đơn vị peptide cứng (Hình 1.9).Độ cứng của liên kết peptide tạo cho protein có dạng 3 chiều xác định. Sự tự do quay ở phíađơn vị peptide cũng có tầm quan trọng tương đương bởi vì nó cho phép protein cuộn lại theonhiều cách. Angstrom (A) - đơn vị đo chiều dài bằng 10-10 met. 1 A0 = 10-10m = 10-8cm = 10-μm =10-1nm. Anders J. Angstrom (1814 - 1874) Hình1.9. Cấu trúc một đơn vị peptide. 2.2.2. Đặc điểm của cấu trúc bậc I: có 2 dặc điểm quan trọng là: Thứ tự sắp xếp trước sau của acid amin trong chuỗi. Ví dụ: có 3 loại: Val, Tre, Lyz sẽcó các cách sắp xếp sau: Val - Tre - Lyz, Tre - Lyz - Val, Lyz - Tre - Val, Val - Lyz - Tre, Tre - Val - Lyz,Lyz - Val - Tre Như vậy có 6 kiểu và quy luật là 3! = 1.2.3 = 6 kiểu và tạo nên 6 loại peptide khác nhau.Vậy với 20 loại acid amin thì sẽ có 20! và sẽ tạo ra số lượng các loại protein khác nhau là rấtlớn. Chính nhờ khả năng sắp xếp hết sức phong phú này của các acid amin trong chuỗipeptide mà tuy chỉ có 20 loại acid amin ta thấy thế giới sinh vật hết sức đa dạng.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 11 http://www.ebook.edu.vn
  • 18. Trong chuỗi, đầu chuỗi bao giờ cũng có nhóm amin tự do, cuối chuỗi có nhóm carboxyltự do. Số lượng các acid amin trong chuỗi làm cho chuỗi peptide dài ngắn khác nhau: 2 acidamin gọi là đi peptide, 3 gọi là tri peptide, 4-10 gọi là olygopeptide và >10 gọi là polypeptide.Khối lượng phân tử của chuỗi peptide phụ thuộc vào điều này. Trung bình mỗi chuỗi cókhoảng 150 acid amin ví dụ Insuline có 51 acid amin, glucagon có 19 acid amin... Sự khác nhau của các protein về cấu trúc bậc I tạo nên tính đặc trưng sinh học củaprotein từ đó quyết định đặc tính, tính trạng của sinh vật. Tính đặc trưng này riêng cho từngloại protein và được di truyền rất chặt chẽ qua nhiều thế hệ (được mã hoá trong DNA) 2.3. Cấu trúc bậc II của protein 2.3.1. Định nghĩa: Là cách xoắn gọn lại của chuỗi peptide, tạo cho chuỗi peptide nhữngđoạn xoắn kiểu xoắn α hay gấp nếp β. Năm 1951 Linus Pauling và Robert Corey giả định có 2 cấu trúc polypeptide là xoắn αvà nếp gấp β. Xoắn α là một cấu trúc giống như một cái gậy. Chuỗi polypeptide liên kết chínhcuộn chặt lại tạo nên phần bên trong của gậy, còn các chuỗi bên trải rộng ra ngoài trong mộthình xoắn (Hình 1.10). Xoắn α được ổn định bởi liên kết hydrogen giữa các nhóm NH và COcủa chuỗi chính. Nhóm CO của mỗi acid amin tạo liên kết Hydrogen với nhóm NH của acidamin cách 4 gốc về phía trước (Hình1.10). Trong xoắn α, nhóm CO của gốc n liên kếtHydrogen với nhóm NH của gốc (n + 4). Như vậy tất cả các nhóm CO và NH của chuỗi chínhđều được liên kết Hydrogen. Gốc nọ cách gốc kia 1,5 A0 dọc theo trục xoắn và góc quay là100° gồm 3,6 gốc acid amin cho một chu kỳ xoắn. Như vậy các amin acid được trải rộng lạirất gần về mặt không gian trong xoắn α. Khoảng cách của xoắn α là 1,5 A0 và khoảng cáchtrong một chu kỳ (3,6 gốc) là 5,4 A0. Vòng xoắn có thể là bên phải (Clockwise) thuận chiều kim đồng hồ hoặc bên trái(counter clockwise) đối kim đồng hồ. Các xoắn α của protein là quay phải. Mức xoắn α củaprotein rất rộng từ 0 tới gần 100%. Ví dụ Enzyme tiêu hoá chymotrypsin không có xoắn α.Ngược lại myoglobin và hemoglobin có tới 75 % là xoắn α. Xoắn α đơn thường có chiều dàinhỏ hơn 45 A0. Tuy nhiên, hai hay nhiều xoắn α có thể đan với nhau để tạo nên những cấutrúc rất ổn định nó có thể dài đến 1000 A0 (100nm hay 0,1μm) hoặc hơn. Những xoắn α(Hình 1.11) thấy ở Myosin và Tropomyosin của cơ, fibrin trong các cục máu và keratin trongtóc. Các cáp xoắn trong những protein này giữ vai trò cơ học trong việc hình thành những bórắn chắc của các sợi như trong lông lợn. Cấu trúc xoắn α được Pauling và Corey suy diễn khoảng 10 năm trước đây khi họ quansát qua cấu trúc tia X của Myoglobin. Sự giải thích về cấu trúc của xoắn α là một bước ngoặttrong sinh học phân tử bởi vì nó chứng minh được rằng cấu trúc của một chuỗi polypeptide cóthể được dự đoán nếu bản chất các thành phần của nó đã được hiểu một cách chính xác vàtuân theo một nguyên tắc nghiêm ngặt. Pauling và Corey cũng đã phát hiện một cấu trúc khác là nếp gấp β (gọi là β bởi vì nóđược xác định là cấu trúc thứ hai còn xoắn α là thứ nhất). Nếp gấp β khác nhiều so với xoắnα. Một chuỗi polypeptide trong nếp gấp β gọi là một dây (sợi) β hầu như được duỗi ra hoànTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 12 http://www.ebook.edu.vn
  • 19. toàn chứ không cuộn chặt như trong xoắn α. Dạng nếp gấp β được ổn định bởi liên kết disunfid (- s - s -) liên kết này được hình thành từ 2 nhóm sulfihydryl (-SH) của 2 acid amin Cyskhi chúng ở gần nhau trong không gian. Dạng gấp nếp β có bước xoắn thưa thường có ởnhững protein dạng sợi như keratin ở lông, tóc, sừng, móng. Khoảng cách trục giữa các acid amin kế cận là 3,5 A0, ngược lại ở xoắn α là 1,5 A0.Một sai khác nữa là nếp gấp β được làm ổn định bởi các liên kết Hydrogen giữa các nhóm NHvà CO trong các sợi polypeptide khác nhau, trong khi đó ở xoắn α, liên kết Hydrogen là giữacác nhóm NH và CO trong cùng một sợi. Những chuỗi kề cận trong nếp gấp β có thể chạycùng một hướng (nếp β song song) hoặc các hướng đối nghịch (nếp β đối song song) (hình1.12), ví dụ như các sợi tơ bao gồm chủ yếu các nếp gấp β. Gấp β là một cấu trúc có trongnhiều protein. Những đơn vị cấu trúc này thông thường bao gồm từ 2 đến 5 sợi song songhoặc đối song song..Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 13 http://www.ebook.edu.vn
  • 20. Hình 1.10. Xoắn α Hình 1.11. Siêu xoắn α.Hình 1.12. Cấu trúc đối β. Các sợi β mới tạo thành chạy theo những hướng ngược lại. 2.4. Cấu trúc bậc III của protein 2.4.1. Định nghĩa: Là cách xắp xếp gọn lại trong không gian của chuỗi peptide khi đãcó cấu trúc bậc II. 2.4.2. Các lực nối ổn định cấu trúc bậc III: Lực disulfid - S - S - liên kết này được hình thành từ 2 nhóm sulfihydryl (-SH ) của 2acid amin Cys khi chúng ở gần nhau trong không gian khoảng 2 lần đường kính phân tử. Đâylà liên kết đồng hoá trị nên tương đối bền vững (W = 4-5Kcal/mol), tuy nhiên số lượng liênTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 14 http://www.ebook.edu.vn
  • 21. kết này ít (4-6 liên kết trong 1 phân tử) nên tác dụng ổn định cấu trúc bậc III là không giữ vaitrò quyết định. Một số protein có chứa liên kết disulfide. Sự liên kết chéo giữa các chuỗi hoặc giữa cácbộ phận của một chuỗi được tạo ra bởi sự oxy hoá của các gốc Cystein disulfide để tạo thànhliên kết disulfide (hình 1.13). Các protein trong nội bào thường thiếu liên kết disulfide, trongkhi đó các protein ngoại bào thường chứa một vài liên kết này. Dẫn xuất của những liên kếtchéo không lưu huỳnh của các chuỗi bên của lysine cũng có mặt trong một số protein. Chẳnghạn như, các sợi collagen ở mô liên kết làm cho mô này vững chắc, hay là các sợi đông máu Hình1.13 Cầu Disulfide (-S-S-)được hình thành từ các nhóm SH của Cys trongInsuline Có thể nói cấu trúc bậc III của protein chủ yếu ổn định được là nhờ một loạt các liên kếtphụ, có lực nối yếu, nhưng có mặt ở khắp mọi nơi trong phân tử protein. Đó là: Liên kết Hydro > N....H... N <. Đây là liên kết xuất hiện trong trường hợp chất có hiệntượng phân cực, giữa hai nhóm mang điện tích âm có khoảng cách 2-3 A0 có hydro ở giữa Liên kết của các nhóm kỵ nước (nhóm không ưa nước, chỉ chứa C, H như: Val, Leu...)nhóm này có tính đẩy nước và bị nước đẩy, trong dung dịch keo khi chúng gần nhau sẽ tạothành một đám tạo nên lực liên kết. Lực Valderval (lực hấp dẫn vi mô): là lực nối xuất hiện giữa các nhóm phân tử khichúng nằm gần nhau một khoảng cách bằng 1,5-2 lần đường kính phân tử. Liên kết ion xuất hiện giữa các acid amin còn dư nhóm cacboxyl (-COOH) và nhómamin (-NH2 ) trong dung dịch chúng phân ly thành các ion COO- và NH3+. Liên kết peptide xuất hiện giữa các acid amin còn dư nhóm -COOH và -NH2 khi chúngở gần nhau (số lượng liên kết này cũng rất ít). ( Hình 1.14)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 15 http://www.ebook.edu.vn
  • 22. Hình 1.14. Mô hình các liên kết trong cấu trúc bậc III của protein Đặc điểm của các liên kết này là năng lượng liên kết thấp, nó là liên kết yếu nhưng nócó mặt ở khắp nơi trong phân tử protein cho nên tác dụng ổn định cấu trúc của nó là rất lớn,đồng thời do yếu nên dễ chịu ảnh hưởng tác dụng của môi trường (t0 và pH). 2.4.3. Hệ quả của cấu trúc bậc III: Trong cấu trúc bậc III có một điều có ý nghĩa quyết định đối với hoạt tính của proteinlà thông qua việc hình thành cấu trúc bậc III trong phân tử protein hình thành nên các trungtâm hoạt động: Trung tâm hoạt động là yếu tố bắt buộc phải có ở các protein chức năng (enzyme, khángthể...), là nơi tiếp xúc giữa protein với đối tượng tác động, là nơi thực hiện các phản ứng hoásinh của protein. Trung tâm hoạt động được hình thành từ một số acid amin bình thường nằm xa nhaudọc theo chuỗi peptide, nhưng nhờ có cấu trúc bậc III mà chúng được gần nhau trong khônggian để phối hợp với nhau thực hiện chức năng của protein như trypsinogen ( Hình 1.15) Hình 1.15: Cấu trúc của trypsinogenTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 16 http://www.ebook.edu.vn
  • 23. Các gốc acid amin thường tham gia vào trung tâm hoạt động là: Cys với nhóm -SH, Ser,Tyr, Tre với nhóm - OH; Lyz, Arg với nhóm -NH2, Glu, Asp với nhóm –COOH, His vớinhóm imidazon. Có thể nói trung tâm hoạt động của protein có được là nhờ có cấu trúc bậc III và ổn địnhđược là nhờ sự ổn định của cấu trúc bậc III. Vì lý do trên tất cả những yếu tố gì ảnh tới cácliên kết duy trì cấu trúc bậc III đều ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động, ảnh hưởng này có thểtích cực hoặc tiêu cực đối với chức năng của protein, nếu là ảnh hưởng tích cực làm choprotein thực hiện chức năng thuận lợi hơn ta gọi đó là hiện tượng hoạt hoá protein, ngược lạinếu là ảnh hưởng tiêu cực làm rối loạn méo mó cấu trúc bậc III, làm cho protein hoạt độngyếu đi, thậm chí không hoạt động, người ta gọi là hiện tượng ức chế hoặc làm tê liệt chứcnăng của protein. Những yếu tố ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động là những yếu tố ảnh hưởng tới các liênkết trong cấu trúc bậc III từ đó ảnh hưởng tới hoạt tính của protein. Trong cơ thể động vật cácyếu tố đó là t0 và độ pH. Ở động vật, nhiệt độ ổn định của cơ thể có những trị số nhất định(người: 36-37 0C, trâu bò 37-380C, gia cầm 39-410C...), mỗi một mô bào tuỳ theo chức năngmà có độ pH riêng của mình. Nhiệt độ và độ pH là điều kiện tối ưu của những protein chứcnăng. 2.5. Cấu trúc bậc IV của protein. 2.5.1. Định nghĩa: Là cách tập hợp, kết hợp với nhau của một số tiểu phần protein đãcó cấu trúc bậc III tạo nên những tổ hợp phức tạp và qua đó tạo cho phân tử protein có nhữngđặc tính mới. Ví dụ: Hb có 4 tiểu phần liên kết với nhau bằng cấu trúc bậc IV theo hình tứ diện đều. Phân tử enzyme Phosphorylase thực hiện phản ứng phân giải glycogen thành glucosetrong chuyển hoá đường, khi ở trạng thái dime (dạng phosphorylase b) chúng không có hoạtlực, khi chuyển sang dạng tetrame (dạng phosphorylase a) thì chúng có hoạt lực: P P 4ATP 4ADP O-O O-O Protein-kinase O-O P P Phosphorylase ‘b’ dạng dime Phosphorylase ‘a’ dạng tetrame 2.5.2. Ý nghĩa: đây là cách điều hoà hoạt tính của protein đồng thời tiết kiệm đượcnguyên liệu. 3. Cắt và sửa đổi protein tạo nên các khả năng mới. Nhiều trong số 20 acid amin có thể bị thay đổi sau khi chuỗi polypeptide đã được tổnghợp nên đã làm tăng thêm khả năng của protein. Ví dụ các amin chót của nhiều protein đãacetyl hoá, điều đó làm cho protein tăng sự kháng lại sự phân giải. Ở các collagen tổng hợpmới, nhiều gốc protein đã hydroxyl hoá để tạo hydroxyproline (Hình 1.16). Những nhómTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 17 http://www.ebook.edu.vn
  • 24. hydroxyl được thêm vào đã làm ổn định sợi collagen. Ý nghĩa sinh học của sự sửa đổi này đãđược dẫn ra trong bệnh thiếu vitamin C (Scurvy) nguyên nhân là do sự hydroxyl hoá khôngđầy đủ của collagen vì thiếu vitamin C. Các amin acid chuyên biệt khác cũng được tạo ra nhưγ - carboxyglutamate. Khi thiếu vitamin K, sự carboxyl hoá không đủ của glutamate trongprothrombin, một nhóm protein đóng cục do đó dẫn tới sự xuất huyết. Hầu hết các protein,chẳng hạn như các kháng thể được tiết ra bởi các tế bào đòi hỏi phải có đơn vị carbohydratetrên các gốc asparagine đặc hiệu. Việc thêm carbohydrate vào làm cho protein ưa nước hơn.Ngược lại, một protein có thể trở nên ghét nước hơn nếu thêm một acid béo vào nhóm α-aminhoặc một nhóm sulfhydryl của Cystein. Nhiều Hormone, chẳng hạn như Adrenalin, đã làm thay đổi hoạt tính của nhiều Enzymedo sự kích thích phosphoryl hoá của acid amin hydroxyl là serine và Threonine.Phosphoserine và phosphothreonine là các acid amin được sửa đổi thường xuyên nhất trongcác protein. Các yếu tố sinh trưởng tác động bằng cách tạo nên sự phosphoryl hoá nhómhydroxyl của Tyrosine để tạo nên phosphoTyrosine. Các nhóm phosphate trên 3 acid aminsửa đổi này có thể bị loại đi, làm cho chúng có thể tác động như sự chuyển đổi nghịch trongsự điều hoà các quá trình của tế bào. Thật vậy, một số gen sản sinh ung thư (oncogene) tácđộng bằng cách kích thích sự phosphoryl hoá dư thừa các gốc Tyrosine trên các protein kiểmsoát sự tăng sinh của tế bào. Hình 1.16: Sự sửa đổi các gốc acid amin ở một số protein. Nhiều protein bị cắt xén sau khi sinh tổng hợp. Chẳng hạn như các Enzyme tiêu hoákhi được tổng hợp, tiền thân của nó là bất hoạt có thể cất giữ an toàn ở tuỵ. Sau khi được giảiphóng vào đường tiêu hoá, những tiền thân này trở nên hoạt hoá do cắt đi liên kết peptide.Trong quá trình đông máu, fibrinogen hoà tan chuyển thành fibrin không hoà tan cũng do sựcắt bớt liên kết peptide. Nhiều hormone polypeptide chẳng hạn như adrenocorticotropin do sựchẻ nhỏ của một protein tiền thân. Cũng giống như vậy, các protein của poliovirus được tạonên do sự xén bớt của một polyprotein tiền thân lớn hơn. Một vài protein chủ chốt của Virus-1 (HIV-1) gây nên AIDS là do sự cắt xén đặc hiệu của một tiền thân dài hơn.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 18 http://www.ebook.edu.vn
  • 25. Các chuỗi Polypeptide có thể đảo hướng do sự quay gấp. Nhiều protein có hình cầu,gọn có sự đảo hướng trong các chuỗi polypeptide của chúng. Nhiều sự đổi hướng được hoàntất bởi một yếu tố cấu trúc gọi là sự đổi hướng β. Trong sự quay này nhóm CO gốc (n) liênkết Hydrogen với nhóm NH của gốc (n + 3) (Hình 1.17). Như vậy một chuỗi polypeptide cóthể đổi hướng một cách bất ngờ. Sự đổi hướng β thường để nối các sợi β đối song song. Nócũng được hiểu như là sự đổi hướng hay sự bẻ gập đột ngột. Xoắn Collagen được ổn định bởi Proline và Hydroxypoline. Một dạng đặc biệt của xoắn có trong Collagen - thành phần sợi chính của da, xươnggân, sụn và răng. Những protein ngoại bào có chứa 3 chuỗi polypeptide xoắn. Mỗi chuỗi dài1000 gốc. Trình tự acid amin của collagen rất điều hoà: gần như 1/3 gốc là glycine, prolinechiếm 12%. Hơn nữa collagene có chứa 2 acid amin hiếm gặp là Hydroxyproline vàhydroxylusine. Trình tự glycine - Proline - Hydroxyproline (Gly - Pro - Hyp) cũng thườngđược tái diễn (Hình 1.18). Collagen là một phân tử hình que dài khoảng 3000 A0 nhưng đường kính chỉ 15 A0.Hoạ tiết xoắn 3 (Hình1.18) hoàn toàn khác với xoắn α. Liên kết Hydrogen có trong nội bộmột sợi. 3 dây cuộn lại với nhau tạo nên cáp siêu xoắn. Khoảng cách trục cho 1 gốc trong siêuxoắn là 2,9 A0 và có gần 3 gốc cho một chu trình. 3 dây này có liên kết Hydrogen với nhau.Chất cho Hydrogen là nhóm NH peptide của gốc glycine và chất nhận hydrogen là nhóm COcuả các chuỗi khác. Nhóm Hydroxyl của các gốc Hydroxyproline cũng tham gia trong liên kếtHydrogen. Đến bây giờ chúng ta đã hiểu tại sao glycine chiếm 1/3 vị trí trải dài hàng nghìn gốc tạonên vùng xoắn của collagen. Phía bên trong của cáp dây 3 này rất chặt. Vì vậy, chỉ có glycinelà có thể vừa khít ở vị trí bên trong này. Vì có 3 gốc cho một chu trình xoắn, cho nên phải có1/3 gốc trên mỗi dây là glycine. Khi quan sát sợi collagen ta thấy có vằn ngang, đó là các phân tử Tropocolagen ở cácdẫy kề nhau xếp lệch nhau 1/4 phân tử. Trên cùng một dẫy, giữa phân tử Tropocollagen cómột khớp dài 400 A0. H×nh 1.17: §¶o h−íng quay cña peptide.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 19 http://www.ebook.edu.vn
  • 26. Protein giÇu liªn kÕt hydrogen. Nh÷ng nh©n tè nµo x¸c ®Þnh cÊu tróc 3 chiÒu cñaprotein? C¸c t−¬ng t¸c ph©n tö trong c¸c hÖ thèng sinh häc ®Òu qua 3 nh©n tè trung gian: liªnkÕt tÜnh ®iÖn, liªn kÕt Hydrogen vµ liªn kÕt Valderval. Chóng ta còng ® thÊy liªn kÕtHydrogen gi÷a c¸c nhãm NH vµ CO cña chuçi chÝnh ®Ó t¹o xo¾n α, nÕp gÊp β vµ c¸pcollagen. Trong thùc tÕ, c¸c chuçi bªn cña 11 trong sè 20 acid amin nÒn t¶ng ®Òu cã thÓ thamgia liªn kÕt Hydrogen. V× thÕ chóng ta nãi c¸c acid amin nµy cã tiÒm n¨ng liªn kÕt Hydrogen: 1. C¸c chuçi bªn cña Tryptophan vµ Arginine cã thÓ ho¹t ®éng chØ nh− chÊt cho liªn kÕtHydrogen (Hydrogen bond donor). 2. Còng gièng nh− chÝnh ®¬n vÞ peptide, c¸c chuçi bªn cña Asparagine, Glutanine vµThreonine ho¹t ®éng nh− nh÷ng chÊt cho vµ nhËn liªn kÕt Hydrogen. 3..Kh¶ n¨ng liªn kÕt Hydrogen cña Lysine (vµ nhãm cuèi Amin), Aspartic vµ Acidglutamic (vµ nhãm cuèi Carboxyl), Tyrosine vµ Histidine thay ®æi theo pH. C¸c nhãm nµy cãthÓ ho¹t ®éng víi t− c¸ch lµ chÊt nhËn còng nh− chÊt cho trong mét thang pH x¸c ®Þnh vµ víit− c¸ch lµ chÊt nhËn hoÆc chÊt cho (chø kh«ng ph¶i c¶ hai) ë nh÷ng pH kh¸c nh− Aspartatevµ Glutamate trªn h×nh (1.19). MÉu h×nh liªn kÕt Hydrogen cña c¸c gèc cã thÓ ion ho¸ nµy lµphô thuéc pH. Trình tự acid amin của chuỗi Collagen Cấu trúc một chuỗi Collagen xoắn ba Hình 1.18 Cấu trúc của Collagen xoắn ba. Nhóm cho hydrogen của tryptophan Nhóm cho hydrogen của Arginine Hình1.19: Các nhóm liên kết hydrogen của một số chuỗi bên ở protein. Protein hoà tan trong nước cuộn lại trong các cấu trúc thích hợp có các lõi khôngphân cực.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 20 http://www.ebook.edu.vn
  • 27. Những nghiên cứu tia X chỉ rõ chi tiết cấu trúc 3 chiều của trên 300 protein. Chúng tabắt đầu với Myoglobuline, protein đầu tiên được nhìn nhận chi tiết ở mức nguyên tử. Myoglobine, là chất dự trữ oxy ở cơ, nó là một chuỗi polypeptide đơn với 153 acidamin, khối lượng phân tử là 18Kd. Myoglobine có khả năng gắn với oxy phụ thuộc vào sự cómặt của Hem, một nhóm prosthetic không polypeptide bao gồm protoporphyrin và mộtnguyên tử sắt ở trung tâm. Myoglobine là một phân tử cực kỳ thích hợp với chức năng vậnchuyển O2. Kích thước của nó là 45 x 35 x 25A0. Cấu trúc bậc 1 của Myoglobine là các xoắnα, phân tử này có 8 xoắn. Khoảng 70% chuỗi chính cuộn lại trong các xoắn α và nhiều phầncòn lại của chuỗi tạo thành các chu trình giữa các xoắn. Có 4 vòng chứa proline, có xu hướnglàm phá vỡ các xoắn α bởi vì nó làm chướng ngại không gian bởi một vòng 5 rắn chắc (rigid). Sự cuộn lại của chuỗi chính ở Myoglobine cũng giống như các protein khác, nó là mộtphức hợp và không cân đối. Sự thật nổi bật là ở bên trong bao gồm hầu hết các gốc khôngphân cực như Leucine, Valine, Methionine và Phenylalanine. Những gốc phân cực nhưAspartate, Glutamate, Lysine và Arginine không có mặt trong Myoglobine. Riêng chỉ có vàigốc phân cực có mặt ở phía trong là 2 Histidine giữ vai trò đặc biệt trong việc gắn oxy củaHem. Mặt khác, phía ngoài của Myoglobine lại chứa cả những gốc phân cực và không phâncực. Mô hình không gian đầy đủ cũng chỉ rõ rằng nó có rất ít khoảng trống ở bên trong.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 21 http://www.ebook.edu.vn
  • 28. Hình 1.20. Phân tử Ribonuclease Sự phân phối đối nghịch của các gốc phân cực và không phân cực đã vạch rõ nhữngkhía cạnh có tính chất chìa khoá của kiến trúc protein. Trong một môi trường nước, cácprotein cuộn lại là do khuynh hướng loại trừ nước mạnh mẽ của các gốc kỵ nước. Cần phảinhắc lại rằng nước cấu kết rất cao còn các nhóm kỵ nước lại ổn định nhiệt động hơn khi tụbên trong phân tử. Chuỗi Polypeptide vì thế cuộn lại một cách tự phát để cho các chuỗi bên kỵnước chìm vào bên trong, những chuỗi tích điện phân cực thì nằm trên bề mặt. Số phận củachuỗi chính đi kèm với chuỗi bên kỵ nước cũng rất quan trọng. Bí mật của việc chôn sâu mộtđoạn của chuỗi chính trong một môi trường kỵ nước là để tạo cặp tất cả các nhóm NH và CObằng liên kết Hydrogen. Các cặp đôi này được hoàn thiện trong xoắn α hoặc nếp gấp β. Liênkết Valderval giữa các chuỗi bên Hydrocarbon cũng góp phần làm ổn định cho protein. Bâygiờ thì chúng ta hiểu tại sao bộ 20 acid amin có chứa một vài acid amin khác nhau về hìnhdạng và kích thước một cách tinh tế như vậy. Ribonuclease, một Enzyme tuyến tuỵ phân giải RNA là một ví dụ về các cách khácnhau của cuộn protein. Chuỗi polypeptide đơn này gồm 124 gốc cuộn lại chủ yếu trong cácdây β. Ngược lại, với Myoglobine có chứa các xoắn α nhưng thiếu các dây β. Ribonucleasecũng giống như Myoglobine có chứa bên trong chất không phân cực cao và cuốn rất chặt.Enzyme này được làm ổn định xa hơn bởi 4 liên kết disulfide. Cấu trúc của một protein có thểđược tượng trưng trong dạng xơ đồ tạo với các dây β như những mũi tên rộng còn xoắn α nhưmột đường xoắn và những vùng nối như những sợi dây bện (string). Mô hình Ribonuclease (hình 1.20) của Richardson rất lợi ích cho việc thể hiện các mốiliên quan của các yếu tố trong các protein, đặc biệt là các protein lớn và rất lợi cho việc xácđịnh các tiết hoạ cấu trúc trong các protein khác. Những protein màng không thể thiếu được, nó trải trên các màng sinh học, được thiết kếkhác so với các protein hoà tan trong dung dịch nước. Barrier tính thẩm của màng được tạobởi các Lipide, chúng là các chất kỵ nước mạnh. Như vậy, phần protein màng trải trên vùngnày phải có đầu ngoài kỵ nước, phần vận chuyển màng của protein màng thường bao gồm cácbó xoắn α với các chuỗi bên không phân cực (chẳng hạn như Leucine và Phenylalanine)chúng hướng ra ngoài bề mặt của protein này. 4. Bốn mức cấu trúc của protein. Cấu trúc bậc 1 là trình tự các acid amin. Cấu trúc bậc 2 là sự sắp xếp không gian của cácgốc acid amin, gốc nọ kề gốc kia trong trình tự thẳng. Xoắn α và dây β là các thành viên củacấu trúc bậc 2. Cấu trúc bậc 3 là sự sắp xếp không gian của các gốc acid amin ở xa nhau vàmô hình của liên kết disulfide và các liên kết phụ. Tuy nhiên việc chọn ra cấu trúc bậc 2 haybậc 3 chỉ là cảm giác. Cấu trúc bậc 4 là sự sắp xếp không gian của các đơn vị (Subunid) và bản chất tiếp xúccủa nó. Ví dụ như Hemoglobine, có chứa 2 chuỗi α và 2 chuỗi β. Các đơn vị này giao diệnvới nhau trong một Tetramer để tham gia vào vận chuyển thông tin giữa các vị trí gắn xa đốivới O2, CO2 và H.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 22 http://www.ebook.edu.vn
  • 29. Những nghiên cứu về cấu trúc chức năng và sự tiến hoá của protein đã vạch rõ tầm quantrọng của 2 mức khác nữa của tổ chức. Cấu trúc siêu bậc 2 (Supersecondary Structure) chỉcụm những cấu trúc bậc 2, chẳng hạn như một dây β tách biệt với một dãy β khác bởi mộtxoắn α đã thấy ở nhiều protein. Hoạ tiết này được gọi là đơn vị βαβ (Hình 1.21). Một số chuỗi polypeptide cuộn lại trong 2 hoặc nhiều hơn các vùng chắc đặc (compact)có thể nối với nhau bởi những đoạn co rãn của chuỗi polypeptide cũng giống như các quả lêtrên một cành. Những đơn vị hình cầu chắc đặc này gọi là domain, có kích thước từ khoảng100 đến 400 gốc acid amin. Chẳng hạn như, chuỗi L25 - Kd của một kháng thể cuộn lại trong2 domain (Hình 1.21). Những đơn vị hình cầu này gắn cái nọ với cái kia, điều đó khiến ngườita cho rằng chúng được xuất hiện do sự nhân đôi của một gen nguyên thuỷ. Một nguyên tắcquan trọng đã được phát hiện từ sự phân tích gen và protein ở Eucaryote bậc cao hơn là Cácdomain protein thường được mã hoá bởi các phần tách biệt của gen gọi là exon. Hình 1.21. Siêu cấu trúc bậc 2 của protein Những protein có nhiều chuỗi polypeptide thì có thêm mức tổ chức cấu trúc. Mỗi chuỗipolypeptide trong những protein như thế gọi là dưới đơn vị ( Subunid ).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 23 http://www.ebook.edu.vn
  • 30. 5. Thứ tự các acid amin chuyên hoá cấu trúc không gian của protein Chúng ta hãy xem xét mối quan hệ giữa các thứ tự acid amin của một protein và cấutrúc của nó từ công trình kinh điển của Christian Anfinsen trên Ribonulease. Đó là một chấtsớm được chú ý, Ribonuclease là một chuỗi polypeptide gồm 124 gốc acid amin, 4 liên kếtdisulfide có thể bị cắt đi do việc khử chúng với một thuốc thử như β-mercaptoethanol nó sẽhình thành disulfide hỗn hợp với chuỗi bên Cystein (hình 1..22). Hình 1.22: Sự khử cầu disulfide trong một protein bằng cách cho dư thừa thuốc thử sulfhydryl (R-SH) chẳng hạn như β -mercaptoethanol. Khi cho dư nhiều β-mercaptoethanol thì các disulfide hỗn hợp cũng bị khử, sản phẩmcuối cùng là 1 protein trong đó disulfide (Cystin) được chuyển hoàn toàn thành sulfhydryl(Cysteine). Tuy nhiên, người ra cũng phát hiện rằng Ribonuclease ở 37°C và pH 4 lại khôngbị khử bởi β-mercaptoethanol trừ phi protein này được xử lý với các thuốc thử như urea hoặcguanidine hydrochloride. Mặc dầu cơ chế tác động của các tác nhân này chưa được rõ hoàntoàn, nhưng đã rõ ràng là chúng làm rối loạn các tương tác không đồng hoá trị. Hầu hết cácchuỗi peptide đều không có các liên kết chéo để thừa nhận một cấu trúc cuộn ngẫu nhiêntrong urea 8M hoặc Guanidine HCl 6M. Khi Ribonuclease được xử lý với β-mercaptoethanol trong urea 8M thì sản phẩm là mộtchuỗi polypeptide cuộn lại một cách ngẫu nhiên và bị khử hoàn toàn, nó không có hoạt tínhEnzyme. Nói một cách khác, Ribonuclease đã bị biến tính do sự xử lý này (hình 1..23). Sau đó Anfisen đã có những quan sát đặc biệt về Ribonuclease đã bị biến tính khi loạitrừ urea và β-mercaptoethanol bằng thẩm tích thì hoạt tính Enzyme lại được phục hồi mộtcách chậm chạp. Ông đã lĩnh hội được ý nghĩa của sự phát hiện tình cờ này là: Sulfhydryl củacác Enzyme đã bị biến tính sẽ bị oxi hoá bởi không khí và Enzyme này lại cuộn lại một cáchtự phát trong dạng hoạt hoá xúc tác. Những nghiên cứu chi tiết sau đó đã chỉ ra rằng hầu nhưtất cả hoạt tính Enzyme gốc (original) sẽ được khôi phục nếu nhóm sulfhydryl bị oxi hoá dướinhững điều kiện thích hợp (hình 1..23). Tất cả các đặc tính lý hoá của Enzyme cuộn lại phânbiệt rõ ràng với Enzyme nguyên mẫu (native). Những thí nghiệm này đã chỉ ra rằng thông tinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 24 http://www.ebook.edu.vn
  • 31. cần để chuyển hoá phức hợp cấu trúc 3 chiều của Ribonuclease nằm ở trong các thứ tự acidamin. Những nghiên cứu sau này đã xác định một cách tổng quát nguyên lý trung tâm củasinh học phân tử là thứ tự chuyên hoá các cấu trúc hoá học. Một kết quả khác thu được khiRibonuclease đã khử sẽ bị oxi hoá khi ở urea 8M. Chế phẩm này sau đó được thẩm tích đểloại urea. Ribonuclease bị tái oxi hoá theo cách này chỉ có hoạt tính Enzyme 1%. Hình 1.23. Sự hoàn nguyên của ribonuclease Tại sao kết quả của thí nghiệm này khác với kết quả trong đó Ribonuclease đã bị khử sẽlại tái oxi hoá trong dung dịch không có urea? Lý do là tạo vòng đôi disulfide không đúng(wrong) ở phân tử khử khi bị tái oxi hoá vì có tới 105 cách của 8 vòng đôi Cystein để hìnhthành 4 disulfide; nhưng chỉ có một trong số các hợp chất này là có hoạt tính Enzyme. 104vòng đôi sai có tên là Ribonuclease "leo trèo" (Scramble). Sau đó Anfinsen đã thấy cácRibonuclease “leo trèo” này chuyển đổi một cách tự phát thành Ribonuclease nguyên mẫu,đầy đủ hoạt tính khi cho vào một ít β-mercaptoethanol trong dung dịch nước (hình 1..23). β-mercaptoethanol được thêm vào sẽ xúc tác sự sắp xếp lại của các vòng đôi disulfide cho đếnkhi cấu trúc ban đầu được hoàn nguyên, thời gian mất khoảng 10 giờ. Quá trình này đượcthực hiện hoàn toàn bởi việc làm giảm năng lượng tự do nhờ cấu trúc "leo trèo" đã chuyểnthành cấu trúc của Enzyme. Như vậy, dạng ban đầu của Ribonuclease là cấu trúc ổn định nhấtvề nhiệt động học. Tuy nhiên, điều quan trọng là việc cuộn lại của nhiều Enzyme lại được sựtrợ giúp bởi Enzyme, nó xúc tác để đạt tới trạng thái năng lượng thấp nhất. Sự hoà hợp như thế nào của tương tác trung gian để tạo nên sự chuyển ngược từ dạngkhông cuộn sang dạng cuộn của một protein? Cấu trúc của một protein có thể được suy luậnTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 25 http://www.ebook.edu.vn
  • 32. từ các thứ tự acid amin của nó được không? Những vấn đề này là trung tâm của hoá sinh phântử. Anfinsen (1964) viết: “Cái đập vào tôi gần đây là người ta có thể thật sự thấy được cácthứ tự của một phân tử protein, về sự cuộn lại trong một dạng hình học chính xác giống nhưmột hàng chữ viết đẹp đẽ trong dạng quy chuẩn và sự tạo mẫu với bản chất cuộn lại của nó,tạo nên sự hoà hợp với chức năng sinh học”. 6. Sự gắn đặc hiệu và những thay đổi cấu trúc là cơ sở của tác động protein Bước đầu tiên trong tác động của một protein là việc gắn của nó với phân tử khác.Protein như là một lớp các đại phân tử độc quyền về khả năng nhận biết và tương tác cao vớicác phân tử dẫn suất. Ví dụ như Myoglobin gắn chặt vào một nhóm Hem khi chuỗipolypeptide của nó đã cuộn lại phần nào. Protein cũng kết hợp với các protein khác để tạo nênnhững sự xếp đặt thứ tự cao chẳng hạn như những sợi co giãn ở cơ. Việc gắn các phân tử lạvào protein kháng thể có thể làm cho sự miễn dịch phân biệt được giữa mình và không phảimình. Xa hơn nữa là, sự biểu hiện của nhiều gen bị kiểm soát bởi việc gắn của protein làmnhiệm vụ nhận dạng các thứ tự DNA đặc hiệu. Protein cũng có khả năng tương tác một cáchđặc hiệu với một dẫy các phân tử vì chúng rất tài tình trong việc hình thành các bề mặt và cáckhe bổ cứu. Sự tinh tế của các chuỗi bên trên những bề mặt này và các khe hở có thể làm choprotein tạo được các liên kết hydrogen, liên kết tĩnh điện, liên kết Valderval với các phân tửkhác. Như đã nhấn mạnh ở phần mở đầu của chương này, hầu hết tất cả các phản ứng trong hệthống sinh học đều được xúc tác bởi những protein được gọi là Enzyme. Bây giờ chúng ta sẽđánh giá một cách chính xác là tại sao protein lại giữ vai trò độc quyền trong việc xác địnhmẫu hình (pattern) của các vận chuyển hoá học hay khả năng xúc tác của các protein đi từ khảnăng gắn của chúng với các phân tử cơ chất trong những hướng chính xác và ổn định trongtrạng thái quá độ (transidion) và sự bẻ gãy các liên kết hoá học. Nguyên lý cơ bản này có thểtính được cụ thể bằng một ví dụ đơn giản về sự xúc tác Enzyme, sự hydrat hoá của carbondioxide bởi carbonic anhydrase H2O + CO2 → CHO3- + H+ Carbonic anhydrase làm tăng tốc độ phản ứng lên trên 1.000.000 lần như thế nào? Phầnkích thích tính phản ứng là do tác động của ion kẽm, nó phối hợp các nhóm imidazol của 3gốc histidine trong Enzyme này. Ion kẽm định vị ở đáy của một khe sâu chừng 15A0 dưới bềmặt của protein. Gần kề là một nhóm của gốc nhận biết và gắn carbon dioxide. Khi nước gắnvào ion kẽm thì nó nhanh chóng chuyển thành ion hydroxide, đó là vị trí chính xác để tấncông vào phân tử dioxide carbon gắn tiếp vào nó (hình 1.24.). Ion kẽm này giúp cho sự địnhhướng CO2 cũng như cung cấp một lượng lớn OH-. Carbonic anhydrase cũng giống nhưnhững Enzyme khác, nó là một chất xúc tác cao bởi vì nó đưa cơ chất vào sự gần gũi khônggian và làm thích hợp hướng của các phản ứng.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 26 http://www.ebook.edu.vn
  • 33. H H His O His O O His Zn++ C O His Zn++ C O - O His His Hình 1.24. Cơ chế phản ứng của carbon anhydrase. Ion hydroxide và carbon dioxide đãđược sắp đặt một cách chính xác để làm thuận lợi cho việc hình thành bicarbonate bởi sự liên kếtcủa chúng với Zn2+. Sự tái diễn khác của xúc tác là việc sử dụng các nhóm tích điện để phân cực cơ chất vàlàm ổn định trạng thái quá độ. . Hình 1.25. Sự tương tác AllostericTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 27 http://www.ebook.edu.vn
  • 34. Điều quan trọng và đáng chú ý nhất là một số protein có nhiều vị trí gắn, các vị trí nàycó sự thông tin với nhau. Sự thay đổi cấu trúc cảm ứng bởi việc gắn một phân tử vào một vịtrí trong một protein đã đẩy các vị trí lệch ra xa trên 20A0. Vì thế, protein có thể được xâydựng để hoạt động như những cầu giao phân tử (molecular swidch) để tiếp nhận, hợp nhất vàtruyền các tín hiệu. Nhiều protein có chứa các vị trí điều hoà gọi là vị trí allosteric kiểm soátviệc gắn của chúng với các phân tử khác và làm thay đổi tốc độ phản ứng của chúng (hình1.25). Ví dụ như, việc gắn oxygen vào nhóm Hem của hemoglobine là kết quả của sự thay đổiviệc gắn H+ và CO2 ở các vị trí xa trong phân tử protein. Sự kiểm soát allosteric trung gian bởi sự thay đổi cấu trúc trong phân tử protein là trungtâm của sự điều hoà trao đổi chất. Trong hệ thần kinh, protein kênh nhạy cảm với đa kíchthích hoạt động như các cổng, giống như cổng trong chip của computer Protein có 2 vị trí gắn có liên quan tới sự thay đổi cấu trúc làm cho nó có khả năngchuyển đổi năng lượng. Giả sử một protein có một vị trí xúc tác cho sự thuỷ phân adenosinetriphosphate (ATP) thành (ADP) là một phản ứng cho năng lượng. Sự thay đổi từTriphosphate tới Diphosphate cảm ứng sự thay đổi vị trí xúc tác, chuyển vị trí gắn sang một vịtrí khác xa hơn trên cùng một protein. Như vậy, enzyme với chức năng như những mô tơ phântử làm thay đổi năng lượng liên kết hoá học trong sự vận động trực tiếp như sự co cơ 7. Đặc tính lý hoá của protein 7.1. Protein tồn tại ở sinh vật ở trạng thái keo: Môi trường trạng thái keo của proteinlà nước. Tiêu chuẩn của hệ keo phụ thuộc vào kích thước hạt hoà tan (1-150mμ). Đặc tính củahệ keo là vừa có đặc tính lỏng (tốc độ phản ứng như môi trường lỏng) vừa có đặc tính rắn (cóhình thể nhất định). Protein là keo ưa nước vì protein mang những nhóm ưa nước (-NH2, -COOH, -OH).Keo protein có các đặc tính điển hình của keo ưa nước như: gây áp suất thẩm thấu thấp (30-40mmHg ≈ 0,03-0,04at); khả năng khuếch tán ít; độ nhớt cao; khả năng hấp phụ các chất rấtcao, vì nó có cấu trúc phức tạp, diện tích tiếp xúc với môi trường so với khối lượng rất lớnnên protein có đặc tính này. Các chất mà protein hấp phụ có thể ở thể hơi, lỏng, rắn, chúngđược liên kết với phân tử protein theo nhiều kiểu liên kết, liên kết này có thể bền nếu là liênkết hoá học hoặc không bền nếu là liên kết do sự hấp dẫn phân tử hoặc tĩnh điện. Điểm đángchú ý là hiện tượng hấp phụ của protein không hỗn loạn mà có tính đặc trưng rõ rệt mà điểnhình là các phản ứng huyết thanh miễn dịch (kháng thể chỉ kết hợp với kháng nguyên tươngứng). Hiện tượng trương nở của protein cũng có bản chất là hiện tượng hấp phụ, chất hấp phụở đây là nước (protein khô có thể hấp phụ tới 50% khối lượng nước so với bản thân chúng) vàcó khả năng khuếch tán ánh sáng, khi cho tia sáng đi qua dung dịch protein ta thấy được cáctia khuếch tán, hiện tượng này gọi là hiện tượng tin đan. 7.2. Lưỡng tính và điểm đẳng điện: Keo protein là keo ở trạng thái mang điện, có thểdương hoặc âm. Điện tích trong hạt keo là điện tích phân ly của các gốc acid amin dư nhómcacboxyl, nhóm amin. Điện tích này có thể dương hoặc âm, điều này phụ thuộc vào số lượngcủa các nhóm -COO- và NH3+ trong phân tử protein.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 28 http://www.ebook.edu.vn
  • 35. NH2 COOH NH3+ COO- ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ------------------- ------- > -------------------------- ⎜ ⎜ COOH COO- Sự phân ly này còn phụ thuộc vào pH của môi trường. Trị số pH môi trường làm cho độphân ly của các gốc đó tiến tới bằng nhau để điện tích triệt tiêu thì giá trị pH đó gọi là điểmđẳng điện, kí hiệu là pI. Tại điểm đẳng điện hạt keo protein không bền, vì nó mất một yếu tốlà sức đẩy tĩnh điện. Điểm đẳng điện của đa số protein nằm ở vùng dưới 7, phía acid. Ví dụ:pI của casein là 4,7; albumin là 4,8; globulin là 5,4. 7.3. Hiện tượng mất nguyên tính và sa lắng: Protein tồn tại ổn định trong môi trườngnhất định, khi môi trường thay đổi (pH và t0) làm ảnh hưởng tới cấu trúc bậc III, tới điệntích... thì một số tính chất của protein thay đổi như khả năng xúc tác của các enzyme bị giảmsút hoặc mất hẳn, trường hợp đó gọi là trường hợp mất nguyên tính. Khi tác động của những yếu tố môi trường không sâu sắc hoặc quá nhanh thì phân tửprotein có thể trở lại trạng thái ban đầu (hoàn nguyên - khôi phục lại nguyên tính của nó). Nếutác động của các yếu tố môi trường kéo dài và mạnh thì protein bị biến đổi tính chất mà phổbiến là cấu trúc bậc III hoàn toàn rối loạn, lúc đó một số thuộc tính của trạng thái keo bị mấtnhư khả năng có điện tích, khả năng thuỷ hoá... và các phân tử protein tụ lại với nhau kết tủavà sa lắng. 7.4. Tính đặc trưng sinh học: Đây là sự khác nhau của các protein về mặt cấu trúc(trước hết là bậc I) và chức năng như tính đặc hiệu của enzyme, hiện tượng choáng do việctruyền máu, hiện tượng không dung hoà khi vá da hoặc cấy ghép mô... Các loại phản ứng nàyrất tinh vi và phức tạp. Tính đặc trưng sinh học này được di truyền chặt chẽ qua acid nucleic. 8. Phân loại protein Theo tính toán của Pauling, trong một con người có khoảng 10 vạn loại protein khácnhau nên việc phân loại là phức tạp. Hiện nay người ta vẫn theo đề nghị của Hoppezaile vàDreczen việc phân loại protein là theo 2 lớp lớn là protein đơn giản (protein) và protein phứctạp (proteid). Protein đơn giản là loại protein mà thành phần cấu tạo chỉ có các acid amin.Protein phức tạp là loại protein mà thành phần cấu tạo chủ yếu là các acid amin, bên cạnh đócòn có các nhóm ghép không có bản chất acid amin 8.1. Protein đơn giản (protein): gồm 4 nhóm sau: 8.1.1. Albumin và globulin: Là những protein chức năng phổ biến ở máu và cơ. Chúngkhác nhau về khối lượng phân tử, albumin khối lượng phân tử thấp hơn (2-7 vạn dalton),globulin 1 triệu dalton (1dalton = 1,66 x 10-24 gam). Về chức năng: albumin gắn liền với quá trình dinh dưỡng, là nguyên liệu xây dựng môbào, giữ áp lực thẩm thấu keo của máu, một phần liên kết với các chất khác để vận chuyểnchúng như với vitamin, các acid béo, cholesterin, một số ion Ca, Mg.... Tiểu phần albuminchiếm 35-45% protein trong huyết thanh, tỷ lệ này phản ánh cường độ trao đổi chất của cơthể. Albumin được tổng hợp nhiều ở gan. Tỷ lệ và hàm lượng albumin trong máu phản ánhchế độ dinh dưỡng cao hay thấp và chức năng của gan.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 29 http://www.ebook.edu.vn
  • 36. Globulin chiếm phần lớn protein trong huyết thanh, nó bao gồm nhiều loại như α, β, γ-globulin, chúng có vai trò khác nhau trong cơ thể sống. Hai loại α, β-globulin được tổng hợpchủ yếu ở gan, chúng gắn liền với quá trình dinh dưỡng như albumin. Tiểu phần α-globulinliên kết với glucid và lipid tạo thành những phức hợp glucoproteid và lipoproteid, α-globulincòn liên kết với Hb khi hồng cầu bị vỡ, bằng phương pháp điện di người ta tách được α-globulin thành 2 tiểu phần α1 và α2-globulin, trong đó α2-globulin có chứa haptoglobin làyếu tố có liên quan tới Hb. Tiểu phần β-globulin có chứa transferin là yếu tố tham gia vào quátrình tạo máu cho cơ thể. Tiểu phần γ-globulin do tế bào lâm ba cầu B sinh ra, có vai trò đặcbiệt quan trọng, là tổ hợp các kháng thể, tham gia vào quá trình miễn dịch của cơ thể. Đây làchỉ tiêu đánh giá khả năng chống bệnh, khả năng thích nghi của cơ thể. Người ta đã tách được5 nhóm kháng thể có đặc tính miễn dịch khác nhau đó là IgG, IgA, IgM, IgD, IgE. Chỉ số A/G (Albumin/Globulin) là chỉ số phản ánh tình trạng sức khoẻ, dinh dưỡng củacon vật. 8.1.2. Histon và protamin: là loại protein kiềm tính pI = 8-13. Phân tử chúng chứanhiều acid amin kiềm như Arg, Lyz, His...có nhiều trong nhân tế bào, gắn liền với DNA vàgiữ vai trò điều hoà hoạt động của DNA, với tính base cao tạo thành poly cation để chopolyanion là DNA bám vào. 8.1.3. Á protein (proteinoic): là protein của mô liên kết (gân, dây chằng, tóc, xương...)Đặc tính của chúng là tuy có cấu tạo thuần tuý từ các acid amin nhưng chúng không ở trạngthái keo (không hoà tan trong nước), cấu trúc thường ở dạng sợi hoặc bó. Đại diện của nhómnày là: Colagen: là loại protein có chủ yếu ở mô liên kết, ở da, thành mạch quản, tỷ lệ colagentăng là cho da nhăn nheo khi tuổi già. Ở t0 cao phân tử của chúng đổi sang dạng hồ, dạnggelatin. Elastin: có nhiều ở mô liên kết gân, dây chằng, tỷ lệ tăng khi tuổi già, không tan trongmôi trường nước nóng như colagen. Keratin: là chất tạo sừng móng, lông, tóc, đặc tính là có dạng sợi. Fibroin: là protein của tơ tằm 8.1.4. Prolamin và Glutelin: là protein có nhiều trong hạt ngũ cốc, thành phần khôngcân bằng nhiều acid amin Glu, Pro. 8.2. Protein phức tạp (proteid): gồm 5 nhóm sau: 8.2.1. Glucoproteid: là loại protein phức tạp, thành phần chủ yếu là các acid amin,ngoài ra còn có nhóm ghép là các loại đường hoặc dẫn xuất của đường. Lớp này có vai tròquan trọng trong cấu trúc màng, gây tính kháng đặc hiệu của màng như màng hồng cầu. Đạidiện của nhóm này là: Muxin: có ở dịch nhày (nước bọt, bao khớp) có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát cơ họcbảo vệ cơ quan, có nhóm ghép là mucoitin bao gồm glucozamin, acid glucoronic, H2SO4.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 30 http://www.ebook.edu.vn
  • 37. CH2OH COOH O O NH2 Glucozamin Acid glucoronic Mucoid: là chất mềm của xương, sụn, có nhiều trong lòng trắng trứng. Acid hyaluronic: là chất xi măng gắn các tế bào với nhau. Enzyme phân giải chúng làhyaluronidase có tính đặc hiệu theo loài. 8.2.2. Phosphoproteid: là những protein phức tạp, trong thành phần có chứa gốcphosphoryl, gốc này thường gắn với nhóm OH của Ser, Tre. Đại điện là chất caseinogen trongsữa, ovovidein trong trứng, là những protein có vai trò dinh dưỡng. 8.2.3. Lipoproteid: là loại protein phức tạp, có nhóm ghép là lipid, nó có đặc tính hoàtan trong nước, không hoà tan trong dung môi hữu cơ, thành phần còn có phospho. Vai tròcủa lớp này là nguyên liệu tạo nên các loại màng sinh vật. Sự phân bố giữa lipid và các phầnprotein trong màng có thể khác nhau từng loại màng. Nhờ đặc tính của lớp chất này làm chomàng có được tính thẩm thấu có chọn lọc đối với các hợp chất, thậm chí màng của ty lạp thểthẩm thấu chọn lọc cả với các điện tử và ion. Ngoài việc tạo cho màng tính thẩm thấu chọnlọc, lớp chất này còn tạo cho màng tính cách điện, dẫn điện một chiều...như màng trong của tylạp thể là loại màng có tính dẫn điện một chiều, chỉ cho điện tử chuyển được qua màng, thôngqua tính chất này tế bào hình thành được một hiện tượng là thế hiệu màng (gradien về điệntích), đây chính là cơ chế của quá trình tạo năng lượng cho cơ thể. 8.2.4. Cromoproteid: Là loại protein đông đào và chính chúng tạo cho sinh vật có mầusắc. Nguyên tắc cấu tạo ngoài phần protein chúng còn có nhóm ghép, nhóm ghép này có bảnchất khác nhau, chính nhóm ghép này tạo cho Cromoproteid có mầu sắc tương ứng như mầuđỏ của máu, màu đen của mắt... các màu sắc được hình thành vì nhóm ghép có chứa các ionkim loại: chứa sắt cho mầu đỏ, Mg màu xanh... Một số Cromoproteid: Hemoglobin (Hb) có ở máu, nhóm ghép là Hem Mioglobin có ở cơ, nhóm ghép là Hem Cytocrom có ở ty lạp thể, là thành viên của chuỗi hô hấp, nhóm ghép là Hem Rodopxin có ở võng mạc mắt, nhóm ghép là vitamin A Hemoglobin (Hb) Là chất mầu đỏ của hồng cầu, hàm lượng trong máu ở cơ thể khoẻ mạnh từ 8-12g%, nólà chất vận chuyển khí giữa phổi và mô bào.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 31 http://www.ebook.edu.vn
  • 38. Về cấu tạo: Hemoglobin gồm protein là globin chiếm 94% + nhóm ghép là hem chiếm4,6%, khối lượng phân tử 67.000 dalton. Hb có 4 tiểu phần: 2 tiểu phần ký hiệu là α mỗi tiểu phần có 141 acid amin 2 tiểu phần ký hiệu là β mỗi tiểu phần có 146 acid amin Tổng số khoảng 600 gốc acid amin Mỗi tiểu phần có một nhóm hem, 4 tiểu phần nàyliên kết với nhau bằng cấu trúc bậc IV, được bố cục trong không gian thành hình tứ diện đều,đường kính 50A0. Trong một hồng cầu có khoảng 280 triệu phân tử Hb. Phần globin của các tiểu phần α và β có sự khác nhau về cấu trúc bậc I và III. Sự khácnhau giữa các loại Hb trong một cơ thể cũng như giữa các loài là do sự khác nhau của globinmà chủ yếu ở tiểu phần β. Sự khác nhau này đã tạo khả năng cho Hb hấp thu được nhiều hayít 02 trong phần chức năng của mình. Ở bào thai chuỗi β được thay bằng chuỗi γ tạo thànhHbF, động vật lớn dần thì chuỗi β sẽ thay dần cho chuỗi γ. Động vật có hồng cầu hình lưỡiliềm tức là HbS đây là do tính đàn hồi của hồng cầu bị mất nên khi chúng đi qua các vitihuyết quản có đường kính nhỏ hơn đường kính hồng cầu, chúng không trở lại dạng cầu đượcmà giữ nguyên trạng thái méo mó đó, từ đó ảnh hưởng tới chức năng của hồng cầu, gây nênchết sớm. Nguyên nhân sâu xa là do chuỗi β trong tổng số 146 acid amin có acid amin thứ 6bị thay đổi, bình thường là acid amin Glu (tính acid), người bị bệnh là acid amin Val (trungtính) khác nhau một đằng là ưa nước, một đằng là kị nước dẫn đến tính đàn hồi bị mất. Nhóm Hem: cấu tạo của nhóm hem ở các loại máu đều giống nhau, cấu tạo gồm 4 vòngpirol nối với nhau bởi 4 dây nối metyn (= CH - ), có 2 gốc vinyl (- CH = CH2), 4 gốc metyl (-CH3), 2 gốc acid propionic (- CH2 - CH2 - COOH), tạo thành protoporfirin. Hem là hợp chấtsắt hoá trị 2 với protoporfirin. Nhóm hem nối với globin bởi các dây nối tĩnh điện, các dây nốinày không bền nên hem dễ bị tách ra (hình 1.26). Vai trò của Hemoglobin: Vai trò chính của hemoglobin là chuyển khí giữa phổi vớimô bào: Vận chuyển 02: 02 gắn với hem bởi các dây nối phụ (không thay đổi hoá trị). Sự liên kếtnày phụ thuộc vào áp suất riêng của 02. 02 ở phổi có áp suất riêng là 158mmHg, Hb tiếp thu02; ở mô bào áp suất của 02 là 40mmHg, 02 được nhả ra dùng vào quá trình hoá sinh học.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 32 http://www.ebook.edu.vn
  • 39. Hình 1.26. Sơ đồ cấu trúc của Hem Vận chuyển C02: ở mô bào phân áp C02 cao nó gắn với Hb qua các nhóm amin chót củahemoglobin thành dạng Cac-Hb: R - NH2 + C02 ---------> R NH. C00H. Sự vận chuyển C02 theo cách này chiếm khoảng 20%, còn 80% C02 liên kết với kiềmcủa huyết tương và hồng cầu thành những bicabonat như NaHC03, KHC03... tới phổi nóchuyển sang dạng acid cacbonic và thải ra ngoài: NaHC03 + H+ ----------> Na+ + H20 + C02 Ngoài liên kết với 02 và C02, hemoglobin còn liên kết với các chất khác: Hemoglobin dễ bị o xy hoá bởi các chất o xy hoá như K3 [Fe (CN)6], HN03... lúc này sắtchuyển sang hoá trị 3 tạo thành Met - Hb (Fe+3 - OH). Nếu đủ thời gian thì nhóm OH tự phânly và sắt 3 sẽ chuyển về sắt 2. Hemoglobin có ái lực rất mạnh với C0, chỉ cần nồng độ của C0 trong không khí lên10% thì 95% Hb sẽ liên kết với C0 và cơ thể sẽ bị ngạt, lúc này sắt cũng chuyển sang hoá trị3. Với HCN, KCN, Hb chuyển sang dạng xyanmet Hb (Fe+3 - CN), cơ thể cũng lúc nàycũng bị nhiễm độc do ngạt. Nhóm hem còn có trong Mioglobin của cơ, Mioglobin có 2 tiểu phần, là chất dự trữ O2Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 33 http://www.ebook.edu.vn
  • 40. Về sắt: toàn bộ cơ thể người có 5 lít máu, tổng số sắt là 5g. Quá trình hấp thu sắt kháphức tạp nên khi hồng cầu vỡ, sắt được giữ lại. 8.2.5. Nucleoproteid: Đây là loại protein phức tạp, thành phần của nó gồm có protein làcác protein kiềm tính như histon và protamin và nhóm ghép là acid nucleic. Histon và protamin là những protein của nhân tế bào, nó thường gắn với DNA của nhân.Đây là những protein kiềm tính, cấu tạo của nó thường là các acid amin kiềm như Lyzin,Prolin, Histidin... cấu trúc phân tử của chúng tạo nên một polication để cho DNA là mộtpolianion bám vào. Yêu cầu sinh viên cần nắm được: Khái niệm cấu tạo và chức năng của protein nói chung, của Albumin vàGlobulin, Glucoproteit, Lipoproteit, Hemoglobin YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG I: PROTEIN CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG Khái niệm cấu tạo và chức năng của protein nói chung, của Albumin vàGlobulin, Glucoproteit, Lipoproteit, HemoglobinCâu 1: Khái niệm và chức năng của proteinCâu 2: Cấu trúc bậc I của protit? ý nghĩa sinh học của cấu trúc này?Câu 3: Thế nào là axít amin không thay thế? Viết công thức của những axít amin đó?Câu 4: Cấu trúc bậc III của protit? Mối liên quan giữa cấu trúc này với hoạt tính sinh học của protit?Câu 5: Cho biết đặc điểm, vai trò của albumin và globulinCâu 6: Đặc điểm cấu tạo và vai trò sinh học của Hemoglobin (Hb)?Câu 7: Cấu trúc, chức năng của γ- Globulin ?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 34 http://www.ebook.edu.vn
  • 41. CHƯƠNG II ACID NUCLEIC VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN TẾ BÀO 1. Khái niệm: Về mặt sinh học: Acid nucleic là chất mang các đặc tính di truyền của sinh vật, là bản mật mã di truyền chứa tất cả các thông tin di truyền. Ngoài ra còn có loại acid nucleic (RNA) tham gia vào quá trình truyền đạt bản mật mã sang dạng protein. Về mặt hoá học: Acid nucleic là những polyme tự nhiên được cấu tạo từ các monome là các nucleotide. 2. Cấu trúc của Acid nucleic Acid nucleic chia làm 2 loại là: DNA và RNA. DNA: Desoxyribonucleic acid RNA: Ribonucleic acid Chúng là các polyme được cấu tạo từ các monome nucleotide. 2.1. Nucleotide Nucleotide có 3 thành phần: Base nitơ, đường 5 carbon, và acid phosphoric. Ba thành phần này nhận được khi thuỷ phân nucleotide. 2.1.1. Base nitơ. Hai loại Base nitơ được tìm thấy trong nucleotide là dẫn xuất của pyrimidine và purine dị vòng thơm. Purine là dẫn xuất của vòng pyrimidine và imidazole. Mononucleotide Pyrimidine Purine Cách đánh số của Châu Âu Cách đánh số của Mỹ Base purine haypyrimindinPhosphate Ba se Pyrimidine: Base pyrimidine được tìm thấy trong nucleotide là: Cytosine viết tắt là C: vị trí 6 có nhóm amin (NH2), vị trí 2 có nhóm OH. Uracil viết tắt là U: vị trí 6 và 2 có nhóm OH, U chỉ có trong RNA. Thymine viết tắt là T: vị trí 6 và 2 có nhóm OH, vị trí 5 có nhóm metyl -CH3, T chỉ có trong DNA Các pyrimidine chính Cytosine Uracil Thymine (2-0ci-4-aminpyrimidine) (2,4-diocpyrimidine) (5-methyl-2,4-đĩoxypỷrimidine) Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 35 http://www.ebook.edu.vn
  • 42. Base Purine: Hai base Purine chính tìm thấy trong Nucleotide là Adenine và Guanine,viết tắt là A và G. Các Purine chính Adeninee Guaninee (6-aminpurine) (2-amin-6-oxypurine) Một số base purine hiếm như: 2-methylAdenine và 1-methyl-Guanine. Ngoài ra, một sốít base pyrimidine hiếm cũng được tìm thấy là 5-methylcytosine, 5-hydroxymethylcytosine. Các tính chất của base purine và pyrimidine rất giống nhau. Chúng ít hoà trong nước vàtồn tại ở dạng hỗ biến: nghĩa là có khả năng biến đôi giữa dạng lactim (dạng enol) và dạnglatam (dạng ketone). Tất cả các base purine và pyrimidine của acid nucleic hấp thụ rất mạnh ánh sáng tửngoại trong vùng bước sóng từ 260 đến 280nm. Khả năng hấp thụ cực đại ở bước sóng 260nm. Tính chất này có ý nghĩa lớn để định tính và định lượng không chỉ các base tự do mà cảcác nucleoside, nucleotide và phân tử acid nucleic nguyên vẹn. Các base purine và pyrimidine rất dễ phân tích và nhận biết bằng phương pháp sắc kýgiấy hoặc sắc ký lớp mỏng 2.1.2. Đường Pentose.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 36 http://www.ebook.edu.vn
  • 43. Trong acid nucleic có chứa đường 5 carbon ở dạng β -D-furanose. Chúng được chialàm 2 loại là ribose và desoxyribose. Acid nucleic chứa desoxyribose gọi là desoxyribonucleicacid (DNA). Để phân biệt các bon của đường người ta thêm dấu phảy ở các vị trí của nó, ví dụ3’, 5’ là chỉ vị trí C số 3, số 5 của đường. Đường ribose Đường desoxyribose 2.1.3. Acid phosphoric: trong nucleotide nó gắn với đường hoặc ở vị trí C5 hoặc ở vị tríC3 và có cách ghi chép tương ứng là 5/ - phosphate hoặc 3/ - phosphate. Trong các nucleotide tự do H3P04 hay gọi là gốc phosphoryl bao giờ cũng gắn ở vị trí C5với số lượng có thể từ 1,2,3 gốc, tương ứng có các hợp chất là mono, di, tri phosphate. Cách đọc: Base purin có đuôi là ozin: adenine đọc là adenozin; guanine đọc làguanozin, ví dụ: adenine + pentose + H3P04 đọc là Adenozin mono phosphate. Base pirimidin có đuôi là idin: Cytosine đọc là Cythydine; Uracil đọc là Uridine vàThymine đọc là thymidin, ví dụ: thymine + pentose + H3P04 đọc là Timidin mono phosphate. Cách viết: Ví dụ1: Adenozin mono phosphate(AMP): đường gắn với base qua vị trí Nsố 9 của base, phosphate gắn với đường qua vị trí C số 5 của đường. Khi tồn tại ở dạng monophosphat thì gọi là acid adenylic, nếu gắn với 2 gốc phosphate thì gọi là Adenozin diphosphate (ADP) nếu là 3 gốc phosphate thì gọi là Adenozin tri phosphate (ATP). Ví dụ 2: Uridine mono phosphate: đường gắn với vị trí 3 của base, phosphate gắn với vịtrí 5 của đường. Tương tự ta cũng có các hợp chất UMP, UDP. UTP. NH2 O H3C N N NH N O N N O O -O P O CH2 O -O P O CH2 H H O O- O- H H H H OH H H H OH H AMP TMPTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 37 http://www.ebook.edu.vn
  • 44. Các nucleotide khi trước nó có chữ D là chỉ đường cấu tạo của nó là desoxyribose. 2.1.4. Nucleoside. Khi nucleotide bị thuỷ phân làm mất gốc phosphate tạo thành nucleoside. Liên kết giữacác nucleoside là N-glycoside liên kết giữa các base purine và pyrimidine, trong đó nguyên tửcarbon 1’ của pentose liên kết với nguyên tử N3 của pyrimidine hay nguyên tử N9 của purine.Ribonucleoside có thành phần đường là D-ribose, và 2’-desoxyribonucleoside, có 2-desoxy-D-ribose. Tên của 4 nucleoside chính là adenoseine, guanoseine Cythydine, Uridine và 4desoxyribonucleoside chính là 2’-desoxyadenoseine, 2’-desoxyguanoseine, 2’-desoxycididine, 2’-desoxythymidine. Các nucleotide hoà tan rất nhiều trong nước, hơn cả các gốc base của chúng. Chúngcũng được phân tách dễ dàng bởi sắc ký lớp mỏng hay sắc ký giấy. Hai nucleoseine Adenoseine β 2-Desoxyadenosein(q-β-D- ribofuranoseilAdenine β (q-β-D-2’-desoxy-D-ribofuranoseilAdenine) Nucleoside dễ dàng bị thuỷ phân khi đun nóng trong acid. Sản phẩm của sự thuỷ phân làcác base ni tơ và các pentose tự do, các nucleoside pyrimidine bền hơn các nucleoside purine.Các nucleoside còn bị thuỷ phân bởi các nucleoseidase chuyên hoá.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 38 http://www.ebook.edu.vn
  • 45. 2.1.5. Nucleotide. Nucleotide là ester của acid phosphoric và nucleoside. Acid phosphoric liên kết với nhóm OH tự do của pentose. Nucleotide tự do có vai trò rất quan trọng trong tất cả các tế bào. Chúng cũng được tạo thành khi thuỷ phân nhẹ acid nucleic, đặc biệt là bởi Enzyme nuclease. Nucleotide có 2-desoxy-D-ribose là desoxyribonucleotide, nếu có D-ribose được gọi là ribonucleotide. Trong nucleoside có 2 hoặc 3 nhóm OH tự do, nhóm phosphate có thể liên kết với những vị trí đó trên pentose. Trong trường hợp desoxyribonucleotide, acid phosphoric có thể ester hoá ở vị trí 3’ và 5’. Cả hai loại 3’- và 5’-desoxyribonucleotide đểu thấy ở các cơ thể sinh vật còn ribonucleotide thì nhóm phosphate có thể ỏ vị trí 2’, 3’ và 5’. Tất cả 3 loại ribonucleotide là sản phẩm của RNA, phụ thuộc vào điều kiện thuỷ phân, monophosphate vòng của Adenoseine cùng được tồn tại. Tuy nhiên, nucleotide dạng tự do trong tế bào có nhóm phosphate ở vị trí 5’ chiếm ưu thế. Vì vậy, các phản ứng Enzyme khi tổng hợp hay phân giải acid nucleic trong tế bào thì nucleoside-5’-phosphate là chất trung gian. Hình 2.1 là cấu trúc cơ bản và cách gọi tên của các ribonucleoside 5’-monophosphate chính (còn gọi là 5’-ribonucleotide) và desoxyribonucleoside-5’-monophosphate (còn gọi là 5’-desoxyribo nucleotide) thường còn có tên acid adenilic, acid guanilic, acid uridilic...) Adenine ribonucleoside Monophosphate Acid adenoseine 5’-phosphateric Acid adenoseine 3’-phosphateric Acid adenoseine 2’-phosphateric Acid adenoseine 3’, 5’-phosphateric (Acid adenilic; acid 5’-adenilic) (Acid acid 3’-adenilic) (Acid 2’-adenilic) (Acid adenilic chu trình)Hình 2.1.Các ribonucleotide và desoxyribonucleotide chính Ribonucleoside 2 - desoxyribonucleoside 5 - monophosphate 5 - monophosphate Cấu trúc chung Cấu trúc chung Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 39 http://www.ebook.edu.vn
  • 46. Bảng 2.1. Tên gọi và viết tắt của mono nucleotide Tên Tên Acid adenoseine 5’-phosphoric Acid desoxyadenoseine 5’-phosphoric (Aciddenilic; AMP) (Acid desoxyadenilic; dAMP) Acid guanoseine 5’-phosphoric Acid desoxyguanoseine 5’-phosphoric (Acid guanilic; GMP) (Acid desoxyguanilic; dGMP) Acid cytidin 5’-monophosphate Acid desoxycytidin 5’-phosphoric (Acid cytidilic; CMP) (Acid desoxycytidilic; dCMP) Acid uridine 5’-phosphoric Aciddesoxythymidin 5’-phosphoric (Acid uridilic; UMP) (Acid desoxythymidilic; dTMP) Các mono nucleotide có các base purine và pyrimidine nên hấp thụ ánh sáng mạnh ởbước sóng 260nm. Chúng dễ dàng được phân tách bởi các phương pháp sắc ký lớp mỏng, sắcký giấy, sắc ký trao đổi ion. Nhóm 5’-phosphate của các nucleotide dễ dàng bị thuỷ phân bởi acid. Ngoài ra enzyme5’-nucleotidase cũng thuỷ phân được nhóm phosphate ở vị trí 5’, nhưng không phân giải liênlết N-glycoside. 2.1.5. Các nucleoside 5’-diphosphate (NDP) và 5’-triphosphate (NTP): Các hợp chất của ribonucleoside và 2’-desoxyribonucleoside như 5’-diphosphate và 5’-triphosphate cũng được tìm thấy trong tế bào. Cấu tạo chung và viết tắt được giới thiệu ở hình2.2. Nhóm phosphate của hợp chất được ghi bằng ký hiệu α , β , γ . Tất cả NTP và NDP đềucó trong tế bào, có thể tách chiết bằng acid. Hình 2.2. Cấu tạo chung của nucleoside 5’-mono-, 5’-di-, và 5’-triphosphate Viết tắt của Ribonucleoside (NMP, NDP và NTP) và các chữ viết tắt. 5’-phosphate Trong desoxyribonucleotide, pentose là Base Mono -Di -Tri 2’-desoxy-D-ribose. Adenine AMP ADP ATP Guanine GMP GDP GTP Cytosine CMP CDP CTP Uracil UMP UDP UTP Viết tắt của desoxyribonucleoside 5’-phosphate Base dAMP -Di -Tri Adenine dGMP dADP dATP Guanine dCMP dGDP dGTP Cytosine dTMP dCDP dCTP Thymine Nucleoside 5’-monophophate (NMP) dTDP dTTP Nucleoside 5’-diphophate (NDP)Trường Đại học Nông nghiệp ’-triphophate (NMP) trình Hoá Sinh động vật …………………………… 40 Nucleoside 5 Hà Nội – Giáo http://www.ebook.edu.vn
  • 47. NTP có nhiều chức năng quan trọng, ATP là chất mang năng lượng hoá học cơ bảntrong tế bào, cung cấp vận chuyển các nhóm phosphate cao năng đến các quá trình đòi hỏinăng lượng. Dạng ADP và AMP được phosphoryl hoá thành ATP trong quá trình hô hấp.ATP-ADP là cặp cơ bản hoặc là “đường chính” vận chuyển phosphate trong tế bào. Ngoài racác nguồn NTP khác cũng cung cấp năng lượng do liên kết phospho trong các phản ứng sinhtổng hợp. Chức năng chính thứ 2 của NTP và NDP là các chất mang đặc biệt như Uridinediphosphate (UDP)- mang gốc đường trong tổng hợp polysacchacaride. Thí dụ Uridinediphosphate glucose nhường gốc glucose trong sinh tổng hợp của glycogen. Tương tự,Cytidine diphosphate choline chuyển Choline trong sinh tổng hợp phospho glicerol choline. Uridine diphosphate Glucose Cytidine diphosphate choline (UDPG) Chức năng chính thứ 3 của NTP là những tiền chất giàu năng lượng của các đơn vị nucleotidetrong tổng hợp Enzyme của các DNA và RNA. Trong các phản ứng này các NTP mất nhóm pyrophosphate, trở thành gốc nucleosidemonophosphate của acid nucleic. Ngoài ra NTP còn có thể chyển hoá thành nucleotide vòng như 3/, 5/ - AMP vòng; 3/, 5/ - GMPvòng, chúng có vai trò trung gian trong hoạt động của hormone với tế bào, chúng là các thông tinnội bào dưới tác dụng của hệ thống enzyme adenylacyclase hay guanylatcyclase. Mọi sự biến đổicủa cơ thể để đáp ứng với ngoại cảnh cũng như với quá trình phát triển cá thể đều thông qua việctác động đến tế bào mà kết thúc là làm thay đổi sự hoạt động của các enzyme trong tế bào, sự tácđộng này là thông qua nucleotide vòng.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 41 http://www.ebook.edu.vn
  • 48. 3,5-AMP vòng 3,5-GMP vòng 2.1.6. Các mononucleotide khác. Có nhiều mononucleotide quan trọng khác như nicotinamide mononucleotide vàcoEnzyme A, các base nitơ của chúng có liên kết β -N-glycoside ở vị trí 1’ của D-ribose.(Hình 2.3). Nicotinamide mononucleotide và flavinmononucleotide có nicotinamide và 7,8-dimethylizoallocaseine là các base nitơ. Acid nicotinic là vitamin cần thiết trong dinh dưỡngcủa người và nhiều động vật. Sự thiếu hụt nó là nguyên nhân của bệnh Pellaga gây chết ngườivà bệnh lưỡi đen của chó. Acid nicotinic CoenzymeA Nicotinamide ononucleotide (FMN) `Nicotinamide 3’Phosphoadenose ine diphosphate (3’ P ADP) `Flavin mononucleotidee (FMN) (riboflavin phosphate) Acidpanto tenic Acid pantotenic β-ercatoetilamine7-8-DimethylizoalloaseinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 42 β - ecaptoethylamine http://www.ebook.edu.vn
  • 49. Hinh 2.3. CoEnzyme mononucleotide. Chúng đều có vitamin tham giaFMN có chứa alcohol D-ribotol, đường 5 carbon. Khác với D-ribose nó là coEnzyme oxy hoá khửquan trọng tham gia vào quá trình hô hấp. Vòng izoallocasein bị oxy hoá khử thuận nghịch. FMNcũng là tiền chất trong tổng hợp của flavin Adenine dinucleotide (FAD). CoEnzyme A có Adenine liên kết β -glucoside với vị trí 1’ của D-ribose. Ở vị trí 5’ củaD-ribose có nhóm acid pyrophosphoric, nó được ester hoá với hợp chất peptide. Panthotenyl β -aminethantiol 8 β -mercaptoethylamine. Acid panthotinic là một vitamincủa nhóm B, nó cần thiết trong dinh dưỡng của tất cả động vật có xương sống, chức năng củacoEnzyme A là mang nhóm acetyl và acyl của acid béo, chúng được ester hoá thành nhómthiol.2.2. Dinucleotide. Dinucleotide gồm có 2 đơn vị mononucleotideđược nối với nhau bởi cầu acid phosphoric (hình 2.4).Phần lớn dinucleotide là sản phẩm của sự thuỷ phânacid nucleic bởi Enzyme. Như vậy trong dinucleotidecầu liên kết là phosphodiester giữa vị trí 5’ của D-ribose của 1 nucleotide với vị trí 3’- của 1 nucleotidekhác. Có một số dinucleotide được biết trong đó nhómphosphate giống với liên kết 3’, 5’- phosphodiester,chúng không nhận được từ acid nucleic mà tìm thấy ởdạng tự do trong tế bào. Thí dụ 3 coEnzyme oxy hoá-khử được hiểu biết đầy đủ nhất là nicotinamideAdenine dinucleotide (NAD), nicotinamide Adeninedinucleotide 2’-phosphate (NADP) và Flavin Adeninedinucleotide (FAD). Mỗi một coEnzyme có chứaadenoseine 5’-monophosphate; NAD và NADP luônluôn có nicotinamide mononucleotidee (Hình 2.5). Hình 2.4. Cầu acid phosphoric (hay liên kết 3’,5’ phosphodieste) trong dinucleotide Trong cả 3 Enzyme, 2 đơn vị mononucleotide được nối với nhau bởi liên kết anhydridegiữa nhóm phosphate của chúng tạo thành cầu 3’,5’-pyrophosphate. NADP nhận được từNAD, nó được ester hoá bởi một phân tử acid phosphoric khác đến vị trí 2’ của Adeninemononucleotide. Chính NAD và NADP là coEnzyme trong hệ Enzyme phản ứng oxy hoákhử. FAD gắn 1 phần tử của Adenine ribonucleotide và 1 của flavin mono nucleotide nối vớinhau bởi liên kết anhydride giữa các nhóm 5’-phosphate của chúng. Chu trình izoallocaseincủa FMN và FAD oxy hoá khử thuận nghịch.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 43 http://www.ebook.edu.vn
  • 50. Hình 2.5 Nicotinamide Adenine dinucleotide (NAD) còn được Các coEnzyme dinucleotide gọi là diphosphopyrimidine nucleotide (DPN). Flavin Adenine dinucleotide (FAD) Nicotinamide Adenine dinucleotide phosphate (NADP) cũng được gọi là triphosphopyrimidine nucleotide (TPN), nó có 3 nhóm phosphate. Trong NADP nhón OH này được ester hoá với phosphate Nicotinamid e 2.3. Cấu trúc bậc I của acid nucleic: Đây là cách liên kết giữa các nucleotide lại vớinhau thông qua liên kết phospho este để tạo nên chuỗi nucleotide. Liên kết phospho este làliên kết được hình thành nhờ sự liên kết giữa acid phosphoric của nucleotide này với các bonsố 3 của pentose ở nucleotide bên cạnh. Như vậy phần base được tự do, đường và phosphatetạo thành dây nối. Ví dụ ta có đoạn nucleotide: A-X-U.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 44 http://www.ebook.edu.vn
  • 51. NH2 NH2 O N N N NH OH N N OH N O OH N O O P O H2C O O P O CH2 O O P O H2C O- H H H H O H H H H O H H H O H H H OH OH Đặc điểm của chuỗi: Đầu chuỗi có một gốc phosphate tự do gọi là đầu 5/ - P. Cuối chuỗi có một gốc OH ở Csố 3 của đường ở trạng thái tự do gọi là đuôi 3/ - OH. Trong chuỗi nucleotide có đặc điểm quan trọng sau: Thứ tự sắp xếp trước sau của các nucleotide (hay nói khác đi là của các base) là nềntảng của hiện tượng di truyền. Nó tạo nên tính đặc trưng sinh học của acid nucleic, từ đóquyết định cấu trúc di truyền bậc I của protein. Vì chỉ có 5 loại base, nếu xét từng loại acidnucleic thì chỉ có 4, mà acid nucleic là mã di truyền cho cấu trúc bậc I của protein, tức là phảimã được cho 20 loại acid amin, mà khả năng khác nhau lại chỉ có 4, vậy thì mâu thuẫn. Đểgiải quyết mâu thuẫn này nếu tổ hợp 2 nucleotide cho 1 mã thì ta có 42 = 16 khả năng, nhưvậy vẫn chưa được. Nếu tổ hợp 3 nucleotide cho 1 mã ta có 43 = 64 khả năng. Ý kiến nàyđược Crik đề xuất và được Nirenberg và Mathei (người Mĩ) thực nghiệm (1964) nhờ sự tổnghợp được chuỗi poli U, từ khuân mẫu này và các nguyên liệu cần có đã tổng hợp nên mộtchuỗi peptide với toàn bộ là Phe-Phe-Phe... và bằng phương pháp thế người ta đã tìm đượctoàn bộ các mã cho 20 acid amin. Ví dụ AUG mã cho Met, UUA mã cho Leu...Bảng 2.2. Bảng mã sinh tổng hợp protein (bảng mã di truyền) U C A G UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UU UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys C UUA Leu UCA Ser UAA UGA A UUG Leu UCG Ser UAG UGG Try G CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg UC CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C CUA Leu CCA Pro CAA Glu CGA Arg A CUG Leu CCG Pro CAG Glu CGG Arg G AUU ILeu ACU Tre AAU Asp AGU Ser UA AUC ILeu ACC Tre AAC Asp ACC Ser C AUA ILeu ACA Tre AAA Lys AGA Arg A AUG Met ACG Tre AAG Lys AGG Arg G GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly UG GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly C GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly GTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 45 http://www.ebook.edu.vn
  • 52. Thứ tự các base trong cấu trúc bậc I quyết định tính đặc trưng sinh học của acid nucleicchủ yếu cũng tính theo bộ 3 này, hay nói khác đi mã di truyền được ghi dưới dạng những bộ 3nucleotide. Những bộ 3 này gọi là codon (code: mã). Mỗi codon ứng với một acid amin. Cáccodon nằm trên chuỗi nucleotide trong phân tử acid nucleic theo trình tự liên tục không cóngắt quãng hay gọi là bản mã không có dấu phảy. Khi có sự đột biến thì mã di truyền thay đổigây nên sự biến dị. Sự đột biến này có thể một nucleotide mất đi hoặc thêm vào chuỗi làm chomã thay đổi dẫn đến sự thay đổi acid amin trong chuỗi peptide. Ý nghĩa quyết định trong 1 mã là 2 base đầu, base cuối có thể thay đổi, nên 1 acid amincó thể có nhiều mã ( 64 mã) ví dụ AUX: ILue thì AU là quyết định, còn X có thể biến động,xem bảng mã (bảng 2.2). Về số lượng nucleotide trong chuỗi khá biến động từ 30 đến hàng triệu nucleotid (bảnđồ gen ở người là 30-40.000) nó quyết định độ dài và khối lượng phân tử của acid nucleic. 2.4. Cấu trúc bậc II của acid nucleic: Là cách gắn các chuỗi nucleotide với nhau thànhnhững dạng xoắn kép kiểu xoắn thừng. Xoắn kép có thể xuất hiện giữa 2 chuỗi riêng biệt nhưDNA, hoặc trong phạm vi một chuỗi, nếu như dọc theo chuỗi có các base bổ sung nhau tạođược liên kết hydro. Cấu trúc bậc II của DNA: Hình 2.6. Cấu trúc của DNA và RNA DNA đầu tiền được tách chiết từ bạch DNA RNAcầu và tinh dịch cá và được nghiên cứu kỹ bởi Đầu 5-P Đầu 5-PFriedrich Miescher người Đức từ 1869. Có rấtnhiều nghiên cứu về acid nucleic từ khi pháthiện ra nó, song về cấu trúc của DNA thì mớiđược đề cập đến từ 1950. Luật Chargaff: Trong phân tử DNA cóCytosine(C) và Thymine (T), không có Uracil(U)- Đường pentose là desoxypentose. Khinghiên cứu hàm lượng các nucleotide trongDNA Chargaff (1953) đã nhận thấy các basenitơ có tỉ lệ xác đinh. Tính quy luật này gọi làluật Chargaff; Tổng số gốc A = tổng số gốc T ( Σ A= Σ T) Tổng số gốc G = tổng số gốc C( Σ G= Σ C) Có thể biểu diễn quy luật đó như sau: Từ đó có thể thấy: Tổng các base purine(A+G)= tổng các base pyrimidine (T+C) Tổng các base có nhóm 6-amin = tổng cácbase có nhóm 6-ketone. Nghĩa là:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 46 Đầu 3’ -OH Đầu 3’-OH http://www.ebook.edu.vn
  • 53. Tuy nhiên, ngoài những base chính, trong một số DNA còn có một lượng nhỏ base nitơmethyl hoá, chúng được tìm thấy trong DNA của virus. Những ý kiến của Watson- Crik: Luật Chargaff cho thấy trong DNA, số Thymine bằngsố Adenine, Guanine bằng Cytosine. James Waston và Francis Crick cho rằng Adenine bắtcặp với Thymine, Guanine với Cytosine. Các liên kết hydro được sinh ra giữa các cặp baseđó. Kết hợp với ảnh nhiễu xạ rơnghen tinh thể DNA do Rosalin Franklin và Marince Wilkinnghiên cứu năm 1953, Watson và Crick đã đưa ra mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tửDNA (Hình 2.7) và năm 1962, hai ông đã nhận được giải thưởng Nobel. Ý kiến của Watson-Crik thành những nguyên tắc sau: 1. Cấu trúc của DNA là 2 chuỗi xoắn lại kiểu xoắn thừng, hai chuỗi xoắn này đi ngượcchiều nhau làm cho nó cuốn chặt với nhau hơn, ít bị ảnh hưởng của môi trường. Một chuỗi đitừ 5/- P đến 3/ - OH và một chuỗi đi từ 3/ - OH đến 5/- P. Hình 2.7. Mô hình liên kết hydro trong các cặp base bổ sung của Watson và Crick.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 47 http://www.ebook.edu.vn
  • 54. Hình 2.8 .Kiểu xoắn kép của DNA Các cặp base của 2 chuỗi Mô hình xoắn kép phân tử DNA của Wastson và polynudeotide liên kết với nhau Crick Ngày nay người ta đã phát hiện được một số kiểu xoắn kép của DNA khác với mô hình của Watson Crick (Hình 2.9) Hình 2.9. So sánh các dạng A, B và Z của DNA. Có 24 cặp base trong 1 cấu trúc. Đặc tính Kiểu xoắn B A Z -Chiều xoắn Phải Phải Trái -Số gốc nucleotide 1 chu 10 10.9 12 trình xoắn -Đường kính xoắn(A°) ° -Khoảng cách 2 20 10.9 18 Nucleotide kể nhau(A°) ° -Chiều dài 1 chu trình 3.4 2.9 3.5-4.1 ° xoắn (A°) 34 32 45 A B Z 2. Hai chuỗi được củng cố bởi các base hướng vào bên trong của chuỗi và giữa các baseở hai bên có liên kết hydro xuất hiện để ổn định cấu trúc. Liên kết hydro này xuất hiện giữa Ncủa amin với oxy của ceto của 2 base đối diện và giữa N1 của base này với N1 của base đốidiện. Để thoả mãn điều kiện liên kết hydro này thì ở DNA chỉ có các cặp kiềm sau đây: Adenine của chuỗi này liên kết với Thymine của chuỗi kia và Guanine của chuỗi này liên kết với Cytosine của chuỗi kia.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 48 http://www.ebook.edu.vn
  • 55. 3. Do cấu trúc của chuỗi xoắn kép có đường kính dọc theo phân tử là đều nhau và bằngkhoảng 20 A0 do đó các base nối với nhau một bên là purin thì bên kia phải là pirimidin. Các đôi kiềm nối với nhau theo nguyên tắc 2 và 3 gọi là nguyên tắc bổ sung gốc kiềm.Nguyên tắc này là nguyên tắc cơ bản của sinh học phân tử nó là nền tảng cấu trúc của DNAvà là nền tảng cho bất kỳ một chuỗi kép nào trong acid nucleic nói chung (như các đoạn xoắnkép trong RNA), nguyên tắc này chi phối các quá trình sinh học chủ chốt nhất như quá trìnhnhân đôi DNA, quá trình sao chép và phiên dịch mã di truyền. Ngoài liên kết hydro hai chuỗi còn được củng cố bằng các yếu tố khác đó là sự tươngtác giữa các lớp base nằm chồng lên nhau như những chồng đồng xu (tạo nên lực Valderval). Theo Watson và Crick, hai chuỗi polynucleotide của phân tử DNA tạo thành cấu trúcxoắn, cuốn xung quanh một trục. Mỗi chu kỳ xoắn có 10 nucleotide. Mỗi bước xoắn là 34A°,đường kính 20A°. Bộ khung của nó là một chuỗi phosphate-đường. Khoảng cách bên trongtheo một kích thước nhất định. Trong khoảng cách này phân bố các base purine và pyrimidineđể khi bắt cặp thì giữa Adenine và Thymine có 2 liên kết hydro, giữa Guanine và Cytosine có3 liên kết hydro (hình 2.8). Khác với kiểu A và B, ở kiểu Z các nguyên tử P sắp xếp trên phân tử theo dạng díchdắc. Ngoài ra người ta cũng giả thiết rằng kiểu B thích hợp cho quá trình tự sao chép DNA,còn kiểu A thích hợp cho quá trình sao chép. Ngoài các phân tử DNA xoắn kép phổ biến ở tếbào sinh vật, một số virus có cấu tạo DNA sợi đơn (hình 2.9). Dạng tự nhiên của phân tử DNA: Sợi DNA có thể tồn tại ở các dạng sau: Dạng xoắn kép sợi thẳng có các đầu 3’ và 5’ tự do. Dạng này gặp ở tế bào nhân chuẩn(Eucaryote), DNA thực khuẩn thể T7. Dạng xoắn kép kín có thể có các kiểu sau: Dạng xoắn kép 1 sợi như DNA thực khuẩn thể ϕ x174(Virus gây nhiễm ở Ecoli). Dạng xoắn kép (2sợi): DNA của tế bào nhân xơ. DNA của virus động vật như polyoma,SV40, plasmid, DNA của ty thể, lục lạp. Có thể là DNA xoắn kép kín đồng hoá trị(Covalently closed cyclic duplec DNA). Không có đầu 3’ và 5’ tự do, hoặc DNA xoắn képmở (open cyclic DNA), 1 trong hai sợi bị đứt 1 liên kết phosphodisete tạo thành đầu 3’ và 5’tự do (hình 2.10). Dạng xoắn kép kín có thể vặn xoắn lại thành dạng siêu xoắn. Hình 2.10. Các dạng cấu trúc của phân tử DNA (1) dạng mở, (2) dạng xoắn mở,(3) dạng siêu xoắn (1) (2) (3)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 49 http://www.ebook.edu.vn
  • 56. Kích thước của phân tử DNA: Trong các tế bào nhân xơ (procaryote) có nhiếm sắc thểđơn, thực chất DNA là những đại phân tử có khối lượng 2 x109. Ở vi khuẩn, phân tử DNA đơn chiếm khoảng 1% khối lượng của tế bào, tạo thành vùngnhân, nó thường gắn với nếp màng tế bào gọi là mezosome. Trong vi khuẩn không có Proteinliên kết với DNA. Trong nguyên sinh chất của vi khuẩn, thỉnh thoảng còn tìm thấy phân tử DNA ngoàinhiễm sắc thể, chúng nhỏ hơn nhiếm sắc thể, được gọi là plasmid hay epicom, có liên quanđến sự di truyền của DNA nhiễm sắc thể. Với các tế bào nhân chuẩn lưỡng bội, gần như tất cả DNA ở trong nhân tế bào, nó đượcliên kết với protein kiềm là histon, nằm rải rác ở nhiễm sắc thể. Trong các tế bào nhân chuẩncòn có 1 lượng nhỏ DNA nguyên sinh chất, thường được gọi là DNA thứ yếu, chúng có hợpchất base và khối lượng phân tử khác với DNA nhân, như DNA trong ty thể chiếm khoảng0,1-0,2% DNA của toàn tế bào. Một số lạp thể của các tế bào thực vật, đặc biệt là các lục lạpcũng có DNA riêng biệt. Bảng 2.3: Kích thước DNA ở một số vi sinh vật. Cơ thể Số cặp nucleotide (Kb) Chiều dài( μm ) Virus: - SV 40 5.1 1.7 -Lamda 48.6 17,0 Vi khuẩn: -Mycoplasma 760 260,0 -E.Coli 4000 1 360,0 Sinh vật có nhân: - Nấm men 13-500 56 000,0 - Người 2-900 000 990 000,0 2.5. Cấu trúc bậc III và siêu cấu trúc: Trong nhân tế bào DNA ở các tơ nhiễm sắc, 1 nhiễm sắc thể là 1 chuỗi kép nucleic, dođó phải có sự xoắn lại của nucleic cho gọn tức là nhiễm sắc thể là xoắn nhiều tầng của chuỗixoắn kép. Trong nhiễm sắc thể có histon (protein đặc trưng cho nhân) đặc điểm của histon làkiềm tính, có thể coi histon là một poli cation, bản thân acid nucleic là 1 polianion làm chohiston gắn chặt với acid nucleic, có thể ví histon như lõi cuộn chỉ và DNA như sợi chỉ quấnvào tạo thành nucleoxom. 3. Phân loại acid nucleic Dựa vào chức năng và cấu tạo người ta chia acid nucleic thành 2 lớp lớn: DNA vàRNA, chúng khác nhau bởi một số điểm sau: 3.1. Thành phần cấu tạo: DNA có chứa T và đường desoxyribose, RNA chứa U vàđường ribose. Tuy nhiên có một số ít DNA có chứa U và RNA có chứa T. 3.2. Về phân bố: DNA trong tế bào phân bố chủ yếu ở trong nhân, trong nhân TB nó ởdạng mở tức là chuỗi xoắn kép có hai đầu. Một phần rất nhỏ có ở ty lạp thể, ở đây DNA ởdạng xoắn kép kín tạo thành vòng nhẫn giống như ở VSV. Ở VSV đơn bào ngoài chuỗi xoắnTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 50 http://www.ebook.edu.vn
  • 57. kép DNA chính còn có các chuỗi xoắn kép nhỏ có khối lượng phân tử khoảng 1 triệu dalton,gọi là thể plasmid đây là yếu tố kháng thuốc, nó có thể di truyền riêng và có thể chui sang tếbào khác kể cả tế bào động vật rồi mở vòng nhẫn gắn vào DNA của tế bào làm tăng gennom,khi ở đó nó có tên là epicom, từ epicom lại có thể tách ra thành plasmid. Gần đây gười ta đãphát hiện ra một chủng loại Retravirus (virus hồi qui) nó chính là plasmid tới một lúc nào đónó hồi qui thành virus gây ung thư. Kỹ thuật gen hiện nay người ta có thể đưa bất kỳ 1 gennào vào tế bào bằng cách đưa vào plasmid rồi từ plasmid đưa vào DNA của tế bào. RNA chủ yếu là chuỗi đơn (trừ RNA của onconavirut là có xoắn kép) và phân bố chủyếu ở tế bào chất, trong nhân tế bào có m-RNA được hình thành trong quá trình sao chép mãdi truyền rồi từ nhân ra tế bào chất kết hợp với riboxom để tham gia vào quá trình tổng hợpprotein. 3.3. Về chức năng: DNA ở các sinh vật là vật chất chứa bản mật mã di truyền, cònRNA thực hiện việc truyền đạt bản mã di truyền trong quá trình sinh tổng hợp protein. Ở mộtsố loài siêu khuẩn có chứa RNA là bản mã di truyền. Luồng thông tin di truyền được Crik đềra năm 1967, năm 1970 được Temin bổ sung như sau: ADN ARN Protein ( Crik, 1967) ADN ARN Protein (Temin,1970) 3.4. RNA ở tế bào động vật lại được chia làm 3 loại: Có 3 loại acid ribonucleic trong các tế bào là RNA thông tin (m-RNA), RNA ribosome(r-RNA) và RNA vận chuyển (t- RNA). Mỗi loại RNA có khối lượng phân tử và tính chấtbase khác nhau. (Bảng 2.4) Bảng 2.4: Đặc tính của RNA E.coli Loại RNA Hằng số lắng Khối lượng phân tử Số gốc % tổng số Nucleotide RNA tế bào m-RNA 63-25-3s 25 000-1000 000 75-3000 2 t-RNA 63-4s 23 000-30 000 75-9s 16 r-RNA 5s 23 000-35 000 75-100 82 16s 23 000-550 000 75-1500 82 23s 23 000-1 100 000 75-3100 82 Tất cả RNA này đều là 1 sợi polynucleotide. Ba loại RNA của các loài có phân tử khácnhau: RNA ribosome (tồn tại ở 3 loại chính); RNA vận chuyển (hơn 600 loại) và RNA thôngtin (có hàng trăm hàng ngàn loại). Trong hầu hết các tế bào, RNA nhiều hơn DNA từ 5 đến 10lần. Các tế bào vi khuẩn, gần như tất cả RNA tìm thấy trong nguyên sinh chất. Trong nhân tếbào gan có khoảng 11% tổng số RNA (phần lớn giàu m- RNA), gần 15% trong ribosome(phần lớn RNA) và khoảng 24% trong dịch bào tan (phần lớn t - RNA). RNA có trong cấu tạocủa tất cả các virus thực vật, trong đó virus khảm thuốc lá được biết rõ nhất. RNA cũng đượctìm thấy trong một virus của vi khuẩn như thực khuẩn thể Q β của E.coli, và một số virusđộng vật như poliomyelidis.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 51 http://www.ebook.edu.vn
  • 58. 3.4.1. RNA thông tin (m-RNA) ( Messenger - RNA): Tỷ lệ loại này chiếm 2-3% trongtế bào. Nó được tổng hợp trong nhân tế bào với tư cách là những bản sao chép bản mã ditruyền gốc là DNA tức là chuỗi phân bố 4 gốc kiềm trong m-RNA lặp lại một cách chính xácchuỗi phân bố 4 gốc kiềm trong DNA đối xứng đứng ra làm khuân mẫu, chỉ khác là T trongDNA được thay bằng U trong m-RNA. Về cấu trúc của m-RNA khi mới được tổng hợp có cấu trúc như sau: Intron G7PPP --- CAP------ ------- -----------------polyA Extron Đầu 5’ của m-RNA có cấu trúc đặc biệt gọi là “mũ”(cap), cấu trúc này gồm 1 gốc Gmethyl hoá ở vị trí 7, ở vị trí 5’ của nucleotide này có 3 gốc phosphate (7m G5’ppp), gốcphosphate cuối cùng kết hợp với 5’ của nucleotide trước nó, base của nucleotide này là A( đôikhi là G), methyl hoá ở vị trí 2’ (Hình 2.11). Cấu trúc “mũ” này có vai trò làm tăng khả năngkết hợp giữa m-RNA với ribosome và ảnh hưởng đến quá trình phiên mã. Cấu trúc “mũ” cũnggóp phần làm bền m-RNA, bảo vệ đầu 5’ của m-RNA khỏi bị Enzyme phân giải, đây cũng lànơi gắn protein điều hoà quá trình sao chép. Extron là đoạn có nghĩa, Intron là đoạn vô nghĩa.Đoạn poly A ở đầu 3’, đoạn poly A có khoảng 200 nucleotide Adenine, có thể có vai trò làmbền, bảo vệ m-RNA và điều hoà hoạt động phiên mã của m-RNA. Đoạn polyA là đoạn kếtthúc giúp m-RNA qua màng nhân. Quá trình thành thục trước khi đưa ra tế bào chất các đoạnpolyA và intron bị cắt bỏ. Codon đầu bao giờ cũng là AUG mã cho Met, codon kết thúc làUAG, UAA và UGA. 7 - Methyl -Guanine Cap 0 methyl hoá Liên kết pyrophosphate Cap ethylhoá(thỉnh Liên kết 5, 5 - thoảng bị meyyl hoá) Triphosphate Lớp 2 methyl hoá thỉnh thoảng bị methyl hoá)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 52 http://www.ebook.edu.vn
  • 59. Hình 2.11. 7-MethylGuanine ở đầu mũ 5’ tìm thấy ở hầu hết các m-RNA ở các sinh vậtnhân chuẩn. 3.4.2. RNA ribosome (r-RNA). r-RNA chiếm khoảng 65% trong riboxom và 80% tổng số RNA của tế bào. Có thể táchchiết r-RNA từ ribosome của E.coli bằng phenol, nó có dạng thẳng và phân tử sợi đơn, có 3loại với hằng số lắng: 23s, 16s và 5s. Chức phận của chúng trong ribosome chưa rõ ràng, cóthể chúng có vai trò cấu trúc là thành viên cấu tạo nên riboxom - một chiếc "máy trong quátrình tổng hợp protein. Chúng có 4 loại Base chính là A,G,C và U. Một vài base bị methylhoá. Ở tế bào nhân chuẩn, trong ribosome có 4 loại r-RNA: 18s, 28s, 5.8s, và 5s. r-RNA củacác Ribosome trong ty thể, lục lạp khác với r-RNA của Ribosome trong tế bào chất. 3.4.3. RNA vận chuyển (t-RNA) (trans RNA) còn gọi là s-RNA (RNA hoà tan): trong tếbào t-RNA chiếm khoảng 20% tổng số RNA, có vai trò vận chuyển có chọn lọc các acid aminđã được họat hoá tới khu vực sinh tổng hợp protein và định vị trí cho các acid amin trongchuỗi polypeptide thông qua phần anti codon (codon đối mã) trong cấu trúc của nó. Khối lượng phân tử của t-RNA từ 23.000-30.000, hằng số lắng từ 4s -63s, có 75 đến 90nucleotide. Mỗi một loại acid amin trong phân tử protein có ít nhất 1 t-RNA tương ứng vậnchuyển nó, một số acid amin có nhiều t-RNA, thí dụ: Leucine, Serine trong E.coli có 5 phântử t-RNA. t-RNA có thể tìm thấy ở dạng tự do hay “liên kết” với acid amin tương ứng. Dạngliên kết của t-RNA là do nhóm carboxyl của acid amin được ester hoá với nhóm 2’-OH hoặc3’-OH của gốc acid adenilic cuối cùng ở đầu cuối 3’ của chuỗi polynucleotide của t-RNA. t-RNA có nhiều base “thiểu số”, chiếm khoảng 10%. Các base này là những dạng đượcmethyl hoá hoặc những dẫn suất của chúng. Trong t-RNA còn có những mononucleotidekhông bình thường như acid pseudouridilic và ribothymidilic. Acid pseudouridilic có liên kếtglycoside ở vị trí 5 của Uridine, khác với vị trí 1 như thông thường. Acid ribothymidilic cũngkhông bình thường, vì thông thường thymine có trong DNA. Acid pseudouridilic Acidribothymidilic Ở đầu cuối 5’ của t-RNA có gốc acid guanilic, nhóm 3’-OH liên kết với nucleotide ápchót, nhóm 5’-OH liên kết với nhóm phosphate. Ở đầu 3’ của t-RNA luôn có 3 nucleotide:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 53 http://www.ebook.edu.vn
  • 60. CCA. Nhóm 5’-OH của gốc acid adenilic liên kết với gốc acid cytidilic trước, các nhóm vị trí2’ và 5’-OH tự do. Cấu trúc chung của t-RNA có thể viết như sau: 5’-pG (pN)75-90 pCpCpC A-3’-OH. NHóm 2’-OH và 3’- tự do của gốc acid adenilic cuối cùng trong phân tử t-RNA đượcester hoá với α -acid amin bằng Enzyme, tạo thành dạng hoạt động hay dạng vận chuyển, gọilà aminoacyl t-RNA. Gốc acid amin này được vận chuyển đến đầu cuối sinh trưởng của chuỗi peptide trên bềmặt ribosome. Một nửa số nucleotide của phân tử t-RNA bắt cặp tạo thành những đoạn xoắn kép. Cấutrúc không gian của t-RNA có dạng hình chữ L (hay là hình cỏ ba lá) và chia làm 5 thuỳ (hình2.12)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 54 http://www.ebook.edu.vn
  • 61. Hình 2.12. Cấu trúc hình cỏ ba lá của t-RNA Thuỳ acid amin là đầu 3’- OH của t-RNA có 3 nucleotide CCA, là nơi liên kết với acidamin mà nó vận chuyển. Thuỳ TψC luôn có 3 nucleotide là: Ribothymidilic, Pseudouridilic, và cytidilic, thuỳnày giúp cho t-RNA nhận biết riboxom đang hoạt động cần acid amin nào. Thuỳ thêm có thể có hoặc không có trong các phân tử t-RNA khác nhau. Chức năngchưa rõ.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 55 http://www.ebook.edu.vn
  • 62. Thuỳ đối mã (anticodon) có chứa 3 nucleotide liên kết với 3 nucleotide mã (codon) trênm-RNA. Nó quyết định cho việc gắn acid amin vào trong chuỗi peptide theo nguyên tắc bổxung gốc kiềm. Thuỳ G*GA luôn luôn có nucleotide dihydrouridilic, là nơi bám vào riboxom 4. Một số tính chất của acid nucleic. Acid nucleic là những chất có màu trắng, không tan trong nước nhưng tan trong dungdịch muối. Dung dịch acid nucleic có độ nhớt cao, có hoạt động quang hoc. Acid nucleic tíchđiện âm nên trong điện trường di chuyển về cực dương. Acid nucleic hấp thụ mạnh ở vùng ánh sáng tử ngoại có bước sóng 250-280nm, và hấpthụ cực đại ở 260nm. Sử dụng tính chất này để định lượng acid nucleic và xác đinh độ sạchcủa chế phẩm. Khi đun dung dịch acid nuclieic lên 60-90°C, phân tử DNA xoắn kép bị tháo rời do cácliên kết hydro giữa các base purine và pyrimidine bị phá vỡ. Độ hấp thụ ở bước sóng 260nmtăng lên. Sự tăng độ hấp thụ này gọi là hiệu ứng hypecrom. Nhiệt độ làm mất đi một nửa cấutrúc xoắn kép của phân tử DNA gọi là nhiệt độ “nóng chảy” viết tắt Tm (meltingtemperature). Các phân tử DNA giàu các base G-C có Tm cao hơn loại DNA giàu A-T. Nếu dung dịch acid nucleic sau khi bị “nóng chảy”, được làm lạnh từ từ thì độ nhớtdung dịch giảm, đồng thời giảm khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 260nm gọi là hiệuứng hypocrom. Điều này biểu hiện khả năng phục hồi các liên kết hydro giữa các cặp base bổsung sau khi liên kết hydro của chúng bị phá vỡ. DNA phản ứng với thuốc thử Fucsin tạo nên màu đỏ (Phản ứng Feulgen) phản ứng nàyđược sử dụng trong hoá tế bào. Để phân biệt DNA và RNA, dùng phản ứng với thuốc thử orcin với RNA có màu xanhđậm hơn DNA. 5. Phức hợp acid nucleic-protein. Một số acid nucleic gắn với các protein đặc biệt tạo thành những phức hợp đặc biệt cónhững chức năng riêng. Trong đó chủ yếu là ribosome và Virus. 5.1. Ribosome. Ribosome của các tế bào nhân xơ có 60-65 % r-RNA và khoảng 45-40% protein. Trongcác tế bào nhân chuẩn có khoảng 50% r-RNA và 50% protein. Trong tế bào E.coli, Ribosomeđược tìm thấy ở dạng tự do trong nguyên sinh chất và chiếm khoảng 35% khối lượng khô củatế bào. Tế bào E.coli có khoảng 15.000 Ribosome, mỗi một Ribosome có khối lượng 2.6 kDavà đường kính là 180 A° (Hình 2.13). Các ribosome cũng được tìm thấy bên trong nhân tế bàovà trong các cơ quan tử như ty thể và lạp thể. Nhiều Ribosome được hấp phụ thành chuỗi dàigọi là Polyribosome hay polysome, chúng là sự kết hợp giữa một số Ribosome với phân tửRNA thông tin. Các ribosome của tất cả các tế bào được cấu tạo giống nhau và chứa r-RNA. Chúng có 2tiểu phần có kích khác nhau (Hình 1.13) Ribosome vi khuẩn E.coli có hằng số lắng 70s, cócác tiểu phần 30s và 50s (Khối lượng phẩn tử ~1 triệu và ~ 1.8 triệu) Tiểu phân 50s có phântử r-RNA 23s, 5s, và 30 chuỗi polypeptide, tiểu phần 30s có phân tử r-RNA 16s và 20 chuỗipolypeptide. Ribosome trong nguyên sinh chất tế bào nhân chuẩn lớn hơn trong tế bào nhânTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 56 http://www.ebook.edu.vn
  • 63. xơ, chúng hấp phụ trên lưới nội chất, hằng số lắng là 80s, đường kính 220A° khối lượng phântử 4kDa có 2 tiểu phân 60s và 40s. Tuy nhiên kích thước các tiểu phần thường khác nhau giữađộng vật và thực vật. r-RNA thực vật có loại 25S và 16S hoặc 18s, động vật có loại 26s và18s. r-RNA 28s của động vật có kích thước khác nhau ở những loài khác nhau phụ thuộc vàomức độ tiến hoá như nhím biển là 1,4kDa và 1,75 KDa ở những động vật khác. Ribosomeđược ổn định trong dung dịch có nồng độ Mg+2 cao. Khi nồng độ Mg+2 giảm, các tiểu phần bịtách rời nhau. Hình 2.13. Cấu trúc của Ribosome 5.2. Virus.Virus có cấu trúc “ngưỡng cửa của sự sống”, là hợp chất siêu phân tử giữa acid nucleic và cáctiểu đơn vị protein với sự sắp xếp 3 chiều. Virus có khối lượng hạt vô cùng lớn, chúng có thểđược tách chiết ở dạng đồng thể hoặc ở dạng kết tinh. Virus tách chiết ở dạng tinh sạch khôngcó khả năng tái sinh. Tuy nhiên, khi hạt virus (cũng gọi là viron) phát triển bên trong tế bàovật chủ, nó có khả năng điều khiển sự sao chép riêng của mình. Acid nucleic vurus là phầnnhiễm của hạt virus. Cơ chế tổng hợp các phân tử của virus khác với các phân tử của các tế bào chủ bìnhthường. RNA của virus buộc ribosome tế bào vật chủ hoạt động như là khuôn cho sự tổng hợpcác protein vỏ virus và các Enzyme cho sự sao chép các hợp chất khác của cấu trúc virus. DNA của các virus như là khuôn cho sự sao chép các phân tử m-RNA bổ sung, nó lạichiếm đoạt bộ máy ribosome và tiến hành tổng hợp các Protein virus và các Enzyme cần thiếtcho tổng hợp DNA virus. Các virus có kích thước, hình dạng và thành phần hoá học khácnhau (bảng 2.5). Trong một số virus, thí dụ virus khảm thuốc lá, chỉ tồn tại loại tiểu phầnprotein đơn. Những loại protein khác (thí dụ thực khuẩn thể T2 của Ecoli) có thể có nhiều loạitiểu đơn vị Protein vỏ hay capsid của virus được tạo thành nhóm các tiểu phần protein gọi làTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 57 http://www.ebook.edu.vn
  • 64. Capsomere (đơn vị hợp thanh capsid). Acid nucleic của virus hay xảy ra sự methyl hoá cácbase Bảng 2.5. Khối lượng, kích thước và hình thái của acid nucleic ở một số virus Tên Khối lượng hạt Acid nucleic và % acid Hình dạng Chiểu dài (dalton) số chuỗi nucleic ° (A°) Thực khuẩn thể Ecoli T2,T4,T6, 220 000 000 DNA(2) 61 Nòng nọc 180 T7 38 000 000 DNA(2) 41 Nòng nọc 60 φc174 6000 000 DNA(1hoặc2) 26 Nhiều mặt 150 λ 50 000 000 DNA(2) 64 Nòng nọc 200 MS2 3 600 000 RNA(1) 32 Nhiều mặt 175 Virus thực vật khảm thuốc lá 40 000 000 RNA(1) 5 Que 3000 Bushu stunt cà chua 10 600 000 RNA(1) 15 Nhiều mặt 280 Gây chết lụi thuốc lá 1 970 000 RNA(1) 20 Nhiều mặt 210 Virus động vật: Bại liệt trẻ em 6 700 000 RNA(1) 28 Nhiều mặt 300 Polioma (virus gây ung thư ở động vật 21 000 000 DNA(2) 13.4 Nhiều mặt 450 gặm nhấm) Adenovirus 200 000 000 DNA(2) 5 Nhiều mặt 700 Đậu mùa 2 000 000 000 DNA( `) 7.5 Viên gạch 2300Hình 2.14: Ảnh kính hiển vi điện tử của các virus, sơ đồ virus khảm thuốc lá. Các tiểu phân Protein Đầu Cổ Đuôi Râu Hình 2.14 ảnh kinh shiển vi điện tử của Cấu trúc của Thể th kh ẩ T i 0,1μ 0,1μ 0,1μTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 58 http://www.ebook.edu.vn
  • 65. Tất cả virus thực vật là loại RNA, có dạng hình que, xoắn kép, như virus khảm thuốc lá,hoặc có dạng 20 mặt như virus bushustunt có 60 caspomere (nhóm các tiểu phần protein) mỗimặt có 3 tiểu đơn vị được sắp xếp theo kiểu đối xứng. Virus động vật có thể là DNA hoặcRNA. Mặc dù một số như virus polimelidis (gây bại liệt ở trẻ em) rất nhỏ, song hầu hết chúngđều lớn hơn virus thực vật. Virus vi khuẩn (gọi là thực khuẩn thể) là mẫu vật thích hợp đểnghiên cứu, vì chúng tiến hành sao chép một lượng lớn trong vi khuẩn và dễ tách chiết. Virusvi khuẩn quan trọng nhất là của các tế bào E. coli như thể thực khuẩn thể T2,T4,T6, T7 ϕx174và λ. Cấu trúc của virus được nghiên cứu rất tỉ mỉ bằng kính hiển vi điện tử và sự nhiễu xạ tiax. Cấu trúc của 1 vài virus được giới thiệu ở hình 2. 14 6. Trao đổi acid nucleic. Acid nucleic là vật chất di truyền của cơ thể sống, điều hoà quá trình sinh tổng hợpprotein. Một số nucleotide là thành phần coEnzyme quan trọng. Vì vậy, nghiên cứu quá trìnhtrao đổi acid nucleic có ý nghĩa đối với các cơ thể sống. 6.1. Sự phân giải acid nucleic (sự thuỷ phân acid nucleic) Dưới tác dụng của nuclease, acid nucleic bị thuỷ phân tạo thành các mononucleotide vàoligonucleotide. Ở động vật, acid nucleic bị thuỷ phân ở tá tràng dưới tác dụng của nucleasetuyến tuỵ. Ở niêm mạc ruột có diesterase thuỷ phân oligonucleotide thành mononucleotide. Nuclease có thể chia làm 2 nhóm: Endonuclease và exonuclease. a) Endonuclease: Cắt các liên kết diester bên trong chuỗi polynucleotide. Nó được chialàm 2 nhóm: Ribonuclease (RNAase) xúc tác phân giải RNA, Desoxyribonuclease (DNAase)xúc tác phân giải DNA. b) Exonuclease: Xúc tác cho quá trình phân giải lần lượt từng nucleotide ra khỏi chuỗipolynucleotide. 6.1.1. Phân giải mononucleotide: Các mononucleotide được hình thành khi phân giải DNA và RNA hoặc được sử dụngđể tổng hợp lại acid nucleic, các hợp chất cao năng và các coEnzyme v.v... hoặc tiếp tục bịthuỷ phân dưới tác dụng của nucleotidase (phosphatease) có trong ruột tạo thành cácnucleoside và acid phosphoric. Ở các mô gan, thận, lách có nucleotidase, các nucleoside bịthuỷ phân thành base nitơ và pentose. 6.1.2. Phân giải base purine và pyrimidine. Phân giải purine: Sự thoái hoá các nucleotide purine được nghiên cứu kỹ. Adenine,nucleoside và nucleotide của nó có thể deamin hoá thuỷ phân dưới tác dụng của các Enzymedeaminase, adenoseine deaminase và adenilate deaminase tạo thành hypoxanthine, inoseinehoặc inoseine monophosphate tương ứng (hình 2.15) và nucleotide Guanine cũng phân giảitương tự dưới tác dụng của Guanine, guanoseine và guanylat deaminase tạo thành xanthinehoặc dẫn xuất ribose của chúng (hình 2.15) Ở người và vượn người sản phẩn cuối cùng của sự phân giải này là acid uric, nó được thải rangoài cùng với nước tiểu, còn động vật khác, phần lớn hoặc hoàn toàn acid uric biến đổi thànhallaintoin. ở động vật máu lạnh cá, lưỡng thể và trong nhiều động vật cổ, allaintoin phân li thànhacid glyoxylic và urê.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 59 http://www.ebook.edu.vn
  • 66. Ở đa số thực vật, các base purine phân giải thành ure allaintoin và acid allantoic nhờ sựxúc tác của allatoicase, còn urê phân giải thành CO2 và NH3 dưới tác dụng của Urease. Adenine deaminase Poxathine Adenine deaminase xanthine oxydase Guanine deaminase Guanine xanthine xanthine oxydase Hình 2.15: Sự thoái hoá của purine ở mức độ nucleotide, nucleoside vàbasehypoxanthine, xanthine sau đó bị oxy hoá dưới tác dụng của xanthine oxydase tạothành acid uric. Phân giải pyrimidine: Sự phân giải nucleotide pyrimidine giống như nucleotide purinebao gồm dephosphoride hoá, deamin hoá và cắt liên kết glicoside. Nhiều phosphatease tácdụng lên nucleotide purine cũng tác dụng lên các dẫn xuất pyrimidine tương ứng, nucleotidepyrimidine bị thuỷ phân thành các base pyrimidine và đường, hoặc chúng có thể bao gồm cảsự cắt phosphrolytic cytosine, có thể deamin hoá bởi cytosine deaminase xảy ra ở nấm men vànhững vi sinh vật khác. Nucleoside cytidine bị phân giải thành nucleoside uridine bởi cytidindeaminase phổ biến ở các mô động vật cũng như ở vi khuẩn.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 60 http://www.ebook.edu.vn
  • 67. Con đường phân giải uracil và thymine ở các mô động vật bao gồm sự khử pyrimidinethành dẫn xuất dihydro, mở vòng để thành acid ureidoisobutilic tương ứng giải phóngamoniac và CO2 để tạo thành β-alanine hoặc dẫn xuất methyl hoá của nó (hình 2.17). Uracil Dihydro uracil acid β - Ureidopropionic β. Alanine Thymine Dihydro thymine acid β - Ureidoĩsobutiric Acid β - amin izobutiric Hình 2.17. Các con đường phân giải Uracil và Thymine 6.2. Sinh tổng hợp acid nucleic. 6.2.1. Sinh tổng hợp nucleotid purine Ở cơ thể động vật có thể tổng hợp được purine và pyrimidine, nhưng đối với một số visinh vật để phát triển bình thường cần phải có một lượng purine và pyrimidine trong môitrường dinh dưỡng. Nucleotide purine và pyrimidine có thể được tổng hợp mới từ những tiền chất như acidamin, NH3, CO2, acid formic. Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu người ta biết đượcnguồn gốc các thành phần cấu tạo nên nhân purine (hình 2.18). Nguyên liệu ban đầu trong sinh tổng hợp purine là 5’-phosphoribozil –1-pyrophosphate (PRPP), (hình 2.19) nó nhận nhóm γ amin của glutamine để tạo thành 5-phosphoribozil amin (PRA). Dưới ảnh hưởng của Enzyme phosphoribozil pyrophossphateamidotransferase (amidophosphoribozil transferase).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 61 http://www.ebook.edu.vn
  • 68. Glutamine Glutamate methyl Formyl GAF Glutamine Glutamat Glycine Succino - Aicar Aspartate Carboxy AIR Focmyl GAM Fumarate Formyl Hình 2.20. Sinh tổng hợp nucleotid purin AICAR Focmyl AICAR Fumarate + GTP Adenilo - Succinat Acid lyase + Aspartate denilsuccinic NAD Glutamine ức chế bởi acid micophenolic GMP xantosein 5 - phosphate (XMP)Hình 2.21: Sự tạo thành AMP và GMP từ IMP. Uracil --> Dihydrouracil - acid β - Ureidopropionic --> β -alanineTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 62 Thymine --> Dihydrothymine - acid β - Ureidopzobutiric --> β - aminizobutinic http://www.ebook.edu.vn
  • 69. Sau đó phản ứng với PRA tạo thành glycinamide Ribonucleotide (GAR) phản ứng tiếptheo bởi formin hoá từ acid N5, N10 - methyl-tetradrofolic thành formyl glycinamideribonucleotide (formyl-GAR). Sau đó amin hoá nhận từ glutamine để cho formyl-glycinamideribonucleotide (formyl-GAM), chu trình được đóng lại tạo nên hợp chất vòng imidazol là 5-aminimidazol ribonucleotide (AIR). Carboxyl hoá hợp chất này tạo thành acid 5-amin-imidazol-4-carboxylic ribonucleotide (cacboxy-AIR). Amide tương ứng là 5-aminimidazol-4-carboxamide ribonucleotide (AICAR) được tạo thành qua 2 phản ứng với hợp chất (hình2.20). Amin hoá IMP thành AMP tiến hành qua 2 bước với sự tạo thành hợp chất trung gianacid Adenine succinic (hình 2.21). Trong phản ứng này nhóm amin của Aspartate được chuyển đến C-6 của IMP để tạothành AMP. Sự tạo thành GMP từ IMP cũng phản ứng qua 2 giai đoạn, trong đó xantoseine 5’-monophosphate (XMP) được tạo thành trước, sau đó là GMP (Hình 2.21) Hai mononucleotide purine AMP và GMP bị phosphoryl hoá bởi kinase qua giai đoạndiphosphate cho ATP và GTP AMP + ATP <---> ADP + ADP GMP + ATP <---> GDP + ADP ADP + ATP <---> ATP + ADP GDP + ATP <---> GTP + ADP Ngoài các con đường kể trên, các nucleotide còn có thể được tổng hợp từ các basepurine kết hợp với ribose-1’- phosphate dưới sự xúc tác của nucleoside phosphoridase tươngứng để tạo thành các nucleotide và acid phosphoric. Các phản ứng này thuộc kiểutransglycosil hoá Hypoxanthine + Ribose-1-phosphate <---> inosine + PVC Guanine + ribose-1-phosphate <---> guanoseine + PVC Các nucleotide được hình thành lại bị phosphoryl hoá với sự xúc tác của phosphokinase(phosphotransferase) tạo thành nucleotide tương ứng. Adenoseine + ATP <---> AMP + ADP Ngoài ra các purine tự do kết hợp vói PRPP dưới tác dụng của nucleotidepyrophosphate kinase (chuyển gốc phosphoriboseil) tạo thành các nucleoside 5’- P Adenine + PRPP <---> AMP + PP (Pyrophosphate) Guanine + PRRP <---> GMP + PP Hypoxanthine + PRPP <---> IMP + PP6.2.2. Sinh tổng hợp nucleotid pyrimidineTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 63 http://www.ebook.edu.vn
  • 70. Khác với sinh tổng hợp nucleotide purine, chu trình pyrimidine được tổng hợp trước rồikết hợp với ribose –5- phosphate. Bằng phương pháp nguyên tử ghi dấu đã xác định đượcnguồn gốc của các nguyên tố tạo nên pyrimidine (hình 2.22). Sự tổng hợp UMP có hàng loạt các phản ứng Enzyme xảy ra tạo thành mononucleotidepyrimidine đầu tiên (Uridine 5’-monophosphate, UMP) được giới thiệu ở hình 2.23. Trướctiên là acid aspartic kết hợp với carbamoyl phosphate với sự xúc tác của carbamoyltransferase tạo thành carbamoyl aspartate. Sau đó vòng pyrimidine được hình thành do dihydro-orotase tạo nên acid dihydro- Amoniac C orotic, tiếp tục dehydrogenase hoá tạo N Aspartate thành sản phẩm pyrimidine trung gian quan trọng là acid orotic. Dưới tác Co2 dụng của pyrophosphoridase, acid- orodic liên kết với gốc ribose-5- phosphate từ PRRP tạo nên Oridin 5’- monophosphate (OMP) và giải phóng Hình 2.22: Nguồn gốc các nguyên tử trong pyrophosphate. Decarboxyl hoá OMP chu trình pyrimidine tạo thành Uridine 5’-monophosphate (UMP) là nucleotide pyrimidine đầu tiên . Carbamoyl Carbamoyl Dihydro-orotate Orotate phosphate aspartate Glutamin Hình 2.23. Con đường sinh tổng hợp pyrimidine Orotidic5 - monophosphate (OMP)Hình 2.23. Sự tạo thành pyrimidine. UMP dưới tác dụng của kinase biến đổi qua uridine 5’-P (UDP) thành uridine 5’-triphosphate (UTP) Sinh tổng hợp dẫn xuất cytosine. Sự biết đổi uracil thành cytosine ở giai đoạn nucleoside triphosphate do Enzyme CTPsyntheta xúc tácTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 64 http://www.ebook.edu.vn
  • 71. UTP + NH3 +ATP ---> CTP + ADP + PVC 6.2.3. Sinh tổng hợp desoxyribonucleotide Sự biến đổi ribose thành desoxyribose xảy ra ở mức độ nucleotide, không làm đứt liênkết glycoside. Ở E.coli sử dụng cơ chất là ribonucleoside diphosphate, ở Lactobacillus leichamnii sửdụng ribonucleoside phosphate và đòi hỏi Enzyme cobam. Sự hiểu biết về cơ chế biến đổitrong tế bào động vật không nhiều, nhưng hình như không cần cobamide và giống với E.coli. Cơ chế sự biến đổi CDP thành dCDP trong Ecoli có hệ Thioredoxyn. Thioredoxyn làprotein có chứa lưu huỳnh với 108 gốc acid-amin, nó được khử bởi NADPH dưới tác dụngcủa Thioredoxyn reductase. Thiredoxyn khử CDP thành dẫn xuất desoxy, nó tự loại oxy đếnThioredoxyn. dUMP được hình thành bởi deamin hoá dCMP dưới tác dụng của dCMP deaminase.Con đương biến đổi đầy đủ từ UMP thành dUMP có thể như sau: UMP ---> UTP ---> CTP --->CDP ---> dCDP ---> dUMP Ở E.Coli khôngcó dCMP deaminase, dUMP được hình thành từ UMP bởi đường vòngsau: UMP ---> UDP ---> dUDP --->dUTP ---> dUMD (Hình 2.24) 6.2.4. Sinh tổng hợp các dẫn xuất thymine. Các bước cơ bản trong sự tạo thành nucleotide thymine là sự methyl hoá desoxyuridinemonophosphate (d UMP) thành sản phẩm thymidine monophosphate (d TMP) (d UMP dTMP) dưới tác dụng của Enzyme Thymidilate synthetase. Quá trình xảy ra qua một số giaiđoạn. Nguồn cho nguyên tử carbon ở C-5 là acid N 5, N 10- methylen tetra hydrofolic, phảnứng như sau: N5, N10-methylen tetrahydrofofate+ d UMP---> dihydrofolate + d TMP Dihydrofolate lại tạo thành tetrafolate dưới tác động của hydrofolate reductase. Sự tạo thành nucleoside triphosphate. PRPP Glutamine Aspartate Carboamoyl phosphate + glicine + Glutamine Carbo Kháng + Aspartate Azaserin và acid folic Azaumaxil Fluorodexi eridin Kháng acid folicTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 65 http://www.ebook.edu.vn
  • 72. Hình 2.24: Con đưòng phức tạp sinh tổng hợp desoxyribonucleoside triphosphate. Cơ chế sửdụng lại biểu thị bằng đưòng chấm. Hoạt động ức chế của một số chống phân giải bằng nét đậm. Trong sinh tổng hợp DNA và RNA cần có các ribonucleoside 5’-triphosphate vàdesoxyribonucleoside 5’-triphosphate, chúng được hình thành từ các nucleosidemonophosphate tương ứng bởi các Kinase thích hợp với sự có mặt của ATP. Ở giai đoạn này,các Kinase quan trọng là biến đổi thymidine thành triphosphate của nó (dTTP). Sự biến đổinày qua bậc thang phosphoryl hoá. Mỗi bước được xúc tác bởi một kinase riêng. Thymidine ---> d TMP ---> d TDP ---> d TTP. 6.2.5. Sinh tổng hợp acid desoxyribonucleic (DNA). Sinh tổng hợp DNA là quá trình sao chép chính xác phân tử DNA đầu tiên. Trên cơ sởmô hình phân tử DNA của Watson và Crick. Sự tái tạo DNA xảy ra bằng cách liên kết hydrogiữa 2 chuỗi bổ sung bị đứt và tách rời nhau ra. Mỗi một chuỗi có khả năng kết hợp với cácdesoxyribonucleotide triphosphate tự do, tạo thành chuỗi polyribonucleotide mới khớp hợpvới chuỗi ban đầu. DNA mới giống với DNA ban đầu về thành phần và trật tự các nucleotide . Cơ chế sao chép bán bảo tồn. Quá trình tự sao, một sợi giữ nguyên, một sợi mới được tổng hợp được gọi là cơ chế saochép bán bảo tồn, điều này đã được Meselson và Stahl chứng minh bằng cách nuôi E.colitrong môi trường có nitơ đánh dấu 15 N (15 NH4Cl), DNA được tồng hợp chỗ chứa 15N. Sau đónuôi cấy ở môi trường 14 N thì thấy DNA ở thế hệ thứ nhất là dạng lai, gồm một sợi 15 N vàmột sợi 14 N. Thế hệ thứ 2 có 50% DNA dạng lai và 50% dạng chỉ có 14 N (các băng của DNAtìm thấy bằng li tâm nồng độ CsCl) (Hình 2.25, 2.26) Nhẹ hơn Nhẹ Trung bình Nặng Nặng hơn Hình 2.25: Các băng DNA của thí nghiêm Meselson và Stahl. Cơ chế của quá trình tự sao DNA. Enzyme tổng hợp DNA. Năm 1956, Kornberg đã tách được Enzyme DNA polymerasetừ E.coli. Enzyme này có khả năng xúc tác quá trình tổng hợp DNA từ cácdesoxyribonucleoside triphosphate. Sau đó người ta đã tách được Enzyme này từ vi khuẩn,thực vật và động vật. DNA polimenase xúc tác sự tạo thành liên kết phosphodiester giữa nhóm 3’-OH ở đầusinh trưởng của chuỗi DNA (mồi) và nhóm 5’-phophate của desoxyribonucleosideTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 66 http://www.ebook.edu.vn
  • 73. triphosphate mới (hình 2.26) sự sinh trưởng theo chiều 5’-->3’. Trong quá trình này có DNAlàm khuôn. DNA khuôn thực hiện nguyên tắc ghép đôi bổ sung: A-T, C-G (hình 2.27). Các giai đoạn sinh tổng hợp DNA Mở xoắn: dưới tác dụng của DNA derulase, xoắn kép DNA được mở có 1 loại proteinSSB (Single StDNA Binding) gắn vào sợi đơn DNA để phân tử DNA luôn ở dạng mở. Tổng hợp RNA mồi: Dựa vào khuôn sợi đơn DNA, một đoạn RNA mồi được tổng hợpvói sự xúc tác của RNA-polymerase. Sự kéo dài sợi DNA: Sau khi có RNA mồi, RNA mồi sẽ tạo ra nhóm 3’-OH tự do, đểsau đó DNA polymerase bắt đầu hoạt động tái bản. Mỗi một nucleoside triphosphate được ghép vào bằng liên kết phosphodiester ở C-5’,chiều tổng hợp là 5’---> 3’. Như vậy có 1 sợi được tổng hợp liên tục gọi là sợi hướng dẫn, cònsợi kia tổng hợp từng đoạn ngắn cùng với sự mở xoắn, gọi là sợi đi theo. Từng đoạn ngắn đógọi là đoạn Okazaki (tên nhà bác học Nhật bản phát hiện chúng ở E.coli được công bố năm1968). Ở E.coli đoạn ngắn này có hằng số lắng 8-10s, chiều dài 1000-2000 nucleotide, đoạn10s có thể được tạo thành từ vài đoạn 3-5s. Ở tế bào động vật đoạn này ngắn hơn nhiều, nócókhoảng 100-200 gốc nucleotide, hằng số lắng 4-5s. Ở giai đoạn này RNA mới được loại bỏbởi endonuclease, và đoạn đó được tổng hợp lại bởi DNA polymerase. Các đoạn Okazakiđược nối với nhau bằng DNA-ligase (Hình 2.28; 2.29; 2.30). 2+ (dNMP)n+dNTP ⎯Mg →(dNMP) n+1 + PP ⎯⎯ DNA Polimerase DNA mồi Khuôn Mồi Hình 2.27. Sự sinh trưởng của DNA Hình 2.26. Cơ chế hoạt động của DNA Polimerase hợp acid ribonucleic (RNA). 6.2.6. Sinh tổngTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 67 http://www.ebook.edu.vn
  • 74. Sự biểu hiện thông tin di truyền là sự truyền tín hiệu từ DNA sang RNA. Nhìn chung,sợi RNA có thể hoàn toàn giống với sợi DNA chỉ khác là có nhóm hydroxyl ở vị trí 2’ vàuracil thay bằng thymine, song RNA có cấu trúc đa dạng hơn DNA và kèm theo sự khác nhauvề chức phận. Phân tử RNA không thể hướng dẫn và thông tin nhanh chóng di truyền nhưDNA, RNA còn có thể hoạt động như là chất xúc tác. Sự phát hiện ra RNA còn có chức phận xúc tác đã làm thay đổi rất nhiều của từ“Enzyme”. Nhiều RNA là phức chất của protein, tạo nên cơ chế phức tạp với nhiều chức phậnkhác nhau. 5’ Điểm khởiđầuĐiểm khởiđầu 3’ RNA polymerase phụ thuộc DNA RNA mồi 5’ 5’ 5’mở xoắnchuỗi DNA Hình thành Tổng hợp Cắt rời RNA và 1 sợi RNA DNA mới thay thế bằng DNA Enzyme derulase Hình 2.29. Khởi đầu tái bản RNA Polimenrase Mỗi thứ 2RNA mồi Relicase Primenson Mỗi thứ 1 DNAliên kết Primenson protein (SSB)Tổng hợp DNA bởi PrimaseDNA - plimerase Mồi RNA RNA mới HoloEnzyme mồi hình thành DNA Polymerase III Loại bỏ RNA mồi bởi DNAendonaclease hình thànhđoạn okaseki Polymerase I Hình 2 Ligase Hình 2.28: Tái bản DNA Sợi dẫn Hình 2.30. Chạc ba tái bản Sợi đi đường theo Nối lại bởi Ligase Hình 2. 30. Các đoạn Okazaki nối với nhauTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 68 http://www.ebook.edu.vn
  • 75. Tổng hợp RNA phụ thuộc DNA. Ở sinh vật nhân xơ (procaryote) chỉ có 1 loại Enzyme RNA polymerase phụ thuộc DNAthực hiện sự sao chép. Ở sinh vật nhân chuẩn (Eucaryote) có 3 loại RNA polymerase, mỗi loại có 1 chức năngriêng. Phân tử RNA được hình thành trong nhân, sau đó chuyển ra tế bào chất để hoạt động.Sự sao chép RNA chỉ thực hiên trên 1 sợi của DNA, hướng sao chép từ 5’-P -->3’-OH. RNA-Polymerase xúc tác tổng hợp RNA từ các ribonucleotide 5’-phosphate (ATP, GTP, UTP vàCTP). Sự tăng trưởng sợi RNA bằng cách kết hợp các ribonucleotide ở đầu 3’-OH của chuỗiRNA (MMP)n + NTP ---> (MMP)n+1 + PP RNA Kéo dài RNA Hình 2.31. Sự sao chép RNA Sự sao chép chỉ xảy ra trên 1 sợi DNA làm khuôn, mỗi 1 nucleotide liên kết để tạothành RNA mới được lựa chọn theo nguyên tắc cặp base bổ xung Watson-Crick. Uridine (U)trong RNA đối diện với Adenine (A) trong khuôn DNA, Adenine đối diện với Thymine,Guanine và Cytosine trong DNA đối diên với Cytosine và Guanine trong RNA mới. Bong bóng phiên mã RNA polymerase Tháo xoắn Sợi không làm khuôn RNA-DNA lai Sợi khuôn Hướng phiên mã Siêu xoắn âm Siêu xoắndươngTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 69 Hướng phiên mã http://www.ebook.edu.vn
  • 76. Sợi DNA dùng để làm khuôn cho tổng hợp DNA gọi là xơi khuôn hay sợi trừ (-). Sợi Hình 2.32: Sự phiên mã bởi RNA polymerase trong Ecoli. Khác với DNA polymerase, RNA polymerase không cần mầm để khởi đầu tổng hợp. Sựkhởi đầu tổng hợp ở 1 đoạn đặc biệt gọi là gen khởi đầu (RNA được tổng hợp vẫn có 5’-triphosphate) ở gốc GTP và ATP trong quá trình phiên mã). Trong quá trình phiên mã tạothành đoạn xoắn kép giữa RNA và DNA khuôn gọi là đoạn xoắn kép lai RNA-DNA (hình2.32a). RNA trong sợi xoắn kép này lại được tách ra khỏi DNA. Sự tổng hợp RNA xảy ra trên một sợi DNA, nên sợi xoắn kếp DNA phải tháo xoắn,vùng tháo xoắn để phiên mã như là “bong bóng”. Ở E.coli vùng này khoảng 17 cặp base đượctháo rời. Sự tháo DNA ở phía trước và cuộn lại ở phía sau. Quá trình này làm cho phân tửDNA quay đáng kể (hình 2.32 b), nếu quay về phía trước chuỗi là siêu xoắn dương, và nếuquay về phía sau là siêu xoắn âm. Ở E.coli sự phiên mã với tốc độ 50 nucleotide 1giây. DNA bổ sung với sợi khuôn gọi là sợi không làm khuôn hay sợi cộng (+), các base củanó rất giống với RNA được phiên mã chỉ khác U thay T. Sợi không làm khuôn thỉnh thoảngcòn gọi là sợi mã hoá (hình 2.33) (5’) CGCTATAGCGTTT (3’) sợi DNA không làm khuôn (+) (3’) GCGATAT CGCAAA (5’) Sợi DNA khuôn (-) (5’) CGCUAUAGCGUUU (3’) RNA phiên mã. Hình 2.33: Hai sợi bổ sung của DNA được xác định rõ chức phận trong phiên mã. Cấu trúc và hoạt động của RNA polymerase. Ở Ecoli RNA polymerase đơn phụ thuộc DNA tổng hợp các loại RNA khá lớn (KLPT:390.000) phức chất Enzyme này có 5 tiểu đơn vị là lõi Enzyme và 1 tiểu đơn vị thứ 6 là δ(xích ma) hày δ 70 (KLPT: 70 000) nó liên kết tạm thời với một lõi và hướng dẫn Enzymeđến vị trí khởi đầu đặc biệt trên DNA, 6 tiểu đơn vị này tạo thành holoEnzyme RNApolymerase (hình 2.34) β’ α ω α δ β Tiểu đơn vị Lõi Enzyme TLPT: α - 36.500, β - 151.000, β’ - 155.000 ω - 11.000, δ - 70.000. Tiểu phần β được cho rằng là vị trí xúc táctổng hợp RNATrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 70 http://www.ebook.edu.vn
  • 77. Hình 2.34. HaloEnzyme RNA polymerase. Yếu tố δ còn gọi là yếu tố khởi động (yếu tố mồi) gắn vào RNA polymerase để nhậnbiết mã (codon) khởi đầu sao chép. Khi bắt đầu sao chép nó sẽ tách rời yếu tố ρ (rô) còn gọilà yếu tố kết thúc. Khi kết thúc thì yếu tố ρ được giải phóng (hình 2.35). RNA polymerasetrượt trên DNA để tổng hợp RNA theo hướng 5’-->3’. Đến vị trí kết thúc, yếu tố ρ gắn vàoRNA polymerase để nhận biết mã kết thúc và yếu tố ρ được giải phóng, RNA polymerasetách khỏi sợi khuôn DNA. Vùng khởi động. Hình 2.36: 5 đoạn gen khởi đầu của E.coli, các đoạn gen này ở sợi mã hoá (khônglàm khuôn) và đọc từ 5’ → 3’. Những vùng đệm số lượng nucleotide (N) có thể thay đổi. Vùng –35 Vùng Vùng-10 Vùng Bắt đầu đệm đệm RNA +1 Trp TTGACA 17N TTAACT 7N A tRNA+Ty TTTACA 16N TATGAT 7N A r Lac TTTACA 17N TATGTT 6N A Rec A TTGATA 16N TATAAT 7N A Dra CTGACG 18N TACTGT 6N A B,A,DTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 71 http://www.ebook.edu.vn
  • 78. Đoạn TTGACA TATAAT chung Sự khởi đầu tổng hợp RNA trên phân tử DNA là vùng đặc biệt ở vùng đó phân tử RNApolymerase liên kết với DNA và được gọi là gen khởi đầu. Ở vị khuẩn gen khởi đầu là 2 đoạnngắn với khoảng 10 và 35 cặp base (Hình 2.36) RNA được tổng hợp là +1. Các đoạn genkhởi đầu không giống nhau, nhưng cũng có nhiều nucleotide chung. Phần lớn các gen khởiđầu của E.coli và vi khuẩn ở vùng –10 (còn gọi hộp Pribonow) là (5’) TAAAT (3’) và ở vùng–35 là (5’) TTGACA (3’) m-RNA luôn luôn tạo ra AUG khởi đầu, phía trước AUG có một đoạn không ghi mãcho protein nào cả, chỉ để gắn vào ribosome. RNA polymerase Gen khởi đầu RNA polymerase hình thành phức hợp đóng ở vùng -35 Polymerase di chuyển đến vùng - 10 DNA được tháo ra tạo thành phức Sợi khuôn Nucleotide triphosphate purine Bắt đầu tổng hợp RNAm Tiểu phần ô tách ra khỏi NTP polumerase vượt qua khởi đầu PP ∞ Hình 2.37: Các giai đoạn trong sự khởi đầu phiên mã bởi RNA polymerase E.coli –RNA polymerase liên kết với gen khởi đầu cần phải 2 giai đoạn: Sự tạo thành của phức hệđóng và mở – Tổng hợp RNA thông tin hầu như luôn luôn bắt đầu với nucleotide purine (Pu)– N là nucleotide bất kỳ.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 72 http://www.ebook.edu.vn
  • 79. YÊU CẦU CẦN NẮMCHƯƠNG II: ACID NUCLEIC VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN TẾ BÀOKhái niệm về acidnucleic, vai trò của các nucleotit tự do. Cấu trúc bậc I bậc II củaacidnucleic. Phân loại acidnucleicCâu 1: Công thức của ATP? Vai trò của ATP trong hoạt động sống của động vật?Câu 2: Trình bày cấu trúc bậc I của axít nucleic? Codon, Anticodon là gì? Vai trò sinhhọc của cấu trúc này?Câu 3: Nội dung nguyên tắc bổ xung gốc kiềm trong chuỗi xoắn kép của axít nucleic?ý nghĩa sinh học của nguyên tắc này?Câu 4: Phân loại axit nucleicTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 73 http://www.ebook.edu.vn
  • 80. CHƯƠNG III ENZYME VÀ XÚC TÁC SINH HỌC 1. Khái niệm Enzyme là những chất xúc tác sinh học, do cơ thể sống tổng hợp nên. Chúng xúc táccho các phản ứng hoá sinh, Nhờ có Enzyme mà các quá trình hoá sinh xảy ra rất nhạy, với tốcđộ rất nhanh trong những điều kiện sinh lý bình thường (nhiệt độ cơ thể và pH môi trườngmô bào). Enzyme có ở mọi sinh vật, trong tế bào sinh vật và là động lực của mọi quá trình sống.Hay có thể nói Enzyme là những chất mà dưới tác dụng của chúng các phản ứng hoá sinhđược thực hiện rất nhanh chóng với nhịp điệu, trình tự hết sức rõ ràng chính xác trong quátrình trao đổi vật chất (TĐVC) của cơ thể. Sống là TĐVC mà TĐVC là tổ hợp của hàng loạtnhững phản ứng hoá sinh phân giải hoặc tổng hợp. Mỗi phản ứng như vậy được thực hiện rấtnhanh chóng có khi hàng nghìn lần trong giây với nhịp điệu và trình tự hết sức rõ ràng vì mỗiphản ứng đó được thực hiện bởi một Enzyme đặc hiệu. Lịch sử Enzyme đã có từ lâu. Ngay từ đầu thế kỷ 19 đã có những nghiên cứu ghi nhậnsự hiện diện của chất xúc tác sinh học – Enzyme trong quá trình tiêu hoá ở nước bọt, dạ dàyvà ruột. Năm 1850, Pasteur đã nhận định quá trình lên men được một yếu tố xúc tác làferment. Sau này yếu tố trên được gọi thống nhất là Enzyme. Năm 1897 người ta đã chứngminh chính dịch chiết của Enzyme chứ không phải toàn bộ tế bào nấm men có khả năng lênmen đường thành rượu. Đó là bằng chứng về sự tham gia của bản thân Enzyme trong quátrình lên men. Năm 1926, lần đầu tiên Sammer đã thu được tinh thể Enzyme Urease. Năm1930 Northrop thu được tinh thể Pepsin và Trypsin. Trong giai đoạn cuối của thế kỷ 20, các nghiên cứu trong lĩnh vực này được tập trungvào vai trò xúc tác của Enzyme trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Việc tinh sạch đượchàng nghìn Enzyme và nhờ vậy đã làm sáng tỏ các cấu trúc không gian và chức năng xúc táccủa nhiều Enzyme khác nhau. Ngày nay Enzyme càng được sử dụng rộng rãi trong y học, công nghệ vi sinh, nôngnghiệp, chế biến thực phẩm và cả trong lĩnh vực mỹ phẩm. 2. Bản chất của Enzyme Enzyme là protein vì chúng có cấu tạo từ các acid amin với các cấu trúc bậc I, II, III, IVnhư protein và chúng cũng có đầy đủ các tính chất vật lý hoá học của protein như đặc tínhkeo, điểm đẳng điện, hiện tượng sa lắng... và cũng bị phá huỷ bởi các yếu tố nhiệt độ, acid,kiềm mạnh như protein. Enzyme là một lớp protein đông đảo có ở khắp nơi trong giới sinh vật, chúng phân bốtrong cơ thể cũng đa dạng, có Enzyme phân bố trong tế bào chất, là thành phần cấu trúc củamàng, trong ty lạp thể, trong màng ty lạp thể, có loại cố định, có loại di động được như trongmáu, trong sinh dịch... Ngoại trừ một nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, còn tuyệt đại đa số Enzymeđều có bản chất protein và sự thể hiện hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào các bậc cấu trúc từ Iđến IV của phân tử protein cũng như trạng thái tự nhiên của nó. Enzyme có khối lượng phân tử thay đổi rất rộng từ 12.000 Dal đến hàng triệu Dal.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 74 http://www.ebook.edu.vn
  • 81. Một số Enzyme thể hiện hoạt tính xúc tác không cần sự có mặt của các yếu tố khácngoài phân tử protein, đó là những Enzyme đơn giản. Ngược lại, ở những Enzyme phức tạp, ngoài phân tử protein còn có thêm nhóm ghép làCoEnzyme. Phần CoEnzyme có bản chất rất khác nhau nhưng trước hết và đông đảo hơn cả làdẫn xuất của các vitamin rồi đến các ion kim loại hoá trị 2 như Fe+2, Mg+2,Mn+2, Zn+2Co+2...Các ion kim loại này đóng vai trò cofactor hoặc cần sự có mặt và phối hợp tác động của cácphức hữu cơ hoặc phức hữu cơ - kim loại làm yếu tố đồng Enzyme. Người ta gọi phần protein của Enzyme là apoEnzyme (hay apo-protein), còn các yếu tốkhác gọi là nhóm ngoại Prosthetic và phức chứa đầy đủ cả 2 yếu tố được gọi là Enzyme hoànchỉnh (HoloEnzyme). 3. Trung tâm hoạt động của Enzyme: Trung tâm hoạt động của Enzyme là nơi tiếp xúc giữa Enzyme với đối tượng tác độngcủa nó (tức là cơ chất ), là nơi Enzyme thực hiện phản ứng. Trung tâm hoạt động được hìnhthành thông qua cấu trúc bậc III của phân tử protein Enzyme, thông qua đó một số gốc acidamin bình thường nằm xa nhau trong cấu trúc bậc I có thể được phân bố lại gần nhau, phốihợp với nhau để thực hiện chức năng xúc tác của Enzyme. Ở các Enzyme phức tạp thì do cácgốc acid amin đó kết hợp với nhóm ghép tạo nên. Ví dụ trung tâm hoạt động của chimotrypsin của tuyến tuỵ, ít nhất là bao gồm gốc serinở vị trí 195 và gốc histidin ở vị trí 57. Những gốc này tuy xa nhau về cấu trúc bậc I nhưng lạigần kề nhau về cấu trúc không gian khi Enzyme chimotrypsinogen được hoạt hoá bởi Entero-kinase (hình 3.1). Hình 3. 1. Mô hình cấu trúc của Enzyme chimotrypsinogen, sự hoạt hoá Enzyme nàylà Entero-kinase của tuyến ruột Các gốc acid amin thường tham gia vào trung tâm hoạt động là Cys với nhóm -SH, Ser,Tyr, Tre với nhóm - OH; Lys, Arg với nhóm -NH2, Glu, Asp với nhóm –COOH, His vớinhóm imidazole. Khi Enzyme có thêm nhóm ghép tức là coEnzyme thì coEnzyme phân bốngay ở trung tâm hoạt động. Cũng cần chú ý rằng có những Enzyme có một trung tâm hoạt động, nhưng cũng cónhững Enzyme có hai hoặc nhiều trung tâm hoạt động, ví dụ alcol dehydrogenase gan có haitrung tâm hoạt động, còn alcol dehydrogenase của nấm men có tới bốn trung tâm hoạt động.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 75 http://www.ebook.edu.vn
  • 82. Có thể coi trung tâm hoạt động là phần quyết định trong hoạt động của Enzyme nên mọitác động có ảnh hưởng tới Enzyme trước hết là ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động như hiệntượng ức chế, hoạt hoá...Các chất tác dụng có thể làm tăng cường hoạt độ của Enzyme thìngười ta gọi là chất hoạt hoá, nếu làm giảm hoặc tê liệt hoạt độ của Enzyme thì gọi là chất ứcchế. Những chất này có thể tác dụng thẳng vào trung tâm hoạt động của Enzyme như một sốion kim loại: Cu++, Zn++, Mn++, Mg++, Co++, Ca++... có tác dụng hoạt hoá Enzyme do các ionnày tham gia trực tiếp vào trung tâm hoạt động để vận chuyển điện tử hoặc tạo thành cầu nốigiữa cơ chất và Enzyme. Một số chất có tác dụng ức chế Enzyme như KCN, ditrec... chúng cóthể phóng bế hoặc bịt kín trung tâm hoạt động của Enzyme Các yếu tố ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động: Nhiệt độ: là biểu hiện nội năng của vật chất, biểu hiện sự chuyển động nhiệt của cácion. Nhiệt độ thích hợp để các Enzyme hoạt động tốt là nhiệt độ của thân nhiệt (37-40 0C).Nhiệt độ cao quá làm cho chuyển động nhiệt của các ion tăng quá mạnh làm đứt các dây nối,phá vỡ cấu trúc bậc III, do đó Enzyme bị tê liệt hoặc bị phá huỷ hoàn toàn. Nhiệt độ thấp quá(0 0C) phân tử không chuyển động, sự va chạm giữa Enzyme với cơ chất giảm làm cho hoạttính của Enzyme giảm hoặc mất hẳn. Tác động của nhiệt độ chưa sâu sắc thì Enzyme có thểphục hồi như khi nhiệt độ không cao quá hoặc thấp quá. Nhiệt độ tăng ở mức thích hợp thì cótác dụng kích thích hoạt động của Enzyme (sốt nhẹ). Giá trị Kcat của tuyệt đại đa số Enzyme gia tăng khi nhiệt độ môi trường của phảnứng gia tăng cho đến khi đạt giá trị xác định thì không tăng nữa và sẽ giảm hoạt tính xúc táckhi nhiệt độ tiếp tục tăng. Nhiệt độ mà ở đó Enzyme đạt giá trị hoạt tính cực đại gọi là nhiệtđộ tối ưu của Enzyme. Độ pH: Mỗi Enzyme có một vùng pH hoạt động tốt nhất của mình, ngoài vùng đóhoạt độ của Enzyme bị giảm sút hoặc mất hẳn. Bản chất của sự ảnh hưởng này là do nồng độH+ thay đổi đã ảnh hưởng đến sự phân ly của các gốc tạo nên cấu trúc bậc III của Enzyme,ảnh hưởng tới sự phân ly, phân cực giữa Enzyme và cơ chất... có nghĩa là pH ảnh hưởng tớipKa của các nhóm ion chức năng của Enzyme, cũng như cơ chất. Mỗi Enzyme có một pH tốiưu ví dụ: Chymotrypsin là 8,0; Trypsin là 2,0 v.v… Tác dụng dị lập thể (Allosteric): là một trong những kiểu tác dụng để điều chỉnh Hình 3.2. Sơ đồ về kiểu tác dụng dị lập thể. Khi gắn một phân tử tín hiệu vào một vị tríTrường ĐạiEnzyme dẫn đến sự thay đổi cấuHoá Sinh động vật …………………………… 76 trong học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình trúc của nó, từ đó thay đổi hoạt tính của Enzyme http://www.ebook.edu.vn
  • 83. hoạt độ của Enzyme. Một số chất tác động không trực tiếp vào trung tâm hoạt động mà vàomột vị trí nào đó của Enzyme làm cho cấu trúc bậc III của nó thay đổi chút ít, từ đó hoạt độcủa Enzyme thay đổi, nó có tính chất điều chỉnh hoạt độ của Enzyme, điển hình kiểu tác độngnày là cách tác động của các hormone (hình 3.2). 4. Chất phối hợp của Enzyme (cofactor). Nhiều Enzyme trong quá trình xúc tác lại đòi hỏi phải có sự phối hợp của một chất hữucơ gọi là coEnzyme hay nhóm phụ, nhiều trường hợp đòi hỏi phải có kim loại tham gia vào cơchế xúc tác. Những chất hữu cơ đặc hiệu và các ion kim loại có vai trò như vậy được gọi làchất phối hợp hay chất cộng tác (Cofactor). Các chất cộng tác khi kết hợp vào phân tửEnzyme đã bổ sung khả năng phản ứng và khả năng xúc tác cho phân tử Enzyme. Thiếu cácchất này thường Enzyme không hoạt động được. Các chất hữu cơ có thể gắn chặt vào phân tửEnzyme hoặc cũng có thể chỉ kết hợp lỏng lẻo, xu thế hiện nay muốn gọi chung là coEnzyme. CoEnzyme thường hoạt động với số lượng rất nhỏ so với cơ chất và thường sau mỗiphản ứng có thể trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục tham gia phản ứng. Như vậy coEnzymethực sự tham gia vào cơ chế xúc tác. Tuy nhiên, một số coEnzyme tham gia phản ứng giốngnhư những chất tham gia phản ứng khác, cho nên theo quan niệm động học cũng như về cơchất, những coEnzyme này có thể đựơc coi là những cơ chất thông thường. Nhưng nếucoEnzyme nào đó gắn chặt vào Enzyme bằng liên kết đồng hoá trị thì hiển nhiên nó chỉ đóngvai trò trong cơ chế xúc tác mà thôi. Số lượng coEnzyme tương đối ít, một coEnzyme có thể phối hợp với nhiều loạiEnzyme, ví dụ NAD+, NADP+ có thể phối hợp với nhiều Enzyme khử hydro(Dehydrogenase). Nhiều chất chuyển hoá trung gian cũng mang những đặc tính củacoEnzyme như acid Ascorbic, glucose –1-6-diphosphate.v.v. Về cấu trúc hoá học, nhiều coEnzyme có cấu trúc của một nucleotide đơn hoặc đôi hoặcmột phần cấu tạo của nó là nucleotide, một số coEnzyme là những nhóm Hem. CoEnzyme cóliên hệ chặt chẽ với các vitamin (bảng 3.1). Cơ thể động vật bậc cao có khả năng tổng hợp cáccoEnzyme từ các vitamin. Những coEnzyme thường gặp là những chất cộng tác của nhữngEnzyme oxy hoá khử và những Enzyme vận chuyển nhóm. Các coEnzyme oxy hoá khử gồm 5 nhóm là: Nicotinamide, Flavin, Quinone,Metaloporphyrin và nhóm Protein –sắt. Các nhóm này khác nhau về thế năng oxy hoá khử, vềsố điện tử được vận chuyển trong quá trình chuyển từ dạng khử sang dạng oxy hoá. Ba nhómđầu trao đổi ion Hydro và điện tử, các phản ứng do chúng xúc tác đều thuộc loại vận chuyểnHydro. Hai nhóm sau chỉ trao đổi điện tử và các phản ứng do chúng xúc tác thuộc nhiều loạikhác nhau. Thế năng oxy hoá khử của loại này thay đổi rất nhiều, tuỳ thuộc vào các phân tửprotein mà chất cộng tác gắn vào. Các coEnzyme vận chuyển nhóm chia thành hai nhóm chính: Nhóm một bao gồm CoEnzyme A, acid Lipoic và S-adenosyl-methionine. Phần hoạtđộng chính của các phân tử nhóm này là một nguyên tử lưu huỳnh, nguyên tử này có khảnăng chứa 10 điện tử ở lớp ngoài cùng, có vai trò như cái túi hút điện tử, do đó làm tăng khảnăng ion hoá nguyên tử Carbon liên kết với nó.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 77 http://www.ebook.edu.vn
  • 84. Nhóm thứ hai gồm Biotin, Thiamine pyrophosphate, Pyridoxal phosphate và acid Folic.Tác dụng của những chất này chủ yếu là nhờ một hệ thống liên hợp bao gồm một dị nguyêntử. Với tác dụng của dị nguyên tử, bộ phận của coEnzyme được ion hoá thành anion. Sự ionhoá này tạo ra giai đoạn mở đầu quá trình phản ứng. Chúng ta hãy xem xét một số CoEnzyme sau đây:Bảng 3.1. Mối liên quan của một số vitamin với CoEnzyme CoEnzyme nicotinamide.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 78 http://www.ebook.edu.vn
  • 85. Hình 3.3. Cấu tạo phân tử và cơ chế hoạt động của coEnzyme Nicotinamide Trong loại này thường gặp 2 chất chính là Nicotinamide Adenine Dinucleotid (NAD+ )và Nicotinamide Adenine Dinucleotide phosphate (NADP+). Hai coEnzyme này có trong tấtcả mọi tế bào. NAD+ thường nhiều hơn NADP+ khoảng 10 lần. Hai coEnzyme này tham gia vào những phản ứng oxy hoá khử do các Dehydrogenasexúc tác. Các Enzyme này rất đặc hiệu với NAD+ hoặc NADP+. Một số Enzyme có thể hoạtđộng với cả hai coEnzyme nhưng mức độ đặc hiệu với từng coEnzyme thì khác nhau. NAD+thường tham gia các phản ứng oxy hoá khử để cung cấp năng lượng cho cơ thể. Còn NADP+thường tham gia vào các phản ứng sinh tổng hợp. Các phản ứng có sự tham gia của các coEnzyme này thường là những phản ứng liênquan tới liên kết đôi giữa carbon và oxy, giữa carbon và nitơ và trong một số trường hợp làgiữa carbon và carbon. Cơ chế hoạt động của hai coEnzyme này giống nhau: Trong quá trình oxy hoá khử,nhân niconamide trực tiếp tham gia phản ứng, carbon ở vị trí thứ 4 có khả năng nhường hoặcnhận một nguyên tử Hydro, phần còn lại của coEnzyme là để kết hợp vào Enzyme. Trongphản ứng này, một nguyên tử hydro của cơ chất đã gắn lên nhân nicotinamide, còn mộtnguyên tử hydro khác xuất hiện trong môi trường dưới dạng proton vì điện tử của nó đã kếthợp vào nhân nicotinamide và trung hoà điện tích dương này (hình 3.3). CoEnzyme flavin.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 79 http://www.ebook.edu.vn
  • 86. Hình 3.4. Cấu tạo phân tử của FAD và cơ chế hoạt động của coEnzyme Flavin Loại này thường gặp hai chất quen thuộc là Flavin mononucleotide (FMN) và Flavin –Adenine – Dinucleotide (FAD). Các Enzyme kết hợp với coEnzyme flavin dưới tên chung làflavoprotein. Ngoài tác dụng vào liên kết giữa carbon với một dị nguyên tử như S, O, N …các Enzyme flavoprotein còn tác dụng vào nhiều loại liên kết khác. Cơ chế tác dụng: Các phản ứng khử xảy ra qua hai bước: Bước thứ nhất –một nguyêntử hydro được gắn lên N1 của flavin và làm giảm đi một liên kết đôi, nhân này mang một điệntử độc thân ở N5, điện tử này được giữ ổn định là do đặc tính cộng hưởng cao của nhân ; Bước2 –một nguyên tử hydro nữa được kết hợp vào N5 và tạo nên coEnzyme dạng khử (hình 3.4).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 80 http://www.ebook.edu.vn
  • 87. CoEnzyme quinone. CoEnzyme này được gọi là coEnzyme Q hay Ubiquinone. Trên thực tế có hàng loạtcoEnzyme quinone đều là dẩn xuất của benzo-quinone và đều có một liên kết nhánh dài gồmnhiều gốc terpen. Liên kết nhánh này của mỗi chất khác nhau (số n terpen khác nhau). CoEnzyme Q ở loài động vật có vú thường có liên kết nhánh dài tới 10 gốc terpen gọilà coEnzyme Q10 (n=10). Tất cả những chất này là những coEnzyme oxy hoá khử. Các chấtnày tham gia vào quá trình oxy hoá khử giữa những Dehydrogenase và Cytocrom b trongchuỗi hô hấp tế bào của ty thể. Vitamin K và E được xếp vào loại chất này (hình 3.5).Hình 3.5. Cấu tạo phân tử và cơ chế hoạt động của coEnzyme Quinone CoEnzyme hem. Nhiều Enzyme cần sự cộng tác của nhóm Hem. ví dụ: Hệ thống Cytochrome, Catalase,Peroxidase. Vai trò chủ yếu của các coEnzyme này là vận chuyển điện tử nhờ khả năng biếnđổi thuận nghịch của sắt giữa trạng thái Fe2+ và Fe3+. Dạng khử Dạng Oxy hoá. CoEnzyme A (CoASH).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 81 http://www.ebook.edu.vn
  • 88. Hình 3.6. Cấu trúc phân tử CoEnzyme A. Cấu tạo của coEnzyme này gồm có một gốc 3’,5’diphosphoadenosine liên kết với mộtphân tử 4- phosphopantethein. Phần pantethein có nhóm thiol (-SH) hoạtđộng. CoEnzymenày vận chuyển nhóm acyl (gốc acid) và tham gia vào phần lớn các phản ứng ngưng tụ vớicác phân tử acetate hoặc acid béo khác để tạo ra những chuỗi carbon dài hơn. Trong phản ứngnày acid béo phải được gắn vào coEnzyme A qua liên kết thioester giữa nhóm carbonyl củaacid béo và nhóm thiol của coEnzyme A. Trong dẫn chất đồng hoá trị này, do tác dụng củanguyên tử lưu huỳnh, các điện tử được phân bố lại và do đó các nguyên tử bên cạnh dễ dàngion hoá và tạo cho gốc acyl một hoạt tính mới, nghĩa là gốc acyl được hoạt hoá. Sự hoạt hoánày có thể xảy ra ở nhóm carbonyl (hoạt hoá đầu) hoặc ở nhóm methyl cuối cùng của gốc acyl(hoạt hoá đuôi) (hình 3.6). S- Adenosine methionine. Methyl hoá là một phản ứng rất quan trọng và methionine là chất cung cấp nhómmethyl quan trọng nhất. Nhóm methyl trong methionine được kết hợp bằng liên kết thioester có thế năng vậnchuyển rất thấp, vì vậy quá trình vận chuyển nhóm methyl phải qua một giai đoạn hoạt hoátrung gian bằng cách gắn một phân tử adenosine (của ATP) vào nhóm methionine. Trongdạng kết hợp này, nguyên tử lưu huỳnh của methionine trở thành ion sulfonium có tác dụnghoạt hoá nhóm methyl, chuẩn bị cho phản ứng vận chuyển nhóm methyl đến chất tiếp nhận(hình3.7).Hình 3.7. Cấu trúc phân tử S-Adenosine methionineTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 82 http://www.ebook.edu.vn
  • 89. CoEnzyme lipoic (acid lipoic) Hình 3.8. Acid lipoic và cơ chế hoạt động phối hợp với TTPhất này tham gia vào phản ứng khử hydro của acid pyruvic và một số ít phản ứng cùng loại.lipoic được gắn chặt vào phân tử Enzyme bằng liên kết amide giữa nhóm carboxyl của nó vànhóm amin tận cùng của lysine (của Enzyme). Phần hoạt động của coEnzyme này là một liênkết disulfide (S-S). Liên kết này có thể mở ra hoặc kết hợp với các phần tử của một phân tửchất hữu cơ, một nguyên tử lưu huỳnh liên kết với hydro và nguyên tử lưu huỳnh thứ hai liênkết với carbon. Trong phức hợp multiEnzyme của quá trình khử carboxyl oxy hoá acidpyruvic, coEnzyme này có vai trò phối hợp chặt chẽ với coEnzyme Thiamine pyrophosphateTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 83 http://www.ebook.edu.vn
  • 90. (TPP), nhóm aldehyde (được tạo thành sau khi tách CO2 khỏi acid pyruvic) được chuyển từTPP đến coEnzyme lipoic, một nguyên tử lưu huỳnh mang hydro và một nguyên tử lưu huỳnhthứ hai mang nhóm acetyl. Như vậy acid lipoic vừa là coEnzyme vận chuyển nhóm vừa làcoEnzyme oxy hoá khử, nó hoạt động như một cánh tay di động của phức hợp đa Enzyme(hình 3.8). CoEnzyme thiamine pyrophosphate. Thiamine pyrophosphate đóng vai trò coEnzyme trong một loạt các phản ứng phân cắtliên kết carbon – carbon ở sát nhóm carbonyl, nói chung là của acid α cetonic. Vị trí xúc tácchủ yếu của coEnzyme này là carbon thứ hai của nhân thiazol. Carbon ở vị trí này được khutrú ở giữa nguyên tử S và nguyên tử N có liên kết đôi và mang điện tích dương, nên rất dễ ionhoá thành carbanion ái nhân (hình 3.9). Hình 3.9. Cấu trúc phân tử CoEnzyme Thiamine Pyrophphate CoEnzyme pyridoxal phosphate. CoEnzyme này là dẫn chất phosphoryl hoá của vitamin B6, thành phần cấu tạo có nhânpyridin mang nhóm aldehyde ở vị trí para. Nhóm này là bộ phận trực tiếp hoạt động củacoEnzyme. Tuỳ theo từng điều kiện cụ thể, coEnzyme này tham gia vào các phản ứng vậnchuyển nhóm amin, phản ứng khử carboxyl hay phản ứng cắt gốc R của acid amin (hình3.10).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 84 http://www.ebook.edu.vn
  • 91. Hình 3.10. Cấu trúc phân tử và cơ chế hoạt động của coEnzyme pyridoxalphosphate. CoEnzyme biotin. CoEnzyme này gồm có một nhân dị vòng Tetrahydrothiophen gắn liền với một gốc ureido và một liên kết bên là acid valeric. Biotin thường được kết hợp vào apoEnzyme bằng liên kết amide giữa nhóm carboxyl của nó và nhóm NH2 của lysine (của apoEnzyme). Liên kết bên của coEnzyme cùng với lysine của apoEnzyme tạo nên một liên kết thẳng dài 14A0 di động rất dễ dàng trong qúa trình xúc tác. Biotin là coEnzyme tham gia vào các phản ứng vận chuyển nhóm carboxyl, quá trình này gồm hai bước: Bước 1- nhóm CO2 được gắn vào N1 của biotin tạo nên carboxybiotin. Bước 2 –biotin chuyển nhóm carboxyl đến một cơ chất khác và cơ chất này được carboxyl hoá (hình 3.11). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 85 http://www.ebook.edu.vn
  • 92. Các Enzyme cộng tác với biotin có thể chia làm 3 nhóm: Carboxylase, Decarboxylase,Transcarboxylase. Trong hình 3.11 ta có: (a) Cấu trúc phân tử của coEnzyme biotin. (b) Cơ chế hoạt động. R= H ---------> Biotin R= -COO- -------> N-Carboxybiotin Hình 3.11. CoEnzyme Biotin. 5. Đặc điểm hoạt tính của Enzyme. Enzyme cũng giống các chất xúc tác hoá học khác là làm tăng tốc độ phản ứng, khôngmất đi, không tăng lên trong quá trình phản ứng, nó giúp cho phản ứng nhanh chóng đạt tớitrạng thái cân bằng động, nó không quyết định chiều hướng của phản ứng, nhưng do trong cơthể các sản phẩm của phản ứng này lại là cơ chất của phản ứng tiếp theo nên phản ứng hầunhư đi theo một chiều. Tuy nhiên Enzyme có đặc điểm khác với các chất xúc tác khác là: So với các chất xúc tác hoá học thì Enzyme là chất xúc tác có hiệu xuất cao nhất (1,6 gAmylase trong 1 giờ thuỷ phân được 175kg tinh bột). Enzyme hoạt động với tính đặc hiệu hết sức cao, thường mỗi Enzyme chỉ xúc tác chomột loại phản ứng hay một cơ chất tới hàng đồng phân quang học. Enzyme là chất xúc tác có khả năng gia tăng tốc độ xúc tác tới 106 – 107 lần với độ đặchiệu rất cao. Sở dĩ có được tính đặc hiệu này là do có sự kết hợp ăn khớp về mặt cấu trúc giữaEnzyme với cơ chất (thể hiện bởi các gốc, các nhóm hoá học). Enzyme hoạt động trong điều kiện sinh lý bình thường, ở động vật máu nóng đó là nhiệtđộ của cơ thể, pH của mô bào, áp suất khí quyển và môi trường nước.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 86 http://www.ebook.edu.vn
  • 93. 6. Tên gọi và phân loại 6.1. Tên gọi Enzyme được gọi theo qui tắc sau: Tên la tinh của phản ứng hoặc cơ chất mà Enzymeđó tác dụng + đuôi ase (aza). Ví dụ: Enzyme phân giải lipid có tên là lipase; phân giải tinh bột(amylum) có tên là Amylase; Enzyme thực hiện quá trình oxy hoá có tên là oxydase, bên cạnhđó vẫn có các tên cũ gọi theo thói quen lịch sử như Enzyme pepsin, trypsin... đây là cácEnzyme protease. 6.2. Phân loại Về phân loại, Enzyme được chia làm 6 lớp lớn (bảng 3.1) đó là: Lớp I: Enzyme oxy hoá khử (oxydoreductase): thực hiện các phản ứng oxy hoá khửhoặc có liên quan. Lớp II: Enzyme vận chuyển (trans pherase): thực hiện vận chuyển các chất hoặc cácnhóm hoá học. Lớp III: Enzyme thuỷ phân (hydratase): thực hiện các phản ứng thuỷ phân hoặc tổnghợp có liên quan đến nước. Lớp IV: Enzyme đồng phân hoá (isomerase, mutase): thực hiện các phản ứng chuyểndạng đồng phân này sang dạng đồng phân khác. Lớp V: Enzyme liase: thực hiện các phản ứng phân giải hoặc tổng hợp nên các liên kếtđôi. Lớp VI: Enzyme ligase (kinase, syntetase): thực hiện các phản ứng phân giải hoặc tổnghợp nên các chất có liên quan đến năng lượng của ATP. Bảng 3.1. Phân loại Enzyme Số thứ tự Lớp Enzyme Phản ứng xúc tác 1. Oxidoreductase Chuyển é (ion hydride: H hoặc nguyên tử H) A + B ↔ A+B 2. Transferase Phản ứng chuyển nhóm A –B +C ↔ A+B - C 3. Hydratase Phản ứng thuỷ phân - chuyển nhóm chức cho phân tử nước A-B+H2O ↔ A-H+B-OH 4. Isomerase Chuyển nhóm chức trong phân tử tạo các dạng đồng phân X Y Y X ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ A- B ↔ A -B 5. Lyase Phản ứng chuyển hoá nhờ bổ sung nhóm chức vào liênTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 87 http://www.ebook.edu.vn
  • 94. kết đôi hoặc tạo liên kết đôi nhờ lấy đi nhóm chức X Y ⏐ ⏐ A- B ↔ A = B+X-Y 6. Ligase Tổng hợp hoặc phân giải liên kết C- C, C-S, C-O và C- N có liên quan đến năng lượng của ATP 7. Cơ chế xúc tác của Enzyme 7.1. Nguyên lý về cơ chế xúc tác của Enzyme Tính xúc tác sinh học của Enzyme thể hiện chính ở chỗ với một nồng độ rất nhỏEnzyme cũng có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng ngàn vạn lần. Cũng như cácchất xúc tác khác Enzyme không tham gia vào sản phẩm cuối cùng của phản ứng, nó chỉ làmcho phản ứng nhanh chóng đạt tới trạng thái cân bằng động. Để hiểu được cơ chế xúc tác củaEnzyme cần nhớ lại một số điều kiện nhiệt hoá động học để phản ứng tiến hành. Tốc độ phảnứng hoá học phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đó là: Sự va chạm nhau của các chất tham gia phản ứng nhất là các va chạm hữu hiệu, khảnăng va chạm này phụ thuộc vào nồng độ của chúng và sự nhiễu động mạnh (tức là nội năngcủa chúng). Năng lượng hoạt hoá của chất tham gia phản ứng: tốc độ phản ứng hoá học nói chungđược xác định bởi giá trị năng lượng hoạt hoá, tức là mức năng lượng các chất tham gia phảnứng phải đạt được, để cắt đứt các liên kết cần thiết và hình thành các liên kết mới. Năng lượnghoạt hoá càng lớn thì tốc độ phản ứng càng chậm và ngược lại, năng lượng này càng thấp thìtốc độ phản ứng càng tăng. Muốn đạt tới năng lượng hoạt hoá thì cần nạp cho phân tử chấtmột nguồn năng lượng từ bên ngoài dưới dạng nhiệt năng, quang năng hoặc điện năng... Chất xúc tác (Enzyme) có tác dụng thúc đẩy tốc độ phản ứng hoá học, vì làm giảm nănglượng hoạt hoá phản ứng. Enzyme chỉ ảnh hưởng lên tốc độ phản ứng, không ảnh hưởng tới cân bằng phản ứng. Một phản ứng được xúc tác bởi Enzyme thường theo trình tự sau: Trong đó: E = Enzyme; p = Sản phẩm phản ứng (Product), ES và EP = Phức Enzymevới cơ chất và sản phẩm. Bất kỳ phản ứng biến đổi S →P nào cũng có thể diễn đạt theo sự thay đổi năng lượngphản ứng mà trong các hệ sinh học nó thường được diễn đạt theo sự thay đổi năng lượng tự doG. Chúng ta cũng biết bất kỳ chất nào S hay P đều có năng lượng tự do nền và người ta sửdụng đại lượng Δ G0 biểu thị sự thay đổi năng lượng tự do chuẩn để mô tả thay đổi nănglượng tự do của phản ứng ở điều kiện chuẩn tương ứng với nhiệt độ 298º K, áp suất 1 atmTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 88 http://www.ebook.edu.vn
  • 95. hoặc 101,3 Kpa, nồng độ cơ chất là 1M. Do phản ứng sinh học thường diễn ra với các chất cónồng độ nhỏ hơn rất nhiều so với 1M và ở pH 7,0 nên thay vì Δ G0 bằng Δ G0’, biểu thị sựthay đổi năng lượng tự do ở pH 7,0 để tính toán động học của các quá trình biến đổi sinh học. Sự cân bằng giữa S và P phản ánh sự khác biệt trạng thái nền của chúng. Trường hợp Pcó trạng thái nền tự do thấp hơn S nghĩa là Δ G0’ của phản ứng là âm (-) và cân bằng phảnứng có xu hướng về phía tạo P. Sự cân bằng có lợi hướng về phía tạo P không có nghĩa là quátrình biến đổi S thành P dễ dàng xảy ra vì tốc độ phản ứng còn phụ thuộc vào các thông sốkhác nữa. Giữa cơ chất tham gia phản ứng và sản phẩm tạo ra tồn tại hàng rào cản năng lượnggọi là trạng thái chuyển tiếp. Trạng thái này không biểu thị sản phẩm trung gian nào, mà chỉbiểu thị thời điểm xảy ra sự biến đổi cơ bản biến S thành P. Độ chênh lệch giữa trạng thái nền và trạng thái chuyển tiếp gọi là năng lượng hoạt hoáΔ G≠. Trong đó Δ G≠uncat biểu thị năng lượng hoạt hoá của phản ứng không có xúc tác (hình3.12). Năng lượng hoạt hoá càng cao tốc độ phản ứng càng thấp và ngược lại. Do đó, tốc độphản ứng gia tăng khi nhiệt độ, áp suất và nồng độ chất tham gia phản ứng gia tăng. Vì cácyếu tố này làm tăng chuyển động hỗn loạn của các chất tham gia phản ứng và số lượng cácphân tử được kích thích vượt qua rào cản năng lượng đồng nghĩa với sự gia tăng tốc độ phảnứng. Mặt khác, có thể gia tăng tốc độ phản ứng bằng cách bổ sung chất xúc tác làm giảm mứcnăng lượng hoạt hoá. Hình 3.12. So sánh toạ độ của phản ứng biến đổi S ∆G≠cat –Năng lượng hoạt hoá có xúc tác. ∆G≠ Năng lượng hoạt hoá không xúc tác.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 89 http://www.ebook.edu.vn
  • 96. Do vậy, trong những trạng thái trung gian trên, trạng thái nào có mức năng lượng hoạthoá cao nhất, thì nó sẽ là bước giới hạn tốc độ của phản ứng. 7.2. Xác định tốc độ và cân bằng phản ứng. Theo nhiệt động học, cân bằng phản ứng liên quan chặt chẽ với Δ G0’, còn tốc độ phảnứng thì liên quan tới Δ G≠. Trong quá trình biến đổi S → P, cân bằng phản ứng được xác định bởi hằng số cân bằngKeq ; ở điều kiện chuẩn Keq sẽ là Keq’ = [p] / [s] (3. 2) Keq’ quan hệ với Δ G0’ bằng phương trình: Δ G0’ = - RT ln Keq’ (3.3) Trong đó R = hằng số khí (8,315 J/mol. K) T = nhiệt độ tuyệt đối ở điều kiện chuẩn (298ºK) Keq’ phản ánh biến đổi năng lượng tự do chuẩn, trong đó Δ G0’càng (-) thì phản ứngcàng dễ xảy ra, nhưng không có nghĩa là Δ G0’càng âm thì tốc độ phản ứng càng lớn. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ các chất tham gia phản ứng và hằng số tốc độK. Như vậy, tốc độ phản ứng trong một đơn vị thời gian. V = K[S] (3.4) Theo (3.4) thì V chỉ phụ thuộc vào nồng độ của 2 cơ chất thì phản ứng được gọi là bậc 2với: V=K[S1] [S2] (3.5) 7.3. Cơ chế xúc tác của Enzyme. Về cơ chế xúc tác của Enzyme có nhiều giả thiết nhưng đều thống nhất ở chỗ là quátrình xúc tác bắt đầu bằng sự kết hợp giữa Enzyme với cơ chất để tạo thành phức hợp trunggian, cơ chất kết hợp với Enzyme ở phần trung tâm hoạt động, hiện tượng chọn lọc đặc hiệuđược thực hiện ở giai đoạn này. Có các thuyết giải thích cơ chế hoạt động của Enzyme nhưsau: 7.3.1. Thuyết hợp chất trung gian: do Nensky đề xướng và Langhenbec phát triển,thuyết này giải thích trường hợp Enzyme và cơ chất là đồng pha. Theo thuyết này Enzyme tạovới cơ chất thành những hợp chất trung gian không bền vững nhờ đó sản phẩm tạo ra với mứcđòi hỏi năng lượng hoạt hoá thấp hơn bình thường, ta có thể hình dung như sau: Giả sử có phản ứng: A + B AB tiến hành chậm. Khi có Enzyme K thì quátrình diễn ra như sau: A + K AK với mức năng lượng thấp. AK + B AB + K cũng với mức năng lượng thấp. Tóm lại là: A + B + K ⇔ AK + B ⇔ AB + K Tốc độ phản ứng tăng vì nó đi theo con đường vòng để tránh mức năng lượng hoạt hoácao. Bằng cách đo mức năng lượng hoạt hoá, người ta cũng thấy được điều đó: Ví dụ: phảnứng phân giải H2O2 H2O + O2 có mức năng lượng hoạt hoá là 18 kcal/mol. Khi cóperoxydase thì mức năng lượng hoạt hoá chỉ còn 2 kcal/mol. Bằng quang phổ hấp phụ chothấy có sự tồn tại của hợp chất trung gian. Bình thường quang phổ hấp phụ của peroxydase làTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 90 http://www.ebook.edu.vn
  • 97. 4 vạch, khi cho tác dụng với H2O2 nó mất đi 2 vạch, khi H2O2 phân giải hết nó lại có 4 vạchnhư cũ. Điều đó chứng tỏ có sự tồn tại của hợp chất trung gian peroxydase - H2O2. Nhữngnghiên cứu về trung tâm hoạt động của Enzyme cũng đem lại nhiều dẫn chứng về hợp chấttrung gian giữa Enzyme với cơ chất. Sơ đồ hợp chất trung gian được trình bày ở hình 3.13. Cơ chất Hợp chất trung gian Sản phẩm Enzyme Hình 3.13. Sơ đồ hợp chất trung gian 7.3.2. Thuyết hấp phụ: do Bailixơ đề xướng (1906) sau được nhiều tác giả bổ xung.Thuyết này giải thích hiện tượng Enzyme với cơ chất là khác pha. Nhờ trạng thái phân tán caomà diện tích hấp phụ của Enzyme là rất lớn, làm chỗ thu hút cơ chất, cơ chất tập trung lại làmcho nồng độ tăng cao, các va chạm hữu hiệu tăng, nên tốc độ phản ứng tăng. Quá trình hấpphụ này không chỉ tuân theo các quy luật vật lý đơn thuần mà nó bị chi phối bởi các yếu tốhoá học phức tạp dẫn đến hiện tượng hấp phụ có chọn lọc giữa Enzyme và cơ chất, ngoài rahiện tượng dễ tiến hành phản ứng trên bề mặt Enzyme còn được cắt nghĩa bằng những biếnđổi trong những cấu trúc của các liên kết nguyên tử cơ chất dưới ảnh hưởng của lực trườngcủa các tương tác phân cực điện... mà phân tử Enzyme đem lại, cho nên chúng dễ phân hoáhoặc liên kết với nhau. Như vậy hấp phụ ở đây cũng có tính chọn lọc, chủ động và rất có thểvì những ảnh hưởng đó mà mức năng lượng hoạt hoá được hạ thấp tạo điều kiện cho phản ứngdễ thực hiện. 7.3.3. Cơ chế xúc tác acid – base. Trong các phản ứng hoá sinh luôn có sự hình thànhcác chất trung gian mang điện thế không bền, dễ dàng bị phân rã trở lại trạng thái ban đầu.Tuy nhiên, chúng có thể được ổn định nhờ sự trao đổi proton với sự tham gia của H+, H3O+,OH- trong môi trường nước. Trường hợp này gọi là xúc tác acid – base, chúng xảy ra trongmôi trường phản ứng ngoài nước còn có các chất cho và nhận proton khác. Một số acid amintham gia trung tâm xúc tác Enzyme như Glu, Asp, Lys, Arg, Cys, His và Tyr đóng vai trò làmchất cho (ở dạng acid) hoặc chất nhận proton (ở dạng Base) (hình 3.14).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 91 http://www.ebook.edu.vn
  • 98. Hình 3.14. Cơ chế xúc tác acid –base. 7.3.4. Xúc tác thông qua tạo liên kết hoá trị tạm thời. Các liên kết này tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn giữa cơ chất và Enzyme, nóhoạt hoá phản ứng rất mạnh. Nhiều gốc acid amin và cofactor của Enzyme đóng vai trò lànhóm ưa nhân. 7.3.5. Xúc tác thông qua ion kim loại. Các Enzyme có chứa kim loại thì kim loại giúpđịnh hướng cơ chất vào tâm phản ứng hoặc giúp ổn định trạng thái chuyển tiếp. Ngoài ra, kimloại còn tham gia phản ứng oxy hoá khử. Có tới 1/3 số Enzyme cần sự trợ giúp của ion kimloại để thể hiện hoạt tính sinh học của mình. 8. Động học Enzyme. 8.1. Phương trình động học Michaelis – Menten. Năm 1913, Michaelis và Menten đã đưa ra mô hình động học giải thích phản ứng đượcxúc tác bởi Enzyme và lập phương trình phản ánh quan hệ giữa vận tốc phản ứng và nồng độcơ chất S và Enzyme. Điểm quan trọng nhất của mô hình này là trước khi phản ứng xúc tácxảy ra giữa E và S có sự tạo phức ES. Phức này tiếp tục biến đổi tạo ra sản phẩm phản ứng vàgiải phóng Enzyme để tiếp tục chu trình phản ứng xúc tác mới. k1 k3 E + S ES P + S ( 3 .6 ) k2Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 92 http://www.ebook.edu.vn
  • 99. K1, K2, K3 là hằng số tốc độ của các vận tốc phản ứng tương ứng V1, V2,V3. ở đây K4là hằng số tốc độ trong phản ứng tạo phức ES từ P và E là rất không đáng kể nên có thể bỏqua. Do đó vận tốc chuyển hoá phức ES thành P và E là: V0 = K3 [ES] (3.7) sẽ quyết định mức độ phản ứng chuyển hoá S → P. Trong thực tế, vận tốc này phụthuộc vào nồng độ ES. Nồng độ ES càng cao thì vận tốc phản ứng càng lớn. Giả sử ký hiệu: [E0] = nồng độ Enzyme ban đầu [ES] = nồng độ Enzyme- cơ chất [E] = nồng độ Enzyme tự do khi đạt điểm cân bằng. Ta có: [E] = [E0] – [ES] Coi [S] là nồng độ cơ chất ban đầu và cũng được xem là nồng độ cơ chất ở trongtrạng thái cân bằng của phản ứng. Vì trong thực tế, nồng độ cơ chất luôn luôn gấp nhiều lầnEnzyme. Hơn nữa, trong nghiên cứu động học người ta thường chỉ quan tâm xác định tốc độphản ứng ban đầu, khi lượng cơ chất bị chuyển hoá chưa đáng kể so với nồng độ ban đầu. Từ (3.6) ta có: a/ - Vận tốc phản ứng tạo phức ES là: K1 ([E0] – [ES]) [S] b/ - Vận tốc phân ly phức ES là tổng của 2 phản ứng. ES phân ly thành E và S với hằng số tốc độ K2 và ES phân ly thành E và P với hằng sốtốc độ K3. Do đó vận tốc phân ly phức ES là (K2 + K3) [ES]. Khi hệ thống đạt cân bằng tacó: K1([E0] – [ES]) [S] = (K2 +K3) [ES] (3.8) Từ đó ta có: [ES] = K1 [E0] [S]/ K1 [S] + (K 2+ K 3) Chia hai vế phải cho K1 và để dễ tính toán ta thay K2+K 3 / K1 bằng hằng số Michaelis–Menten Km, ta có: [ES] = [E0 ] [S] /Km + [S] (3.9) Thay [ES] vào (3.7) ta có: V0 = K 3[E0] [S] /Km + [S] (3.10) Khi nồng độ cơ chất đủ lớn để tất cả các phân tử Enzyme tham gia phản ứng đều tạophức với S, lúc ấy ta có:[ES] = [E0] và theo lý thuyết, khi đó phản ứng sẽ đạt vận tốc cực đại Vmax = K3[Eo]Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 93 http://www.ebook.edu.vn
  • 100. Hình 3.15. Ảnh hưởng nồng độ cơ chất đối với tốc độ xúc tác ban đầu. Từ đó ta có: Vo = Vmax [S] /Km +[S] (3.11). Phương trình (3.11) được gọi là phương trình Michaelis – Menten phản ứng tương quanđịnh hướng giữa tốc độ ban đầu của phả ứng Vo, tốc độ tối đa Vmax, nồng độ cơ chất ban đầu[S] và hằng số Km. Theo phương trình trên, khi Vo = 1/2 Vmax thì: Vmax/2 = Vmax[S] /Km + [S] (3.12) Chia 2 vế cho Vmax ta có: 1/2 = [S]/ km + [S]. Từ đó ta có: Km + [S] = 2[S] Km = [S] khi V0 = 1/2 Vmax Dựa vào phương trình này người ta dựng được đồ thị hyperbol phản ánh ảnh hưởngnồng độ cơ chất đến vận tốc ban đầu của phản ứng (hình 3.15). 8.2. Ý nghĩa của Vmax và Km. Theo suy luận: Hằng số Km có giá trị tính theo mol bằng nồng độ tính theo mol của cơchất ở thời điểm tốc độ phản ứng ban đầu do Enzyme xúc tác Vo bằng 1/2 Km. Để dễ dàngxác định Km và Vmax người ta lấy nghịch đảo cả hai vế phương trình Mchaelis- Menten: 1/V0 = Km +[S]/Vmax [S] tách vế phải và đơn giản tiếp sẽ được phương trình Lineweaver – Burk 1/Vo = Km/Vmax –1/[S] +1/Vmax. Đây là phương trình tuyến tính có dạng ( y= ax +b ) với đồ thị là đường thẳng cắt trụctung ở 1/Vmax, cắt trục hoành ở (-1/Km) và có độ nghiêng bằng (km/Vmax). Phương trìnhnày cho phép dễ dàng xác định giá trị Vmax và Km trong một vài thí nghiệm xác định tốc độVo của phản ứng do Enzyme xúc tác với 1 số nồng độ cơ chất ban đầu (hình 3.16).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 94 http://www.ebook.edu.vn
  • 101. Hình 3.16. Biến đổi Lineveaver-Burk. Trong các phản ứng Enzyme nhiều bậc, phần lớn Enzyme ở dạng EP, để cho thuận tiệnngười ta gọi hằng số giới hạn tốc độ phản ứng là Kcat. Ngoài ra, để biểu thị hoạt độ xúc tácngười ta thường sử dụng khái niệm số chu trình quay của Enzyme được ký hiệu là Kcat/ sphản ánh số phân tử cơ chất biến đổi thành sản phẩm P trong một đơn vị thời gian bởi 1 phântử Enzyme khi được bão hoà bởi cơ chất. 8.4. Sự ức chế hoạt tính Enzyme Có 2 nhóm chất ức chế Enzyme: ức chế thuận nghịch và ức chế không thuận nghịch. 8.4.1. Nhóm chất ức chế thuận nghịch: Nhóm này được phân thành 3 nhóm phụ: Ức chế cạnh tranh: Thể hiện sự ức chế bằng cách cạnh tranh trung tâm xúc tác Enzymevới cơ chất. Thông thường các chất ức chế cạnh tranh có hình dạng giống cơ chất, do đó dễdạng tạo phức EI (I = inhibidor) và ngăn chặn tạo phức ES. Vì là ức chế thuận nghịch nên có thể hạn chế ảnh hưởng của chất cạnh tranh bằng cáchgia tăng nồng độ cơ chất. Ức chế không cạnh tranh: Nhóm này có 2 nhóm phụ: Nhóm chất ức chế không cạnh tranh: thể hiện ức chế bằng cách gắn lên vị trí gần tâmhoạt động Enzyme nhưng không ngăn cản cơ chất gắn lên tâm hoạt động. Chất ức chế khôngcạnh tranh gắn cả lên Enzyme ở trạng thái tự do cũng như lên phức ES làm giảm hoạt tínhEnzyme, giảm Vmax nhưng hầu như không ảnh hưởng đối với Km.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 95 http://www.ebook.edu.vn
  • 102. Ức chế bất cạnh tranh: Chất ức chế cũng gắn lên vị trí nằm gần tâm hoạt độngEnzyme, nhưng chỉ gắn khi phức ES đã được tạo thành mà không gắn lên Enzyme tự do. 8.4.2. Nhóm chất ức chế không thuận nghịch. Nhóm này ức chế Enzyme bằng cách tạo liên kết hoá trị với Enzyme. Trong nhóm chất ức chế không thuận nghịch còn có một số chất ức chế khá đặc biệt.Bình thường chúng không hoạt động và chỉ bắt đầu hoạt động khi được gắn hoá trị với tâmhoạt động và làm mất hoàn toàn hoạt tính của Enzyme. Các chất ức chế này còn gọi là chất ứcchế tự sát. 9. Thí dụ về phản ứng xúc tác Enzyme. Tới nay người ta đã biết đầy đủ hơn 1.500 Enzyme khác nhau, trong đó mỗi Enzyme cócấu trúc không gian, đặc tính và cơ chế xúc tác riêng biệt. Tuy nhiên, các Enzyme này thườngtập trung theo các nhóm cơ chế phản ứng giống nhau và cũng khá gần nhau về mặt nguồn gốcphát sinh và thứ tự sắp xếp acid amin. Chúng ta hãy xét vài trường hợp tiêu biểu sau đây: 9.1. Enzyme protease Serine sử dụng Ser làm yếu tố xúc tác hướng nhân. Trong nhóm Enzyme này có 3 Enzyme tiêu biểu là Trypsin, Elastase, và Chymotrypsin-đều là endopeptidase. Tuy xúc tác phân giải các liên kết peptide khác nhau: Trypsin cắt liênkết peptide nằm cạnh gốc Lys, Arg. Chymotrypsin cắt liên kết peptide nằm cạnh gốc acidamin nhân thơm còn Elastase cắt liên kết peptide nằm cạnh gốc acid amin có kích thước nhỏvà không phân cực. Tuy nhiên, chúng đều có trung tâm hoạt động chứa His(57), Asp (102), Gly (103)vàSer (195). Cơ chế xúc tác của chymotrypsin cắt liên kết peptide với 6 giai đoạn được trình bàyở hình dưới đây (hình 3.17): 1.Tạo phức khởi động: Nguyên tử O của nhóm carbonyl tạo liên kết hydrogen với Hthuộc nhóm amide của gốc Gly(193) và Ser(195), còn Asp và His nằm thẳng hàng tạo liên kếthydrogen với nhóm –OH của Ser(195). 2.Tạo phức trung gian tứ diện đầu tiên: Ser (195) giải phóng proton cho His (57) và tácđộng hướng nhân vào nguyên tử C của nhóm carbonyl cơ chất, lúc này His(57) đóng vai tròxúc tác theo kiểu acid –base. Sự di chuyển đIện tử (-) của O thuộc nhóm carbonyl tạo ra phứctứ diện trung gian đầu tiên gọi là OXYANION –là chất trung gian ở trạng thái chuyển tiếpkhông ổn định bởi tương tác tĩnh điện với proton amide của Ser(195) và Gly (193). 3.Tạo phức Acyl-Enzyme trung gian và tách amin: Phửc trung gian không bền vữngđược tạo thành bị phân rã tạo ra phức trung gian bền vững hơn, trong đó Ser(195) tạo liên kếtester với nhóm –COOH của cơ chất và giải phóng amin. Có lẽ His(57) đóng vai trò trợ giúpphản ứng phân rã. 4. Tạo phức acyl- Enzyme trung gian với 1 phân tử nước. 5. Hình thành phức trung gian tứ diện thứ 2. 6. Tạo phức EP. Ba bước phản ứng sau liên quan tới quá trình phân rã phức acyl-Enzyme có hướngngược lại với 3 bước đầu, ngoại trừ phân tử nước sẽ thay thế nhóm –NH2 của cơ chất.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 96 http://www.ebook.edu.vn
  • 103. 9.2. Hexokinase xúc tác phản ứng với 2 cơ chất: Hình 3.18. Phản ứng xúc tác bởi Hexokinase Enzyme này xúc tác phản ứng biến đổi Glucose và ATP thành Glucose –6-phosphate vàADP. Nó tấn công nguyên tử P cuối cùng của ATP nhờ nhóm điện (-) có mặt trong trung tâmhoạt động (B). Ngoài ra bản thân nhóm P cuối của ATP luôn có xu hướng tách khỏi ATP.Điều này cũng làm cho quá trình xúc tác dễ dàng xảy ra hơn (hình 3.18) 10. Enzyme điều hoà. Enzyme điều hoà thuộc nhóm Enzyme đặc biệt có cơ chế hoạt động khác với đa số cácEnzyme bình thường khác. Trong quá trình trao đổi chất, các chuỗi phản ứng hoá học đượcxúc tác bởi các Enzyme qua từng giai đoạn theo thứ tự nhất định gọi là chu trình. Trong mỗichu trình phải có ít nhất 1 Enzyme điều chỉnh tốc độ phản ứng của toàn bộ chu trình. Enzymenày gọi là Enzyme điều hoà. Thường trong các chu trình chuyển hoá phản ứng đầu tiên đượcxúc tác bởi Enzyme điều hoà. Sở dĩ Enzyme điều hoà có khả năng trên vì hoạt tính của nó được điều chỉnh bởi nhómcác chất điều hoà có khối lượng phân tử nhỏ (thường là bản thân các chất trao đổi hoặc cáccofactor). Ta hãy xem xét một số cơ chế hoạt động của Enzyme điều hoà. 10.1. Enzyme dị lập thể (Allosteric Enzyme). Enzyme này thay đổi hoạt tính xúc tác thông qua thay đổi cấu hình không gian khi gắnvới các chất điều hoà đặc hiệu của nó. Có một kiểu điều hoà rất phổ biến đối với Enzyme dịlập thể là điều hoà ức chế ngược (Feedback inhibidion). Bản chất của nó là Enzyme dị lập thểxúc tác phản ứng đầu tiên của chuỗi phản ứng chuyển hoá thường bị ức chế ngược bởi chínhsản phẩm của chuỗi phản ứng. Enzyme dị lập thể thường có nhiều tâm điều hoà. Do vậy, nó khác với Enzyme bìnhthường ở chỗ: Enzyme dị lập thể ngoài tâm hoạt động để gắn cơ chất còn có một hoặc nhiềutâm điều hoà để gắn các yếu tố điều hoà và cofactor. Các tâm gắn này nằm ở các vị trí vàthậm chí ở các tiểu đơn vị khác nhau của Enzyme, do vậy Enzyme dị lập thể thường có kíchthước lớn hơn và cấu trúc không gian phức tạp hơn.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 97 http://www.ebook.edu.vn
  • 104. 10.2. Enzyme điều hoà cải biến nhờ tạo liên kết hoá trị thuận nghịch. Trong cơ chế điều hoà này, hoạt động Enzyme được điều chỉnh nhờ sự cải biến liên kếthoá trị của phân tử Enzyme. Điển hình nhất là phản ứng gắn nhóm phosphate, nhóm Adenyl,nhóm Uridyl, ADP – Ribosyl và nhóm Methyl. 10.3. Các cơ chế khác điều hoà hoạt tính xúc tác Enzyme. Ngoài 2 cơ chế điều hoà xúc tác rất phổ biến trên, còn có ít nhất 2 cơ chế khác: Một sốEnzyme được điều hoà nhờ gắn hoặc tách những phân tử protein đặc hiệu hoặc được hoạt hoátừ phân tử Enzyme tiền chất nhờ cắt bớt một hay một số đoạn peptide. Trong thực tiễn, rấtnhiều Enzyme protease được hoạt hoá từ tiền chất của chúng là Zymogen. Điển hình là sựhoạt hoá Trypsin và Chymotrypsin, hoạt hoá hormone peptide và quá trình Protease tham giaxúc tác quá trình đông máu. YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG III : ENZYME Khái niệm , bản chất của enzyme. Trung tâm hoạt động của enzyme. Đặc điểmhoạt tính của enzyme. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym. Cơ chế xúc táccủa enzyme.CHƯƠNG III: EN ZYMECâu 1: Trung tâm hoạt động của enzym? Những yếu tố ảnh hưởng đến trung tâm này?Câu 2: Cơ chế ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym bởi nhiệt độ và độ pH?Câu 3: Cơ chế xúc tác theo thuyết hợp chất trung gian của enzym?Câu 4: Cơ chế xúc tác theo thuyết hấp phụ của enzym?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 98 http://www.ebook.edu.vn
  • 105. CHƯƠNG IV HOÁ SINH HORMONE 1. Đại cương về Hormone 1.1. Định nghĩa. Hormone: Danh từ này lần đầu tiên được đưa ra năm 1904 bởi Wiliam Bayliss vàErnest Starling để mô tả tác dụng của Secretin – một chất được sản xuất bởi tá tràng, có tácdụng kích thích sự bài tiết của tuỵ (tiếng Hylạp, Harman có nghĩa là kích thích). Ở Việt Namgọi là Nội tiết tố - chỉ nguồn gốc tiết của hormone (các chất do tuyến nội tiết tiết ra) hay còngọi là Kích thích tố- chỉ chức năng kích thích của hormone. *Về mặt hoá học: hormone là một nhóm các hợp chất hữu cơ có bản chất rất đa dạng:có thể là protein như Somatotropin thuỳ trước tuyến yên có 200 gốc acid amin; là polipeptidenhư Insuline của tuyến tuỵ có 51 acid amin; oligopeptide như Oxitosine của thuỳ sau tuyếnyên có 8 acid amin; là dẫn xuất của acid amin như Adrenalin - hormone của miền tuỷ thượngthận là dẫn xuất của Tyrosine; là dẫn xuất của nhóm Steroid như Corticco Steroid - hormonemiền vỏ thượng thận hay các hormone sinh dục v.v. và có thể là dẫn xuất của các acid béonhư Prostaglandin của tuyến tiền liệt có bản chất là dẫn xuất của acid béo không no (bảng4.1). *Về mặt sinh học: Hormone là những hợp chất hữu cơ được sản xuất với một lượng rấtnhỏ bởi những tế bào đặc biệt chủ yếu ở các tuyến nội tiết, giữ nhiệm vụ điều chỉnh các quátrình trao đổi chất, làm cho các quá trình đó tiến hành với một cường độ và một chiều hướngthích hợp với nhu cầu sống của cơ thể trong từng giai đoạn, từng thời điểm nhất định. 1.2. Các cách truyền thông tin của tế bào. Cần phân biệt những tế bào nội tiết với những tế bào khác và những chất bài tiết củanhững tế bào này 1.2.1. Tế bào nội tiết: Đó là những tế bào sản xuất và bài tiết trực tiếp vào máu nhữngchất có hoạt tính sinh học được gọi là Hormone. Ví dụ tế bào β của tuyến tụy tiết ra Insuline.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 99 http://www.ebook.edu.vn
  • 106. Hình 4.1. Sơ đồ các tế bào nội tiết, cận tiết và tự tiếtBảng 4.1: Một số hormone và chức phận của nó Hình 4.1. Sơ đồ các tế bào nội tiết, cận tiết và tự tiết Hormone Nguồn gốc Chức phận Vasopressin Yên sau Tái hấp thu nước Cortison Vỏ thượng thận Lọc cầu thận Calcidonin Giáp trạng ức chế sự huy động Ca2+ từ xương PTH Cận giáp Huy động Ca2+ từ xương, bài xuất PO4 Insuline Tuyến tuỵ (Tế bào β) Hạ đường huyết Adrenalin Tuỷ thượng thận Tăng đường huyết Glucagon Tuyến tuỵ (tế bào α) Tăng đường huyết Cortisol Vỏ thượng thận(bó) Tăng đường huyết STH Tuyến yên trước Tăng đường huyết, phát triển xương T4, T3 Tuyến giáp trạng Kích thích chuyển hoá FSH Tuyến yên trước Phát triển tuyến sinh dục LH Tuyến yên trước Bài xuất của tuyên sinh dục Estradiol Buồng trứng Cơ quan sinh dục nữ Progesteron Buồng trứng Làm ổ Testosteron Tinh hoàn Cơ quan sinh dục nam Prolactin Tuyến yên trước Tạo sữaTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 100 http://www.ebook.edu.vn
  • 107. Prostaglandin Trong hầu hết các mô Nhiều tác dụng Oxidoxin Yên sau Tăng co bóp cơ trơn của tử cung và tuyến vú. 1.2.2. Tế bào thần kinh: Tiết những hormone thần kinh (Neurohorrmone). Ví dụVasopressin được tiết ra bởi các tế bào thần kinh vùng dưới đồi đổ trực tiếp vào máu nhờ hệthống thần kinh – tuyến yên. 1.2.3. Tế bào cận tiết-bàng tiết (paracrine): Tiết những chất có tác dụng trực tiếp đếnnhững tế bào gần kề hoặc khu trú ngay trong cơ quan nội tiết, không cần vận chuyển bằngmáu. Đó là những hormone tại chỗ, ví dụ Somatostatin của tuyến tuỵ (Hình 4.1). Cũng cần lưu ý rằng những chất dẫn truyền thần kinh không thuộc nhóm hormone theođúng định nghĩa cổ điển. Những chất kể trên gồm hormone, hormone thần kinh, hormone tại chỗ và chất dẫntruyền thần kinh được gọi là những chất truyền tin thứ nhất hay chất truyền tin ngoài tế bào(để phân biệt với những chất truyền tin thứ hai hay chất truyền tin trong tế bào). Hormone được đưa vào máu, nhanh chóng tới các cơ quan tiếp nhận. Hormone có thể dichuyển xa với khoảng cách hàng mét hoặc nhiều hơn trước khi tiếp cận tế bào nhận. Còn cácchất dẫn truyền thần kinh chỉ di chuyển một khoảng cách ngắn chừng vài micromet quasynap đến tế bào thần kinh liền kề hoặc tế bào nhận. Dù khác nhau về phương diện giải phẫu, chất dẫn truyền thần kinh và hormone rấtgiống nhau về cơ chế tác dụng sinh học, nó đã tạo nên một hệ thống Thần kinh – nội tiết. 1.3. Nguồn gốc của hormone Hormone có nhiều nguồn gốc khác nhau: Do các tuyến nội tiết (không có ống tiết) sản phẩm thấm qua mao quản vào máu đượcvận chuyển đến một bộ phận khác trong cơ thể (thường gọi là mô bào đích, tế bào đích) đểphát huy tác dụng. Trong cơ thể động vật đại đa số các hormone là do các tuyến nội tiết tiếtra. Ngoại tiết: (chất tiết không được đưa vào máu) ví dụ gastrin do vùng hạ vị của dạ dàytiết ra được đổ vào dạ dày nhào trộn trong khối thức ăn lên vùng thân vị kích thích vùng thânvị tiết dịch vị. Nguồn gốc từ thực vật: ở thực vật có rất nhiều chất kích thích tố như các kích tố sinhtrưởng thúc đẩy qúa trình sinh trưởng của cây: ví dụ như Ausin; Indolaxetic, Giberein v.v. Ởmột số hạt, cỏ và cây còn có các kích tố sinh dục có phát huy tác dụng đối với cơ thể độngvật, chúng thường xuất hiện vào mùa xuân gây kích thích sinh đẻ theo mùa cho động vật ăncỏ và chim muông. 1.4. Vai trò sinh học của hormone và mối liên hệ giữa thần kinh và thể dịch Cơ thể và ngoại cảnh là một khối thống nhất mà ngoại cảnh luôn luôn thay đổi như thờitiết thức ăn, ánh sáng v.v. để thích ứng được với những biến đổi đó cơ thể phải điều chỉnhbằng cách:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 101 http://www.ebook.edu.vn
  • 108. Tiết dịch (hệ đơn giản) Thần kinh (hệ phức tạp) Hormone (thể dịch) cùng với hệ thần kinh tham gia điều chỉnh các quá trình trao đổi vậtchất của cơ thể. Trao đổi vật chất của cơ thể cũng như của tế bào là một quá trình phức tạpgồm rất nhiều phản ứng liên quan chặt chẽ với nhau. Bình thường trong một tế bào trong mộtthời điểm có hàng trăm phản ứng xảy ra. Những phản ứng đó do enzyme xúc tác, nhưngenzyme chỉ giúp cho phản ứng tiến hành nhanh và có trình tự. Xét về mặt tổng quát enzymekhông có tác dụng điều chỉnh. Tác dụng điều chỉnh này là do hệ thống chuyên hoá giúp chonhững loạt phản ứng do enzyme xúc tác được tiến hành đúng lúc, đúng phương hướng, đúngcường độ mà mô bào cần thiết. Hệ thống chuyên hoá đó là hormone. Ở động vật đơn bào chưa có hệ thần kinh thì sự điều tiết chủ yếu là thể dịch vì hoạtđộng của cơ thể chúng còn đơn giản. Qua quá trình tiến hoá, cơ thể động vật đã xuất hiện hệthần kinh để đáp ứng những hoạt động phức tạp hơn của cơ thể. Nhưng trong quá trình tiếnhoá động vật vẫn giữ cả hai hệ thống và hai hệ thống này hoạt động phối hợp nhau, sự liên hệđó Hình 4.2. Sơ đồ về mối liên hệ giữa thần kinh và thể dịch Tín hiệu ở bên ngoài hoặc bên trong ↓ Thần kinh trung ương ↓ Vùng dưới đồi ↓ Hormon giải phóng(ng) ↓ Tuyến yên ↓ Chu trình kiểm soát Hormon của tuyến yên ngược ngắn (μg) ↓ Tuyến đích Chu trình kiểm Chu trình kiểm soát ↓ ngược ngắn soát ngược dài Hormon cuối cùng ↓ Mô bào đích Hình 4.3. Sơ đồ tổng quan về mối liên hệ giữa hormone giải phóng vùng dưới đồi, tuyến yênvới các tuyến đíchTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 102 http://www.ebook.edu.vn
  • 109. Thần kinh trung ương ↓ Vùng dưới đồi ↓ Các hormone giải phóngGH TRH CRH Dopamin PRF gnRHGIH PIF gnRIF Tuyến yên GH TSH ACTH β-LTH PRL TSH LHPhát triển xương Gan T. giáp Vỏ thượng β-Endorbin Tuyến vú B. trứng B.trứngchuyển hoá T.hoàn T.hoànGlucid, protein T3, T4 ThÝch nghi Gi¶m ®au T¹o s÷a Ph¸t triÓn Rông trøng Tăng đường với stress nang Thể vàng Huyết Kích thích Tạo tinh Progesteron tạo testotteron trùngthông qua bộ phận dưới đồi (hypothalamus). Các tuyến nội tiết có mối liên hệ chặt chẽ vớinhau qua sự điều tiết chung của tuyến yên, tuyến yên lại chịu sự điều tiết của thần kinh trungương qua bộ phận dưới đồi, hình thành nên hệ thống hypothalamo - hypophysealis (thầnkinh- thể dịch). So với hệ thần kinh thì hormone được hình thành sớm hơn, nó hoạt động chậm hơnnhưng nó bao quát đến tất cả các tế bào. Có thể coi hormone là những tín hiệu hoá học đượcđưa tới tế bào để hướng hoạt động của enzyme trong tế bào theo chiều hướng đúng với nhucầu sống của cơ thể. Còn hệ thần kinh được hình thành sau hơn nó hoạt động nhanh, chínhxác hơn nhưng nó không bao quát đến tất cả các tế bào. Sự tổng hợp hay giải phóng mộthormone nào đó đều được kiểm soát một cách chặt chẽ bao gồm ba giai đoạn của sự tương tácnhư sau: Hypothalamus giữ vai trò chủ đạo điều hoà hoạt động của các tuyến nội tiết trước hếthypothalamus tiết ra các tác nhân có tác động kích thích gọi là yếu tố giải phóng RF(Releasing factor) hoặc là các tác nhân có tác dụng ức chế IF (inhiliding factor). Các tác nhânnày tác động đến thuỳ trước của tuyến yên để kích thích tiết hormone cấp I. Sau đó hormonecấp I này sẽ tác động đến các tuyến nội tiết khác, điều khiển chúng tiết ra hormone cấp II. Cáchormone cấp II có nhiệm vụ đáp ứng lại những đòi hỏi của cơ thể, đồng thời chúng có thểngăn chặn sự tiết RF, IF của hypothalamus hay ngăn chặn sự tiết hormone cấp I theo cơ chếđiều hoà ngược (Megative feedback ) (hình 4.2, 4.3).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 103 http://www.ebook.edu.vn
  • 110. 2. Phân loại hormone Căn cứ để phân loại hormone dựa vào bản chất hoá học của hormone. Bản chất hoá họccủa hormone cũng quyết định tính chất và cơ chế tác dụng của hormone như tính hoà tantrong nước, tác dụng lên màng, lên gen... Căn cứ vào đó hormone có thể được phân thành bốnnhóm chính sau. 2.1. Hormone peptide Đây là những hormone có từ 3 acid amin trở lên, gồm những hormone của các tuyếnvùng dưới đồi, tuyến yên, tuyến tuỵ... Sự tổng hợp các hormone peptide thường xảy ra ở lướinội chất, khi tổng hợp thường ở dưới dạng pro-hormone, ví dụ pro-Insuline ở dạng này nóchưa có hoạt tính. pro-Insuline gồm ba chuỗi: chuỗi A gồm 21 acid amin, chuỗi B gồm 30acid amin. Hai chuỗi này được nối với nhau bởi 2 cầu nối dissulfid và giữa chúng là chuỗi Ccó 30 acid amin. Khi có nhu cầu về Insuline nó được enzyme peptidase cắt bỏ chuỗi C tạothành Insuline có hoạt tính.Chuỗi BPhe Val Asp Gly His Leu Cys Gly Ser His Leu Val Glu Ala Leu Tyr Leu Val Cys Gly Glu ARG S S Gly Phe S S Phe Tyr Chuỗi A Thr Ile Val Glu Gln Cys Cys Ala Ser Val Cys Ser Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys Asn Pro S SHình 4.4. Cấu trúc của Insuline Các hormone peptide tan trong nước và được lưu thông trong máu dưới dạng tự do, thờigian đáp ứng ngắn (vài giây cho tác dụng với sự tăng đường huyết của glucagon hoặc chốnglợi niệu của vasopressin). Hormone peptide không thâm nhập vào trong tế bào đích mà tác dụng lên bề mặt tế bàođích thông qua chất cảm thụ đặc hiệu của chúng ở trên màng tế bào. 2.2. Hormone là dẫn xuất của các acid amin Những hormone thuộc nhóm này có khối lượng phân tử thấp và thường là những dẫnxuất của Tyrosine, gồm những hormone của miền tuỷ thượng thận như Adrenalin, Noradrenalin đây là những hormone tan trong nước và những hormone của tuyến giáp trạng nhưTriiodotyronin T3, Tetraiodtyronin T4 (Thyroxin), chúng ít tan trong nước. Sự tổng hợp cáchormone này thường đơn giản và nhanh hơn so với những hormone peptide. Các hormone này được lưu thông trong máu dưới dạng tự do như Adrenalin, Noradrenalin hoặc được vận chuyển dưới dạng kết hợp với protein như hormone tuyến giáp cóchất vận chuyển là TBG (Thyroxin binding globulin) vận chuyển Thyroxin T3, T4. Thời gian đáp ứng của các hormone này rất ngắn thường vài giây như Adrenalin, NoradrenalinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 104 http://www.ebook.edu.vn
  • 111. Các hormone này cũng không thâm nhập vào trong tế bào đích mà tác dụng lên bề mặttế bào đích thông qua chất cảm thụ đặc hiệu của chúng ở trên màng tế bào. 2.3. Hormone Steroid Các hormone Steroid bao gồm những hormone của miền vỏ thượng thận, của tuyến sinhdục. Các hormone Steroid được tổng hợp từ cholesterol. Chúng có đặc tính không tan trongnước, chỉ hoà tan trong lipid, chúng được lưu thông trong máu thường nhờ các yếu tố vậnchuyển đặc hiệu, ví dụ: CBG (Corticosteroid binding globulin) vận chuyển cortisol, corticosteron, progesteron. SBG (Sex hormone binding globulin) vận chuyển đối với các hormone sinh dụcestradiol và testosteron. Một lượng nhỏ hormone thuộc nhóm này lưu trong trong máu dưới dạng tự do. Khi đếntế bào đích hormone được tách khỏi protein vận chuyển sang dạng tự do. Nó xâm nhập vàotrong tế bào đích và kết hợp với chất cảm thụ đặc hiệu của nó tạo thành hợp chất trung gianđến tác dụng lên DNA nhân của tế bào. Thời gian đáp ứng của hormone Steroid khá lâu sovới các hormone peptide và hormone là dẫn xuất của acid amin. 2.4. Hormone là dẫn xuất của các acid béo Các hormone thuộc nhóm này thường phát huy tác dụng tại chỗ (ít vận chuyển xa từ nơichúng được tiết ra mà có tác dụng với những tế bào gần nơi nó được tiết). Đại diện nhưhormone prostaglandin (hình 4.5).O|| ⎯ COO- OH Hình 4.5. Cấu tạo của prostaglandin 3. Cơ chế tác dụng của hormone 3.1. Hai nguyên lý cơ bản về tác dụng của hormone: Nguyên lý thứ nhất: Hormone di chuyển trong máu đến mọi cơ quan, nhưng mỗi loạihormone chỉ tác động lên một số cơ quan (hay tế bào) chuyên biệt nhất định. Sở dĩ như vậy vìmỗi hormone khi đến tế bào đích sẽ được phân biệt bởi chất tiếp nhận hay chất cảm thụ(Receptor) đặc trưng riêng của mình. Chất tiếp nhận hormone ở tế bào đích có bản chất lànhững prrotein. Chúng khu trú ở ngay trên màng tế bào hoặc được phân bố ở trong tế bàochất. Những hormone tan trong nước như các hormone có bản chất là protein, oligopeptide,dẫn xuất của acid amin như Insuline, glucagon, Adrenalin v.v. thì các Receptor của chúngđịnh vị ngay trên màng tế bào. Đối với các hormone có bản chất Steroid hay các hormone hoàtan trong lipid thì các Receptor của chúng phân bố ở trong tế bào chất. Khi các hormone nàyxâm nhập vào trong tế bào chúng thường kết hợp với chất tiếp nhận (Receptor) tạo thành phứchợp trung gian hormone-Receptor, từ các phức hợp này sẽ gây ra nhiều tác động khác nhau.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 105 http://www.ebook.edu.vn
  • 112. Nguyên lý thứ hai: Việc gắn hormone vào chất tiếp nhận đặc hiệu của nó tạo nên phântử thông tin nội bào mà sau đó nó làm kích thích hoặc giảm nhẹ hoạt tính hoá sinh đặc trưngcủa mô bào đích. Đối với các hormone hoà tan trong nước, thông tin nội bào thường là 3/, 5/ -AMP vòng hoặc là 3/, 5/ - GMP vòng (thông tin thứ 2). Còn đối với các hormone hoà tan tronglipid các phức hợp hormone-Receptor là các thông nội bào. 3.2. Cơ chế tác dụng của hormone Trong nghiên cứu về cơ chế tác dụng của hormone thì Adrenalin là chất đầu tiên đượcnghiên cứu có kết quả về cơ chế tác dụng lên tế bào gan ở mức độ phân tử, xuất phát từ côngtrình của E.W. Sutherland và cộng tác năm 1950. Sutherland được giải Nobel Y học năm1971 về phát minh ra AMP vòng. Đặc tính tác dụng của hormone là với nồng độ rất thấp picomol (10-12mol), micromol -6(10 mol) nhưng sự phát huy tác dụng lại rất lớn. Khái niệm về hệ thống thông tin thứ hai . Các hormone từ các tuyến nội tiết được tiết vào máu, từ máu được đưa tới tế bào đích,chúng phải chọn các tế bào “đích” để tác động. Điều kiện của một tế bào đích là phải có cácReceptor cho hormone (ở màng tế bào hay ở bào tương hoặc nhân tế bào). Đối với các hormone hoà tan trong nước ( peptide và các dẫn xuất acid amin ) không điqua màng tế bào mà lại gắn với các Receptor ở màng tế bào và tạo ra một dòng thác các phảnứng Enzyme. Dòng thác Adenylate dẫn đến sự tăng AMP vòng (AMPc) và sự hoạt hoá hệthống protein Kinase. Đó là con đường chính thông tin (hormone) từ ngoài tế bào vào trong tếbào đích . Sự kết hợp giữa những thông tin thứ nhất (hormone) với các Receptor sẽ tạo ra nhữngtín hiệu hoá học khác nhau trong tế bào. Những tín hiệu này gọi là thông tin thứ hai. NgoàiAMP vòng còn có một số chất thuộc thông tin thứ hai khác như GMPvòng (GMPc), InosidolTriphosphate (IP3), Diacylglycerol hay diglycerid (DG) và Ion Ca2+ . Đối với các hormone không hoà tan trong nước (Hormone Steroid, hormone sinhdục...) chúng có thể đi qua màng tế bào để gắn với các Receptor của chúng ở trong tế bào chấthoặc trong nhân tế bào tạo thành phức hợp hormone-Receptor, thì thông tin thứ hai (thông tinnội bào) là phức hợp hormone-Receptor. Có hai cơ chế tác dụng cơ bản của hormone là: Tác dụng lên màng Tác dụng lên gen 3.2.1. Cơ chế tác dụng lên màng: Sự tiến hoá của sinh vật có một bước quan trọng làviệc hình thành lên màng, một sự chuyển biến về chất lượng: Từ chất không sống sang chấtsống. Bản thân màng là một cấu tạo chức năng hoàn chỉnh của tế bào, nên các tác dụng điềuchỉnh của hormone phần lớn là tác động thông qua màng, trên màng có các cấu tạo cảm thụ(Receptor), các cấu tạo này rất đa dạng, chức năng phong phú nhưng nhìn chung là chúng cócấu trúc đặc thù ứng với chức năng, tính đặc thù của nó hết sức cao. Hormone là những yếu tốđi tới tác động lên các điểm cảm thụ đặc thù của mình. Cấu trúc hoá học của hormone thườngphù hợp tương ứng với cấu trúc của các điểm cảm thụ. Khi tín hiệu (các phân tử hormone)đến, điểm cảm thụ tiếp nhận thì quá trình tiếp theo trong tế bào là: đa số chúng tác động lênTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 106 http://www.ebook.edu.vn
  • 113. hệ thống enzyme Adenylatcyclase biến hệ thống enzyme này từ trạng thái không hoạt độngsang trạng thái hoạt động hoặc ngược lại, ví dụ như tác động của Adrenalin như sau: Adrenalin Adenylatcyclase ----------------------> Adenylatcyclase (không hoạt động) (hoạt động) Dưới tác dụng của Adenylatcyclase nó chuyển hoá ATP →3/, 5/ - AMP vòng + PiPi 3/, 5/ - AMPvòng ATP Một số hormone như atrial natriuretic factor (ANF), hay nội độc tố vi khuẩn củaE.coli... khi đến điểm cảm thụ của mình thì nó lại tác động lên hệ thống enzyme Guanylat-cyclase (GC) để chuyển GTP thành 3/, 5/ - GMP vòng. ANF còn gọi là atriopeptin hay yếu tố bài xuất Na+. ANF được bài tiết bởi tế bào tâmnhĩ của tim khi có thể tích máu tăng. ANF được máu đưa tới thận, hoạt hoá GC ở tế bào ốngthu của thận, GMP vòng tăng gây kích thích sự bài xuất Na+ bởi thận kèm theo bài xuất nước.Sự mất nước làm giảm thể tích máu và hạ áp lực của máu. Cơ trơn của mạch máu cũng chứa chất thụ thể của ANF. ANF sau khi kết hợp với chấtthụ thể của nó ở đây sẽ làm giãn mạch và hạ huyết áp. Một thụ thể GC tương tự cũng có ở màng tế bào biểu mô của ruột. Thụ thể này đượchoạt hoá bởi nội độc tố của vi khuẩn E.coli. Sự tăng GMP vòng gây giảm tái hấp thu nước ởbiểu mô ruột, dẫn đến ỉa chảy đặc hiệu do độc tố.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 107 http://www.ebook.edu.vn
  • 114. Hình 4.6. Sự hình thành các thông tin nội bào AMPvòng, GMPvòng và tác dụng truyền tin qua trung gian là các protein kinase tương ứng ( A hoặc G)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 108 http://www.ebook.edu.vn
  • 115. Hình 4.7. Sự khuếch đại của thông tin khi hormone kết hợp với Receptor của màng tế bào Như vậy là các thông tin thứ hai (thông tin nội bào đã được hình thành) (Hình 4.6). Từ các thông tin nội bào này sẽ tác động lên hệ thống enzyme protein-kinase, rồi từ đótác động lên hệ thống enzyme cần tác động cuối cùng. Đáng chú ý là quá trình tác động nàythực hiện theo phản ứng dây chuyền và có sự khuyếch đại. Từ một phân tử hormone có thểtạo ra hàng trăm phân tử 3/, 5/ - AMP vòng và tạo thành hàng nghìn phân tử protein-kinasehoạt động v.v.(Hình 4.7). Nghiên cứu quá trình điều chỉnh hàm lượng đường trong máu ta sẽ thấy về cơ chế tácdụng lên màng của hormone. Hàm lượng glucose trong máu của động vật có vú là ổn định, nógiao động trong một phạm vi nhất định gọi là hằng số hoá sinh đặc thù.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 109 http://www.ebook.edu.vn
  • 116. Ở người là: 80 - 120 mg%, ở lợn: 80 - 120 mg%, ở trâu bò: 40 -70 mg%, ở gia cầm:150 - 300 mg%... Điều hoà sự ổn định này là do một số hormone như Insuline có tác dụng làm giảm hàmlượng đường trong máu khi hàm lượng đường tăng, Adrenalin và glucagon làm tăng hàmlượng đường trong máu khi hàm lượng đường này giảm. Ví dụ khi hàm lượng đường trongmáu giảm thì Adrenalin được tiết ra chúng đến tác động vào tế bào cơ và tế bào gan. Ở tế bàogan quá trình diễn ra như sau: Khi đến tế bào gan chúng tác động lên điểm cảm thụ của nó,điểm cảm thụ này sau khi tiếp nhận Adrenalin sẽ tác động lên Adenylatcyclase chuyểnenzyme này từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động, khi hoạt động đã chuyểnhoá ATP thành 3/, 5/ - AMP vòng, 3/, 5/ - AMP vòng tác động lên hệ thống enzyme protein-kinase biến nó thành hoạt động, hệ thống này lại tác động lên enzyme phosphorylase chuyểnchúng từ trạng thái “b” không hoạt động sang trạng thái “a” hoạt động, enzyme này sẽ chuyểnhoá Glycogen thành Glucose 1-p. Glucose 1-p được enzyme isomerase chuyển thành Glucose6-p. Glucose 6-p được enzyme phosphatase cắt gốc phosphate thành Glucose đưa vào máu(Hình 4.8). 3/, 5/ - AMP vòng ngoài tác động lên hệ thống enzyme phosphorylase qua hệ thốngprotein-kinase I, nó còn tác động lên hệ thống protein-kinase II. Hệ thống enzyme này hoạtđộng sẽ tác động lên hệ thống enzyme glycogen syntetase, chuyển chúng từ trạng thái hoạtđộng sang trạng thái không hoạt động làm ngừng quá trình sinh tổng hợp glycogen từ glucose. Như vậy protein-kinase là một enzyme chìa khoá trong liên hệ giữa AMPvòng với hệthống enzyme phosphorylase và glycogen syntetase.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 110 http://www.ebook.edu.vn
  • 117. Enzyme protein-kinase là một phức hợp CR gồm bốn tiểu phần, hai tiểu phần xúc tác CHình 4.8. Sơ và hai tiểu phần điều hoà R (regulatrice).làm tăng hàm lượng glucose trong tiểu(catalytique) đồ tác dụng của adrrenalin trong việc Dạng không hoạt động của nó, bốnmáu ởnàybào gan với nhau, tiểu phần điều hoà ức chế tiểu phần xúc tác. Sự điều hoà hoạtphần tế liên kếtđộng của nó là 3/, 5/ - AMP vòng. 3/, 5/ - AMP vòng gắn vào tiểu phần điều hoà làm cho phứchợp CR tách rời nhau. Tiểu phần C được giải phóng và phát huy tác dụng xúc tác (Hình 4.9). Dưới tác dụng của tiểu phần C, hệ thống enzyme phosphorylase sẽ được chuyển từ dạngdime (dạng b) không hoạt động sang dạng tetrame (dạng a) hoạt động. Enzyme này hoạt độngnó sẽ xúc tiến quá trình phân giải glycogen thành glucose đưa vào máu.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 111 http://www.ebook.edu.vn
  • 118. Tiểu đơn vị xúc tác Tiểu đơn vị điều hoà Tiểu đơn vị xúc tác (C) Phức hợp AMPc và hoạt động tiểu đơn vị điều hoà (R) Hình 4.9. Sự hoạt hoá protein kinase của AMP vòng Khi hoạt động xong 3/, 5/ - AMP vòng bị phân huỷ bởi enzyme phosphodiesterase theophản ứng thuỷ phân: phosphodiesterase 3/, 5/ - AMP vòng + H2O ---------------------------------> Adenozin 5/ phosphate. Hoạt tính của phosphodiesterase phụ thuộc vào Mg+2 phản ứng này xảy ra ở tế bào chất.Một số chất như cafein của cà phê, chè; nicotin của thuốc lá... có tính chất ức chế enzymephosphodiesterase, dẫn đến kéo dài sự tồn tại của 3/, 5/ - AMP vòng làm tăng quá trình traođổi chất của tế bào gây nên sự tỉnh táo. 3/,5/ - AMP vòng bị phân huỷ thì các tiểu phần của protein kinase lại kết hợp với nhauthành phức hợp ban đầu CR không có hoạt tính xúc tác. Bằng con đường này các hệ thốngenzyme do chúng điều khiển lại trở lại trạng thái nghỉ bình thường. Một số lớn hormone đã làm tăng nồng độ của 3/,5/ - AMP vòng trong các mô bào đích,vì chúng có thể kết hợp với các Receptor của nó trên bề mặt của tế bào đích và kích thíchAdenylatcyclase gắn trên màng. Đó là các hormone của thùy trước tuyến yên như ACTH, LH,FSH, TSH, các hormone cận giáp trạng và calcidonin, hormone của thuỳ sau tuyến yên nhưVazopresin làm tăng 3/,5/ - AMP vòng trong thận. Mặc dù nhiều hormone có sự kích thích tạo3/,5/ - AMP vòng nhưng mỗi hormone lại có dòng đặc hiệu bởi vì nó kích thích tạo 3/,5/ -AMP vòng chỉ trong những tế bào có chứa các Receptor bề mặt đặc hiệu cho hormone đó.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 112 http://www.ebook.edu.vn
  • 119. Mặt khác 3/,5/ - AMP vòng cũng chỉ tồn tại trong những tế bào đã được kích thích và khôngđưa vào máu để gây nên sự kích thích chung cho tất cả các tế bào. Song một quá trình phảnứng lại có thể được nhiều hormone kích thích. Ví dụ đối với lipase ở mô mỡ có thể do cáchormone Adrenalin, Glucagon, ACTH, TSH v.v.. các hormone này đều làm tăng sự hìnhthành 3/,5/ - AMP vòng trong mô mỡ và kích thích Lipase. 3/,5/ - AMP vòng còn là một chất trao đổi trung gian (mediator) đặc hiệu hoặc một thôngtin viên (messenger), một dạng khác của hệ thống điều hoà trong các tế bào. Nó tác dụngtrung gian vào việc làm cảm ứng sự tổng hợp Enzyme, tham gia vào sự dẫn chuyền synaptrong hệ thần kinh, giữ chức năng điều hoà trong sự phân chia tế bào; là một chất trung gian(mediator) trong phản ứng miễn dịch và chống nhiễm trùng của các mô bào kể cả phản ứng dịứng. Độc tố Cholera gây sự ỉa chảy ồ ạt và làm mất dịch trong ống tiêu hoá là do độc tố nàygắn vào các Receptor đặc hiệu trong tế bào đường tiêu hoá tạo ra 3/,5/ - AMP vòng ở nồng độcao. 3/,5/ - AMP vòng này đã làm tăng quá trình bệnh lý do ảnh hưởng tới quá trình vậnchuyển tích cực trong các tế bào đường tiêu hoá. Chức năng của 3/,5/ - AMP vòng trong các tế bào khác nhau có thể bị ảnh hưởng bởi haiyếu tố đó là Ca2+ tự do và Prostaglandin. Trong một số trường hợp Ca2+ làm tăng cường sự tácđộng của 3/,5/ - AMP vòng, trong một số trường hợp khác nó lại đóng vai trò ức chế.Prostaglandin A1 được coi là thông tin viên trung gian giữa Receptor-hormone bề mặt tế bàovà Adenylatcyclase. Mặt khác nó lại ức chế Adenylatcyclase của tế bào đường tiêu hoá do nógắn vào vị trí đặc hiệu trên enzyme này. Về Receptor màng: đây là Receptor được phân bố trên màng tế bào, đối tượng tiếp nhậncủa nó có bản chất là protein và những hợp chất khác hoà tan trong nước. Chúng tiếp nhận cáchormone này ngay trên màng tế bào rồi chuyền thông tin vào trong tế bào qua sự tác động lêncác hệ thống enzyme tạo nên các nucleotide vòng và thường thông qua hệ thống protein G.Protein G bao gồm một họ G protein gồm nhiều tiểu đơn vị như α, β và γ. Cấu tạo tổng quátcủa nó như hình 4.10. Vai trò của protein G có tác dụng điều hoà sự hoạt động giữa hormone với enzyme tạonên các nucleotide vòng thông qua sự kết hợp của GTP hay GDP. Khi có mặt của hormone thìGTP kết hợp với tiểu đơn vị α làm tiểu phần này tách khỏi phức hợp α, β và γ và trở thànhhoạt động, nó sẽ hoạt hoá Adenylatcyclase để biến ATP thành 3/,5/ - AMP vòng. Khi khôngcó mặt hormone, GDP sẽ kết hợp với tiểu đơn vị α qua phản ứng thuỷ phân GTP thành GDPvà các tiểu đơn vị α, β và γ của protein G lại kết hợp với nhau trở thành không hoạt động(hình 4.11). Như vậy sự truyền thông tin từ tín hiệu hormone qua enzyme Adenylatcyclase gồm 2bước Bước 1: Một phân tử hormone kết hợp với một Receptor xúc tác hoạt hoá nhiều phân tửGs. Bước 2: Một phân tử Gsα hoạt hoá Adenylatcyclase xúc tác sự tổng hợp nhiều phân tửAMP vòng. Hiệu quả của dòng thác phản ứng liên tiếp là sự khuyếch đại rất có ý nghĩa của tínhiệu hormone . AMP vòng là một truyền tin nội bào thứ hai trong hệ thống truyền tin, nó có đời sốngngắn và nhanh chóng bị phân huỷ bởi phosphodiesterase thành 5’ –AMP, chất này không cóTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 113 http://www.ebook.edu.vn
  • 120. tác dụng của chất truyền tin thứ hai, vì tín hiệu nội bào chỉ tồn tại khi Receptor còn được liênkết với Adrenalin. Nồng độ AMP vòng tăng hay giảm là phụ thuộc vào nồng độ hormone vàtác dụng của hormone cũng thay đổi tuỳ thuộc từng mô: Glucagon gây tăng cao nồng độ AMPvòng ở gan nhưng ít gây thay đổi nồng độ AMP vòng ở cơ.Hình 4.10. Cấu tạo của hệ thống Receptor và protein G AMPc sẽ tác dụng trực tiếp trên protein kinase phụ thuộc AMPv, còn gọi là protein kinaseA. Protein kinase A này hoạt hoá bởi AMPc xúc tác sự phosphoryl hoá phosphorylase. Cũng cầnlưu ý rằng một số hormone lại ức chế Adenylatcyclase làm giảm nồng độ AMPc và làm giảm quátrình phosphoryl hoá protein. Chẳng hạn như Somatostatin khi kết hợp với Receptor đặc hiệu thìprotein G ức chế (Gi) được hoạt hoá làm ức chế Adenylatcyclase. Như vậy Somatostatin làm đốitrọng với tác dụng của Glucagon. Các tín hiệu ngoài tế bào (tín hiệu thứ nhất ) – hormone có thể có tác dụng hoàn toàn khácnhau ở những tế bào hoặc mô khác nhau, tuỳ thuộc vào loại Receptor, loại protein G –Gs hoặc Gi-được gắn với Receptor và một loạt các enzyme có thể được phoshoryl hoá bởi protein kinase phụthuộc AMP vòng ở mỗi loại tế bào hoặc mô đó.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 114 http://www.ebook.edu.vn
  • 121. Hình 4.11. Sơ đồ hoạt động điều hoà của protein G 1. Gs kết hợp với GDP “bị ngắt”, không hoạt động . 2. Gs tiếp xúc với phức hợp Hormone –Receptor, thay thế liên kết với GDP bằng GTP . 3. Tiểu phần α - GTP được tách ra và hoạt hoá Adenylatcyclase . 4. GTP bị phân huỷ bởi GTPase thành GDP trong Gs. Gs(α) “tự ngắt”, tiểu đơn vị αkhông hoạt động kết hợp lại với tiểu đơn vị β và γ .3.2.2. Cơ chế tác động lên gen. Từ lâu người ta đã nghiên cứu về sự biến thái của côn trùng. Điều gì đã gây ra sự biếnthái này, đó là do hormone Ecdizon có nguồn gốc từ Steroid. Thực tế hormone này đã đánhthức gen tổng hợp những protein cần thiết và ức chế các gen không cần thiết khác trong quátrình biến thái của côn trùng. Những công trình nghiên cứu gần đây đã cho những hiểu biết sâu sắc về cơ chế hoásinh của các hormone Steroid cũng như các hormone hoà tan trong lipid khác. Các hormoneSteroid bao gồm Estrogen hay là hormone nữ tính trong đó quan trọng nhất là Estradiol vàEstron, Androgen hay hormone nam tính như Testosterone, Dihydrotestosterone; hormonethai nghén Progesteron; hormone Steroid của vỏ thượng thận như Cortiol, Corticosterone(hình 4.12). Các hormone giới tính tác động rộng trên các cơ quan giới tính, các hormone củavỏ thượng thận thường có tác dụng sâu lên sự trao đổi chất của nhiều mô bào, nhất là sự traođổi protein.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 115 http://www.ebook.edu.vn
  • 122. Hình 4.12. Công thức của một số hormone Steroid Người ta đã chứng minh rằng các hormone Steroid gắn với chất tiếp nhận đặc hiệu củanó trong tế bào chất tạo thành phức hợp trung gian Receptor-hormone rồi xâm nhập vào nhântế bào. Phức hợp trung gian Receptor-hormone sẽ đóng vai trò giải ức chế gen đồng thời làmtăng hoạt tính của m-RNA polimelase. Gen được giải phóng sẽ tham gia vào quá trình saochép tạo ra các m-RNA, từ các m-RNA này thông qua quá trình phiên dịch để tạo ra cácenzyme hoặc protein chức năng tương ứng. Chính những chất này sẽ xúc tiến các quá trìnhđiều chỉnh trong tế bào (hình 4.13). E.V. Jensen và cộng sự đã nghiên cứu ở Estrogen, ôngnghiên cứu số phận của Estradiol phóng xạ được tiêm vào động vật cái chưa trưởng thành vớimột liều lượng nhỏ, những hormone đánh dấu này được định vị vào tử cung và âm đạo, đó làcác đích tác động của Esterogen. Esterogen đánh dấu không những tìm thấy ở tế bào chất màcòn tìm thấy ở nhân tế bào nó được định vị ở chromatin. Các nghiên cứu của J.Gorski đãchứng minh protein tiếp nhận Esterogen có mặt ở tế bào chất ở dạng dime có độ lắng 4S khigắn với Esterogen nó chuyển sang dạng có độ lắng 5S. Phức hợp Receptor- Estrogen 5S đượctìm thấy ở nhân tế bào nó được định vị ở choromatin. Thông qua các quan điểm tương tự người ta đã tìm ra các protein chất tiếp nhận củacác hormone Steroid khác như Receptor cho Androgen trong tiền liệt tuyến, các Receptorhormone vỏ thượng thận, của progesteron v.v.. O Mallay và cộng sự đã thực hiện các nghiêncứu để tìm hiểu sự tác động của nó tiếp theo quá trình gắn của progesteron là sự di chuyển củaphức hợp progesteron - Receptor từ tế bào chất vào nhân tế bào, phức hợp này gắn vớichromatin gây sự tăng hoạt tính của m-RNA polimerase và tăng quá trình hình thành m-RNAcho một vài protein để tạo nên một lượng lớn protein ở vòi trứng như albumin trứng.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 116 http://www.ebook.edu.vn
  • 123. Hình 4. 13. Mô hình chung về cơ chế tác dụng của hormone SteroidBước 1: Hormone Steroid kết hợp với protein vận chuyển đến tế bào đích, tới đây nó tách khỏiprotein vận chuyển sang dạng tự do.Bước 2: Vào trong tế bào chất hoặc nhân tế bào bằng khuếch tán tự do.Bước 3: Kết hợp với Receptor ở bào tương (trường hợp các corticoid chuyển hoá đường nhưcortisol) hoặc Receptor ở trong nhân như progesteron.Bước 4: Hoạt hoá Receptor: kết hợp với Receptor làm tách protein ức chế Receptor (ở bào tương)hoặc kết hợp với Receptor để làm lộ điểm tác động của Receptor (trong nhân).Bước 5: Sau quá trình hoạt hoá, Receptor từ bào tương vào nhânBước 6: Kết hợp với DNA của nhân ở vùng có ái lực cao với DNA. ở vị trí này, phức (H-R) hoạthoá polymerase, kích thích sự sao chép, tạo thành m-RNA.Bước 7: m-RNA mới được tổng ra ngoài nhân vào bào tương để thực hiện sự tổng hợp proteinmới.Bước 8: Protein mới được tổng hợp làm thay đổi chức phận và chuyển hoá của tế bào.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 117 http://www.ebook.edu.vn
  • 124. Về cơ chế tác dụng lên gen có hai giả thiết: Gỉa thiết thứ nhất theo quan điểm của Jacob và Moned về thuyết operon, giả thiết nàycho rằng hormone Steroid sẽ thâm nhập vào tế bào chất và kết hợp với protein tiếp nhận tạo thành phức hợp. Phức hợp này di chuyển vào nhân để giải phóng dị thể bằng cách kếthợp với chất ức chế đang bám trên phần gen khởi động (operator) làm vô hiệu hoá chất ức chế này, giải phóng gen khởi động và quá trình tổng hợp m-RNA được bắt đầu. Như vậytrong quá trình này hormone đóng vai trò là chất giải phóng (hình 4.14).Hình 4. 14. Sơ đồ cơ chế tác dụng lên gen ( Theo Jacob và Mon Giả thiết thứ hai: (theo Langan (1968) ông giải thích vai trò giải phóng dị thể củahormone thông qua hoạt động trung gian của 3/ 5/- AMPc . Langan cho rằng chất ức chế trongoperon là histon- một protein kiềm tính mang điện dương, ngược lại operator mang điện tíchâm (vì nó là acidnucleic) do đó histon bám vào operator theo lực hút tĩnh điện. Khi phức hợphormone Receptor xâm nhập vào tế bào đích chúng sẽ hoạt hoá enzyme adenylaxyclase đểchuyển hoá ATP thành 3/ 5/- AMPc . 3/ 5/- AMPc lại hoạt hoá enzyme histonkinase lúc nàyhiston được phosphoryl hoá sang dạng histonphosphate. Chất này mang điện tích âm do đóchúng bị đẩy khỏi operator. Kết quả tiếp theo giống như giả thiết I (hình 4.15)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 118 http://www.ebook.edu.vn
  • 125. Hình 4.15. Sơ đồ cơ chế tác dụng lên gen (theo Langan) 4. Một số hormone và vai trò của chúng 4.1. Adrenalin và và Nor adrenalin Adrenalin và và Nor adrenalin là hai hormone của miền tuỷ thượng thận có bản chất làdẫn xuất của acid amin Tyrosine, có vai trò điều hoà hàm lượng đường trong máu khi hàmlượng đường này giảm. Nor adrenalin có chức năng giống như Adrenalin nhưng có hoạt lựcthấp hơn. Quá trình tổng hợp Adrenalin và Nor adrenalin như sau: Khử cacboxyl Hydroxyl hoá Metyl hoá Tyrosine ------------> Tyramin ------------> Noradrenalin --------> Adrenalin - CO2 + 2 OH + CH3 Tyrosine Tyramin Noradrenalin AdrenalinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 119 http://www.ebook.edu.vn
  • 126. Khi Adrenalin được tiết vào máu nó sẽ gây lên một loạt đáp ứng ở động vật có xươngsống như tăng áp lực của máu nhất là vành ngoại vi, tăng nhịp tim, tăng co bóp tim, tănglượng máu đi ra và tăng huyết áp. Ở cơ trơn, nó làm thư giãn cơ tử cung, cơ bàng quang, cơhọng, cơ chu trình của ruột và cơ bao bọc tiểu phế quản của phổi. Tác dụng nổi bật và quan trọng nhất về mặt hoá sinh của Adrenalin làm tăng tốc độphân giải glycogen ở cơ để tạo lactat và tăng sự phân giải glycogen ở gan để tạo ra glucoseđưa vào máu để làm ổn định hàm lượng đường trong máu khi hàm lượng này bị giảm. Hiệuứng này năm 1950 đã được E.W. Sutherland phát hiện khi ông trộn Adrenalin với mô ganđược cắt nhỏ nhưng còn nguyên vẹn thì thấy glucose xuất hiện trong môi trường dịch treo.Cũng từ quan sát này người ta đã tìm ra 3/,5/- AMP vòng và cơ chế tác dụng của Adrenalinvới các công trình nghiên cứu của C.F. Cori, E.G. Krebs, E.H.Fisher, E.W. Sutherland. Adrenazin chẳng những kích thích sự phân giải glycogen mà nó còn ức chế sự tổng hợpglycogen thông qua việc ức chế hệ thống enzyme glycogen-syntetase. Kết quả đều nhằm mụcđích tăng hàm lượng glucose trong máu. Ngoài tác động thúc đẩy sự phân giải glycogen ở ganđể tạo thành glucose, ở cơ, ở xương để tạo thành lactat, nó còn kích thích lipase trong các tếbào lipid để phân giải triacylglyxerol tạo thành các acid béo gắn với abumin huyết thanh. Về cơ chế tác động của Adrenalin và Nor adrenalin là tác động lên màng, thông qua cácReceptor đặc hiệu của chúng, từ đó tác động lên hệ thống enzyme Adenylatcyclase để tạothành 3/,5/- AMP vòng. Receptor của Adrenalin ở tế bào đích có hai loại α và β. Tuỳ theo mỗi loại màAdrenalin có tác dụng khác nhau. Đối với Receptor α ở tế bào da, sự đáp ứng của Adrenalinthể hiện ở sự co liên kết (sự sợ hãi làm mặt bị tái nhợt), trong khi đó với Receptor β, sự đápứng của Adrenalin lại là sự dãn mạch (sự hứng phấn làm má ửng hồng). Khi ngừng tiết Adrenalin của miền tuỷ thượng thận thì việc gắn Adrenalin lên màng tếbào cũng bị gián đoạn. 3/,5/- AMP vòng không được tạo ra nữa, số còn lại thì bị phân huỷ bởienzyme phosphodiesterase. Các tiểu đơn vị của protein kinase lại kết hợp trở lại thành phứchợp không có hoạt tính xúc tác và mọi trạng thái trở lại bình thường. Adrenarin được phângiải ở gan do enzyme monoamin oxydase. 4.2. Glucagon: Glucagon còn được gọi là hyper glycemia-glycogenolytic hormone (hormone làm tăngsự phân giải glycogen). Glucagon là hormone do tế bào anpha của đảo Langerhans của tuyến tuỵ tiết ra, nó làmột polipeptide gồm 29 gốc acid amin: H2N - His. Ser. Glu. Gly. Tyr. Phe. Tyr. Ser. Asp. Tyr. Ser. Lyz. Tyr. Leu.Asp. Ser.Arg.Arg. Ala. Glu. ASP. Phe. Val. Glu. Try. Leu. Met. ASP. Tyr. Khi mới tiết ra ở dạng proglucagon không có hoạt tính có thêm 8 gốc acid amin ở đầuCOOH, tức là có 37 acid amin. Trước khi đổ vào máu nó tự cắt bỏ 8 gốc acid amin này và trởthành glucagon có hoạt tính. Tác dụng của glucagon giống như Adrenalin nhưng chúng chỉphát huy tác dụng ở gan, nó phân giải glycogen ở gan để đẩy mức glucose huyết về mức bìnhthường, khi hàm lượng glucose trong máu giảm. Glucagon không phát huy tác dụng ở cơ. Cơchế tác dụng của nó giống như Adrenalin thông qua 3/,5/- AMP vòng. Glucagon được phângiải chủ yếu ở gan.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 120 http://www.ebook.edu.vn
  • 127. 4.3 Insuline Insuline là một hormone do tế bào β của đảo Langerhans của tuyến tuỵ tiết ra. Nó giữvai trò quan trọng trong quá trình điều hoà hàm lượng đường trong máu, nó làm giảm hàmlượng đường khi hàm lượng này tăng. 4.3.1. Cấu tạo hoá học, sự tổng hợp, dự trữ và sự tiết của Insuline Cấu trúc hoá học của Insuline được xác định từ năm 1953 do Sanger (giải thưởngNobel 1958). Insuline là một hormone protein gồm hai chuỗi với 51 acid amin (KLPT: 5.700dalton). Khi mới tiết ra dưới dạng proInsuline. ProInsuline gồm 3 chuỗi: Chuỗi A gồm 21acid amin, chuỗi B gồm 30 acid amin, giữa 2 chuỗi này có hai cầu nối disulfid. Ở chuỗi A có1 cầu disulfid. Giữa chuỗi A và B là chuỗi C. Chuỗi C gồm có 30 acid amin, nó được nối vớichuỗi A và B bởi 2 cặp acid amin kiềm tính (arg.arg và arg.Lyz) (hình 4.16). ProInsulinekhông có hoạt tính. Khi có nhu cầu về Insuline nó được enzyme peptinase cắt bỏ chuỗi C vàtạo thành Insuline có hoạt tính. Insuline ở những động vật khác nhau thì khác nhau chủ yếu ởchuỗi A và tập trung vào các acid amin 8,9,10, 12 và 14, còn chuỗi B hầu như giống nhau,khác nhau chủ yếu ở acid amin 30. Do đó có thể dùng khác loài song hiệu quả không cao. Sự tổng hợp Insuline. Polypeptide đầu tiên sản sinh ra Insuline là pre-proinsuline (tiền-tiền Insuline). Pre-proInsuline có chứa thêm một chuỗi khởi đầu gồm 23 acid amin. Chuỗi này có tác dụng nhưmột chuỗi tín hiệu hay còn gọi là chuỗi khởi đầu giúp cho Insuline được tổng hợp bởipolyribosom. Sự cắt ngắn pre-proinsuline thành proinsuline xảy ra trong lưới nội chất nguyênsinh. Sau đó proinsuline được chuyển tới các bể chứa của bộ máy Golgi. Ở đó nó được cắtchuỗi peptide C. Sự tạo thành Insuline từ proinsuline tiếp tục ở nang bài tiết. Ở đây chúngđược kết tinh với Zn2+ theo một trình tự nhất định. Khi nhận được tín hiệu nào đó gây ra sựtăng đường huyết, lúc này các bể chứa sẽ giải phóng Insuline và chuỗi C vào máu bởi hiệntượng ẩm bào. Ion Ca2+ giữ vai trò quan trọng trong việc giải phóng Insuline. Trong máu Insuline vàpeptide C chiếm khoảng 94%, còn proinsuline chiếm khoảng 6%. Lúc bình thường nồng độInsuline trong máu và trong các mô rất thấp đến nỗi những phương pháp tiêu chuẩn hoặc cácthực nghiệm sinh học khó thực hiện hoặc xem xét việc tiết cũng như ứng dụng của nó. Tuynhiên bằng phương pháp đồng vị phóng xạ cực nhạy người ta thấy máu có chứa khoảng 0,4μg Insuline trong một ml lit. Sau khi ăn thức ăn giàu đường Insuline có thể tăng 3-4 lần so vớimức kể trên. Tuyến tuỵ bình thường của người có chứa khoảng 10 μg Insuline, nhưng lượngtiết vào máu hàng ngày chỉ khoảng từ 1-2μg. Sự giải phóng Insuline khỏi tuyến tuỵ phụ thuộcvào nồng độ glucose trong máu và một số yếu tố khác. Khi glucose huyết tăng cao hơn bìnhthường thì các bể tiết tiến tới gần màng nguyên sinh chất của tế bào để tuôn vào máu Insuline(hình 4.17).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 121 http://www.ebook.edu.vn
  • 128. Chuỗi BPhe Val Asp Gly His Leu Cys Gly Ser His Leu Val Glu Ala Leu Tyr Leu Val Cys Gly Glu ARG S S Gly Phe S S Phe Tyr Chuỗi A Thr Ile Val Glu Gln Cys Cys Ala Ser Val Cys Ser Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys Asn Pro Gly S S LysArg AlaLys ArgGly ArgPro Glu Pro Chuỗi C Val Gly Glu Leu Gly Gly Ala Gly Pro Gly Gly Ala Leu Glu Leu Ala Gly Val Llu Pro Gly GluHình 4.16. Công thức cấu tạo của Proinsuline Nồng độ Insuline trong máu sau đó lại giảm tới mức bình thường trong chu trình nửagiờ hoặc 2 giờ sau bữa ăn. Khi tiết vào máu Insuline được vận chuyển bởi 1 loại protein vàmột phần với màng của hồng cầu. Sau khi hoạt động xong Insuline bị phân huỷ bởiInsulinease, quá trình này chủ yếu diễn ra ở gan và thận. Sự giải phóng Insuline cũng đượckích thích bởi mức độ tăng của acid amin và một số yếu tố đặc hiệu tiết ra từ dạ dày và ruột. Mô hình 4.17. Sơ đồ tổng hợp và bài tiết Insuline ở tế bào β của tuyến tuỵTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 122 http://www.ebook.edu.vn
  • 129. 4.3.2. Tác động của Insuline lên mô bào đíchTác dụng rõ ràng nhất của Insuline với động vật có vú là giảm nhanh chóng hàm lượngglucose trong máu khi hàm lượng này tăng, do việc tăng cường vận chuyển glucose vào máuqua tế bào cơ, gan, lipid. Insuline có tác dụng chuyển dạng của enzyme glycogen syntetase từkhông hoạt động sang trạng thái hoạt động để xúc tiến quá trình sinh tổng hợp glycogen từglucose ở tế bào cơ, tế bào gan. Đồng thời nó ức chế sự phân giải lipid. Một enzyme khácchịu tác động rõ rệt của Insuline là Hexokinase - enzyme có vai trò hoạt hoá glucosse.Glucose sau khi được hoạt hoá sẽ đi vào con đường cung cấp năng lượng cho tế bào và mộtphần tạo nguyên liệu cho quá trình tổng hợp lipid. Insuline còn thúc đẩy sự tổng hợp proteintừ các acid amin, đồng thời nó ngăn cản nhóm hormone Corticosteroid, do đó quá trình sinhmới glucose bị dừng lại. Về cơ chế tác động của Insuline là cơ chế tác dụng lên màng thông qua chất tiếp nhậnđặc hiệu của nó ở màng tế bào đích. Cuatracasas và cộng sự đã tách chiết được các proteinReceptor của Insuline từ các tế bào lipid khi dùng các chất tẩy không ion và đã tinh khiếtđược chúng bằng phương pháp sắc ký ái lực trên các hạt Insuline-agarose. Bằng sắc ký khí áilực với tính đặc hiệu cao của phản ứng giữa Insuline với chất tiếp nhận Insuline người ta đãthu được những phân tử chất tiếp nhận Insuline đã hoà tan, và đã tinh khiết được trên 250.000nhóm protein chất tiếp nhận Insuline có khối lượng phân tử khoảng 300.000 dal. Như vậyInsuline có nhiều chất tiếp nhận. Hình 4.18. Sơ đồ cấu trúc của chất tiếp nhận InsulineTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 123 http://www.ebook.edu.vn
  • 130. Chất tiếp nhận của Insuline là protein kinase đặc hiệu với Tyrosine, nó vận chuyển mộtgốc phosphate từ ATP để phosphoryl hoá gốc OH của Tyrosine. Bản thân chất tiếp nhận nàylà một một glycoproteid, gồm 2 chuỗi α (KLPT 130.000 dal). Chuỗi α nằm ở mặt ngoài màngvà chứa một vị trí đặc hiệu để nhận diện Insuline và kết hợp với nó và 2 chuỗi β (KLPT95.000 dal) nằm ở giữa màng, với gốc carboxyl (-COOH) ở phía dịch bào tương. Chuỗi β cóvùng hoạt động Tyrosine-kinase (hình 4.18) Hình 4.19. Cơ chế vận chuyển glucosse qua màng tế bào của Insuline Hình 4.19. Cơ chế vận chuyển glucosse qua màng tế bào của InsulineTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 124 http://www.ebook.edu.vn
  • 131. Khi Insuline kết hợp với chuỗi α, chuỗi β sẽ xúc tác cho phản ứng phosphoryl hoá gốctyrrozin đặc hiệu của bản thân mình. Phản ứng tự phosphoryl hoá ở vị trí xúc tác của chuỗi βđã làm tăng khả năng phosphoryl những gốc Tyrosine của những protein ở bào tương của tếbào đích. Sự kết hợp của Insuline với chất tiếp nhận của nó làm tăng tốc độ vận chuyểnglucosse qua màng tế bào (hình 4.19). Tác động của Insuline là trái ngược với 4 hormone: glucagon, Adrenalin,Glucocorticosteroid và hormone sinh trưởng của tuyến yên. Ngoài sự điều hoà trao đổiglucid, Insuline còn ảnh hưởng gián tiếp đến các quá trình trao đổi dinh dưỡng khác. Khithiếu Insuline thì ngoài sự làm tăng hàm lượng đường trong máu gây nên chứng dia betesmellidus (bệnh đường niệu), nó còn làm giảm hàm lượng glycogen ở cơ, ở gan, thể xton trongmáu tăng lên do sư ôxy hoá lipid tăng, mặt khác sự tổng hợp chúng lại giảm, tốc độ phân giảiprotein cũng tăng, điều này được thể hiện tăng lượng nitơ bài tiết theo nước tiểu và có sựchuyển hoá các acid amin thành glucose. Người ta có thể giải thích sự tăng phân giải lipid vàprotein là do tế bào thiếu năng lượng. Vì khi thiếu Insuline sẽ làm giảm độ thẩm thấu glucosecủa tế bào (hình 4.19), làm giảm hoạt lực của enzyme Hexokinase. Do đó thừa đường mà tếbào lại thiếu năng lượng. Tế bào phải lấy năng lượng từ lipid và protein. Sự giảm ôxy hoá glucose được chứng minh qua thí nghiệm với các đồng vị phóng xạ.Người ta đưa glucose đã được đánh dấu bằng C14 phóng xạ vào động vật thiếu Insuline, bằngcon đường đo hoạt tính phóng xạ của khí CO2 thở ra có thể xác định được sự oxy hoá glucosetrong cơ thể. Người ta chỉ thấy một phần rất nhỏ của C14 trong khí CO2 thở ra, khi con vậtđược tiêm Insuline thì C14 trong khí CO2 thở ra tăng lên rõ rệt. 4.4. Tốc độ trao đổi chất cơ bản và hormone tuyến giáp. Tốc độ trao đổi chất cơ bản (BMR) là tốc độ tiêu thụ oxy được đo trên đối tượng sống ởtrạng thái nghỉ hoàn toàn nhưng không phải là trạng thái ngủ. Cách này được thực hiện ởtrạng thái sau bữa ăn ít nhất là 2 giờ. BMR được biểu hiện bằng kilocalori nhiệt lượng đượctạo ra hoặc thể tích oxy được tiêu thụ bởi 1 m2 trong 1 giờ. Vì nó quan hệ trực tiếp giữa nănglượng giải phóng từ sự đốt cháy các chất dinh dưỡng và lượng oxy được tiêu thụ, điều nàyđược thể hiện qua phương trình hô hấp RQ (Respiratory quaotient). CO2 RQ = ------- O2 Chỉ số RQ của một số chất dinh dưỡng như sau (bảng 4.2). Bảng 4.2. Chỉ số RQ của một số chất dinh dưỡngNhiên liệu RQ W tạo ra của 1g Lượng O2 tiêu tốn nhiên liệu (Kcal) (lit)Glucid 1,00 4,18 5,05Lipid 0,71 9,46 4,69Protein 0,80 4,32 4,46Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 125 http://www.ebook.edu.vn
  • 132. Hormone điều hoà trao đổi chất cơ bản là hormone của tuyến giáp bao gồm 2 chất chínhsau là: Triiodotyronin T3 (L 3,5, 3/ triiodotyronin) và Tetraiodtyronin (Thyroxin) T4 (L 3,5,3/5/ - tetraiodotyronin) Khi giảm hoạt động của tuyến giáp thì sự trao đổi chất cơ bản giảm xuống, sự bài tiếtnitơ giảm. Ngược lại khi tăng hoạt động của tuyến giáp thì sự trao đổi chất cơ bản tăng, sự bàitiết nitơ tăng. Những thay đổi trong việc sản xuất hormone của tuyến giáp của con người đềudẫn tới những trạng thái bệnh lý sau: Khi nhược năng tuyến giáp dẫn đến chứng đần độn và phù niêm (myxoedema) ở trẻnhỏ, còn ở người lớn là phù niêm. Những nét đặc trưng của bệnh là tầm vóc lùn, phát triểnchậm, tính lạnh lùng, nói chậm, hoạt động trí óc thấp, mặt tròn, lưỡi to, môi sưng dày. Ngoàira còn có triệu chứng phì, ăn mất ngon. Khi ưu năng tuyến giáp là kết quả của sự sản xuất hormone tăng lên của tuyến giáp. Cáctriệu chứng của trạng thái này là sự trao đổi chất cơ bản tăng cao, cơ thể gầy đi nhanh, nhịptim cao, tăng tốc độ chảy máu, đôi khi xảy ra lồi mắt, bản thân tuyến giáp tăng to lên(Struma). Bệnh bướu cổ là do sự lớn lên với mức độ cao của tuyến giáp. Cơ sở của bệnh này là sựxâm nhập không đầy đủ iod vào cơ thể, do vậy mà lớp biểu bì tuyến giáp tăng một cách đều,bệnh này thường gặp ở các địa phương mà trong thức ăn, nước uống thiếu iod. Hoạt động tăng lên hay giảm xuống của tuyến giáp phụ thuộc vào yếu tố có ảnh hưởngtới những hoạt động của nó: Hệ thần kinh trung ương ảnh hưởng đến sự trao đổi chất bằng sựthay đổi hoạt động của tuyến giáp, nó tác động thông qua hormone tyreotropin (TSH) củatuyến yên, hormone này một mặt làm tăng sự tích luỹ iod trong tuyến giáp mặt khác có thểlàm tăng các tế bào nội tiết hipeplazi của tuyến giáp từ đó làm tăng sự hoạt động của tuyếnnày. Sự tiêu thụ oxy của hầu hết các mô bào, đều bị ảnh hưởng của hormone tuyến giáp trừnão, tốc độ tiêu thụ ôxy của não không bị ảnh hưởng bởi trạng thái của tuyến giáp. Thyroxin và 3,5,3/ triiodtyronin là những dẫn xuất iod của Tyrosine. Mặc dù Thyroxinđược tạo ra nhiều hơn triiodtyronin nhưng triiodtyronin lại có hoạt tính cao hơn 5-10 lần. Người ta đã chứng minh được rằng các iodua khi xâm nhập vào cơ thể đều được tuyếngiáp thu hút rất mạnh, so với nồng độ của các iodua trong máu thì nồng độ của chúng trongtuyến giáp lớn hơn tới 25-500 lần. Từ các iodua, nhờ khả năng oxy hoá của tuyến giáp tạothành iod. Từ các iod thu được này dưới ảnh hưởng của enzyme đặc hiệu mà nó iod hoáTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 126 http://www.ebook.edu.vn
  • 133. (IOD) các gốc Tyrosine của tireo Globulin. Cần nhớ rằng điều này không xảy ra đối vớiTyrosine tự do trong tuyến giáp mà nó chỉ riêng cho Tyrosine trong protein của tireoglobulin.Tireo globulin đã được iod hoá sẽ được catepxin đặc hiệu của tuyến giáp phân giải để tạothành đồng thời Thyroxin và triiodtyronin. Ở máu Thyroxin và triiodtyronin được liên kết vớichất vật chuyển là TBG (Thyroxin binding globulin). Sau khi hoạt động xong chúng đượcphân giải bởi enzyme dehydrogenase giải phóng iod, iod này được xâm nhập lại để tái sửdụng. Ở một số trường hợp chứng đần độn được di truyền vì ở những người này không cónhững enzyme đặc hiệu tham gia trong quá trình sản xuất hormone của tuyến giáp như trườnghợp không có enzyme oxy hoá các iodua thành iod, một số trường hợp lại không có enzymengưng tụ các iod tironin thành Thyroxin, hoặc không có enzyme dehydrogenase nên không cóquá trình tái sử dụng được iod, kết quả là mất iod dẫn đến thiếu Thyroxin. Về cơ chế tác dụng: Cơ chế chính xác về sự kích thích tiêu thụ oxy của Thyroxin chưađược rõ, nhưng người ta đã biết Thyroxin thúc đẩy sự làm tăng nồng độ của một vài enzymecó liên quan đến hô hấp, đặc biệt là glyxerol -3-phosphate dehydrogenase của ty thể, mộtenzyme dehydrogenase có chức năng trong chuỗi hô hấp. Người ta thấy rằng trong trườnghợp những con chuột bị ưu năng tuyến giáp thì chỉ số P/O giảm (tức là năng lượng đi vào tíchluỹ tạo thành ATP giảm và tạo ra nhiệt năng tăng). Tác dụng này cũng được chứng minh cảtrong invidro, khi cho thêm Thyroxin hoặc triiodtyronin thì tỷ số P/O trong các ty thể của gangiảm xuống, trong khi đó sự sử dụng oxy lại tăng lên. Ngoài ra Thyroxin còn gây nên sự biếnthái của nòng nọc, bằng phương pháp phóng xạ người ta thấy rằng Thyroxin phóng xạ gắn rấtmạnh với chromatin ở tế bào gan của nòng nọc, điều đó dẫn tới giả định cho rằng chức năngcủa Thyroxin làm nới lỏng các gen đặc hiệu. YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG IV : HORMONE Khái niêm, vai trò sinh học của hormone và mối liên hệ thần kinh -thể dịchPhân loại hormone. Cơ chế tác dụng của hormoneCâu 1: Khái niệm, bản chất và vai trò của hormone?Câu 2: Hormone là gì? Vai trò sinh học của Hormon?Câu 3: Phân loại hormone? Cho biết nguyên lý về cơ chế tác dụng của hormone?Câu 4: Receptor và các thông tin nội bào?Câu 5: Cơ chế tác dụng thông qua màng của hormon?Câu 6: Cơ chế tác dụng thông qua gen của hormone?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 127 http://www.ebook.edu.vn
  • 134. CHƯƠNG V TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 1. Trao đổi vật chất là gì? Bất cứ một sinh vật nào cũng tồn tại trong một môi trường nhất định, có không gian vàthời gian nhất định và có quan hệ chặt chẽ với môi trường mà nó sống. Sinh vật và môi trườnglà một hệ thống thống nhất, nó chịu sự chi phối của môi trường, dựa vào môi trường để sống,đồng thời chúng tác động vào môi trường, gây ảnh hưởng tới môi trường. Hiện tượng trao điđổi lại đó người ta gọi là trao đổi vật chất (t.đ.v.c). Sinh vật muốn tồn tại được là nhờ trao đổivật chất. Quá trình này tiến hành không ngừng từ lúc hình thành cơ thể ở dạng phôi bào đếnlúc già và chết. Trao đổi vật chất là tiêu chuẩn quan trọng nhất của hiện tượng sống (trừ trạngthái tiềm sinh). Giới vô cơ cũng có t.đ.v.c nhưng qua đó nó bị hao mòn. Trái lại thông quat.đ.v.c mà giới sinh vật sinh sôi nảy nở và phát triển. Sự khác biệt về chất lượng này xuất pháttừ khả năng t.đ.v.c ở sinh vật có sự chọn lọc và cải biến các yếu tố ngoại cảnh, nó hấp thunhững yếu tố cần thiết của môi trường và biến hoá những yếu tố đó thành dạng thích hợp chocơ thể để phát triển. Trao đổi vật chất bao hàm những nội dung gì? Sinh vật thực hiện t.đ.v.c. với môitrường mà nó sống, nó lấy từ môi trường những yếu tố dinh dưỡng, khí O2, H2O, khoáng.. mộtcách có chọn lọc và đào thải ra môi trường những yếu tố không cần thiết từ trong cơ thể, trongquá trình tiếp nhận và đào thải đó sinh vật tác động qua lại với ngoại cảnh theo hai hướng, haiquá trình gắn chặt với nhau đó là quá trình đồng hoá và quá trình di hoá. Quá trình đồng hoá gồm những bước sau: Chọn lọc những yếu tố từ bên ngoài (lúc này chọn lọc có tính chất thô qua thị giác,thính giác, xúc giác, vị giác...như con vật ăn thức ăn) Xử lý để hấp thu (quá trình tiêu hoá hấp thu), sau quá trình này các yếu tố ngoại cảnh đãđược chuyển vào nội mô. Từ các yếu tố chọn lọc đó, sinh vật kiến tạo nên những yếu tố của cơ thể (enzyme,khángthể...) để duy trì sự tồn tại và phát triển. Quá trình đồng hoá có tính chất xây dựng, thông qua quá trình này các yếu tố ngoạicảnh đã biến thành các yếu tố của cơ thể. Các nguyên liệu thức ăn lấy từ môi trường bênngoài vào đã biến thành những chất thích hợp, đặc trưng cho cơ thể. Từ những yếu tố đó, sinhvật xây dựng cải tạo các mô bào, các hoạt chất của cơ thể. Đối với người và gia súc, quá trìnhđồng hoá là quá trình sử dụng các nguyên liệu từ thức ăn thu được để tạo nên các mô bào. Song song với quá trình xây dựng này, trong cơ thể sinh vật luôn luôn có quá trình thứhai, đó là quá trình dị hoá. Quá trình dị hoá: Từ trong cơ thể ngay từ bước chọn lọc xử lý để hấp thu cơ thể sinh vật đã loại thảinhững yếu tố không cần thiết, quá trình này được tiếp tục thực hiện trong từng tế bào để loạithải những yếu tố không cần thiết già cỗi ra ngoài dưới dạng những chất đào thải. Quá trìnhTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 128 http://www.ebook.edu.vn
  • 135. phân giải các chất có hiện tượng giải phóng năng lượng, năng lượng này được dùng vào cácquá trình sống của cơ thể. Hai quá trình này xét khái quát thì có vẻ mâu thuẫn, nhưng xét về logic thì đây là haiquá trình mâu thuẫn nhưng thống nhất với nhau, là hai mặt khăng khít của một vấn đề. Đây làhai quá trình tiến hành song song trái ngược nhau, nhưng hỗ trợ lẫn nhau, không có đồng hoáthì không có dị hoá và ngược lại. Thật vậy, quá trình đồng hoá tạo ra mọi thành phần của cơthể trong đó có những enzyme xúc tác. Có những enzyme này thì những phản ứng phân giảicủa quá trình dị hoá mới tiến hành được, nhưng mọi phản ứng tổng hợp ở cơ thể đều cần đếnnăng lượng được sản sinh ra do quá trình dị hoá. Ngoại cảnh (môi trường) đối với một sinh vật là tất cả những gì bao quanh sinh vật đó,gồm những yếu tố thuận lợi cũng như yếu tố cản trở sự tồn tại của nó. Muốn duy trì và pháttriển, mỗi động vật phải thích nghi, phải khai thác được những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại. Đồng hoá và dị hoá được đặc thù ở từng loài, giống, giới, tiến tới từng cá thể sinh vật.Cách đồng hoá, dị hoá đặc trưng đó người ta gọi là kiểu trao đổi vật chất (k.t.đ.v.c). Vậy kiểutrao đổi vật chất là cách sử lý tiếp thu các điều kiện ngoại cảnh một cách đặc thù, cách thựchiện các phản ứng hoá sinh đặc thù. Chính kiểu trao đổi vật chất là cơ sở của khái niệm loàivà giống, loài giống khác nhau là do kiểu trao đổi vật chất khác nhau. Những biến đổi trongtiến hoá chính là những biến đổi về k.t.đ.v.c. Kiểu trao đổi vật chất có nền tảng vật chất cụ thể là các hệ thống enzyme hay nói khácđi kiểu trao đổi vật chất được quyết định bởi các hệ thống enzyme đó, enzyme có bản chất làprotein nên chính protein quyết định kiểu trao đổi vật chất. Enzyme hay protein là hệ thống cókhả năng biến đổi thích nghi thông qua những ảnh hưởng kéo dài của ngoại cảnh, đó chính lànền tảng của sự tiến hoá, của lai tạo giống. Khi điều kiện môi trường đã ổn định thì kiểu hoạtđộng của các hệ thống enzyme đó ổn định và được lưu lại trong hệ thống di truyền, trong cấutrúc của DNA, nên kiểu trao đổi vật chất là một hệ thống ổn định chứ không cố định và có thểthay đổi tuỳ theo mức độ thay đổi của môi trường. Quá trình trao đổi vật chất ở động vật được thể hiện ở sơ đồ sau (Hình 5.1). 2. Trao đổi năng lượng Một sinh vật muốn tồn tại được cần phải có năng lượng. Cơ thể sống khác cơ bản vớivật không sống là đòi hỏi sự chi phí liên tục về năng lượng để thực hiện quá trình sống. Sốnglà quá trình chống lại Antropi ΔS ( ΔS = q/T - nguyên lý thứ hai của nhiệt động học). Antropilà hàm trạng thái, nó chỉ chiều hướng diễn biến của các quá trình. Chiều hướng của các quátrình tự diễn là luôn hướng về phía đạt tới trạng thái cân bằng, tức là theo chiều hướng thủtiêu khả năng sinh ra công, hay là san bằng thừa số cường độ (thừa số không có cộng tính nhưnhiệt độ, nồng độ, áp suất...) tức là làm cho Antropi đạt tới cực đại. Quá trình sống cũng tuânthủ theo quy luật này, do đó cơ thể sinh vật muốn duy trì trạng thái sống thì đòi hỏi phải cónăng lượng để duy trì Antropi ở trạng thái cực tiểu. Muốn vậy nó phải khai thác năng lượng từcác yếu tố ngoại cảnh như thức ăn, nước uống. Sinh vật là một hệ thống mở, trong cơ thể bao giờ cũng tiến hành đồng thời hai loạiphản ứng toả nhiệt và thu nhiệt, nên Antropi bao giờ cũng ở trạng thái cực tiểu. Trong nhiệt động học ta biết: ΔG = ΔH + T. ΔS. Trong đó ΔG là biến đổi năng lượngtự do của hệ thống (tức là năng lượng có khả năng sinh ra công); ΔH là nhiệt lượng toả ra hayTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 129 http://www.ebook.edu.vn
  • 136. thu vào hệ thống, T là nhiệt độ tuyệt đối của quá trình. ΔS là biến đổi Antropi. Do cơ thể làmột hệ thống mở có trạng thái ổn định nên ΔS coi bằng 0. Do đó biến đổi năng lượng tự docủa quá trình gần giống như hiệu quả nhiệt tức là ΔG ≈ ΔH và trong thực hành người ta đánhgiá giá trị năng lượng của quá trình qua nhiệt lượng (đơn vị là Jun, calo..). Hình 5.1. Sơ đồ của quá trình trao đổi vật chất ở động vật Protein Glucid Lipid Giai đoạn I Acid amin Đường đơn Glyceral Acid béo (Glucose) (Tiêu hoá, hấp thu) Acid Pyruvic Giai đoan II( Chuyển hoá trung gian) Acetyl CoA Giai đoạn III Chu trình ( Oxy hoá) Krebs CO2 2H+ H 2O Chuỗi hô hấp ATPTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 130 http://www.ebook.edu.vn
  • 137. 2.1. Sinh vật sống bằng năng lượng gì? Tất cả sinh vật trên trái đất đều sống bằngnăng lượng chuyển đổi điện tử của nguyên tử hydro, theo con đường oxy hoá khử. Dựa theo cách khai thác năng lượng từ nguồn dinh dưỡng hữu cơ chứa cacbon, người tachia sinh vật thành hai nhóm: Nhóm tự dưỡng (Autotrophe): Nhóm này gồm có quang dưỡng: sống bằng năng lượngánh sáng mặt trời và hoá dưỡng: sống bằng năng lượng hoá học (oxy hóa S, Fe ...) Nhóm dị dưỡng (Heterotrophe): sống bằng năng lượng của sinh vật khác. Nhìn chung nguồn gốc năng lượng mà sinh vật trên trái đất sử dụng là năng lượng ánhsáng mặt trời thông qua quá trình quang hợp của cây xanh (diệp lục) mà quang năng đã biếnthành hoá năng: hν 6 CO2 + 6 H2O -------------- > C6H12O6 + 6 O2 Diệp lục Xét về mặt năng lượng C6H12O6 là vật chứa năng lượng (dự trữ hoá năng). Trong quátrình quang hợp, năng lượng của lượng tử ánh sáng đã chuyền cho e của diệp lục, e của diệplục nhận được hν đã chuyển lên mức năng lượng cao hơn, từ trạng thái mức năng lượng caođó nó di chuyển qua các thành viên của quá trình phosphoryl hoá-quang hoá như feredoxyl,xytocrom b, f... Trong quá trình chuyển dịch như vậy nó "nhả" năng lượng, năng lượng nàyđược các thành viên trên tích luỹ vào ATP (biến ADP thành ATP), khi trở về mức năng lượngthấp (mức năng lượng ban đầu) nó trở lại diệp lục. Từ các ATP này mà tế bào cây xanh tổnghợp được C6H12O6 từ CO2 và H2O (trong pha tối ). Hydro nằm trong phân tử nước có điện tử ở mức năng lượng thấp, khi ở phân tử đườngđiện tử của nó ở mức năng lượng cao hơn, chính năng lượng ánh sáng đã được tích luỹ ở điệntử có mức năng lượng cao này. Toàn bộ quá trình khai thác năng lượng ở sinh vật dị dưỡngchỉ là quá trình đưa điện tử có mức năng lượng cao trở về bậc năng lượng ban đầu. Số nănglượng dư thừa đó đã được chuyển sang các dạng cần cho quá trình sống (nhiệt năng, ATP...).Quá trình khai thác năng lượng này được gọi là quá trình oxy hoá khử sinh học và được thựchiện bởi một cơ chế gọi là chuỗi hô hấp hay còn gọi là sự hô hấp mô bào. 2.2. Sự hô hấp mô bào (quá trình oxy hóa-khử sinh học) Đây là cách khai thác năng lượng các hợp chất hữu cơ bao quát nhất của sinh vật dịdưỡng, trong đó e cao năng của hợp chất hữu cơ được hạ thấp dần mức năng lượng, số nănglượng dự trữ được giải phóng ra và được cất giữ dưới hình thức thích ứng tuỳ theo từng sinhvật mà trước hết là vào các liên kết phosphoryl cao năng (∼ P ). Quá trình oxy hóa khử sinh học là gì? bản chất nó không khác gì các quá trình oxy hóakhử hoá học tức là quá trình trao đổi điện tử: A -e + B A+ + B -e ( A là chất khử, B là chất oxy hóa ). Tuy nhiên quá trình oxy hóa-khử sinh học, sở dĩ là sinh học vì: Quá trình diễn ra từ từ, do đó năng lượng toả ra không mãnh liệt, không ào ạt, biến đổinăng lượng tự do của hệ thống không lớn, không gây ảnh hưởng tới môi trường tế bào.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 131 http://www.ebook.edu.vn
  • 138. Quá trình xảy ra do enzyme xúc tác, do một hệ thống enzyme bố trí liên hoàn với nhauthành một chuỗi, một dây chuyền nên có tên gọi là chuỗi hô hấp. Quá trình diễn ra trong môi trường nước (môi trường hoạt động của enzyme). Năng lượng toả ra phần lớn được cất giữ vào các liên kết cao năng như ATP, UTP... Sựtích luỹ hay toả nhiệt phụ thuộc vào yêu cầu của mô bào. Chuỗi hô hấp được phân bố ở màng trong của ty lạp thể, màng của diệp lạp thể, màngcủa vi sinh vật. Ty lạp thể (midochondrie) có thể ví như trạm điện của cơ thể. Cấu tạo của nó gồm màngngoài (không có vai trò về năng lượng), màng trong gồm nhiều nếp gấp để tăng diện tích, nóliên quan tới số lượng chuỗi hô hấp điều này phụ thuộc vào chức năng của từng loại mô bào.Giữa hai lớp màng là khoảng không gian và trong cùng là phần chất nền, ở đây có DNA riêngcủa ty lạp thể (hình 5.2.). Hình 5.2. Cấu tạo của ty lạp thể ( midochondrie)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 132 http://www.ebook.edu.vn
  • 139. Các thành viên của chuỗi hô hấp: Một số enzyme dehydrogenase: ứng với các cơ chất khác nhau có các coenzyme NAD+,NADP+, FAD+... Hệ thống vận chuyển điện tử bao gồm: Hệ thống ubiquinon (UQ). Hệ thống cytocrome như b, c1, c, a. a3... Nhóm sắt không hem (Feredoxin). Chuỗi hô hấp được biểu diễn theo sơ đồ sau (hình 5.3). H+ H+ H+ H+ H+ e e e e e H NAD+ NADH2 FAD+ FADH2 UQ S e H e e e e H+ H+ H+ H+ H+ H+ e e e e e UQ Xyt b Xytc Xytaa3 Xytc1 1/2 O O- H2O e e e e e H+ Hình 5.3. Sơ đồ của chuỗi hô hấp Cơ chất là chất cho các cặp H+ cao năng, cho năng lượng ví dụ các acid béo, các phân tửđường... R CH CH COOH H H ----------> cặp hydro có thể cho Trước hết cơ chất bị tách H+ do enzyme Dehydrogenase tương ứng, thường bắt đầu từDehydrogenase có nhóm ghép là NAD+ (Nicotin amid Adenin Dinucleotide) (hình 5.4).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 133 http://www.ebook.edu.vn
  • 140. NAD+ sau khi nhận cặp H+ và e thành NADH2, nó lại trở thành đối tượng tác động củaenzyme Dehydrogenase có nhóm ghép là FAD+ (Flavin Adenin Dinucleotide) (hình 5.5). Hình 5.4. NAD nhận cặp Proton và điện tửTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 134 http://www.ebook.edu.vn
  • 141. Hình 5.5. FAD nhận cặp Proton và điện tử FAD+ nhận được cặp H+ chuyển thành FADH2, FADH2 lại chuyển cặp H+ và e cho UQ(hình 5.6).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 135 http://www.ebook.edu.vn
  • 142. Hình 5.6. Ubiquinone nhận cặp Proton và điện tử Từ UQ cặp H đi ra ngoài môi trường, cặp e đi qua hệ thống cytocrome. Cytocrome +nhận e, nguyên tử sắt từ Fe+3 thành Fe+2, đến cytocrome a3 nó sẽ hoạt hoá 1/2O2 thành O-, O-kết hợp với cặp H+ từ UQ chuyển vào thành H2O. Hình 5.7. Sắt trong cytocrome ở dạng oxy hoá và dạng khử. Ở các loài vi khuẩn yếm khí, chất nhận cặp Proton và e không phải là O2 mà mỗi loài vikhuẩn yếm khí có chất nhận đặc trưng riêng. Ví dụ tế bào men rượu chất nhận là aldehytaxetic để trở thành rượu ethylic. CH3 - CHO + NADH2 CH3 - CH2OH + NAD+ Chuỗi hô hấp phân bố ở màng trong của ty lạp thể về mặt không gian đây là nơi tiếp xúcvới phần chất nền là nơi thực hiện quá trình oxy hoá các hợp chất hữu cơ. Một số enzyme như xantin oxydase sau khi nhận cặp e và Proton nó chuyển cho O2 tạothành H2O2 - là chất còn giầu về năng lượng, đây là chất độc đối với cơ thể vì nó phân ly tạora oxy nguyên tử [O]. Oxy nguyên tử có tính oxy hoá cao làm phá vỡ các màng sinh vật, cơthể giải độc chúng bằng cách tiết enzyme catalase phân giải chúng thành nước và oxy phân tử: Catalase 2 H2O2 -------------------> 2H2O + O2Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 136 http://www.ebook.edu.vn
  • 143. 2.3. Quá trình phosphoryl hoá (quá trình tích luỹ năng lượng) Năng lượng giải phóng ra trong quá trình hô hấp mô bào, một phần toả ra dưới dạngnhiệt năng sưởi ấm cơ thể, một phần được tích luỹ lại thông qua quá trình phosphoryl hoá.Đây là quá trình quan trọng vì thông qua đó đã tạo ra các hợp chất cao năng mà điển hình làchất ATP (Adenozin triphosphate) (hình 5.8). Hình 5.8. Cấu trúc phân tử ATP Gốc acid phosphoric mất đi một nhóm OH thì gọi là gốc phosphoryl OH OH - OH HO P O ~p O OH OH Acid phosphoric Gốc phosphoryl Khi nó nhận một chất nào đó thì chất đó gọi là chất được phosphoryl hoá, ví dụ chất A: OH OH A + ~p O A~p O OH OH Quá trình phosphoryl hoá được thực hiện bởi enzyme phosphopherase (enzyme vậnchuyển phosphate) hay còn gọi là kinase. Quá trình tích luỹ năng lượng trong cơ thể động vậtthông qua phản ứng phosphoryl hoá được thực hiện theo 2 cách: Cách 1: phosphoryl hoá bậc cơ chất: Ví dụ từ acid 1,3 di P glyxeric (hình 5.9). Hình 5.9. Phosphoryl hoá bậc cơ chất Quá trình tách gốc phosphate cao năng (∼ P) từ cơ chất không qua quá trình trao đổi e,quá trình này hiệu quả khai thác năng lượng không cao. Cách 2: phosphoryl hoá - oxy hoá ( quá trình tạo ATP do sự chuyển đổi e xảy ra trongchuỗi hô hấp). Vấn đề đặt ra là năng lượng được giải phóng ra trong quá trình hô hấp từ cáccặp e cao năng làm thế nào để gắn được vào gốc phosphoryl (∼ P) để biến ADP thành ATP?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 137 http://www.ebook.edu.vn
  • 144. Quá trình phosphoryl hoá - oxy hoá là một quá trình rất độc đáo trong hệ thống khaithác năng lượng của tự nhiên. Người ta đã xác định được vị trí thực hiện quá trình này, đó làmàng trong của ty lạp thể, màng của diệp lạp thể, màng của VSV. Ở tất cả những màng nàyđều có một cấu trúc đặc biệt gọi là cấu trúc hình nấm, ở ty lạp thể cấu trúc này hướng vào bêntrong chất nền, ở diệp lạp thể hướng ra bên ngoài. Màng thực hiện quá trình phosphoryl hoá - oxy hoá gọi là màng "hợp diễn"(couphingmembrane) tức là màng thực hiện đồng thời hai quá trình: oxy hoá cho năng lượngvà phosphoryl hoá để tích luỹ năng lượng đó (hình 5.10). Đặc điểm của màng hợp diễn là: Trong màng tỷ lệ protein/lipid = 2/1; Chiều dày củamàng ổn định và bằng khoảng 70-90 A0; Trong màng có chứa chuỗi hô hấp đồng thời cóchứa hệ thống enzyme để thực hiện quá trình phosphoryl hoá, tức là quá trình tích luỹ nănglượng do quá trình oxy hoá giải phóng ra. Quá trình đó tạo ra ATP nên hệ thống enzyme nàyđược gọi là adenozin triphosphatase (hay là ATPase). Hai quá trình oxy hoá và phosphorylhoá bao giờ cũng tiến hành đồng thời trong màng hợp diễn nên người ta gọi là 2 quá trình"hợp diễn". Bằng phương pháp đo thế năng oxy hoá hoàn nguyên và qua hệ số hô hấp P/O (P dùngđể este hoá và O tiêu thụ, người ta thấy rằng mỗi cặp e và Proton qua chuỗi hô hấp mang đủnăng lượng để lập được 3 ATP (P/O = 3), tức là: 2e + 2 H+ + O ------- > H2O O=1 3ADP + 3H3PO4 ------- > 3ATP P=3 Nghĩa là khi dùng một nguyên tử oxy cho quá trình hô hấp thì cơ thể thu được 3 ATP.Người ta cũng đã xác định được 3 vị trí tạo ra ATP, đó là: NAD FAD, Cytocrome bcytocrome c1 và cytocrome a a3. Từ H3PO4 làm thế nào thành gốc phosphoryl cao năng (∼ P) và tạo thành ATP? cónhiều giả thiết như lý thuyết màng hợp diễn hoá học của Lehninger năm 1972 (có hợp chấthoá học trung gian X,Y,Z nào đó nhận năng lượng của quá trình oxy hoá rồi chuyển cho gốcphosphoryl); Thuyết biến hình cấu trúc (có sự biến hình cấu trúc của một loại protein nào đóđể tạo ra thế năng rồi chuyền cho gốc phosphoryl), nhưng đều không có tính thuyết phục.Thuyết phục hơn cả là thuyết hoá thẩm thấu do Peter Midchell đề xướng năm 1962 và đượcSkonlatsov chứng minh năm 1972. Theo thuyết hoá thẩm thấu của Peter Midchell thì cặp Proton được tách ra từ cơ chất doenzyme Dehydrogenase, sau khi đến UQ được quay trở lại môi trường ngoài, cặp e được vậnchuyển tiếp xuyên qua màng vào trong. Như vậy nhờ hoạt động của chuỗi hô hấp đã tạo nên 2hệ quả quan trọng là: Thế hiệu điện tích (gradien e), màng trở thành một cái tụ điện với điện thế 90-140 von,với chiều dày 70-90 A0 thì đây là một chất cách điện tuyệt vời nhất trong tự nhiên. Gradien nồng độ H+, quá trình oxy hoá càng mạnh thì hàm lượng H+ ở mặt ngoài màngcàng lớn, chính gradien nồng độ H+ là nhân tố tích lại năng lượng nhiều nhất, nó là động lựcchính để gây là quá trình tổng hợp ATP.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 138 http://www.ebook.edu.vn
  • 145. Hình 5.10. Cấu trúc của màng “hợp diễn” và quá trình phosphoryl hoá-oxy hoáHình 5.11. Quá trình tạo ATP theo thuyết hoá thẩm thấu của Peter Midchell ở lạp thểTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 139 http://www.ebook.edu.vn
  • 146. Như vậy hoạt động hoá học đã dẫn tới hiện tượng bán thấm của màng về điện tích (nêngọi là hoá thẩm thấu), năng lượng của quá trình oxy hoá tích luỹ lại dưới dạng đầu tiên là mộtgradien nồng độ H+ và e. Nhưng từ thế hiệu đó làm thế nào để tích lại ở ATP? Người ta thấy rằng cấu trúc hìnhnấm của màng có một hệ thống H+ translocase vận chuyển H+ từ mặt ngoài màng vào trong đểlàm giảm gradien nồng độ H+, hệ thống này có 2 yếu tố F1 và F0, H+ đi qua yếu tố F0 và F1 .Khi qua F1 thì tạo ra ATP từ ADP và Pi. Một cặp H+ qua hệ thống H+ translocase cho ra 1ATP và 1 cặp e cho 3 ATP. Vấn đề tạo ra ATP khi H+ qua hệ thống H+ translocase như thế nào? có hai giả thiết: Giả thiết trực tiếp của Peter Midchell: Theo thuyết này khi cặp H+ đi qua F0 nó tác độngvào 1 oxy của H3PO4 tạo thành H2O và gốc phosphoryl cao năng (∼ P), ở F1 có sẵn ADP nósẽ kết hợp với gốc phosphoryl cao năng này (∼ P) để tạo thành ATP (hình 5.11). Giả thiết gián tiếp của Boyer: Theo thyết này việc vận chuyển H+ từ bên ngoài vàokhông có tác dụng trực tiếp tạo ra ATP mà nó tác dụng lên ATPase ở phần Fl làm biến đổi cấutrúc của nó làm cho ATP đã có sẵn ở đó được thoát ra ngoài. YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG V: TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Khái niệm, nội dung của trao đổi vật chất, kiểu trao đổi vật chất. Khái niêm vềtrao đổi năng lượng. Năng lượng sống của sinh vật. Sự hô hấp mô bào. Quá trìnhphotphoryl hoá.Câu 1: Khái niệm về trao đổi vật chất ở động vật? Cho biết sơ đồ của quá trình này?Câu 2: Thế nào là kiểu trao đổi vật chất ở động vật? Cơ sở vật chất của nó?Câu 3: Trình bày quá trình oxy hoá khử sinh học ở động vật (sự hô hấp mô bào)?Câu 4: Trình bày quá trình photphryl hoá - oxi hoá?Câu 5: Nêu vắn tắt các quá trình sinh hoá chủ yếu tạo ATP ở mô bào động vật?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 140 http://www.ebook.edu.vn
  • 147. CHƯƠNG VI GLUCID VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ GLUCID 1. Khái niệm và vai trò về glucid Glucid là những hợp chất hydratcacbon có chứa nhóm aldehyt hoặc ceton ở cácmonosacarid hoặc tạo thành những chất như vậy khi bị thuỷ phân. Là những chất đường bột,chất xơ, là nguồn dinh dưỡng quan trọng hàng ngày của mọi cơ thể sinh vật. Trong thực vậtglucid chiếm 80-90% vật chất khô, chúng được tạo ra do quá trình quang hợp, cơ thể động vậtkhông có khả năng này mà phải thu nhận trực tiếp glucid từ thực vật. Glucid chỉ chiếm 2% vậtchất khô của động vật, nhưng nó đóng vai trò quan trọng Vai trò: có hai vai trò chủ yếu của glucid đối với động vật là: Vai trò về năng lượng: 1 g glucid khi oxy hoá hoàn toàn cho 4,1 kcalo. Đối với ngườivà gia súc nói chung glucid cung cấp 60-70% nhu cầu về năng lượng cho cơ thể, đối với loàinhai lại như trâu bò dê cừu thì hầu hết nhu cầu về năng lượng là từ glucid. Glucid là chất dựtrữ năng lượng đầu tiên (trước protein và lipid), là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp,là nguồn năng lượng trực tiếp dễ dàng khai thác và ít gây biến cố nguy hại cho cơ thể. Vai trò về tạo hình: Từ glucose có thể chuyển hoá thành acid glucoronic là chất khử độc số một của cơ thể Từ glucose có thể amin hoá thành glucozamin hoặc tiếp tục được acetyl hoá thànhacetyl glucozamin, đây là 2 chất quan trong trong cấu trúc màng, nó tạo ra yếu tố chỉ định tínhkháng nguyên của màng (ví dụ màng của hồng cầu). Hình 6.1. Sự chuyển hoá của Glucose thành các hợp chất cấu tạo Acid hyalucoronic là chất "xi măng" có tác dụng gắn các tế bào với nhau, khi chất nàybị phân huỷ thì mô bào bị tan rã, enzyme phân huỷ chúng là hyalucoronidase (enzyme này cótính đặc hiệu theo loài). Heparin là chất chống đông máu. Các đường ribose và desoxiribose là thành phần cấu tạo của acid nucleic.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 141 http://www.ebook.edu.vn
  • 148. 2. Phân loại Glucid được phân loại thành hai nhóm lớn: Monosaccharide (ose, đường đơn) và loạiozid (loại đa đường) 2.1. Monosaccharide (ose, đường đơn) là đơn vị cấu tạo của glucid không bị thuỷ phânthành chất đơn giản hơn. Tuỳ theo số carbon trong liên kết hydrocarbon mà người ta phânthành các nhóm: 2.1.1. Triose: (C3H6O3). Đại diện là glyxerose (glyxeraldehydeyt) 2.1.2. Tetrose: (C4H8O4). Đại diện là erytrose, treose O O C H C H O C H H C OH HO C H H C OH H C OH H C OH CH CH 2 OH CH 2 OH 2 OH D .G ly x e r o s e D .e r y tr o s e D .tr e o s e 2.1.3. Pentose: (C5H10O5). Đại diện là ribose, desoxyribose, arabinose, xylose O O O O C H C H C H C H H C OH H C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D .ribose D .desox iribose D .arabinose D .xylose 2.1.4. Hexose ((C6H12O6). Đại diện là glucose, galactose, alose, manose O O O O C H C H C H C H H C OH HO C H H C OH H C OH C H HO C H HO C H H C OH HO H H C OH HO C H HO H C H OH C OH H H C OH H C OH HO H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D .m a n o se D .g a la c to se D .a lo se D .glu c o seTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 142 http://www.ebook.edu.vn
  • 149. Ngoài những chất monose có nhóm aldehydeyt kể trên còn có loại monose chứa nhómceton như ribulose, fructose CH 2 OH CH 2 OH C O C O HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH D.ribose D.fructose 2.2. Loại ozid (loại đa đường): là những glucid phức tạp do nhiều đường đơn ghép lại. Loại nàygồm hai nhóm lớn là holozid và heterozid. 2.2.1. Holozid: là loại đa đường khi thuỷ phân cho ra đường đơn, nên còn gọi là glucidđơn thuần. Nhóm này gồm có: Oligosaccarid (Oliose): có cấu trúc đơn giản gồm từ hai đến ba đường đơn nên còn gọilà disaccarid, trisaccarid. Polysaccarid (polyose): có cấu trúc phức tạp gồm nhiều đường đơn tạo thành. Nhữngđại diện chính là tinh bột, Glycogen, Cellulose, Hemicellulose... 2.2.2. Heterozid: là loại đa đường không thuần nhất, có cấu tạo phân tử và thành phầnphức tạp. Ngoài các đường đơn còn có các dẫn xuất của đường đơn như Hexozamin,Hexosunfat... Đại diện như mucopolysaccarid, chất điển hình như acid hyaluronic. Loại nàycó trong dịch bao khớp, trong thuỷ tinh thể của mắt và trong nhiều mô bào khác. Khối lượngphân tử khoảng 200-500 ngàn Dal, hoà tan trong dung dịch rất nhớt. Nhờ tính này nên acidhyaluronic được ví như chất “xi măng” gắn các tế bào trong mô. Đem thuỷ phân chất nàyngười ta được acetyl – glucozamin và acid glucoronic. Công thức cấu tạo như sau: CH 2 OH COOH O O O O NH CO CH 3 3. Tiêu hoá, hấp thu và dự trữ glucid ở động vật. 3.1. Tiêu hoá, hấp thu tinh bột Tinh bột là chất dự trữ glucid của thực vật, có nhiều trong các hạt ngũ cốc, các loại củnhư khoai sắn..., nó là nguồn năng lượng chính của động vật. Thành phần của tinh bột gồm:Amylose chiếm 20% khối lượng tinh bột và Amylopectin chiếm 80% khối lượng tinh bột.Chúng đều được cấu tạo từ các α-D - glucose. Ở Amylose các phân tử glucose liên kết vớinhau bằng liên kết α-D - glucoside 1-4. Ở Amylopectin ngoài liên kết α-D - glucoside 1-4,các phân tử đường còn liên kết với nhau bằng liên kết α-D - glucoside 1-6, khoảng cách giữaTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 143 http://www.ebook.edu.vn
  • 150. các liên kết glucoside 1-6 là từ 20 đến 25 phân tử glucose. Các phân tử glucose trongAmylose ở dạng thuyền nó tạo cho Amylose có dạng xoắn lò xo và tạo thành phức màu xanhvới iod nên iod là thuốc thử của tinh bột. Quá trình tiêu hoá tinh bột là quá trình thuỷ phân bởi enzyme glucozydase1-4(Amylase) và glucozydase 1-6. Có 4 loại glucozydase: α- Amylase: do tuyến nước bọt và tuyến tuỵ tiết ra có tác dụng cắt liên kết glucoside 1-4. dưới tác dụng của enzyme này tinh bột bị phân giải thành maltose và các dạng dextrin. β- Amylase: có ở thực vật, trong các hạt ngũ cốc lúc nảy mầm, dưới tác dụng củaenzyme này tinh bột bị phân giải thành maltose. γ- Amylase: có chủ yếu ở gan và ở vi sinh vật, có tác dụng cắt liên kết glucoside 1-4, cắttừng phân tử một, sản phẩm của nó là glucose. Glucozydase 1-6: có hoạt lực yếu ở nước bọt, mạnh ở tuyến tuỵ, nó cắt liên kếtglucoside 1-6. Ở miệng: Tinh bột bị tác dụng cơ học do bị nhai, nhào trộn, trương nở. Quá trình nàylàm tăng diện tích tiếp xúc giữa enzyme với cơ chất, ngoài ra tinh bột bị α- Amylase do tuyếnnước bọt tiết ra tác dụng, enzyme này cần có ion Ca++ tham gia và được hoạt hoá bởi ion Cl-,nó hoạt động trong môi trường gần trung tính pH = 6,7 - 7,2. Dưới tác dụng của α- Amylasetinh bột bị thuỷ phân thành đường maltose, và các dạng dextrin. Trong nước bọt còn cóenzyme maltase thuỷ phân maltose thành glucose. Ở dạ dày: không có enzyme tiêu hoá tinh bột, sự tiêu hoá tinh bột bị đình trệ vì môitrường acid ở đây do dịch vị làm tê liệt Amylase của nước bọt đưa xuống. Song với loài dạdày lớn và ăn nhiều một lúc như lợn thì phần tinh bột ở giữa khối thức ăn vẫn bị tiêu hoá doHCl chưa thấm vào. Ở ruột non: đây là nơi tiêu hoá kết thúc tinh bột. Ngoài Amylase, glucozydase 1-6,tuyến tuỵ còn tiết ra enzyme maltase, saccarase, lactase. Enzyme maltase thuỷ phân đườngmaltose, saccarase thuỷ phân đường saccarose, lactase thuỷ phân đường lactose. Dưới tácdụng của các enzyme kể trên tinh bột và các loại đa đường khác biến thành các đường đơnglucose, fructose, galactose. Maltose +H2O ------------------> 2D-glucose Maltase Lactose +H2O -------------------> D-galactose +D-glucose Lactase Sacarose +H2O --------------------> D-fructose +D-glucose SacaraseTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 144 http://www.ebook.edu.vn
  • 151. Trehalose +H2O --------------------> 2D-glucose Trehalase Từ các đường đơn đó, chúng được hấp thu qua tế bào vách ruột vào máu. Quá trình hấpthu đường diễn ra theo 2 cách: Hấp thu thụ động (theo sự chênh lệch về nồng độ), quá trình này không tốn năng lượng. Hấp thu chủ động (ngược gradien nồng độ) quá trình này tiêu tốn năng lượng của ATP.Tuy nhiên cả 2 cách đều cần có vật mang, vật mang thường là protein. Quá trình hấp thu chủ động thường gắn liền với hệ thống bơm Na và K. Khi các đường đơn vào tế bào vách ruột, tại đây chúng được đồng nhất hoá thànhglucose, nhờ enzyme isomerase. Glucose qua tế bào vách ruột vào mao mạch và hệ tĩnh mạch,qua tĩnh mạch cửa về gan, ở đó tuỳ theo yêu cầu mà glucose sẽ biến thành fructose,galactose... Ở gan glucose từ thức ăn vào được sử lý theo 2 hướng: Phần lớn theo hướng chuyển hoá thành lipid, một phần chuyển hoá thành glycogen đểdự trữ Sử dụng vào các nhu cầu như năng lượng, tạo thành các hợp chất cấu tạo... Quá trình sửdụng, glucose có thể vào máu để chở tới các mô bào. 3.2. Sinh tổng hợp glycogen Cấu tạo của glycogen: Glycogen là chất dự trữ glucid của động vật, có thể coiglycogen như là "tinh bột" của động vật, vì nó cũng gồm 2 liên kết α -D 1-4 và α-D 1-6glucoside, nhưng nó khác tinh bột ở chỗ là sự rẽ nhánh rậm rạp hơn, cứ cách 8-10 phân tửglucase có một liên kết nhánh α-D 1-6. Glycogen có nhiều ở gan ( chiếm 5-7% khối lượngcủa gan) ở cơ nó chiếm 2% khối lượng của cơ, do khối lượng cơ là lớn nên glycogen có ở cơlà chính. Hàm lượng này có thể biến động phụ thuộc vào dinh dưỡng và trạng thái sinh lý(đói, no, lao động, ngủ, thức...) Ở gan, cơ và nhiều mô bào khác có hệ thống enzyme chuyển hoá glucose thànhglycogen. Trong tế bào hệ thống enzyme đó phân bố ở tế bào chất và quá trình sinh tổng hợpglycogen diễn ra ở tế bào chất. Dưới tác dụng của các enzyme hexokinase, mutase vàtransglucozydase một loạt các phản ứng diễn ra như sau: 1/ Hoạt hoá glucose do tác dụng của gluco-kinase 2/ Đồng phân hoá dưới tác dụng của enzyme mutaseTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 145 http://www.ebook.edu.vn
  • 152. CH 2 -O-P CH 2 -OH O O M uta se O-P G luco 6-P G luco-1-P 3/ Hoạt hoá Glucose với UTP O NH CH 2 -OH N O O O O O H2 + -O P O -O P O P O C O O-P O- O- O- H H H H OH H G luco-1-P UTP 4/ Tạo Amylose: Dưới tác dụng của enzyme glycogensyntetase (hay trans glucozydase1-4) n phân tử UDP- glucose liên kết với nhau theo liên kết 1-4 glucoside tạo thành chuỗiamylose. 5/ Tạo Glycogen: Dưới tác dụng của enzyme transglucozydase 1-6, chuỗi Amylose cứcách 8-10 phân tử glucose sẽ có liên kết 1-4 chuyển thành liên kết 1-6. Kết quả tạo thành phântử glycogen có nhánh rẽ rậm rạp, các phân tử này tích tụ lại trong tế bào thành hạt.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 146 http://www.ebook.edu.vn
  • 153. Enzyme trans glucozydase 1- 4 tồn tại ở 2 trạng thái: Dạng I: Independant (độc lập, tự chủ) ở trạng thái này có hoạt lực. Dạng D: Dependant (phụ thuộc) không có hoạt lực. Hai dạng này có thể chuyển hoá chonhau, từ dạng I nếu được phosphoryl hoá thì sẽ chuyển thành dạng D và ngược lại. Điều khiếnquá trình này là hormone Insuline của tuyến tuỵ. Hormone này có vai trò chuyển hoá enzymenày từ dạng D sang dạng I làm tăng cường quá trình tổng hợp glycogen từ đó làm giảm hàmlượng đường trong máu. + ATP Dạng I < ===== > Dạng D - ATP 3.3. Sự phân giải glycogen Khi nhu cầu về năng lượng của cơ thể tăng lên, lượng glucose sẽ bị huy động và hàmlượng của nó ở trong máu bị hạ xuống, lúc đó gan sẽ giải phóng glucose từ glycogen để đưavào máu, giữ cho hàm lượng glucose trong máu được ổn định. Quá trình phân giải glycogen ởcơ cũng xảy ra nhưng nó chỉ chuyển hoá đến dạng glucose 6-P rồi đưa vào quá trình sử dụngchứ không thành glucose tự do để đưa vào máu. Glycogen ở gan được phân giải theo 2 cách: Cách 1: Phân giải theo con đường thuỷ phân bởi tác dụng của enzyme γ- Amylase vớisự tham gia của nước, cách phân giải này không đáng kể. Cách 2: Phân giải theo con đường phosphoryl hoá (phosphorolysis: phospho phân),cách phân giải này là chủ yếu. Quá trình này được thực hiện bởi một hệ thống enzyme mà chủ yếu là enzymephosphorylase "a". Dưới tác dụng của enzyme này quá trình phân giải diễn ra như sau: phosphorylase "a" mutase phosphateaseGly + H3PO4----------------------> Gl 1-P ----------> Gl 6-P ----------------- > Gl + H3PO4Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 147 http://www.ebook.edu.vn
  • 154. Hình 6.2: Loại gốc glucose đầu cuối không khử của chuỗi glycogen bởi hoạt động của glycogen phosphorylase. Quá trình này được lập đi lặp lại, kết quả là loại gốc glucose cho đến khi còn 4 gốc glucose tính từ điểm nhánh ( hình 6.3). Glucose được tách khỏi các nhánh của glycogen qua hoạt động của 2 enzyme: glycogenphosphorylase và phosphoglucomutase. Glycogen phosphorylase xúc tác phản ứng cắt liênkết ion α -1-4 glucoside. 2 gốc glucose trong glycogen dưới sự tấn công bởi phosphate vô cơ,tách gốc glucose cuối cùng tạo thành α -D- glucose 1- phosphate (hình 6.2). Phản ứngphospho phân này xảy ra sự huy động bên trong tế bào của glycogen dự trữ, khác với sự thuỷphân liên kết glucoside bởi amylase khi thoái hóa glycogen. Trong phospho phân, một sốnăng lượng của liên kết glucoside được giữ trong sự hình thành este phosphate, glucose 1-phosphate. Pyridoxal phosphate là yếu tố cần thiết trong phản ứng glycogen phosphorylase; nhóm phosphate của nó hoạt động như là sự xúc tác acid chung, làm tăng sự tấn công bởi Pi trên liên kết glucoside. Hoàn toàn khác vai trò của yếu tố pyridoxal phosphate trong trao đổi acid amin. Glycogen phosphorylase tấn công lặp lại trên các đầu không khử của các nhánh glycogen đến điểm còn 4 gốc glucose của điểm nhánh (α1-6). Ở đây sẽ ngừng hoạt động củaglycogen phosphorylase. Sự thoái hóa tiếp tục có thể xảy ra. Glycogen bị bẻ gãy gần các điểm nhánh ( α -1- 6) sau khi loại các gốc glucose đầukhông khử bởi glycogen phosphorylase (hình 6.2). Các gốc glucose gần nhánh được loại bỏtiếp bước hai nhờ hoạt động của enzyme “loại nhánh”. Đầu tiên hoạt tính transferase củaenzyme thay đổi vị trí cản trở của 3 gốc glucose kể từ nhánh gần đầu không khử, chúng đượctấn công lại trong liên kết (α1- 4). Sau đó gốc glucose đơn lẻ được loại ra bởi hoạt độngenzyme (α1-6) glucosidase. Chỉ sau khi hoạt động của enzyme “loại nhánh” oligo ( α 1-6) đếnTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 148 http://www.ebook.edu.vn
  • 155. ( α 1-4) glucotransferase, nó xúc tác cho 2 phản ứng để loại nhánh glucose-1-phosphate, sảnphẩm cuối của phản ứng glycogen phosphorylase sẽ được biến đổi thành glucose-6-phosphate bởi phosphoglucomutase, đây là phản ứng thuận nghịch. Glucose-1-phosphate glucose –6-phosphate Phosphoglucomutase đòi hỏi yếu tố glucose –1,6-diphosphate, vai trò của nó tương tựnhư 2,3-diphosphoglycerate trong phản ứng xúc tác bởi phosphoglycerate mutase (hình 6.2).Phosphoglucomutase giống phosphoglycerate mutase, chu trình giữa dạng phosphoryl hóa vàkhông phosphoryl hóa. Tuy nhiên trong phopshoglucomutase nhóm hydroxyl của gốc Sertrong trung tâm hoạt động thực hiện phosphoryl hóa trong vùng xúc tác. Enzyme phosphorylase tồn tại ở 2 trạng thái: Trạng thái hoạt hoá (phosphorylase "a") ở trạng thái này nó tồn tại ở cấu trúc bậc 4 gồm4 tiểu phần (tetrame). Trạng thái ức chế (phosphorylase "b") ở trạng thái này nó tồn tại ở cấu trúc 2 tiểu phần(dime). Hai trạng thái này có thể chuyển hoá cho nhau, từ dạng "b" nếu được phosphoryl hoáthì sẽ chuyển thành dạng "a" và ngược lại.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 149 http://www.ebook.edu.vn
  • 156. Hình 6.3: Glycogen bị bẻ gãy gần các điểm nhánh α -1- 6Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 150 http://www.ebook.edu.vn
  • 157. Protein kinase lại chịu sự tác dụng của 3/,5/- AMP vòng dưới sự điều tiết của Adrenalinvà glucagon. 3.4. Sự tiêu hoá và hấp thu chất xơ Chất xơ bao gồm nhiều nhóm, trong đó chủ yếu là cellulose và hemicellulose, ngoài racòn có lignin (vỏ bọc tế bào). Tỷ lệ các loại này khác nhau ở các loại rau cỏ và tuổi củachúng. Loại cỏ non hemi cellulose chiếm 30-40%, cellulose chiếm 60-70%. Khi cỏ giàcellulose chiếm 90% còn hemi cellulose chỉ chiếm 5-10%. Về cấu tạo: cellulose có cấu tạo từ β-glucose, các phân tử β- glucose liên kết với nhaubằng liên kết β- glucosid 1-4. Các phân tử β-glucose trong cellulose ở dạng ghế làm chocellulose có cấu trúc hình sợi. CH2 CH2 CH2 HO O O O O O OH n Hemicellulose là chất được cấu tạo từ các đường đơn không phải glucose như: pentose,hexose loại manose, galactose, fructose,... CH 2 -OH CHO CHO C O OH C H H C OH OH C H OH C H OH C H H C OH H C OH OH C OH H C OH H C OH H C OH CH 2 -OH CH 2 -OH CH 2 -OH Manose Galactose FructoseTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 151 http://www.ebook.edu.vn
  • 158. Lignin: là hợp chất phức tạp, thành phần chủ yếu là các acid xuất phát từ đường, nókhông tiêu hoá được. Chất xơ, bản thân động vật không thể tiêu hoá được vì chúng không tiết ra enzyme tiêuhoá chất xơ (enzyme cellulase). Nhưng trong quá trình tiến hoá của sinh vật, phần lớn độngvật ăn cỏ như trâu, bò, dê, cừu, thỏ, ngỗng... đã hình thành một khả năng thích nghi, đó là sựcộng sinh giữa chúng với vi sinh vật (VSV), chỉ có VSV mới có enzyme tiêu hoá chất xơ(enzyme cellulase). Sự cộng sinh này được tiến hành ở ống tiêu hoá mà điển hình là dạ cỏ loàinhai lại, manh tràng ở ngựa, thỏ, ngỗng.... Sự tiêu hoá chất xơ ở dạ cỏ Trong quá trình tiến hoá, dạ cỏ không chỉ là nơi chứa thức ăn, mà dạ cỏ còn tham gia rấttích cực vào quá trình tiêu hoá, có thể coi dạ cỏ là một túi lên men chất xơ. Quá trình đó theosơ đồ sau: Cellulase (VSV) Isomelase(VSV) lên men (VSV)Cellulose -------------> β-glucose <=========> α-glucose ------------> các acid béo bay hơi Các acid béo bay hơi là sản phẩm của quá trình lên men, đây là nguồn năng lượng chínhcho loài nhai lại (chiếm 60-80% nhu cầu về năng lượng của loài nhai lại). Quá trình tiêu hoánày được thực hiện bởi hệ VSV trong dạ cỏ. Hệ VSV trong dạ cỏ Về số lượng là rất lớn: nhóm vi khuẩn (Bacteria) có tới 109 con/gam chất chứa dạ cỏ,nhóm nguyên sinh động vật (Protozoa) có tới 105 - 106 con/gam chất chứa dạ cỏ. Về chủng loại chia làm 3 lớp lớn: Vi khuẩn (Bacteria) bao gồm: Trực khuẩn (Bacteria bacillus); Cầu khuẩn (Coccus);Xoắn khuẩn( Spirochera). Vi khuẩn chiếm số lượng lớn nhất trong hệ VSV dạ cỏ, phần lớnchúng là các VSV kị khí, là nhóm đóng vai trò chính trong tiêu hoá ở dạ cỏ, chúng có tácdụng phân giải cellulose thành các acid béo bay hơi. Nhóm nguyên sinh động vật (Protozoa): nhóm này cũng có hàng trăm chủng loại khácnhau, có tác dụng phân giải cellulose và đường bột thành các dạng đường dễ tiêu, tích luỹ Hình 6.4. Cấu tạo của thảo phúc trùng (protozoa)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 152 http://www.ebook.edu.vn
  • 159. trong tế bào (hình 6.4). Nhược điểm của nhóm này là chúng không có khả năng sử dụng NH3như vi khuẩn, nguồn nitơ đáp ứng nhu cầu của chúng chủ yếu là từ thức ăn và vi khuẩn nênchúng nuốt rất nhiều vi khuẩn, có nhiều quan điểm cho rằng nếu ức chế nhóm này sẽ làm tăngquá trình lên men xellolose do vi khuẩn không bị diệt. Nấm (Fungi): bao gồm nấm men và nấm mốc. Người ta cho rằng nấm có vai trò xâmnhập và tiêu hoá thành phần cấu trúc tế bào thực vật, làm giảm độ bền chặt của cấu trúc nàygóp phần làm tăng sự phá vỡ của các mảnh thức ăn khi được nhai lại, từ đó tạo điều kiện chovi khuẩn bám vào để phân giải cellulose. Một số nấm men có thể lên men đường glucose,chuyển hoá chúng thành CO2 và H2O và tổng hợp thành nhiều loại vitamin nhóm B. Dưới tác dụng của hệ VSV dạ cỏ, chất xơ bị phân giải thành α- glucose. α- glucose đitheo 2 hướng: Tích luỹ thành glycogen trong protozoa, đây là con đường phụ. Lên men là con đường chủ yếu. Lên men là quá trình phân giải glucose một cách phứctạp diễn ra trong điều kiện yếm khí. Quá trình này diễn ra trong tế bào VSV. Trong quá trìnhnày phân tử đường glucose biến thành các acid béo bay hơi. Đối với bản thân tế bào VSV đâylà cách khai thác năng lượng để sống, quá trình lên men là quá trình tạo ATP cho VSV, còncác acid béo bay hơi là sản phẩm thải loại của VSV sau khi đã dùng glucose. Những acid béonày là những chất dinh dưỡng hết sức quyết định đối với động vật nhai lại sau khi được hấpthu vào máu. Tỷ lệ về hàm lượng các acid béo bay hơi phụ thuộc vào hoạt động của VSV, mà sự hoạtđộng này lại phụ thuộc vào nguồn thức ăn và pH của dạ cỏ. Trong điều kiện tối ưu: pH dạ cỏbằng 6-7 thì những chủng VSV lên men acid axetic là chủ yếu, hàm lượng acid này là 60%,rồi đến acid propionic: 20%, acid butylic: 10%, acid valeic: 5% và acid lactic là rất ít. Yếu tố làm cho pH của dạ cỏ ổn định là nhờ các muối bicacbonat của nước bọt của loàinhai lại (nưóc bọt loài nhai lại có hàm lượng bicacbonat rất cao, lượng nước bọt tiết ra lạinhiều (100lit/ngày đêm). Các bicabonat vào dạ cỏ làm trung hoà acid béo tạo ra trong quátrình lên men: NaHCO3 + H+ --------- > Na+ + H2CO3 ---- > H2O + CO2 Như vậy lượng CO2 sinh ra khá nhiều, vì lý do nào đó mà không ợ được CO2 ra kịp thìsẽ sinh ra chứng chướng hơi dạ cỏ. Dạ cỏ hay những xoang tiêu hoá như vậy là nơi lý tưởng cho hệ VSV hoạt động vì ở đócó các điều kiện tối ưu đó là: Nhiệt độ: 38-39oC Yếm khí. Độ ẩm: 45-65% (độ ẩm này do nước uống và nước bọt ). pH thích hợp: 6,5-7,5. pH này có thể thay đổi do nhiều yếu tố nhất là do thức ăn: nếu ănthức ăn dễ tiêu thì quá trình lên men mạnh, lượng acid béo tăng lên pH sẽ giảm, ăn thức ăn ủchua pH cũng giảm, thức ăn nhiều protein pH sẽ tăng... Khi pH thay đổi do thức ăn thì tỷ lệcác acid béo bay hơi sẽ thay đổi và kéo theo sự thay đổi pH càng mạnh. Nếu acid lactic tănglên sẽ sinh ra ỉa chảy, acid butyric tăng sẽ sinh ra thể ceton huyết...Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 153 http://www.ebook.edu.vn
  • 160. Các acid béo được hình thành ở dạ cỏ, chúng thấm qua vách dạ cỏ vào máu và được sửdụng trực tiếp vào quá trình dinh dưỡng của loài nhai lại như cung cấp năng lượng, tổng hợpcác acid amin, tổng hợp lipid sữa và một phần trở thành glucose ở gan. 4. Sự chuyển hoá trung gian của glucose 4.1. Khái quát về sự chuyển hoá trung gian của glucose Glucose được máu chở tới các mô bào và được đưa vào tế bào nhờ hệ thống vận chuyểntích cực. Ở tế bào chất glucose được phân giải để dùng vào các nhu cầu của tế bào mà trướchết là nhu cầu về năng lượng. Trong cơ thể nơi sử dụng glucose nhiều nhất là cơ bắp. Xét về mặt chuyển hoá glucose ở cơ thể sinh vật có hai kiểu: Phân giải yếm khí và phângiải hiếu khí. Hai cách phân giải này đặc biệt chặt chẽ ở VSV. VSV phân giải yếm khí khi cóO2 thì không sống được, nếu là hiếu khí thì thiếu O2 cũng không sống được. Giữa hai giới đócó một giới trung gian dùng được cả hai cách phân giải trên đó là mô bào động vật. Ở VSV sự phân giải yếm khí glucose gọi là sự lên men, còn ở mô bào động vật gọi là sựđường phân. Hai quá trình đó giống nhau ở chỗ là đều phân giải glucose trong điều kiện yếmkhí và đều khai thác năng lượng tạo ATP cho tế bào, nó khác nhau ở chỗ là sự lên men diễn ratrong tế bào VSV, sản phẩm cuối cùng là những sản phẩm lên men như rượu ethylic (lên menrượu), acid axetic (lên men dấm), acid lactic (lên men sữa chua)... còn quá trình đường phânchỉ cho ra một sản phẩm duy nhất là acid lactic: C6H12O6 --------> 2 C3H6O3 + Q 4.2. Cách phân giải yếm khí glucose ở mô bào động vật - Quá trình đường phân(glycolysis) Trong quá trình đường phân (glycolysis - tiếng Hylạp glykys nghĩa là “ngọt” và lysisnghĩa là phân tách) phân tử glucose được phân giải trong các phản ứng xúc tác bởi enzymethành 2 phân tử pyruvate rồi chuyển thành 2 phân tử acid lactic kèm theo năng lượng đượcgiải phóng ở dạng ATP. Cho đến nay qúa trình đường phân đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Sự phát hiện đầu tiên của Eduard Buchner (năm 1897) về sự lên men nhờ dịch chiết củatế bào nấm men, các nghiên cứu chi tiết bởi Fridz Lipmann và Herman Kalekar (năm 1941)về vai trò trao đổi chất của các hợp chất cao năng như ATP trong quá trình trao đổi. Các phảnứng của quá trình lên men và đường phân trong dịch chiết của nấm men và cơ là trung tâmnghiên cứu hóa sinh và các enzyme tham gia xúc tác các quá trình này cũng đã nghiên cứu kỹ lưỡng. Trong cơ thể động vật có điều kiện yếm khí để xảy ra quá trình đường phân, đó lànhững mô bào mạch máu bị chèn ép, máu không lưu thông tới, nhất là những lúc lao động,điều kiện yếm khí càng tăng và quá trình đường phân diễn ra càng mạnh. 4.2.1. Quá trình đường phân gồm 2 pha. Bẻ gãy glucose 6 carbon thành 2 phân tử pyruvate 3 carbon xảy ra trong 10 bước, 5bước đầu được gọi là pha chuẩn bị (hình 6.5a). Trong các phản ứng này, glucose đầu tiên bịphosphoryl hoá ở nhóm Hydroxyl C-6 (bước ). D-glucose-6-phosphate sau đó tạo thành D-fructose-6-phosphate (bước ), tiếp tục bị phosphoryl hóa, lần này là ở C-1, tạo thànhTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 154 http://www.ebook.edu.vn
  • 161. fructose-1,6-diphosphate (bước ). Đối với cả 2 lần phosphoryl hóa, ATP là chất chophosphate.Hình 6.5. Hai pha của quy trình đường phân.. Fructose-1,6-diphosphate tiếp tục tạo thành 2 phân tử 3 carbon, dihydroxyacetonephosphate và glyceraldehyde-3-phosphate (bước ). Dihydroxylacetone phosphate được đồngphân hóa thành phân tử glyceraldehyde – 3- phosphate thứ 2 (bước ), đây là bước cuối cùngtrong pha đầu tiên của quá trình đường phân. Như vậy pha này đã sử dụng 2 phân tử ATP đểhoạt hóa phân tử glucose và cắt thành 2 phân tử 3 carbon.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 155 http://www.ebook.edu.vn
  • 162. Năng lượng trả lại trong pha hoàn trả của quá trình đường phân (hình 6.5): Mỗi phân tửglyceraldehyde- 3- phosphate bị oxy hóa và bị phosphoryl hóa bởi phosphate vô cơ (khôngbởi ATP) tạo thành 1,3-diphosphoglycerate (bước ). Năng lượng được giải phóng cũng như2 phân tử 1,3- diphosphoglycerate hình thành 2 phân tử pyruvate (bước và bước đến ).Năng lượng này được thực hiện bởi cặp phosphoryl hóa của 4 phân tử ADP thành ATP, trừ đi2 phân tử ATP được sử dụng trong pha chuẩn bị. Năng lượng của pha hoàn trả tạo thành 2phân tử NADH2 trên một phân tử glucose. Trong các phản ứng liên tục của quá trình đường phân, ba loại biến đổi hóa học đánglưu ý đặc biệt: (1) sự thoái hóa của bộ khung carbon của glucose thành pyruvate, (2) sựphosphoryl hóa của ADP thành ATP bởi hợp chất phosphate năng lượng cao tạo trong quátrình đường phân, và (3) sự chuyển các nguyên tử hydro hoặc các điện tử đến NAD+ tạothành NADH2. Sự phân giải sản phẩm pyruvate phụ thuộc vào loại tế bào và các trường hợptrao đổi chất. Phân giải pyruvate: Có 3 hướng trao đổi của pyruvate được tạo thành bởi quá trìnhđường phân. Trong các mô hoặc cơ thể hiếu khí thì quá trình đường phân tiếp tục chỉ ở bướcđầu trong sự thoái hóa của glucose (hình 6.6). Pyruvate được oxy hóa, mất một nhóm CO2,tạo thành nhóm acetyl của acetyl –CoA. Sau đó oxy hóa phức chất đến CO2 và H2O qua mộtchuỗi phản ứng của chu trình Krebs (Chu trình acid xitric) xảy ra trong ty thể. Năng lượng từcác phản ứng chuyển điện tử dẫn đến tổng hợp ATP trong ty thể. Hình 6.6: Ba khảnăng phân giải trao đổichất của pyruvate đượctạo thành trong pha hoàntrả của quá trình đườngphân. Pyruvate cũng làchất tiền thân trong nhiềuphản ứng yếm khí. Con đường thứ haiđối với sự trao đổi pyruvatelà sự khử nó thành lactate.Khi mô cơ, xương co cơmạnh phải làm việc trongđiều kiện yếm khí,pyruvate không thể bị oxyhóa vì thiếu oxy. Dưới điềukiện đó, pyruvate bị khửthành lactate. Chắc chắncác mô và các loại tế bào(võng mạc, não, hồng cầu)có sự biến đổi glucosethành lactate thậm chí dướiTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 156 http://www.ebook.edu.vn
  • 163. điều kiện hiếu khí. Lactate cũng là sản phẩm của quá trình đường phân dưới điều kiện yếmkhí trong vi sinh vật khi xảy ra sự lên men acid lactic (hình 6.6). Con đường thứ 3 đối với sự trao đổi của pyruvate dẫn đến tạo ethanol. Trong một sốmô thực vật và trong động vật không xương sống, sinh vật đơn bào và vi sinh vật như nấmmen bia, pyruvate được biến đổi yếm khí tạo thành ethanol và CO2, quá trình này được gọi làsự lên men rượu (alcohol) hay ethanol (hình 6.6) 4.2.2. Pha chuẩn bị của quá trình đường phân cần ATP. Pha này xảy ra 5 phản ứng: 1. Sự phosphoryl hóa của glucose. Trong bước đầu tiên của quá trình đường phân glucose được phosphoryl hóa ở C-6thành glucose-6-phosphate. ATP là chất cho phosphate (Hình 6.7). Hình 6.7. Phosphoryl hoá glucose Phản ứng này xảy ra trong tế bào và được xúc tác bởi hexokinase. Tên chung kinaseđược sử dụng cho các enzyme xúc tác chuyển nhóm phosphate cuối cùng từ ATP đến một sốchất nhận hexose, trong trường hợp của hexokinase các kinase nằm trong lớp transferase. Hexokinase xúc tác sự phosphoryl hóa không chỉ của D-glucose mà còn của cáchexokinase khác, như D-fructose và D-mannose. Hexokinase. Cũng giống như nhiều kinasekhác nó cần Mg2+ cho sự hoạt động, vì cơ chất thực sự của enzyme không phải là ATP 4- màlà phức hợp MgATP2- (xem hình 6.8). Hình 6.8: Sự tạo thành phức hợp Mg2+Hexokinase có mặt trong các tế bào của tất cả các loài. Tế bào gan cũng có dạng hexokinase gọi là hexokinaseD hoặc glucokinase. Các hexokinase khác nhau trong động học và các đặc tính điều hoà.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 157 http://www.ebook.edu.vn
  • 164. 2. Sự biến đổi của glucose - 6- phosphate thành fructose-6-phosphate. Phosphohexose isomerase (phosphoglucose isomerase) xúc tác sự đồng phân hóa củaaldolase, glucose - 6 - phosphate thành fructose – 6- phosphate(hình 6.9). Hình 6. 9. Đồng phân hoá glucose 6 - phosphate Đây là phản ứng thuận nghịch nên sự thay đổi năng lượng tự do nhỏ. Phosphohexoseisomerase cũng cần Mg2+ và đặc biệt cho glucose – 6-phosphate. 3. Sự phosphoryl hoá fructose 6-phosphate thành fructose 1,6-diphosphate Hình 6.10. phosphoryl hoá fructose 6- phosphate Đây là phản ứng thứ 2 quan trọng của quá trình đường phân, phosphofructokinase-1 xúctác chuyển nhóm phosphate từ ATP đến fructose 6- phosphate thành fructose-1,6-diphosphate(hình 6.10). Phản ứng này là không thuận nghịch dưới các điều kiện tế bào. Enyme xúc tác được gọilà phosphofructokinase –1 (PRK-1) phân biệt nó với enzyme thứ 2 (PFK-2) xúc tác cho sự tạothành fructose –2,6-diphosphate từ fructose –6-phosphate.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 158 http://www.ebook.edu.vn
  • 165. Trong một số vi khuẩn và vi sinh vật đơn bào và trong cả thực vật, cóphosphofructokinase sử dụng pyrophosphate (PPi) mà không sử dụng ATP như là chất chonhóm phosphate trong sự tổng hợp của fructose –1,6 – diphosphate. Mg 2 + Fructose-6-phosphate + PPi → Fructose-1,6-diphosphate + Pi ( ΔG 0 = -14KJ/mol) Phosphofructokinase –1 giống hexokinase là enzyme điều hoà, nó là điểm chính của sựđiều hoà trong quá trình đường phân. Hoạt tính của PFK-1 tăng khi sự cung cấp ATP của tếbào suy giảm hoặc khi có sự vượt trội của các sản phẩm ATP bị bẻ gãy như ADP và AMP.Enzyme ức chế mỗi khi tế bào có nhiều ATP và khi nó được cung cấp tốt bởi các nhiên liệukhác như acid béo. Fructose –2,6-diphosphate, tương tự cấu trúc đối với sản phẩm của phảnứng này, nhưng không phải là chất trung gian trong quá trình đường phân, mà là chất kíchthích có hiệu lực của cả hai enzyme phụ thuộc ATP và phụ thuộc PPi. 4. Cắt fructose 1,6- diphosphate Enzyme fructose-1,6-diphosphate aldolase thường được gọi đơn giản là aldolase, xúctác trở lại sự ngưng tụ aldol. Fructose-1,6- diphosphate được cắt thành 2 triose phosphatekhác nhau là glyceraldehyde –3- phosphate và dihydroxyacetone phosphate (hình 6.11) Hình 6.11. Cắt Fructose 1,6- diphosphate Aldolase của mô động vật có xương sống không đòi hỏi cation hóa trị hai, nhưng trongnhiều vi sinh vật aldolase là enzyme có Zn2+. Mặc dầu phản ứng aldose có sự thay đổi nănglượng tự do chuẩn lớn trong hướng cắt, trong các tế bào nó có thể tiến hành nhanh chóng theocác hướng khác nhau. Trong suốt quá trình đường phân các sản phẩm phản ứng (2 triosephosphate) được di chuyển nhanh bởi bước 2 tiếp theo, phản ứng hướng theo chiều cắt. 5. Sự chuyển hóa lẫn nhau của các triose phosphate. Chỉ một trong 2 triose phosphate được tạo thành là aldose glyceral dehyde–3-phosphatecó thể được biến đổi với các bước phản ứng tiếp của quá trình đường phân. Tuy nhiên,dihydroxy acetone phosphate lại nhanh chóng biến đổi thành glyceraldehyde-3-phosphate bởienzyme thứ 5 của quá trình đường phân, triose phosphate isomerase (hình 6.12). Phản ứngnày kết thúc pha chuẩn bị của quá trình đường phân, trong đó phân tử hexose bị phosphorylhóa ở vị trí C-1 và C-6 và sau đó tạo thành 2 phân tử glyceral dehyde-3-phosphate. Cáchexose khác như D- fructose, D-manose và D-galactose cũng biến đổi thành glyceral dehyde–3- phosphate.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 159 http://www.ebook.edu.vn
  • 166. Hình 6.12. Sự chuyển hóa lẫn nhau của các triose phosphate 4.2.3. Pha hoàn trả của quá trình đường phân tạo ATP. Pha hoàn trả của quá trình đường phân bao gồm sự biến đổi năng lượng các bướcphosphoryl hóa trong đó một số năng lượng tự do của phân tử glucose bị biến đổi tạo thànhATP. Cần nhớ rằng một phân tử glucose tạo thành 2 phân tử glyceral dehyde-3 phosphate. Cả2 phân tử này sau đó đi vào pha thứ 2 của quá trình đường phân. Sự biến đổi 2 phân tửglyceral dehyde -3 phosphate thành 2 phân tử pyruvate kèm theo sự tạo thành 4 phân tử ATPtừ ADP. Vì có 2 phân tử ATP được sử dụng trong pha chuẩn bị của quá trình đường phân đểphosphoryl hóa 2 đầu cuối của phân tử hexose. 6. Sự oxy hóa glyceral dehyde-3- phosphate thành 1,3 –disphospho glycerate. Giai đoạn đầu trong pha hoàn trả của quá trình đường phân là sự oxy hoá, sự biến đổi Hình 6.13. Sự oxy hoá glyceral dehyde-3- phosphateglyceral dehyde-3- phosphate thành 1,3 – diphosphate glycerate được xúc tác bởi glyceraldehyde-3 – phosphate dehydrogenase (hình 6.13). Đây là phản ứng đầu tiên của các phản ứngbiến đổi năng lượng của quá trình đường phân dẫn đến sự hình thành ATP. Nhóm aldehydecủa glyceraldehyde 3- phosphate được dehydrogenase hóa, không tạo thành nhóm carboxyl tựdo mà tạo thành acid carboxylic anhydride với acid phosphoric. Loại này của anhydride đượcTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 160 http://www.ebook.edu.vn
  • 167. gọi là acyl phosphate có năng lượng tự do chuẩn rất cao khi thuỷ phân ( ΔG 0 = -49,3 KJ/ mol).Rất nhiều năng lượng tự do của sự oxy hóa nhóm aldehyde của glyceraldehyde-3-phosphateđược biến đổi bởi sự tạo thành của nhóm acyl phosphate ở C-1 của 1,3-diphosphate glyxerate. Hình 6.14: (a) Mô tả chi tiết phản ứng glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Trongbước (1) tạo thành liên kết hóa trị thiohemiacetal giữa cơ chất và nhóm sulfhydryl của gốc cys trongtrung tâm hoạt động của enzyme. Chất trung gian cơ chất này bị oxy hóa bởi NAD+ (bước (2) biến đổinó thành chất trung gian liên kết hóa trị acyl-enzyme, thioester. (bước (3)) Liên kết giữa nhóm acyl vànhóm thiol của enzyme. Trong bước (4) liên kết thioester trải qua phản ứng phân ly acid phosphoric(tấn công bởi Pi), giải phóng enzyme tự do và tạo thành acyl phosphate (1,3-diphosphate glyceral) (b)Iodoacetate là chất ức chế có hiệu quả của glyceraldehyde -3- phosphate dehydrogenase vì nó tạothành liên kết cộng hóa trị với nhóm -SH chủ yếu của trung tâm hoạt động enzyme, làm nó bất hoạt.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 161 http://www.ebook.edu.vn
  • 168. Chất nhận hydrogen trong phản ứng glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase làcoenzyme NAD+, dạng oxy hóa của nicotinamide adenine dinucleotide. Sự khử NAD+ đượctiến hành bởi enzyme chuyển ion hydrro (:H-) từ nhóm aldehyde của glyceral dehyde 3phosphate đến chu trình nicotinamide của NAD+ tạo thành coenzyme dạng khử. Nguyên tửhydro khác của phân tử cơ chất xuất hiện trong dung dịch như H+(hình 6.14 a). Sự oxy hóa glyceral dehyde-3-phosphate bao gồm sản phẩm trung gian trong đó cơ chấtlà liên kết cộng hóa trị với enzyme (hình 6.14a). Nhóm aldehyde của glyceral dehyde-3-phosphate phản ứng đầu tiên với nhóm –SH của Cys chủ yếu trong trung tâm hoạt động củaenzyme. Phản ứng này tương ứng với sự tạo thành của hemiacetal nhưng trong trường hợpnày sản phẩm là thiohemiacetal. Sự phát hiện ra glyceral dehyde-3-phosphate dehydrogenasebị ức chế bởi iodoacetate (hình 6.14 b) là rất quan trọng trong lịch sử nghiên cứu quá trìnhđường phân. NADH2 tạo thành trong bước này của quá trình đường phân phải được oxy hóa lại thànhNAD+. Các tế bào có số lượng giới hạn NAD+ và quá trình đường phân có thể thiếu đến mộtnửa NAD+ là do NADH2 không được oxy hóa trở lại. Các phản ứng trong đó NAD+ đượcphục hồi yếm khí sẽ được miêu tả chi tiết sau. 7. Chuyển phosphate từ 1,3 –diphosphoglycerate đến ADP. Enzyme phosphoglycerat kinase chuyển gốc phosphate năng lượng cao từ nhómcarboxyl của 1,3 –diphosphoglycerate đến ADP, tạo thành ATP và phosphoglycerate (hình6.15). Hình 6.15. Tạo ATP từ 1,3 –diphosphoglycerate 8. Sự biến đổi của 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate. Enzyme phosphoglycerate mutase xúc tác chuyển thuận nghịch nhóm phosphate giữaC-2 và C-3 của glycerate –Mg2+(hình 6.16).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 162 http://www.ebook.edu.vn
  • 169. Hình 6.16. Tạo 2-phosphoglycerate 9. Sự loại nước của 2-phosphoglycerate thành phoshoenolpyruvate. Phản ứng đường phân thứ hai tạo ra hợp chất với khả năng chuyển nhóm phosphate ởmức cao được xúc tác bởi enolase. Enzyme này làm tăng khả năng loại phân tử nước củaphosphoglycerate tạo thành phosphoenolpyruvate (hình 6.17) Hình 6.17. Tạo phosphoenolpyruvate 10. Chuyển gốc phosphate từ phosphoenolpyruvate đến ADP. Bước cuối cùng trong quá trình đường phân là chuyển gốc phosphate từphosphoenolpyruvate đến ADP, xúc tác bởi pyruvate kinase (hình 6.18). Hình 6.18. Tạo ATP từ phosphoenolpyruvate Trong phản ứng này, sự phosphoryl hóa cơ chất - sản phẩm pyruvate xuất hiện đầu tiênở dạng enol. Dạng enol nhanh chóng hỗ biến và không tồn tại mà tạo thành dạng ceto củaTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 163 http://www.ebook.edu.vn
  • 170. pyruvate, dạng này chiếm ưu thế ở pH7. Phản ứng pyruvate kinase về cơ bản không thuậnnghịch dưới điều kiện nội bào. Pyruvate kinase đòi hỏi có K+ và Mg2+ hoặc Mn2+. Nó giữ vịtrí quan trọng của sự điều hoà (hình 6.19). Hình 6.19. Sự hỗ biến của pyruvate 4.2.4. Sự cân bằng tổng thể và làm tăng ATP Chúng ta có thể xây dựng sự cân bằng đối với quá trình đường phân để tính toán cho (1)số phận khung carbon của glucose, (2) sự đi vào của Pi và NAD+ và sự đi ra của ATP và (3)con đường của các điện tử trong các phản ứng oxy hóa khử phía tay trái của sự cân bằng giớithiệu tất cả sự đi vào của ATP, NAD+, ADP và Pi (tham khảo hình 6.5) và phía tay phải giớithiệu tất cả sự đi ra (cần lưu ý rằng mỗi phân tử glucose tạo thành 2 phân tử glyceral dehyde-3-phosphate): Quá trình đường phân được điều hoà chặt chẽ. Khi nghiên cứu sự lên men của glucose bởi nấm men, Louis Pasteus đã phát hiện rarằng cả tốc độ và tổng số glucose tiêu thụ tăng lên nhiều lần dưới điều kiện kị khí. Nhữngnghiên cứu sau đó ở cơ cho thấy chính sự khác nhau lớn về tốc độ của quá trình đường phândưới điều kiện kị khí và hiếu khí là cơ sở hóa sinh của “hiệu ứng Pasteus”. Sự tạo thành ATP từ quá trình đường phân dưới điều kiện kị khí (2ATP với một phântử glucose) là nhỏ hơn nhiều khi oxy hóa phân tử glucose đến CO2 dưới điều kiện hiếu khí (38hoặc 39 ATP cho một phân tử glucose). Như vậy, khoảng 19 lần glucose nhiều hơn bị tiêu thụở điều kiện kỵ khí so với hiếu khí để tạo thành cùng lượng ATP. Sự biến đổi liên tục của glucose qua con đường đường phân được điều hoà để thực hiệnhằng số mức độ ATP (đáp ứng yêu cầu của các hợp chất trung gian của đường phân phục vụvai trò sinh tổng hợp). Sự yêu cầu điều chỉnh tốc độ quá trình đường phân được thực hiện bởisự điều hoà của 2 enzyme đường phân: phosphofructokinase-1 và pyruvate kinase. Cả 2enzyme được điều hoà allosteric giao động từng giây trong sự cân bằng của tế bào giữa sự tạothành và sự tiêu thụ ATP. Glucose + 2ATP + 2NAD + 4ADP+ 2Pi → 2pyruvate + 2ADP + 2H+ + 4ATP + 2H2O Nếu cân bằng 2 phía, chúng ta nhận được cân bằng tổng thể đối với quá trình đườngphân dưới các điều kiện hiếu khí. Glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2 pyruvate + 2NADH2 + 2H+ + 2ATP + 2H2OTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 164 http://www.ebook.edu.vn
  • 171. Hai phân tử NADH2 tạo thành bởi quá trình đường phân trong tế bào là điều kiện hiếukhí tái oxy hóa thành NAD+ bởi sự chuyển điện tử của chúng đến chuỗi hô hấp, mà trong cáctế bào nhân chuẩn là ở ty thể. Ở đây các điện tử cuối cùng được chuyển đến O2. 2NADH2 + 2H+ +O2 → 2NAD+ + 2H2O Điện tử chuyền từ NADH2 đến O2 trong ty thể cung cấp năng lượng cho tổng hợp ATPbởi sự phosphoryl hóa trongchuỗi hô hấp. Tổng thể của quá trình một phân tử glucose tạo thành 2 phân tử pyruvate (con đườngcarbon). Hai phân tử ADP và 2Pi được biến đổi thành 2 phân tử ATP (con đường các nhómphosphate) 4điện tử (2 ion hydride) được chuyển từ 2 phân tử glyceraldehydeyt-3- phosphateđến 2NAD+ (con đường điện tử). 4.2.5. Biến đổi pyruvate dưới điều kiện kị khí và hiếu khí. Pyruvate là sản phẩm của quá trình đường phân, nó đóng vai trò quan trọng trong sự dịhóa saccharide. Dưới điều kiện hiếu khí, pyruvate bị oxy hóa thành acetate, nó đi vào chutrình acid citric và bị oxy hóa thành CO2 và nước. NADH2 được tạo thành bởi sự loại hydrocủa glyceral dehyde-3-phosphate, được tái oxy hóa thành NAD+ bởi chuyển điện tử của nóđến O2 trong quá trình hô hấp của ty thể. Tuy nhiên, dưới các điều kiện yếm khí (ví dụ như cơ, xương hoạt động nhiều, hay cácthực vật ngập dưới nước hoặc các vi khuẩn lên men lactic, NADH được tạo ra bởi quá trìnhđường phân không thể là tái oxy hóa bởi O2. Sự thiếu hụt tái tạo NAD+ có thể làm cho tế bàokhông có chất nhận điện tử oxy hóa glyceraldehyde-3-phosphate và các phản ứng khác. Các tế bào sớm nhất trong sự phát triển của sự sống trong không khí hầu như không cóoxy và có các chiến lược phát triển xảy ra ngoài quá trình đường phân dưới các điều kiện hiếukhí. Tốt nhất là duy trì được khả năng NAD+ tái tạo liên tục suốt quá trình kị khí bởi chuyểncác điện tử từ NADH2 đến sản phẩm khử cuối cùng như lactate hoặc alcohol. Pyruvate là chất nhận điện tử cuối cùng trong sự lên men acid lactic. Khi các mô động vật không được cung cấp đầy đủ oxy để oxy hóa hiếu khí pyruvatevà NADH2 được tạo thành trong quá trình đường phân, NAD+ sẽ được tái tạo lại từ NADH2bởi sự khử của pyruvate thành lactate. Trong những mô khác nhau và các loại tế bào (võngmạc, não, hồng cầu) cũng tạo ra lactate từ glucose dưới các điều kiện hiếu khí; lactate là sảnphẩm chính của sự trao đổi chất trong hồng cầu. Sự khử pyruvate được xúc tác bởi lactacdehydrogenase tạo thành L-izomer của acid lactic (latate ở pH7) (hình 6.20).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 165 http://www.ebook.edu.vn
  • 172. Hình 6.20. Sự khử pyruvat thành lactat Nói chung sự cân bằng của phản ứng này thiên nhiều về sự tạo thành lactate bởi sự thayđổi năng lượng tự do chuẩn âm tính lớn. Trong quá trình đường phân, sự dehydrogen hóa của 2 phân tử glyceraldehyde-3-phosphate từ một phân tử glucose tạo thành 2 phân tử NADH2. NADH2 được dùng để khử 2phân tử pyruvate thành 2 phân tử lactate và 2 phân tử NAD+. NADH2+ không đưa cặp Protonvào chuỗi hô hấp. Mặc dù có 2 bước oxy hóa khử biến đổi glucose thành lactate, không có sự thay đổi giátrị trong bước oxy hóa của carbon: trong glucose (C6H12O6) và acid lactic (C3H6O3), tỷ lệ H:C là như nhau. Tuy nhiên, một số năng lượng của phân tử glucose được tách ra bởi sự biếnđổi của nó thành lactate, đủ cho sự tạo thành 2 phân tử ATP. Lactate được tạo thành bởi cáccơ hoạt động của các động vật có xương sống có thể tái tạo lại, nó chuyển ra trong máu rồiđến gan, ở đây nó được biến đổi thành glucose. Bản chất của hiện tượng này như sau: ở nhữngvận động viên chạy nước rút, oxy không cung cấp đủ cho tế bào để oxy hóa pyruvate để tạothành ATP, mô cơ lúc đó phải sử dụng glycogen dự trữ như là nhiên liệu để tạo thành ATPbởi sự đường phân, với lactate như là sản phẩm cuối cùng. Vận động viên chạy nước rút,lactate ở trong máu có nồng độ rất cao, nó biến đổi chậm chạp trở lại glucose. Vào thời giannghỉ, oxy lại được cung cấp đủ cho quá trình oxy hóa hoàn toàn tạo đủ ATP để tái tạo lạiglucose và glycogen ở gan từ lactate để hoàn trả lại glycogen đã “mượn” trước đó. Chu trìnhbiến đổi glucose thành lactate và từ lactate về lại glucose ở gan được gọi là chu trình Corimang tên vợ chồng nhà bác học Carl và Gerty Cori đã nghiên cứu quá trình này vào nhữngnăm 1930 và 1940. Nhiều vi sinh vật lên men glucose và các hexose khác tạo thành lactate. Ví dụlactobacilli và streptococci lên men lactose trong sữa thành acid lactic. Sự phân ly acid lacticthành lactate và H+ trong hỗn hợp lên men pH thấp đã loại casein và các protein sữa khác vàTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 166 http://www.ebook.edu.vn
  • 173. xảy ra sự kết tủa. Dưới các điều kiện thích hợp, nó đóng cục thành fomat hoặc sữa chua, phụthuộc vào vi sinh vật có liên quan 4.2.6. Quá trình đường phân có thể tóm tắt bằng 11 phản ứng sau: 1/ Hoạt hoá glucose 2/ Đồng phân hoá 3/ Hoạt hoá Fructose 6-P 4 và 5/ Tác dụng của Aldose và đồng phân hoá 6/ Dồn liên kết 7/ Phosphoryl hoá 8/ Đồng phân hoáTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 167 http://www.ebook.edu.vn
  • 174. 9/ Dồn liên kết (loại nước) 10/ Phosphoryl hoá 11/ Khử tạo lactat 4.2.7. ý nghĩa của quá trình đường phân: Ý nghĩa về năng lượng: quá trình đường phân diễn ra trong mô bào động vật trongđiều kiện mô bào thiếu oxy do máu cung cấp không đầy đủ. Trong quá trình này phân tửglucose bị phân giải thành 2 phân tử acid lactic và tế bào thu được 2ATP tương đương 20kcal.Khi oxy hoá hoàn toàn thì một phân tử glucose cho 686 kcal, như vậy hiệu suất của quá trìnhđường phân là rất thấp (≈ 3%). Do đó acid lactic hay nói chung là các sản phẩm của quá trìnhlên men là còn chứa rất nhiều năng lượng. Trong thực tế khi động vật hoạt động đòi hỏi rấtnhiều năng lượng mà điều kiện yếm khí lại tăng lên, cho nên quá trình đường phân xảy ra rấtmạnh và một số lượng rất lớn phân tử glucose bị vỡ thành acid lactic. Do đó những mô bào,bắp thịt hoạt động trong điều kiện yếm khí lâu, acid lactic sinh ra nhiều, bị ứ đọng gây rốiloạn trao đổi chất cục bộ ở đó, làm thay đổi pH của mô bào ảnh hưởng tới trạng thái keo củaprotein, đây là nguyên nhân gây nên trạng thái mỏi mệt.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 168 http://www.ebook.edu.vn
  • 175. Ý nghĩa về sinh tổng hợp: Quá trình đường phân ngoài việc khai thác năng lượng, nócòn tạo ra nguyên liệu để tổng hợp lipid đó là phospho glyceral và acetyl coenzymeA: Acid pyruvic ----------- > Acetyl coenzymeA, đây là nguyên liệu để tổng hợp acid béo. 4.2.8. Acid lactic và vòng Cori Acid lactic bị ứ đọng ở mô bào là nguyên nhân gây ra sự mỏi mệt của cơ thể vì khi ứđọng nó gây ảnh hưởng tới trạng thái keo của cơ, cho nên trong cơ thể có một cơ chế để giảithoát sự ứ đọng acid lactic. Khi cơ thể nghỉ ngơi, máu được lưu thông bình thường thì acidlactic ứ đọng từ các mô bào sẽ chuyển ra máu, từ máu chuyển về gan, thấm vào các tế bàogan, ở đây có một hệ thống enzyme gần giống như hệ thống enzyme đi ngược lại quá trìnhđường phân tổng hợp từ acid lactic thành glucose và từ glucose này có thể lại thành glycogenrồi lại thành glucose để đưa vào máu chở tới các mô bào. Đó là con đường giải thoát acidlactic ứ đọng ở mô bào và tiết kiệm được nguồn glucid của cơ thể. Acid lactic không bị đàothải ra ngoài như các chất độc khác. Quá trình đó được biểu diễn bằng vòng Cori (hình 6.21.). Cơ Máu Gan Glucose <--------------- Glucose < ----------- Glucose ↓ ↑ Glucogen ↓ ↑ Glucose ↓ ↑ Acid lactic ---------- > Acid lactic ----------- > Acid lactic Hình 6.21. Vòng Cori Ở bắp thịt khi điều kiện cung cấp oxy được cải thiện thì khoảng 4/5 lượng acid lactichình thành được đưa ra máu về gan còn 1/5 có thể oxy hoá ngay theo con đường phân giảihiếu khí. Cơ thể được tập luyện nhiều thì chu trình Cori hoạt động tốt, thời gian giải thoát acidlactic khỏi cơ bắp nhanh nên lâu mỏi.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 169 http://www.ebook.edu.vn
  • 176. 4.3. Quá trình lên men rượu ethylic Quá trình lên men rượu ethylic do tế bào saccharomyces cerevisiae thực hiện. Khiglucose được đưa vào tế bào thì hệ thống enzyme phân giải glucose của nó hoạt động và tạora ATP cho tế bào còn sản phẩm cuối cùng là rượu ethylic được tống ra ngoài môi trường. Nấm men và một số vi sinh vật khác lên men glucose thành rượu ethylic và CO2.Glucose được biến đổi thành pyruvate giống như quá trình đường phân và pyruvate được biếnđổi thành rượu ethylic và CO2. Quá trình gồm 2 bước. Bước thứ nhất, pyruvate bị khử carboxyl, được xúc tác bởi pyruvate decarboxylase.Pyruvate decarboxylase đòi hỏi Mg2+ và có sự liên kết với coenzyme thiamin pyrophosphate(TPP). Bước thứ 2, acetaldehyde được khử thành ethanol với NADH2 nhận được từdehydrogenase hóa glyceraldehyde3-phosphate qua hoạt động của alcohol dehydrogenase.Ethanol và CO2, thay cho lactate, vì vậy chúng là sản phẩm cuối cùng của sự lên men rượu(hình 6.22). Tổng quan sự cân bằng của sự lên men là: Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O Hình 6.22. Sự tạo thành rượu ethylic Trong sự lên men rượu ethylic không có sự thay đổi có giá trị về tỷ lệ nguyên tử hydrovới carbon khi glucose được lên men (tỷ lệ H: C = 12/6 =2) thành 2 ethanol và 2 CO2 (tỷ lệTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 170 http://www.ebook.edu.vn
  • 177. H=C kết hợp =12/6=2). Như vậy trong quá trình lên men, tỷ lệ H: C của các chất tham giaphản ứng hóa học và các sản phẩm giữ nguyên như nhau. Pyruvate decarboxylase có trong nấm men bia và bánh mì và trong tất cả các cơ thểkhác nhau, nó làm tăng sự lên men alcohol, chúng cũng có trong một số thực vật. CO2 đượctạo thành bởi sự decarboxyl hóa pyruvate trong nấm men bia đảm bảo đặc tính bão hoàcarbonate của champagne. Sự nở của bánh mì khi nướng là do CO2 có liên quan đến pyruvatedecarboxylase khi trộn nấm men với đường. Enzyme này không có mặt trong các mô động vậtcó xương sống và một số cơ thể khác như vi khuẩn lên men lactic. Alcohol dehydrogenase có trong nhiều cơ thể kể cả ở người. 4.4. Sự lên men vi sinh vật tạo các sản phẩm có giá trị thương mại. Lactate và ethanol là các sản phẩm phổ biến của sự lên men vi sinh vật, ngoài ra còn cónhững sản phẩm lên men khác cũng được tạo ra. Năm 1910 Chaim Waizann (sau này trởthành tổng thống đầu tiên của Israel) đã phát hiện ra vi khuẩn Clostridium acetobutylicum lênmen tinh bột thành butanol và acetone. Phát hiện này đã mở ra lĩnh vực lên men công nghiệp,trong đó các nguyên liệu giàu polysaccharide (thí dụ tinh bột ngô hoặc rỉ đường) được sửdụng để nuôi cấy các vi sinh vật đặc biệt cho sự lên men chúng thành các sản phẩm có giá trịlớn: các acid formic, acetic, propionic,bytyric và succinic, glycerol, isopropanol, butanol vàbutanediol. 4.5. Các monosaccharide khác có thể đi vào con đường đường phân. Trong hầu hết các cơ thể, các hexose khác cũng có thể đi vào đường phân sau khi đượcphosphoryl hóa. D- Fructose ở dạng tự do có nhiều trong quả và được tạo thành khi thuỷ phân sacarosetrong ruột non có thể phosphryl hóa bởi hexokinase. Hexokinase này hoạt động trên nhiềuhexose khác nhau. 2+ Fructose + ATP ⎯⎯ → fructose -6-phosphate + ADP ⎯ Mg Hình 6.23. Sự chuyển hoá Fructose-1-phosphateTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 171 http://www.ebook.edu.vn
  • 178. Trong cơ và thận của động vật có xương sống, con đường này là chủ yếu. Tuy nhiên,trong gan fructose lại đi vào quá trình đường phân bằng một con đường khác. Enzymefructokinase của gan xúc tác sự phosphoryl hoá ở C1 chứ không phải ở C6. Fructose-1-phosphate sau đó bị cắt để tạo thành glyceraldehyde và dihydroxyacetonephosphate bởi fructose-1-phosphate aldolase (hình 6.23). Dihydroxyacetone phosphate được biến đổi thành glyceraldehyde-3-phosphate bởienzyme đồng phân triose phosphate isomerase. Glyceraldehyde được phosphoryl hóa bởiATP và triose kinase thành glyceraldehyde-3-phosphate: 2+ Glyceraldehyde +ATP ⎯⎯ → Glyceraldehyde-3-phosphate +ADP. ⎯ Mg Vì vậy cả 2 sản phẩm của sự thuỷ phân fructose đi vào con đường đường phân làglyceraldehyde-3-phosphate. D-Galactose được phân giải bởi sự thuỷ phân của disaccharide lactose (đường sữa), đầutiên bị phosphoryl hóa ở C-1 do ATP dưới sự xúc tác của enzyme galactokinase:Galactose + ATP → Galactose-1-phosphate + ADP Galactose-1-phosphate sau đó được biến đổi thành epimer của nó ở C-4 thành glucose-1-phosphate bởi một loạt phản ứng trong đó có sự tham gia của uridine diphosphate (UDP)như là chất mang tương tự coenzyme (coenzyme like) của các nhóm hexose (hình 6.24). Có một số bệnh di truyền ở người, trong đó sự trao đổi galactose bị ảnh hưởng. Trongphần lớn dạng chung của galactosemia, enzyme galactose 1-phosphate uridinetransferase(hình 6.24) bị khiếm khuyết di truyền, ngăn trở sự biến đổi galactose thành glucose. Nhữngdạng khác nhau của galactosemia khi galactokinase của chúng hoặc UDP –glucose –4-epimerase bị khiếm khuyết di truyền. D-Mannose tăng lên khi phân giải nhiều polysaccharide và glucoprotein có trong thựcphẩm có thể bị phosphoryl hóa ở C-6 bởi hexokinase: 2+ Mannose + ATP ⎯Mg → Mannose -6-phosphate + ADP ⎯⎯ Mannose –6-phosphate sau đó được đồng phân hóa bởi hoạt động của phosphomannoseisomerase tạo thành fructose-6-phosphate, chất trung gian của quá trình đường phân.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 172 http://www.ebook.edu.vn
  • 179. Hình 6.24. Con đường biến đổi D- galactose thành D- glucose. Quá trình biến đổi qua dẫn xuất đường– nucleotide, UDP-galactose được tạo thành khi galactose-1-phosphate chuyển cho glucose-1- phosphate từ UDP- glucose. UDP-galactose sau đó được biến đổi bởi UDP-glucose-4-epimerase thành UDP-glucose. UDP- glucose được mở vòng qua 1 vòng khác của chính phản ứng. Tác dụng của chu trình này là sự biến đổi galactose-1-phosphate, không tạo thành hoặc tiêu thụ UDP-galactose hoặc UDP-glucose.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 173 http://www.ebook.edu.vn
  • 180. Hình 6.25. Tổng quát các con đường của các hexose, các disaccharide và các polysaccharide đivào trung tâm con đường đường phân. 5. Sự oxy hoá glucose trong điều kiện có đủ oxy Khi việc nạp oxy từ máu của mô bào được đầy đủ thì sự chuyển hoá trung gianglucose sẽ đi theo hướng khác, nhìn chung khi có mặt oxy thì có 2 cách phân giải glucose: 1. Oxy hoá theo chu trình Krebs. 2. Oxy hoá theo chu trình pentose phosphate. Khả năng thứ 2 không phải có ở tất cả các mô bào, mà chỉ có ở một số mô bào như môlipid, tuyến thượng thận, tuyến sinh dục... là những nơi mà quá trình oxy hoá gắn chặt với quátrình tổng hợp các chất như acid béo, các hormone. Vì oxy hoá theo chu trình pentoseTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 174 http://www.ebook.edu.vn
  • 181. phosphate với mục đích chính là tạo ra các đương lượng khử NADPH2 cho quá trình sinh tổnghợp... Trong điều kiện bình thường thì khả năng 1 là chủ yếu. 5.1. Oxy hoá theo chu trình Krebs. (Chu trình acid citric, chu trình các acidtricacboxylic) Phần lớn các tế bào nhân chuẩn và các vi khuẩn hiếu khí thực hiện khai thác nănglượng bằng con đường oxy hóa các “nhiên liệu” sinh vật của chúng bằng con đường oxy hoátheo chu trình Krebs để tạo thành CO2 và H2O. Oxy hoá theo chu trình Krebs thì pyruvateđược hình thành trong quá trình phân giải glucose không bị khử thành lactate, ethanol hoặcmột số sản phẩm lên men khác như xảy ra trong điều kiện kị khí, mà được thay thế bằng sựkhử thành CO2 và H2O ở pha hiếu khí của quá trình trao đổi chất, gọi là quá trình hô hấp. Quá trình hô hấp xảy ra với 3 bước chính (hình 6.26). Trong bước đầu tiên, các phân tửnhiên liệu (glucose, acid béo và một số acid amin) được oxy hóa thành acetyl-coenzyme A(acetyl-CoA). Bước thứ hai, các nhóm acetyl-CoA này được đi vào chu trình acid citric, chutrình này oxy hóa chúng thành CO2. Năng lượng được giải phóng ra bởi quá trình oxy hóađược tồn tại trong NADH2 và FADH2. Bước thứ 3 của quá trình hô hấp là các cofactorNADH2 và FADH2 đi vào chuỗi hô hấp, các proton (H+) và điện tử của nó được vận chuyểntrong các thành viên của chuỗi hô hấp, năng lượng của chúng được nhả dần và cuối cùng khửO2 thành H2O. Trong quá trình này điện tử đã chuyển về bậc năng lượng thấp (bậc nănglượng ban đầu) số năng lượng giải phóng ra chủ yếu được tích luỹ vào ATP. Quá trình nàyđược gọi là phosphoryl hóa. Quá trình hô hấp phức tạp hơn quá trình đường phân và là bướctiến hóa của sinh vật. Bước thứ 3 của quá trình là sự hô hấp mô bào tức là quá trình chuyển điện tử vàphosphoryl hóa oxy hóa đã được trình bày ở chương V. Trong chương này chúng ta xem xétquá trình oxy hóa hoàn toàn phân tử pyruvate và chu trình acid citric, còn được gọi là chutrình acid tricarboxylic hay chu trình Krebs. Chúng ta xem xét các phản ứng trong chu trìnhvà các enzyme xúc tác cho chúng. Bởi vì các phản ứng trung gian của chu trình acid citricthường được sử dụng như các tiền chất sinh tổng hợp, một số phản ứng trung gian này quantrọng để chu trình tiếp tục hoạt động. 5.1.1. Sự tạo thành acetate. Chu trình Krebs là con đường oxy hoá không chỉ với đường mà còn là con đường oxyhoá với tất cả các hợp chất hữu cơ từ thức ăn đưa vào Ở các sinh vật hiếu khí, glucose và các đường khác, các acid béo và hầu hết các acidamin bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và H2O bằng chu trình acid citric. Trước khi chúng cóthể đi vào chu trình thì chúng phải được chuyển thành acetyl–CoA là chất chủ yếu đi vào chuTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 175 http://www.ebook.edu.vn
  • 182. trình acid citric. Nhiều carbon của acid amin cũng đi vào chu trình bằng cách này hoặc phângiải thành các chất trung gian khác của chu trình. Trước hết chúng ta xét quá trình chuyển hoátừ pyruvate do quá trình đường phân tạo ra thành acetyl-CoA và CO2 bởi tập hợp của 3enzyme, gọi là phức hợp pyruvate dehydrogenase, định vị trong thể hạt sợi của các tế bàonhân chuẩn và ở tế bào chất của tế bào nhân xơ. Hình 6.26: Quá trình trao đổi chất của protein, lipde và glucide xảy ra trong 3 bước của quá trình hô hấp tế bào. bước 1: oxy hóa các acid béo, glucose và một số acid amin tạo acetyl- CoA. Bước 2 ôxy hoá acetyl-CoA bằng chu trình acid citric bao gồm 4 bước, trong đó các cặp H cao năng và điện tử bị tách ra. Bước 3: Các cặp H cao năng và điện tử này được mang bởi NADH2 và FADH2 đi vào chuỗi hô hấp ở màng trong của ty thể (hoặc màng sinh chất ở vi khuẩn)- trong chuỗi hô hấp chúng khử O2 thành H2O. cặp proton và điện tử này điều khiển quá trình tổng hợp ATP trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Phức hợp pyruvate dehydrogenase, đã được nghiên cứu rất kỹ, đó là một phức hợp có 5cofactor tham gia vào phản ứng, tất cả các coenzyme đều được bắt nguồn từ các vitamin.Phức hợp pyruvate dehydrogenase là dạng gốc cho 2 phức hợp enzyme quan trọng khác là:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 176 http://www.ebook.edu.vn
  • 183. α -cetoglutarat dehydeogenase (của chu trình acid citric) và chuỗi mở α -cetoaciddehydeogenase được phát triển trong sự thoái hoá của một vài acid amin. Hình 6.27. Phản ứng tổng quát được xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase Pyruvate bị oxy hóa thành acetyl-CoA và CO2 Hình 6.28. Cấu trúc của coenzyme A. Một nhóm hydroxyl của acid pantotenic kết hợpvới một phân nửa ADP đã được sửa đổi bởi một liên kết phosphate este và nhóm carboxyl củanó được gắn vào β -mercapto ethylamine trong liên kết amide. Nhóm hydroxyl ở vị trí 3’ củaphân nửa ADP có nhóm phosphate không có mặt trong ADP của chính nó. Nhóm –SH củanửa mercapto thylamine định dạng một thioeste với acetate trong acetyl-CoA. Phản ứng tổng quát được xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase là decarboxyhóa oxy hóa, một quá trình oxy hóa không thuận nghịch trong đó nhóm carboxyl chuyển từpyruvate như một phân tử CO2 và 2 carbon còn lại tạo nhóm acetyl-CoA (hình 6.27). NADH2 được hình thành trong phản ứng này mang cặp proton và điện tử của nó vàochuỗi hô hấp (hình 6.26) để tới O2 hoặc trong các vi sinh vật kỵ khí, tới một chất nhận điện tửtiếp theo chẳng hạn như lưu huỳnh. Điện tử này chuyển tới oxy cuối cùng tạo ra 3 phân tửATP trên một cặp điện tử. Tính không thuận nghịch của phản ứng pyruvate dehydrogenaseđược chứng minh bởi các thí nghiệm đánh dấu đồng vị: CO2 đã được đánh dấu phóng xạkhông thể gắn lại với acetyl –CoA.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 177 http://www.ebook.edu.vn
  • 184. Phức hợp pyruvate dehydrogenase cần 5 coenzyme. Sự khử hydro và decarboxyl hóa pyruvate acetyl-CoA (hình 6.27) cần tới sự tham giacủa các enzyme với 5 coenzyme khác nhau hoặc các nhóm phụ là thiamin pyrophosphate(TPP), flavin adenine dinucleotide (FAD), coenzymeA (CoA), nicotinamide adeninedinucleotide (NAD) và lipoate. Bốn vitamin là các thành phần trọng yếu của hệ thống này là:thiamin (B1) trong TPP, riboflavin (B2) trong FAD, niaxin trong NAD và pantotenate trongcoenzyme A. Nhóm thiol phản ứng: Coenzyme A có một nhóm thiol (-SH) hoạt động (hình 6.28), vai trò của nó như mộtchất mang acyl trong các phản ứng trao đổi chất. Các nhóm acyl được liên kết với nhóm thioltạo thành thioeste. Vì năng lượng tự do của quá trình thuỷ phân tương đối cao nên các thioestecó một nhóm acyl có khả năng chuyển cho các nhóm acyl của chúng tới các phân tử chất nhậnkhác nhau. Nhóm acyl được gắn vào Coenzyme A vì vậy hoạt hóa nhóm chuyển. Hình 6.29. Acid lipoic trong liên kết amide với chuõi bên của một phần Lys là nhómprosthetic của dihydrolipoyl transacetylase (E2). Nhóm lipoyl ở dạng oxy hóa (disulfide) hoặcdạng khử (didhiol) và có thể hoạt động như một chất mang cả nhóm hydro và nhóm acetyl(hoặc acyl khác) Cofactor thứ 5 cho phản ứng pyruvate dehydrogenase là lipoate (hình 6.29), có 2 nhómthiol, cả hai đều đóng vai trò như cofactor. Ở dạng lipoate khử thì cả 2 nguyên tử lưu huỳnhđều có mặt trong các nhóm –SH nhưng các sản phẩm oxy hóa một liên kết disunfide (-S-S)giống như giữa 2 nhóm Cys trong một protein. Vì khả năng tham gia các phản ứng oxy hóakhử nên lipoate có thể đáp ứng cả hai như một chất mang điện tử và chất mang acyl, cả haichức năng này đều quan trọng trong hoạt động của phức hợp pyruvate dehydrogenase.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 178 http://www.ebook.edu.vn
  • 185. Phức hợp pyruvate dehydrogenase gồm có 3 enzyme khác nhau: Phức hợp Pyruvate Dehydrogenase gồm có vô số các bản sao của một trong 3 enzyme Pyruvate Dehydrogenase (E1); dihydrolipoyl transacetylase (E2) và dihydrolipoyl dehydrogenase (E3) (bảng 6-1). Số lượng các bản sao của mỗi dưới đơn vị là khác nhau do đó kích cỡ của phức hợp ở các sinh vật là khác nhau. Phức hợp Pyruvate Dehydrogenase được tách ra từ E.coli (Mp > 4,5. 106 ), đường kính khoảng 45nm, thường lớn hơn một ribosome và có thể hình dung dưới kính hiển vi điện tử (hình 6.30). “Lõi ” của tập hợp là nơi mà các enzyme khác tấn công. Trong phức hợp từ E.coli gồm 24 bản sao của chuỗi polypeptide, mỗi bản sao chứa 3 phân tử liên kết hóa trị lipoate, cấu thành nên lõi. Đối với phức hợp từ động vật có vú, có 60 bản sao E2 và 6 bản sao của protein có liên quan, protein X cũng chứa lipoate liên kết đồng hóa trị. Sự tấn công của lipoate vào đầu tận cùng của các chuỗi bên Lys trong E2 tạo ra các nhóm acetyl từ một vị trí hoạt động tới một vị trí khác trong phức hệ Pyruvate Dehydrogenase. Liên kết với lõi của các phân tử E2 là 12 bản sao của Pyruvate Dehydrogenase (E1), mỗi bản sao được tạo phức từ 2 dưới đơn vị giống nhau, và 6 bản sao của dihydro lipoyl dehydrogenase (E3), mỗi bản sao cũng được tạo phức từ 2 dưới đơn vị giống nhau. Pyruvate dehydrogenase (E1) chứa liên kết TPP, và dihydrolipoyl dehydrogenase (E3) chứa liên kết FAD. Hai protein điều hoà cũng là thành phần của phức hợp Pyruvate dehydrogenase (protein kinase và protein phosphotase) sẽ được thảo luận sau. Bảng 6.1: Thành phần dưới đơn vị của phức hợp Pyruvate dehydrogenase E.coli. Enzyme Coenzyme Khối lượng phân tử Số lượng dưới đơn của dưới đơn vị vị trên 1 phức hợp Pyruvate dehydrogenase (E1) TPP 96,000 24 Dihydrolipoyl transacetylase Lipoate, 65,000 – 70,000 24 (E2) CoA Dihydrolipoyltransacetyrase (E3) FAD,NAD 56,000 12 Các chất trung gian liên kết với bề mặt enzyme.Hình 6.30. Các bước trong quá trình decarboxyl hóaoxy hóa pyruvate thành acetyl – CoA nhờ phức hệenzyme dehydrogenase. Ở bước pyruvate phản ứngvới thiamin pyrophosphate (TPP) của pyruvatedehydrogenase (E1). Pyruvate dehydrogenase cũngthực hiện bước chuyển 2 điện tử và nhóm acetyl từTPP thành dạng oxy hóa của nhóm lipoyl lysyl củaenzyme lõi, còn transacetylase (E2) thành dạng acetylthiosete của nhóm lipoyl khử. Bước nhóm -SH củaCoA và dạng khử (didhiol) của nhóm lipoyl. ở bướcdihydrolipoyl dehydrogenase (E3) thúc đẩy sự vậnchuyển 2 nguyên tử hydro từ các nhóm lipoyl khử củaE2 tới nhóm prosthetic FDA của E3, hình thành nhómlipoyllysyl oxy hóa của E2 (vàng). ở bước , nhómFADH2 khử trên E3 chuyển một ion hydride tới NAD+hình thành NADH. Lúc này phức hợp enzyme sẵn sàngcho chu trình xúc tác khác. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 179 http://www.ebook.edu.vn
  • 186. Hình 6.30. cho thấy sơ đồ phức hợp dehydrogenase thực hiện 5 phản ứng decarboxylhóa và dehydrogenase hóa pyruvate. Bước phản ứng được xúc tác bởi pyruvatedecarboxylase, C-1 của pyruvate được giải phóng dưới dạng CO2, và C-2 trong pyruvate oxyhóa một aldehyde tấn công TPP như một nhóm hydroxyethyl. Bước nhóm này oxy hóathành một acid carboxylic (acetate). Hai điện tử được chuyển vào phản ứng oxy hóa làm biếnđổi –S-S- của một nhóm lipoyl trên E2 thành 2 nhóm thiol (-SH). Acetate được tạo thànhtrong phản ứng oxy hoá khử này đầu tiên bị este hóa thành một trong các lipoyl –SH, sau đóđược chuyển tới CoA để hình thành acetyl –CoA (bước ). Vì vậy năng lượng của quá trìnhoxy hóa điều khiển thông tin của một thioester cao năng của acetate. Phần còn lại của các phản ứng được xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase (cácbước và chuyển điện tử cần thiết để tái tạo lại dạng disulfide của nhóm lipoyl của E2 đểchuẩn bị phức hợp enzyme cho chu trình oxy hóa khác. Các điện tử chuyển từ nhóm hydroxyethyl được bắt nguồn từ pyruvate cuối cùng tồn tại ở dạng NADH2 sau khi đi qua FAD. Trung tâm của quy trình là lắp các nhánh lipoyllysyl của E2 thông qua 2 điện tử vànhóm acetyl bắt nguồn từ pyruvate từ E1 đến E3. Các động vật thiếu thiamin không thế oxy hóa pyruvate một cách bình thường, thiaminđặc biệt quan trọng trong não. 5.1.2. Các phản ứng của chu trình acid citric. Như ta đã biết acetyl -CoA được hình thành từ pyruvate như thế nào, bây giờ chúng tahãy xem xét chu trình acid citric. Đầu tiên chúng ta lưu ý là có sự khác nhau cơ bản giữa quátrình đường phân và chu trình acid citric. Quá trình đường phân gồm một loạt các phản ứngđược xúc tác bởi enzyme. Trong khi đó chu trình acid citric thì khép kín (hình 6.31), acetylCoA cho nhóm acetyl của nó với oxaloacetate để tạo citrate 6 carbon, phân tử này đượchydro hóa và mất CO2 để tạo thành hợp chất 5 carbon α -cetoglutarate. Tiếp theo mất tiếpCO2 và tạo thành hợp chất 4 carbon succinate và 1 phân tử CO2 thứ hai. Sau đó succinateđược biến đổi trong 3 phản ứng thành oxaloacetate 4 carbon và chu trình lại bắt đầu.Oxaloacetate lại sẵn sàng phản ứng với phân tử acetyl –CoA khác để bắt đầu chu trình thứ 2.Trong mỗi chu trình của chu trình, một nhóm acetyl (2 carbon) gắn vào và 2 phân tử CO2 táchra, đòng thời một phân tử oxaloacetate được sử dụng để tạo citrate nhưng sau một loạt cácphản ứng oxaloacetate được tái sinh. Do đó một phân tử oxaloacetate về lý thuyết thì có thểđủ để oxy hóa một lượng lớn các nhóm acetyl riêng biệt. Bốn trong 8 phản ứng trong chutrình này là phản ứng oxy hóa, trong đó năng lượng của quá trình oxy hóa được duy trì vớihiệu quả cao tạo ra các cofactor khử (NADH2 và FADH2). Vì vậy chu trình acid citric là trung tâm trao đổi năng lượng. Các chất trung gian 4 và 5carbon của chu trình cung cấp các tiền chất sinh tổng hợp. Để thay thế cho mục đích này thìcác chất trung gian bị thay đổi, các tế bào thực hiện các phản ứng bù như đã được mô tả. Eugene Kennedy và Albert Lehninger (1948) đã chỉ ra rằng ở các tế bào nhân chuẩn,toàn bộ các phản ứng của chu trình acid citric đều xảy ra ở ty thể. Ty thể chứa tất cả cácenzyme và coenzyme cần thiết cho chu trình acid citric. Ty thể cũng chứa các enzyme xúc tácphản ứng oxy hóa các acid béo tạo acetyl-CoA và các acid amin, chẳng hạn một số acid aminđược tổng hợp từ α -cetoglutarate, succinyl CoA hoặc oxaloacetate. Vì vậy ở các tế bào nhânchuẩn không quang hợp, ty thể là nơi chủ yếu xảy ra các phản ứng oxy hóa tạo năng lượng vàTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 180 http://www.ebook.edu.vn
  • 187. tổng hợp ATP. Còn ở các tế bào nhân chuẩn quang hợp thì ty thể là nơi chính tạo ATP vàoban đêm, nhưng ban ngày thì lục lạp tạo phần lớn chế phẩm này. Phần lớn các tế bào nhân xơchứa các enzyme của chu trình acid citric trong phần tế bào chất của chúng và màng sinh chấtthực hiện chức năng tương ứng với màng ty thể trong quá trình tổng hợp ATP. Chất dẫn dắt acetyl CoA là oxaloacetate. Nguồn cung cấp oxaloacetate có 2 nguồn: Từ acid aspartic theo con đường khử amin: Từ acid pyruvic được carboxyl hoá (đây là con đường chính): Chu trình acid citric có 8 phản ứng: Chu trình acid citric được thực hiện bởi một hệ thống enzyme hoạt động liên hoàn vớinhau (multyenzyme) theo một vòng nên còn gọi là vòng acid citric hay là vòng Krebs (hình6.31). Trong 8 phản ứng của chu trình acid citric, sẽ nhấn mạnh đặc biệt sự biến đổi hóa họctạo citrate từ acetyl-CoA và oxaloacetate bị oxy hóa thành CO2 và năng lượng của quá trìnhoxy hóa này tồn tại ở dạng các coenzyme khử NADH2 và FADH2. Sự hình thành citrate: phản ứng đầu tiên của chu trình là sự kết hợp của acetyl-CoAvà oxaloacetate tạo ra citrate, phản ứng được xúc tác bởi citrate hydratse. Trong phản ứng này, carbon methyl của nhóm acetyl kết hợp với nhóm carbonyl (C-2)của oxaloacetate. Cidroyl-CoA là một chất trung gian chuyển tiếp. Nó tồn tại trên vị trí hoạtTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 181 http://www.ebook.edu.vn
  • 188. động của enzyme và bị thuỷ phân tạo thành CoA tự do và citrate sau đó được giải phóng khỏivị trí hoạt động. Quá trình thuỷ phân của chất trung gian thioester cao năng tạo phản ứngthuận giải phóng năng lượng. CoA tồn tại trong phản ứng này được lặp lại chu trình, nó sẵnsàng tham gia khử carboxyl hóa bằng cách oxy hóa phân tử pyruvate khác nhờ phức hợppyruvate dehydrogenase để tạo thành phân tử acetyl-CoA khác đi vào chu trình. Hình 6.31. Các phản ứng của chu trình acid citric. Các nguyên tử carbon được bắtnguồn từ acetate của acetyl-CoA. Các bước , và không thuận nghịch trong tế bào,còn tất cả các phản ứng khác là phản ứng thuận nghịch.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 182 http://www.ebook.edu.vn
  • 189. Sự hình thành isocitrate thông qua cis- Aconitate: enzyme aconitase (thường gọi làaconitate hydratase) xúc tác quá trình biến đổi nghịch citrate thành isocitrate thông qua dẫnxuất trung gian acid tricarboxylic là cis-aconitate thường không tách ra từ vị trí hoạt động. Aconitase có thể kích thích sự bổ sung H2O thuận nghịch tạo liên kết đôi cis-aconitateliên kết enzyme theo 2 cách khác nhau, một tạo citrate và một cách khác tạo isocitrate. Vì vậyhỗn hợp cân bằng ở pH7,4 và 250C chứa ít hơn 10% isocitrate. Aconitase chứa một trung tâmsắt-lưu huỳnh hoạt động cả trong liên kết cơ chất tại vị trí hoạt động và trong quá trình xúc tácbổ sung và loại nước (hình 6.32). Hình 6.32. Trung tâm sắt - lưu huỳnh vớiaconitase hoạt động liên kết cơ chất và xúc tác. 3gốc Cys của enzyme liên kết với 3 nguyên tử sắt ởtrung tâm sắt – lưu huỳnh (màu vàng); nguyên tửsắt thứ 4 liên kết với một trong các nhóm carboxylcủa citrate (màu xanh). Quá trình oxy hóa isocitrate thành α -cetoglutarate và CO2. Trong bước tiếp theo,isocitrate dehydrogenase xúc tác quá trìnhdecarboxyl hóa oxy hóa isocitrate để tạo thành α -cetoglutarate. Có 2 dạng isocitrate dehydrogenase khác nhau, một dạng cần NAD+ như chất nhận điệntử và dạng kia cần NADP+. Các phản ứng khép kín được xúc tác bởi 2 isozyme khác. EnzymeTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 183 http://www.ebook.edu.vn
  • 190. có NAD+ được tìm thấy trong ty thể và đáp ứng chu trình acid citric để tạo ra α -cetoglutarate.Còn isozyme dựa vào NADP+ thì được tìm thấy cả trong ty thể và sinh chất. Quá trình oxy hóa α -cetoglutarate thành succinyl –CoA và CO2: Bước tiếp theo làquá trình decarboxyl hoá oxy hóa, trong bước này α -cetoglutarate biến đổi thành succinyl –CoA và CO2 bởi hoạt động của phức hợp cetoglutarate dehydrogenase; NAD+ tham gia nhưchất nhận điện tử. Phức hợp α -cetoglutarate dehydrogenase cấu tạo từ 3 enzyme giống như E1, E2, E3 củaphức hợp pyruvate dehydrogenase nhưng chúng có trình tự sắp xếp acid amin khác nhau. Quá trình biến đổi succinyl –CoA thành succinate: Succinyl –CoA cũng như acetyl-CoA, có năng lượng tự do thuỷ phân liên kết thioestercao ( ΔG = -36KJ/mol). Trong bước tiếp theo của chu trình, phá vỡ liên kết này để điều khiểnquá trình tổng hợp một liên kết phosphoanhydride ở GTP hoặc ATP và succinate cũng đượchình thành trong quá trình. Enzyme xúc tác cho phản ứng là succinyl –CoA synthetase hoặc succinyl kinase. Phản ứng tạo năng lượng có một bước trung gian mà trong đó phân tử enzyme bịphosphoryl hóa ở gốc His ở vị trí hoạt động (hình 6.33). Nhóm phosphate này có một nhómcó khả năng biến đổi lớn, nó biến đổi ATP (hoặc GTP) thành ADP (hoặc GDP). Sự biến đổi ATP (hoặc GTP) tiêu tốn năng lượng lấy từ quá trình decarboxyl hóa oxyhóa α cetoglutarate. Đó là một ví dụ về quá trình phosphoryl hóa cơ chất giống như quá trìnhtổng hợp ATP để oxy hoá glyceraldehyde –3 phosphate trong quá trình đường phân. Khác vớiTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 184 http://www.ebook.edu.vn
  • 191. phản ứng phosphoryl hóa cơ chất, quá trình phosphoryl hóa trong ty thể hoặc lục lạp đượcthực hiện nhờ hệ thống enzyme liên kết màng nhờ cơ chế tạo năng lượng qua sự phân bốchênh lệch proton bên màng. Hình 6.33: Các chất trung gian trong phản ứng succinyl-CoA synthetase. Ở bước mộtnhóm phosphate thay thế CoA trong succinyl –CoA liên kết enzyme tạo một acyl phosphate caonăng. Ở bước succinyl phosphate cho nhóm His trên enzyme nhóm phosphate của nó, tạoenzyme phosphohistidine cao năng. Ở bước nhóm phosphate được chuyển từ nhóm His tớiphosphate cuối cùng của GDP, tạo GTP. GTP được hình thành nhờ succinyl –CoAsynthetase có thể cho nhóm phosphate cuốicùng của nó cho ADP để tạo ATP nhờ phản ứng thuận của nucleotide diphosphate kinase: GTP +ADP GDP +ATP Δ G0’ = 0 KJ/molTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 185 http://www.ebook.edu.vn
  • 192. Oxy hóa succinate thành fumarate: Succinate được hình thành từ succinyl –CoA bị oxy hoá thành fumarate nhờ succinatedehydrogenase chứa flavoprotein. Ở tế bào nhân chuẩn, succinate dehydrogenase nằm trênmàng ty thể (còn ở tế bào nhân xơ thì enzyme này nằm trên màng tế bào chất); nó chỉ làenzyme của chu trình acid citric mà gắn với màng. Các điện tử được chuyển từ succinate quaFAD và trung tâm sắt – lưu huỳnh trước khi đi vào chuỗi hô hấp và được sử dụng để tổng hợp2 phân tử ATP trên mỗi cặp điện tử. Hydrat hóa fumarate để tạo malate: Quá trình hydrate hóa nghịch fumarate thành L-malate được xúc tác bởi fumarase (fumarate hydratase) enzyme này đặc hiệu cao: nó xúc tácquá trình thuỷ phân liên kết đôi của fumarate nhưng không hoạt động trên malate, đồng phânCis của fumarate. Oxy hóa malate thành oxaloacetate: Ở phản ứng cuối cùng của chu trình acid citric,L –malate dehydrogenase phụ thuộc NAD xúc tác quá trình oxy hóa L-malate thànhoxaloacetate.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 186 http://www.ebook.edu.vn
  • 193. Cân bằng phản ứng lệch nhiều về phía malate nhưng trong thực tế thì oxaloacetate vừađược tạo thành tham gia ngay vào chu trình nên nồng độ thực của nó luôn thấp, do đó chiềuphản ứng luôn hướng về phía tạo oxaloacetate. Năng lượng của các quá trình oxy hóa trong chu trình Bây giờ chúng ta đã có một chu trình hoàn thiện chu trình acid citric (hình 6.34).Một nhóm acetyl chứa 2 nguyên tử carbon tham gia vào chu trình bằng cách kết hợp vớioxaloacetate. Hai nguyên tử carbon được giải phóng khỏi chu trình dưới dạng CO2 với quátrình oxy hóa isocitrate và α - cetoglutarate, và kết thúc chu trình thì một phân tử oxaloacetateđược tạo ra. Hình 6.34. Các vị trí tạo ra NADH2, FADH2 và GTP của chu trình acid citric Mỗi chu trình acid citric tạo ra 3 NADH2, 1 FADH2 và 1 GTP (hoặc ATP). 2 CO2 đượcgiải phóng ra trong các phản ứng khử carboxyl hóa bằng oxy hóa.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 187 http://www.ebook.edu.vn
  • 194. Chúng ta đã biết năng lượng được tạo thành từ quá trình đường phân (một phân tửglucose phân giải thành 2 pyruvate) là 2 phân tử ATP. Khi cả 2 phân tử pyruvate oxy hóahoàn toàn sẽ tạo thành 6 phân tử CO2 trong các phản ứng được xúc tác bởi phức hợp pyruvatedehydrogenase và các enzyme của chu trình acid citric và các điện tử được chuyển tới O2 quachuỗi hô hấp tạo ra 38 ATP trên một phân tử glucose. Nhưng năng lượng tự do của phân tửglucose là 2,840 kJ/mol, khi oxy hóa hoàn toàn một glucose tạo ra năng lượng dự trữ 38 x30,5 KJ/mol = 1,160KJ/mol như vậy hiệu suất là 40% (bảng 6.2). Bảng 6.2. Sự tạo thành ATP trong các quá trình hô hấp một phân tử glucose quađường phân, phản ứng pyruvate dehydrogenase và chu trình acid citric. Phản ứng Số lượng ATP hoặc Số lượng ATP coenzyme tạo thành tạo thành Glucose → glucose–6-phosphate -ATP -1 Fructose–6- → fructose-1,6-bi -1ATP -1 2 glyceraldehyde 3- → 2NADH 6 2 1,3- diphosphoglyxerat 2 1,3-diphosphoglycerate → 2ATP 2 2 3-phosphoglycerate 2 phosphoenolpyruvate → 2pyruvate 2ATP 2 2 pyruvate → 2 acetyl –CoA 2NADH 6 2 isocitrate → 2 α -cetoglutarate 2NADH 6 2 α -cetoglutarate → 2 succiyl-CoA 2NADH 6 2 succinyl-CoA → 2 succinate 2ATP (hoặc 2 2 GTP) 2 succinate → 2 fumarate 2FADH2 4 2 malate → 2 oxaloacetate 2NADH 6 Tổng số 38 5.1.3. Chu tr×nh acid citric ®−îc ph¸t hiÖn nh− thÕ nµo? Chu tr×nh acid citric ®−îc Hans Krebs ®−a ra lÇn ®Çu tiªn nh− qu¸ tr×nh oxy hãapyruvate ë c¸c m« ®éng vËt n¨m 1937. Ý tưởng này xuất hiện khi ông nghiên cứu ảnh hưởngcủa các anion của acid hữu cơ khác nhau lên tỷ lệ tiêu thụ oxy hóa pyruvate trong mô cơ ngựcbồ câu. Cơ này dùng để bay nên có tỷ lệ hô hấp rất cao. Trước đó các nhà nghiên cứu, đặc biệtlà Albert Szent – Gyorgyi đã tìm thấy các acid dicarboxylic chứa 4 carbon có mặt trong môđộng vật - succinate, fumarate, malate và oxaloacetate – kích thích quá trình tiêu thụ oxy nhờcơ. Krebs đã thừa nhận chúng và phát hiện rằng chúng cũng kích thích quá trình oxy hóaTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 188 http://www.ebook.edu.vn
  • 195. pyruvate. Hơn nữa, ông cũng thấy rằng quá trình oxy hóa pyruvate nhờ cơ cũng được kíchthích bởi các acid tricarboxylic 6 carbon: citrate, cis-aconitate và isocitrate và α -cetoglutarate 5 carbon. Phát hiện quan trọng thứ 2 là Krebs cho rằng sự có mặt của malonate, chất ức chế cạnhtranh của succinate đối với succinate dehydrogenase gây ra sự tích lũy citrate, α -cetoglutarate và succinate trong dịch mô cơ. Điều này chứng tỏ rằng citrate và α -cetoglutarate là các tiền chất của succinate. Từ những dữ liệu này, Krebs đã kết luận rằng các acid tricarboxylic và dicarboxylic cóthể được sắp xếp trong một trình tự logic hóa học bởi vì sự tạo pyruvate và oxaloacetate vớimô cơ trong quá trình tích lũy citrate trong môi trường, Krebs đã suy luận rằng trình tự cácchức năng này trong một chu trình đúng hơn kiểu dãy dài, sự bắt đầu và kết thúc của nó liênkết với nhau. Pyruvate + oxaloacetate → citrate +CO2 Từ các thí nghiệm đơn giản này và suy luận khoa học, Krebs đã giả định cái mà ông tagọi là chu trình acid citric là con đường chính cho quá trình oxy hóa carboxylic. Từ khi pháthiện ra nó, chu trình acid citric không chỉ có chức năng trong cơ mà còn trong tất cả mô thựcvật và động vật và trong nhiều vi sinh vật hiếu khí. Chu trình acid citric được đặt tên lần đầu tiên từ các thí nghiệm được thực hiện trên dịchmô cơ. 5.1.4. Chu trình acid citric chưa hoàn thiện của sinh vật kị khí Tám bước trong chu trình, quá trình cho oxy hóa các nhóm acetyl 2 carbon đơn giảnthành CO2 có thể thấy là rất khoa học của các tế bào sống. Vai trò của chu trình acid citric làkhông chỉ oxy hóa acetate, mà con đườngnày còn là trung tâm của trao đổi chất trunggian. Các sản phẩm cuối cùng 4 hoặc 5carbon của nhiều quá trình trao đổi chất cũngtham gia vào chu trình với tư cách nhưnhững nhiên liệu. Ví dụ: oxaloacetate và α -cetoglutarate được tạo ra từ aspartate vàglutamate tương ứng khi các acid amin nàybị phân giải hoặc tạo thành từ các sản phẩmtrên khi protein trong chế độ ăn uống bịgiảm. Phương thức được sử dụng ở các sinhvật hiện đại là sản phẩm tiến hóa. Trong thựctế, có các sinh vật kị khí sử dụng một chutrình acid citric chưa hoàn thiện không phảinhư một nguồn năng lượng mà là tiền chấtsinh tổng hợp (hình 6.35). Hình 6.35. Các phản ứng không chu kỳcung cấp các tiền chất sinh tổng hợp ở vi khuẩnsinh trưởng kỵ khí. Các tế bào này thiếu α -cetoglutarate dehydrogenase và do đó không thể thực hiện chu trình acid citric hoàn chỉnh, α -Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 189 http://www.ebook.edu.vn
  • 196. cetoglutarate và succinyl-CoA tồn tại như các tiền chất trong các phản ứng sinh tổng hợp khác nhau(xem hình 6.36). Các sinh vật này sử dụng 3 phản ứng đầu tiên của chu trình acid citric để tạo α -cetoglutarate, nhưng chúng thiếu α - cetoglutarate dehydrogenase nên không thể thực hiệnhoàn thiện các phản ứng cuả chu trình acid citric. Chúng có 4 enzyme xúc tác cho sự biến đổinghịch oxaloacetate thành succinyl-CoA (hình 6.35) và các vi sinh vật kị khí tạo malate,fumarate, succinate và succinyl –CoA từ oxaloacetate ở dạng nghịch đảo của quá trình oxyhóa “bình thường” thông qua chu trình. Với quá trình tiến hóa của vi khuẩn lam tạo O2 từ nước, bầu khí quyển của trái đất trởnên hiếu khí và với sức ép chọn lọc, các sinh vật phát triển trao đổi chất hiếu khí, có hiệu quảhơn lên men kị khí. 5.1.5. Các chất trung gian của chu trình acid citric là các tiền chất sinh tổng hợpquan trọng.Hình 6.36. Các chất trung gian của chu trình acid citric như các tiền chất trong nhiều conđường sinh tổng hợp. Đối với các sinh vật hiếu khí thì chu trình acid citric là một con đường chuyển hóalưỡng tính (nó tham gia trong cả 2 quá trình dị hóa và đồng hóa). Nó không chỉ đồng hóa oxyhóa carbon hydrate, acid béo và các acid amin mà nó còn cung cấp các tiền chất cho nhiềucon đường sinh tổng hợp (hình 6.36). Nhờ hoạt tính của một vài enzyme phụ quan trọng màcác chất trung gian nào đó của chu trình acid citric, đặc biệt là α -cetoglutarate vàoxaloacetate có thể chuyển từ chu trình thành các tiền chất của acid amin. Aspartate vàglutamate có các bộ khung carbon giống nhau như oxaloacetate và α -cetoglutarate và đượctổng hợp từ chúng nhờ quá trình chuyển amin hoá cơ bản thông qua aspartate và glutamate,Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 190 http://www.ebook.edu.vn
  • 197. carbon của oxaloacetate và α -cetoglutarate được sử dụng để xây dựng các acid amin kháccũng như các nucleotide purin và pyrimidin. Succinyl-CoA là một chất trung gian trung tâmtrong quá trình tổng hợp chu trình porphyrin của các nhóm hem, tồn tại như các chất mangO2(trong hemoglobin và myoglobin) và chất mang điện tử (trong ty thể). 5.1.6. Các phản ứng phục hồi lại các chất trung gian của chu trình acid citric Khi các chất trung gian của chu trình acid citric biến đổi để tồn tại như các tiền chất sinhtổng hợp thì kết quả là giảm nồng độ các chất trung gian sẽ làm chậm lại sự thay đổi thôngqua chu trình acid citric. Tuy nhiên, các chất trung gian có thể được bổ sung nhờ các phảnứng phục hồi (hình 6.35, 6.36, bảng 5.3). Ở mô động vật, một phản ứng phục hồi quan trọng là quá trình carboxy hóa ngược củapyruvate nhờ CO2 tạo thành oxaloacetate, được xúc tác bởi pyruvate carboxylase (bảng 5.3).Ba phản ứng phục hồi khác cũng được chỉ ra ở bảng 5.3, ở các mô và các sinh vật khác nhau,biến đổi pyruvate hoặc phosphoenol pyruvate thành oxaloacetate. Khi chu trình acid citricthiếu oxaloacetate hoặc bất cứ 1 chất trung gian nào khác thì pyruvate bị carboxyl hóa thànhnhiều oxaloacetate hơn. Phản ứng pyruvate carboxylase là phản ứng phục hồi quan trọng nhất trong gan và thậncủa động vật có vú. Bảng 5.3: Các phản ứng phục hồi. Phản ứng Mô / sinh vật Pyruvate carboxylase Gan, thận Pyruvate + HCO3− +ATP oxaloacetate +ADP + Pi PEPcarboxylase Tim, c¬ v©n Phosphoenolpyruvate +CO2 +GTP oxaloacetate + GDP PEPcarboxylase Thùc vËt bËc cao, nÊm men, vi khuÈn Phosphoenolpyruvate + HCO3− oxaloacetate +Pi Enzyme malic Ph©n bè réng ë c¸c sinh vËt nh©n chuÈn Pyruvate + HCO3− +NAD (P)H2 malate +NAD(P)+ vµ sinh vËt nh©n x¬.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 191 http://www.ebook.edu.vn
  • 198. H×nh 6.37a: Biotin H×nh 6.37 b: vai trß cña biotin trong ph¶n øng ®−îc xóc t¸c bëi pyruvate carboxylase. Bicarbonate ®Çu tiªn bÞ biÕn ®æi thµnh CO2 trong 1 ph¶n øng phô thuéc ATP. Sù biÕn ®æi HCO3thµnh CO2. CO2 v× vËy ®−îc h×nh thµnh ë vÞ trÝ ho¹t ®éng sau ®ã ®−îc bæ sung víi biotin (b−íc1). Ởbước 2, nhóm carboxyl chuyển từ pyruvate thành dạng oxaloacetate (hình 6.37). Các phản ứngcarboxyl hóa phụ thuộc biotin khác xảy ra nhờ các quá trình trao đổi chất.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 192 http://www.ebook.edu.vn
  • 199. 5.1.7. Điều hòa chu trình acid citric: Các nguyên tử carbon từ pyruvate vào và đi qua chu trình acid citric được điều hòa chặtchẽ ở 2 giai đoạn: Biến đổi pyruvate thành acetyl –CoA (phản ứng phức hệ pyruvatedehydrogenase) và acetyl-CoA đi vào chu trình (phản ứng citrate syntethase). Bởi vì pyruvatekhông phải là tiền chất duy nhất để tạo acetyl-CoA (phần lớn các tế bào có thể nhận acetyl-CoA nhờ quá trình oxy hóa các acid béo và các acid amin). Các chất trung gian từ các conđường khác này cũng quan trọng để điều hòa quá trình oxy hóa pyruvate và chu trình acidcitric. Chu trình cũng được điều hòa nhờ các phản ứng isocitrate dehydrogenase và α -cetoglutarate hydrogenase (hình 6.38).Hình 6.38. Quá trình điều hòa dòng trao đổi chất từ pyruvate thông qua chu trình acid citric.Phức hợp pyruvate dehydrogenase bị ức chế ở các [ATP]/[ADP]; [NADH]/[NAD+], và [acetyl-CoA]/[CoA] cao. Khi các tỷ lệ này giảm thì sự làm tăng hoạt hóa tương ứng quá trình oxy hóapyruvate có kết quả. Tỷ lệ của dòng thông qua chu trình acid citric có thể bị hạn chế bởi giá trị cáccơ chất oxaloacetate và acetyl-CoA hoặc bởi sự giảm bước oxy hóa mà NAD+ là cofactor. Trong môcơ, quá trình trao đổi chất tạo năng lượng bù đắp ATP bị tiêu thụ.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 193 http://www.ebook.edu.vn
  • 200. 5.1.8. Ý nghĩa sinh học của chu trình Krebs Ý nghĩa về trao đổi chất: Chu trình Krebs là một cơ chế oxy hoá - khử quan trọngnhất, thông qua quá trình này phần lớn các chất hữu cơ từ thức ăn được khai thác năng lượngmột cách triệt để như glucid, lipid, acid amin đều có thể trực tiếp hay gián tiếp đi vào chutrình Krebs thông qua các sản phẩm phổ biến là acetyl CoA, α-cetoglutarate, oxalo axetate...Chính vì thế ngoài giá trị là cơ chế oxy hoá khử chu trình Krebs còn đóng vai trò là ngã batrung gian của trao đổi chất, là giao điểm của trao đổi đường, trao đổi lipid, trao đổi protein.Những sản phẩm của quá trình trao đổi đường có thể trở thành sản phẩm của trao đổi protein,trao đổi lipid và ngược lại. Ví dụ α-cetoglutarate có thể chuyển thành acid amin. SuccinylCoA có thể huy động ra trong quá trình chuyển hoá thể ceton, quá trình tổng hợp Hb... Ý nghĩa về năng lượng: Thông qua chu trình Krebs cơ thể sinh vật bảo đảm đượcphần lớn nhu cầu về năng lượng. Xét về mặt tiến hoá, cách khai thác năng lượng qua chu trìnhKrebs tiến bộ và có hiệu xuất cao hơn nhiều so với quá trình phân giải yếm khí. Một phân tửglucose khi oxy hoá theo chu trình Krebs cho ra 38-39 ATP (xem bảng 6.2). (2-3 +6)ATP 6 ATP 24 ATP (Glucose ------------ > Pyruvat ------------ > AcetylCoA ----------- > Chu trình Krebs) Năng lượng tự do của phân tử glucose là 2,840 KJ/mol, khi oxy hóa hoàn toàn mộtglucose tạo ra năng lượng dự trữ 38 ATP x 30,5 KJ/mol = 1,160KJ/mol như vậy hiệu suất là40%. Phần năng lượng còn lại 60% là nhiệt toả ra để sưởi ấm cơ thể. Tuy nhiên tuỳ từng lúc,từng mô bào đòi hỏi năng lượng khác nhau mà có cách khai thác năng lượng khác nhau. 5.2. Các con đường thứ cấp của sự oxy hóa glucose. Ở các mô động vật phần lớn sự tiêu thụ glucose là được dị hóa trong chu trình đườngphân thành pyruvate. Hầu hết pyruvate được oxy hóa trong chu trình acid citric. Chức phậnchủ yếu của sự trao đổi glucose bởi con đường này là tạo thành ATP. Tuy nhiên còn cónhững con đường trao đổi khác cho những sản phẩm đặc biệt cần thiết cho tế bào và các conđường này là một phần trao đổi thứ cấp của glucose. Hai con đường như vậy tạo ra pentosephosphate và các acid uronic và ascorbic. 5.2.1. Oxy hoá theo chu trình pentose phosphate (Decarboxy hóa oxy hóa tạo thànhpentose phosphate và NADPH). Con đường pentose phosphate, còn được gọi là con đường phosphogluconate. Trong nhiều động vật điều đáng chú ý đặc biệt là trong các mô xảy ra sự sinh tổng hợpcác acid béo và các Steroid từ các tiền chất nhỏ hơn trong tuyến vú, mô mỡ động vật, vỏtuyến thượng thận và gan. Sự sinh tổng hợp các acid béo đòi hỏi đương lượng khử NADPH2đối với các liên kết đôi và các nhóm carboxyl của các hợp chất trung gian trong quá trình này. Chức phận thứ cấp của con đường pentose phosphate là tạo thành các pentose cần thiết,đặc biệt là D-ribose, nó được sử dụng trong sinh tổng hợp acid nucleic (hình 6.39).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 194 http://www.ebook.edu.vn
  • 201. Hình 6.39. Chu trình pentose phosphate tạo NADPH và ribose-5- phosphate.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 195 http://www.ebook.edu.vn
  • 202. Phản ứng đầu tiên của con đường pentose phosphate là sự loại hydro của glucose-6-phosphate bởi glucose-6-phosphate dehydrogenase thành –6-phosphoglucono lactone, este nộiphân tử, nó được thuỷ phân thành acid tự do 6-phosphogluconate bởi lactonase đặc biệt.NADP+ là chất nhận điện tử tạo thành NADPH2. Bước tiếp theo 6-phosphogluconatedehydrogenase hóa và decarboxy hóa 6-phospho gluconate thành dạng ketopentose D-ribulose-5- phosphate, phản ứng tạo thành phân tử NADPH2 thứ hai. Sau đó phosphopentoseisomerase biến đổi ribulose –5- phosphate thành đồng phân aldose của nó là D-ribose-5-phosphate (hình 6.39). Trong một số mô, con đường pentose phosphate kết thúc ở điểm nàyvà phản ứng cân bằng như sau: Glucose-6- phosphate +2NADP +H2O → ribose-5-phosphate +CO2 +2NADPH +2H+ Kết quả là tạo thành NADPH2 để khử các phản ứng sinh tổng hợp và tạo thành ribose-5- phosphate như là tiền chất cho tổng hợp và tạo thành nucleotide. Trong các mô chủ yếu đòi hỏi NADPH2 nhiều hơn ribose-5- phosphate, các pentose -phosphate được tạo thành từ glucose-6- phosphate trong hàng loạt phản ứng (hình 6.40). Hình 6. 40. Các phản ứng không oxy hóa của con đường pentose phosphate biến đổipentose phosphate trở lại thành các hexose phosphate, cho phép các phản ứng oxy hóa(xem hình 6.39) tiếp tục. Các enzyme transaldolase và transketolase được chuyên hóa chocon đường này. Nhiều enzyme khác cũng sử dụng trong con đường đường phân hoặc sựtạo thành glucose (b) sơ đồ đơn giản giới thiệu con đường biến đổi từ 6 pentose (5C) đến 5hexose (6C). Đầu tiên, ribulose-5- phosphate được biến đổi thành xylulose-5- phosphate. Sau đó, cósự sắp xếp lại của bộ xương carbon của các hợp chất trung gian phosphate- đường. Sáu đườngphosphate 5 carbon được biến đổi thành 5 đường phosphate 6 carbon (hình 6.40b), hoànthành chu trình và cho phép tiếp tục oxy hóa glucose –6- phosphate với sự tạo thànhNADPH2. Trong phần không oxy hóa của con đường pentosephosphate (hình 6.40a),transketolase, thiamin pyrophosphate phụ thuộc enzyme, xúc tác chuyển mảnh 2 carbon (C-1và C-2) của xylulose –5- phosphate thành ribose-5- phosphate, tạo thành sản phẩm 7 carbon làTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 196 http://www.ebook.edu.vn
  • 203. sedoheptulose-7- phosphate; mảnh 3 carbon của xylulose bị loại là glyceraldehyde-3-phosphate. Sau đó transaldolase xúc tác phản ứng tương tự đối với phản ứng aldolase trongđường phân và kết hợp với glyceraldehyde-3- phosphate tạo thành fructose-6- phosphate; loạiđi mảnh 4 carbon của sedoheptulose tạo nên rythrose-4- phosphate. Bây giờ transketolase lạihoạt động, tạo thành –6- phosphate và glyceraldehyde-3- phosphate từ erythrose-4- phosphatevà xylulose-5- phosphate. Hai phân tử glyceraldehyde-3- phosphate tạo thành bởi 2 tác độngqua lại của các phản ứng này có thể biến đổi thành fructose –1,6-diphosphate (hình 6.40b).phức hợp chu trình: 6 pentose phosphate biến đổi trở lại thành 5 hexose phosphate. Tất cả các phản ứng của phần không oxy hoá của con đường pentose phosphate dễ dàngthuận nghịch, vì vậy cũng dẫn đến sự biến đổi hexosephosphate thành pentosephosphate. 5.2.2. Glucose được biến đổi thành acid glucoronic và acid ascorbic. Con đường thứ yếu khác đối với biến đổi glucose thành 2 sản phẩm đặc biệt: D-glucoronate, quan trọng trong sự loại độc tố và sự bài tiết của các hợp chất vô cơ bên ngoài vàacid L-ascorbic hoặc vitamin C. Hình 6.41: Các con đường thứ yếu đối với sự trao đổi chất glucose qua UDP-glucuronate.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 197 http://www.ebook.edu.vn
  • 204. Trong con đường này (hình 6.41) glucose-1 phosphate được biến đổi đầu tiên thànhUDP-glucose bởi phản ứng với UTP. Phần glucose của UDP-glucose được khử hydro tạothành UDP- glucoronate, một ví dụ khác sử dụng dẫn xuất UDP như là những chất trung giantrong sự biến đổi enzyme của các đường. UDP – glucoronate là chất cho glucuronosyl sử dụng bởi họ enzyme loại độc tố, nó hoạtđộng trên nhiều thuốc không phân cực, các độc tố môi trường và các chất sinh ung thư. Sự kếthợp của các phức chất này với glucoronate biến đổi thành rất nhiều dẫn xuất phân cực đượcloại dễ dàng khỏi máu bởi thận và được bài tiết trong nước tiểu. Ví dụ loại độc tố của 3-hydroxybenzo [ α ] pyren, thành phần độc của khói thuốc lá (hình 6.42) hay thuốc giảm đauphenobarbidal, thuốc kháng –AIDS như AZT và dạng hydroxyl hóa của chất sinh ung thưbenzo [α] pyren (3-hydroxybenxo pyren) chịu sự glucuronite hoá được xúc tác bởi UDP-glucorosyl transferase trong gan người. Sự biểu hiện đối với phía thuốc hoặc độc tố làm tăngsự tổng hợp enzyme đặc biệt đối với phía tổng hợp làm tăng sự chống với thuốc hoặc khángđối với độc tố. UDP-gluconat cũng là tiền chất của các gốc glucoronate của các acidpolysaccharide có tính acid như hyaluronate và chondroidin sulphate. D- glucoronate là chất trung gian trong sự biến đổi của D-glucose thành acid L-ascorbic(hình 6.41). Nó được khử bởi NADPH2 thành đường 6 carbon là acid L-gulonate, rồi đượcbiến đổi thành lactone. Sau đó L-gulonolactone bị khử hydro bởi flavoprotein gulonolactoneoxydase thành acid L-ascorbic. Một số loài động vật, kể cả người, chuột lang, khỉ, một sốchim, và một số cá thiếu enzyme gulonolacton oxydase nên không có khả năng tổng hợp acidascorbic. Con người không có đủ vitamin C trong thức ăn làm phát triển bệnh hoại huyết(scocbut) do các mô liên kết bị hư hỏng làm chảy máu da, sưng lợi răng v.v.. Hàng trăm nămtrước đây thuỷ thủ các đoàn thuyền buôn rất hay bị bệnh này trong những chuyến đi dài ngàydo không được ăn hoa quả tươi chứa nhiều vitamin (trong đó có vitamin C). Năm 1753 bác sĩphẫu thuật hải quân James Lind người Scotland đã cho biết cách chữa bệnh hoại huyết(Scocbut) bằng nước cam. Năm 1932 chất chống lại bệnh hoại huyết (Scocbut) là vitamin Cđã được tách từ nước chanh và được gọi là acid ascorbic (tiếng Latinh Scorbutus nghĩa làsưng tấy lở loét). Hình 6.42. Sự loại độc tố 3- hydroxybenzo[ α ] pyren(thành phần độc của khói thuốc lá). Sựglucuronide hóa bởi sự chuyển glucuronate thànhUDP- glucuronate biến đổi độc tố không phân cựcthành phức hợp phân cực dễ dàng bị loại bỏ bởithận.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 198 http://www.ebook.edu.vn
  • 205. 5.2.3. Chu trình Glyoxylate Quá trình biến đổi phosphoenolpyruvate thành pyruvate và pyruvate thành acetyl-CoAlà quá trình không đảo ngược vì cả hai đều là quá trình giải phóng năng lượng. Phosphoenolpyruvate có thể được tổng hợp từ oxaloacetate trong phản ứng ngược đượcxúc tác bởi cacboxykinase. Oxalo acetate + GTP phosphoenolpyruvate + CO2 + GDP Hình 6.43a: Chu trình glyoxylate và quan hệ của nó với chu trình acid citric. Các nguyên tử carbon từ các phân tử acetate đi vào chu trình acid citric không thể biếnđổi trực tiếp thành oxaloacetate vì chúng ra khỏi chu trình dưới dạng 2 phân tử CO2, nênacetate không thể biến đổi ngược về phosphoenolpyruvate để tổng hợp đường glucose.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 199 http://www.ebook.edu.vn
  • 206. Ở thực vật và một số vi sinh vật như E.coli và nấm men, acetate có thể có cả 2 vai trò:cung cấp năng lượng và như một nguồn phosphoenolpyruvate cho tổng hợp carbonhydrate.Những sinh vật này có một chu trình glyoxylate biến đổi acetate thành oxaloacetate. Ở nhữngsinh vật này, một số enzyme của chu trình acid citric đồng thời xúc tác cả 2 quá trình (1) oxyhóa acetyl-CoA thành CO2, xảy ra ở hầu hết các mô, và (2) chu trình glyoxylate. Chu trìnhglyoxylate là biến dạng của chu trình acid citric (hình 6.43a,b). 2 AcetylCoA + NAD+ + 2H2O → Succinate + 2CoA + NADH + H+ Chú ý rằng chu trình glyoxylate bỏ qua 2 phản ứng decarboxyl hóa của chu trình acidcitric và 2 phân tử acetyl-CoA đi vào chu trình glyoxylate ở mỗi chu trình nhưng chỉ có mộtphân tử acetyl-CoA đi vào chu trình acid citric. Ở thực vật, các enzyme của chu trìnhglyoxylate tạo thành cụm gắn vào màng glyoxysome của một bào quan thường. Hình 6.43b: Chu trình glyoxylate và quan hệ của nó với chu trình acid citric.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 200 http://www.ebook.edu.vn
  • 207. Hình 6.44. Các phản ứng của chu trình glyoxylate (ở glyoxysome) tương ứng với các phản ứng của chu trình acid citric ( ở ty thể), các chất trung gian thông qua phần chất tan giữa các ngănTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 201 http://www.ebook.edu.vn
  • 208. Hình 6.45. Quátrình điều hòa hoạttính isocitratedehydrogenase xácđịnh sự phân bố củaisocitrate giữa chutrình glyoxylate vàchu trình acid citric.Khi isocitratedehydrogenase bịmất hoạt tính doquá trìnhphosphoryl hóa (bởimột protein kinaseđặc hiệu), isocitrateđi vào các phản ứngsinh tổng hợp quachu trình glyoxylate,còn khi enzymeđược hoạt hóa nhờquá trình khửcarboxyl hóa (bởimột phosphateaseđặc hiệu), isocitrateđi vào chu trìnhacid citric và kếtquả là tạo ATP.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 202 http://www.ebook.edu.vn
  • 209. Các enzyme này xúc tác chung cho cả chu trình acid citric và glyoxylate có 2 dạng đồngphân, một đặc hiệu với ty thể và dạng kia đặc hiệu với glyoxysome. Glyoxysome không phảilúc nào cũng có mặt ở mọi mô thực vật mà chúng xuất hiện nhiều nhất ở hạt giàu chất béotrong quá trình nảy mầm, trước khi mầm, cây đủ lớn có thể tự tạo carbonhydrate thông quaquá trình quang hợp. Vì vậy glyoxysome có mặt đủ các enzyme xúc tác quá trình phân giảiacid béo dự trữ trong hạt thành acetyl-CoA và biến đổi thành malate qua chu trình glyoxylate.Malate sau đó biến đổi thành malate oxaloacetate và glucose (hình 6.44). Aspartate mang bộ khung carbon của oxaloacetate từ chu trình acid citric (ở ty thể) tớiglyoxysome, nơi nó kết hợp với acetyl-CoA từ sự phân huỷ acid béo. Citrate vì vậy tạo thànhisocitrate nhờ aconitase, sau đó phân giaỉ thành succinate nhờ isocitrate lyase. Succinate quaylại ty thể, nơi nó đi vào chu trình acid citric và chuyển thành oxaloacetate có thể lại tớiglyoxysome. Glyoxylate được tạo thành phía trong glyoxysome kết hợp với acetyl-CoA đểtạo thành malate đi vào phần chất tan và oxy hóa (nhờ malate dehydrogenase tế bào) thànhoxaloacetate, tiền chất của glucose qua quá trình tạo glucose. Bốn con đường khác nhau thamgia vào các quá trình chuyển hóa này: acid béo bị phân huỷ thành acetyl-CoA (ởglyoxysome), chu trình glyoxylate (ở glyoxysome), chu trình acid citric (ở ty thể) và quá trìnhtạo glucose (ở phần chất tan). Sự tham gia của các chất trung gian cần các con đường điềuhòa và phối hợp này. Isocitrate là một chất trung gian rất quan trọng, nằm ở nhánh giữa chutrình glyoxylate và chu trình acid citric (hình 6.45). 6. Sự điều hoà quá trình trao đổi glucid Trong cơ thể động vật có hai hệ thống có tác dụng điều hoà quá trình trao đổi vật chấtđó là thần kinh và hormone. Trao đổi vật chất là một quá trình thống nhất, những biến đổitrong quá trình trao đổi glucid đều ảnh hưởng và tác động đến quá trình trao đổi chất nóichung như trao đổi protein, trao đổi lipid... và ngược lại. Tuy vậy mỗi quá trình trao đổi cũngcó nét đặc thù riêng của nó. Đối với trao đổi đường, máu là cầu thăng bằng hàm lượng đườnggiữa gan và các cơ quan. Hàm lượng đường trong máu thường ổn định ở các loài gia súc, điềunày có một ý nghĩa quan trọng đối với việc duy trì áp suất thẩm thấu của máu với mô bào. Ởmột cơ thể có trao đổi glucid bình thường thì hàm lượng đường trong máu dao động trong mộtphạm vi nhất định gọi là hằng số hoá sinh đặc thù như ở người là 80-120mg%; Lợn, chó, mèolà 80-120mg%; gia cầm 150-300 mg%; trâu bò 45-70mg%; ngựa 70-150mg%. Khi động vậtăn nhiều đường, số thừa sẽ biến thành glycogen dự trữ ở gan, ở cơ, khi các mô bào cần tới thìloại đường này lại được huy động để sử dụng. Có nghĩa là nếu hàm lượng đường vượt quákhoảng dao động tối thiểu, tối đa đó thì thần kinh và thể dịch sẽ điều hoà làm cho nó vềkhoảng dao động đó. 6.1.Về thần kinh Não của động vật chủ yếu dùng glucose làm nguồn năng lượng. Trong điều kiện bìnhthường 1/4 lượng đường dùng cho não, bất cứ một sự giảm hàm lượng đường nào trong máuđều ảnh hưởng ngay tới não, não rất nhạy cảm với hàm lượng đường trong máu. Thường cácTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 203 http://www.ebook.edu.vn
  • 210. trạng thái hưng phấn làm hàm lượng đường trong máu tăng. Ở đáy buồng não 4 có một trungtâm thần kinh cảm thụ được hàm lượng đường trong máu. Từ đó khi hàm lượng đường trongmáu thay đổi nó sẽ phát tín hiệu đến các bộ phận điều chỉnh, trước hết là tới vùng dưới đồi(hypothalamus) rồi từ đó tín hiệu xuống tuyến yên, từ tuyến yên sẽ đi tới hai đối tượng tácđộng chính là tuyến thượng thận và tuyến tuỵ ( đảo Landexhan). 6.2.Về thể dịch Tuyến tuỵ ở đảo Landexhan có tế bào β sản sinh ra Insuline và tế bào α sản sinh raglucagon, đây là hai hormone của tuyến tuỵ điều hoà hàm lượng đường trong máu. Insuline tiết ra hàng ngày khoảng 10-25mg, nhiều gấp 5 lần nhu cầu, khi mới tiết radưới dạng proInsuline chưa có hoạt tính. ProInsuline gồm 3 chuỗi: Chuỗi A gồm 21 acidamin, chuỗi B gồm 30 acid amin, giữa 2 chuỗi này có 2 cầu nối disulfid. Ở chuỗi A có 1 cầudisulfid. Giữa chuỗi A và B là chuỗi C. Chuỗi C gồm có 30 acid amin, nó được nối với chuỗiA và B bởi 2 cặp acid amin kiềm tính (arg.arg và arg.Lyz). Khi có nhu cầu về Insuline nóđược enzyme peptinase cắt bỏ chuỗi C và tạo thành Insuline có hoạt tính. Insuline ở nhữngđộng vật khác nhau thì khác nhau chủ yếu ở chuỗi A và tập trung vào các acid amin 8,9,10, 12và 14, còn chuỗi B hầu như giống nhau, khác nhau chủ yếu ở acid amin 30. Do đó có thể dùngkhác loài song hiệu quả không cao. Khi tiết ra máu Insuline được vận chuyển với 1 proteinvà một phần với màng của hồng cầu. Sau khi hoạt động xong Insuline được phân huỷ bởi Insulinease, enzyme này có nhiều ởgan. Tác dụng của Insuline là làm giảm hàm lượng đường trong máu khi hàm lượng này vượtquá mức dao động tối đa. Về cơ chế tác dụng của Insuline: người ta thấy đây là loại hormone có tác dụng rất rộngrãi, đa dạng, nó làm cho tế bào lipid, cơ tăng cường sự hấp thu đường để tổng hợp lipid,glycogen. Khi có mặt của Insuline thì các quá trình vận chuyển đường qua màng tế bào đượctăng cường và tăng cường quá trình phosphoryl hoá đường, từ đó glucose đi vào các conđường tổng hợp. Một enzyme chịu tác động rõ rệt nhất của Insuline là hexokinase làm hoạthoá đường, thông qua con đường này glucose đi vào quá trình phân giải tạo năng lượng cho tếbào của cơ thể. Mặt khác Insuline có tác dụng ngăn cản sự hoạt động của nhóm corticosteroid(hormone sinh mới glucose), đồng thời nó ức chế enzyme adenylatcyclase, ngăn cản sựchuyển hoá glycogen thành glucose. Với những tác động trên hàm lượng đường trong máu sẽgiảm. Glucogon là một chuỗi peptide 29 acid amin. do tế bào α của đảo Landexhan tiết ra,nó là một polipeptide gồm 29 gốc acid amin. Khi mới tiết ra ở dạng proglucagon không cóhoạt tính có thêm 8 gốc acid amin ở đầu COOH, tức là có 37 acid amin. Trước khi đổ vàomáu nó tự cắt bỏ 8 gốc acid amin này và trở thành glucagon có hoạt tính. Glucagon có tác động đối kháng với Insuline làm tăng hàm lượng đường trong máu. Cơchế tác động của nó giống như Adrenalin là hoạt hoá hệ thống enzyme protein-kinase thôngqua 3-5-AMP vòng, hệ thống enzyme này có tác dụng phân giải glycogen thành glucose. Tuynhiên nó chỉ phát huy tác dụng ở gan, không có tác dụng ở cơ. Tuyến thượng thận: Tiết ra Adrenalin, nor Adrenalin và corticosteroid.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 204 http://www.ebook.edu.vn
  • 211. Adrenalin và Nor adrenalin: Khi hàm lượng glucose trong máu giảm xuống thì tínhiệu được truyền đến miền tuỷ thượng thận, ở đây tiết ra Adrenalin và Nor adrenalin, chúngcó tác dụng làm tăng hàm lượng đường trong máu. Cơ chế tác động của chúng là hoạt hoá hệ thống enzyme protein kinase thông qua 3-5-AMP vòng, nhờ tác động lên enzyme adenylatcyclase nằm tại điểm cảm thụ của chúng trênmàng tế bào (xem phần cơ chế tác dụng của hormone). Đặc điểm của chúng là với liều rất nhỏ(hàm lượng trong máu khoảng 10mμ) nhưng hiệu quả tác dụng rất lớn, chúng phát huy tácdụng cả ở gan và cơ. Ở cơ quá trình phân giải glycogen chỉ đến glucose-6P, glucose-6P sẽ đivào con đường oxy hoá ngay, không thành glucose. Hoạt lực của Adrenalin cao hơn so vớiNor adrenalin. Ngoài ra Adrenalin còn có tác dụng làm tăng cường co bóp của tim, làm tăngtuần hoàn máu. Tất cả các hiện tượng hưng phấn, hồi hộp, stress đều gây tiết Adrenalin vàlàm tăng hàm lượng đường trong máu. Nhóm corticosteroid do miền vỏ thượng thận tiết ra, đây là nhóm hormone sinh mớiglucose (glucose được sinh ra từ protein, lipid). Dưới tác dụng của nhóm hormone này quátrình phân giải acid amin được đẩy mạnh, biến acid amin thành các cetoacid, từ các cetoacidnày chuyển hoá thành đường Protease OxydaseProtein --------- > Acid amin -------- > NH3 + ceto acid (pyruvic, oxaloaxetic, α-ceto glutamic)-------- > glucose. Corticosteroid có tác dụng hoạt hoá các enzyme ở trên. Ngoài ra một số hormone như Thyroxin của tuyến giáp trạng làm tăng cường quá trìnhoxy hoá từ đó cùng làm giảm hàm lượng đường trong máu. 6.3. Các enzyme điều hoà hoạt động như những van điều chỉnh trao đổi đường. Quá trình dị hóa saccharide cung cấp ATP và các tiền chất cho các quá trình sinh tổnghợp khác nhau. Đối với các tế bào điều quan trọng nhất là làm sao giữ ổn định nồng độ ATPkhông thay đổi. Điều này đạt được nhờ sự điều hoà của một số enzyme chìa khóa chịu tráchnhiệm xúc tác một số phản ứng ở các giai đoạn quan trọng của quá trình dị hóa. Trong quátrình đường phân ở mô cơ và gan có 4 enzyme sau đây đóng vai trò điều hoà: Glycogenphosphorylase, hexokinase, phosphofructokinase và piruvate kinase. Để duy trì sự tồn tại của mình, cơ thể sống luôn phảiduy trì trạng thái cân bằng hoạt động của quá trình chuyểnhóa trao đổi chất. Do đó khi xuất hiện biến động làm thayđổi trạng thái trên các cơ chế điều hoà hoạt động sống phảiđiều chỉnh sao cho trạng thái nội môi của cơ thể sống vẫnđược duy trì. Vì ATP giữ vai trò then chốt trong tất cả cácchu trình tiến hóa trao đổi chất của cơ thể nên trong quá trìnhtiến hoá và chọn lọc tự nhiên đã xuất hiện một số enzymeđiều hoà và duy trì sự ổn định hàm lượng ATP. Trong thực tế dòng vận chuyển các chất trao đổi phụthuộc vào hoạt độ của enzyme xúc tác các phản ứng trao đổichất. Trong số các enzyme xúc tác toàn bộ một chu trìnhbiến đổi chất nào đó (như đường phân chẳng hạn) bao giờTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 205 http://www.ebook.edu.vn
  • 212. cũng có một số lớn enzyme hoạt động ở trạng thái cân bằng. Các enzyme này có hoạt tính rấtcao, có thể biến đổi cơ chất vừa được chuyển đến thành sản phẩm của phản ứng, nghĩa là tốcđộ dòng trao đổi chất ở giai đoạn phản ứng biến đổi chỉ bị giới hạn bởi cơ chất và được xácđịnh bởi hàm lượng cơ chất ở thời điểm nói trên. Tuy nhiên không phải toàn bộ các phản ứngđều được xúc tác như vậy. Sự thực trong bất cứ chu trình biến đổi vật chất nào trong cơ thểsống cũng có một số phản ứng hoạt động ở trạng thái rất xa trạng thái cân bằng. Ví dụ, trongquá trình đường phân hằng số cân bằng K’eq của phản ứng do enzyme phosphofructosekinase 1 xúc tác có giá trị khoảng 250. Trong khi tỷ lệ khối lượng tác động (fructose-1,6-diphosphate [ADP]/ [fructose–6-phossphat][ATP]) của phản ứng lại rất nhỏ khoảng 0,04. Sở dĩ phản ứng trên ở rất xa vị trí cân bằng vì tốc độ biến đổi fructose-6-phosphatethành fructose-1,6-diphosphate bị giới hạn bởi hoạt tính của enzyme xúc tác. Do đó dù có giatăng dòng fructose-6-phosphate do các phản ứng trước đó tạo ra, thì tốc độ của phản ứng trênvẫn không thay đổi đáng kể. Điều này có nghĩa là enzyme phosphofructokinase-1 hoạt độngnhư van điều khiển toàn bộ dòng vận chuyển trao đổi chất của quá trình đường phân. Theoquy luật chung thì trong bất kì chu trình chuyển hóa nào cũng phải có ít nhất 1 phản ứng giaiđoạn được xúc tác bởi enzyme điều hoà, có hoạt tính xúc tác chủ yếu, hoạt động ở trạng tháicân bằng. Phản ứng này được gọi là phản ứng bị giới hạn bởi enzyme khác với các phản ứngbình thường khác bị giới hạn bởi cơ chất và giai đoạn phản ứng này chính là giai đoạn giớihạn tốc độ của toàn bộ quá trình. Thông thường các phản ứng giới hạn đều là các phản ứngphát nhiệt chỉ xảy ra theo một chiều. Chúng thường được xúc tác bởi enzyme điều hoà dị lậpthể (allosteric enzyme) và thường ở phản ứng đầu tiên của liên kết chuyển hóa. Thí dụ, trongquá trình đường phân glucose-6-phossphate có thể chuyển hóa theo đường phân do enzymephosphofructokinase-1 xúc tác hoặc chuyển hóa theo chu trình pentose phosphate do enzymeglucose-6-phospshate dehydrogenase xúc tác và theo quy luật cả 2 enzyme này đều là enzymeđiều hoà. Về tổng thể, hai quá trình có xu thế trái ngược nhau là quá trình dị hóa và đồng hóa lạiluôn tồn tại ở trạng thái cân bằng thống nhất và hợp lí. Trong đó rất nhiều phản ứng của cảhai quá trình được xúc tác bởi cùng một enzyme. Tuy nhiên để các hoạt động sống được duytrì ổn định, về nguyên tắc hai quá trình trên phải có định hướng rõ ràng. Do đó trong mỗi quátrình phải có ít nhất một phản ứng giai đoạn được xúc tác bởi hai enzyme khác nhau. Cácenzyme này chính là những enzyme điều hoà hướng phản ứng của từng quá trình và phần lớncác phản ứng do chúng xúc tác là phản ứng toả nhiệt chỉ xảy ra 1 chiều và chúng đều là cácphản ứng bị giới hạn bởi enzyme chứ không phải cơ chất. 7. Một số bệnh do rối loạn trao đổi đường 7.1. Bệnh cao đường huyết (Hyper glycemia): Khi mức glucose của máu vượt quá mức tối đa thì cơ thể gặp trạng thái cao đườnghuyết. Trạng thái này thường dẫn tới hiện tượng bài tiết đường theo nước tiểu, gọi là chứngđường niệu (glucoguria). Hàm lượng đường huyết cao có 2 nguyên nhân: Do thức ăn: Thức ăn có nhiều đường, hiện tượng này không nguy hiểm. Ở đa số độngvật và người khi hàm lượng đường trong máu tới 160mg% thì khả năng hấp thu đường củagan bị hết, tế bào thận (ở ống lượn xa) cũng không đủ sức để thẩm thấu trở lại glucose (đã đạttới mol độ thẩm thấu), do đó nước tiểu xuất hiện đường. Hiện tượng đường niệu thực phẩmthường chóng qua khỏi.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 206 http://www.ebook.edu.vn
  • 213. Do bệnh đường niệu (Dia betes mellitus): Đây là hội chứng phức tạp của trao đổiđường. Nguyên nhân trực tiếp là do thiếu Insuline. Trong cơ thể động vật giữa các hormonecó sự cân bằng tác động với nhau, khi thiếu hormone này thì hormone đối kháng sẽ tác độngmột mình, do đó làm mất cân bằng trao đổi chất. Khi thiếu Insuline làm hàm lượng đườngtrong máu có thể đạt tới 300-500mg% và trong một lít nước tiểu có thể có từ 8-10g đường.Khi thiếu Insuline sẽ làm giảm độ thẩm thấu glucose của tế bào, làm yếu hoạt tính củaenzyme hexokinase, do đó làm cho sự tiêu thụ glucose của tế bào bị hạn chế (trừ hồng cầu vàtế bào thần kinh là không chịu ảnh hưởng của Insuline). Như vậy trong máu thừa đường mà tếbào lại thiếu năng lượng, tế bào phải dùng lipid làm nguyên liệu, lipid dùng nhiều gây nên thểceton huyết, ceton niệu, điều này càng làm cho sự chuyển hoá bị rối loạn. Mặt khác thiếuInsuline làm cho quá trình chuyển hoá acid amin. thành glucose càng đẩy mạnh và cơ thể bịgầy mòn nhanh chóng. Bệnh thiếu Insuline thường là chức năng của tuyến tuỵ bị hư như bịviêm... 7.2. Bệnh thấp đường huyết (Hypo glycemia) Bệnh thấp đường huyết là trường hợp lượng đường trong máu nằm dưới mức tối thiểu.Hiện tượng này thường gặp trong trường hợp thiểu năng tuyến thượng thận, gây thiếuAdrenalin hoặc ở một số động vật chửa kì cuối, lợn sơ sinh. 7.3. Rối loạn trao đổi đường do thiếu vitamin Trao đổi glucid là một quá trình phức tạp, có rất nhiều enzyme tham gia, đặc biệt làcác enzyme khử carboxyl đối với các cetoacid như pyruvic, α-cetoglutamic... các phản ứngnày đều cần enzyme có nhóm ghép là TPP là dẫn xuất của VTM B1, do vậy khi thiếu VTM B1các phản ứng trên sẽ không thực hiện được, acid pyruvic không được khử bị ứ đọng lại nóphân ly ảnh hưởng tới pH của tế bào dẫn đến hiện tượng tích nước gây nên phù (bệnhBeriberi). Acetyl CoA không được hình thành gây thiếu Acetylcolin là chất dẫn truyền xungđộng ở xinap thần kinh gây nên viêm thần kinh, đau đầu... CHƯƠNG VI: GLUCID VÀ TRAO ĐỔI GLUCID Khái niệm và vai trò của glucid. Sự tiêu hoá và hấp thu tinh bột. Tiêu hoá chấtsơ ở loài nhai lại. Sự tổng hợp, phân giải glycogen. Sự chuyển hoá trung gian củaglucose. Sự oxy hoá glucose trong điều kiện có đủ oxy. Sự điều hoà trao đổi glucid.Một số bệnh do rối loạn trong trao đổi glucid.Câu 1: Quá trình tổng hợp Glycogen? Những hormon điều khiển quá trình này? Câu2: Quá trình phân giải Glycogen? Những hormon điều khiển quá trình này? Câu 3:Quá trình đường phân ở mô bào động vật? ý nghĩa của quá trình này? Sự giống vàkhác nhau giữa quá trình đường phân và quá trình lên men.Câu 4: Vòng Cori và ý nghĩa của nó?Câu 5: Sự chuyển hoá của glucose trong điều kiện có đủ ôxy? Quá trình chuyển hoá từaxit pyruvic thành acetylCoACâu 6: Vòng Krebs và vai trò sinh học của nó trong trao đổi vật chất?Câu 7: Một số bệnh do rối loạn trao đổi đường?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 207 http://www.ebook.edu.vn
  • 214. CHƯƠNG VII LIPID VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ LIPID 1. Đại cương về lipid 1.1. Khái niệm 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 dungmôi hữu cơ như cồn, ete, cloroform, benzen, aceton v.v.. Không phải mọi lipid đều hoà tannhư nhau trong tất cả các dung môi nói trên mà mỗi lipid hoà tan trong dung môi tương ứngcủa 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, dầuvà các chất béo giống mỡ ở động vật và dầu ở thực vật. Về mặt hoá học lipid là những estegiữa rượu và acid béo, điển hình là chất Triacylglycerol. CH2- O – CO – R1 ⏐ CH- O – CO – R2 ⏐ CH2- O – CO – R3 Tuỳ theo thành phần các acid béo và rượu khác nhau mà có các lipid khác nhau, ở thựcvật và vi sinh vật sự phong phú về các acid béo thường cao hơn ở động vật có vú Một số acid béo thường gặp: Tên gọi Công thức Nơi có nhiều acid butyric CH3(CH2)2COOH Lipid sữa (bơ) acid caproic CH3(CH2)4COOH Bơ, dừa acid caprylic CH3(CH2)6COOH Bơ, dừa, não cá acid capric CH3(CH2)8COOH Dừa, não cá voi acid lauric CH3(CH2)10COOH Dầu thực vật acid myristic CH3(CH2)12COOH Lipid động vật, dầu thực vật acid palmidic CH3(CH2)14COOH -nt- acid stecaric CH3(CH2)16COOH -nt- acid arachidic CH3(CH2)18COOH Dầu lạc Ngoài rượu và các acid béo ở các lipid phức tạp (lipoid) trong phân tử của chúng cònchứa các dẫn xuất có phospho, nitơ, sulfur v.v. như nhóm phosphateide, xerebrozid. Đây làhai nhóm lipid có vai trò quan trọng.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 208 http://www.ebook.edu.vn
  • 215. Phosphateide có nhiều trong não, dây thần kinh và các cơ quan như gan, tim, thận vàmột số vật phẩm như lòng đỏ trứng, sữa. Các đại diện của phosphateide thường ở dạng liênkết 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 phầncủa 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, nhấtlà 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 gọilà vitamin F, chúng có tác dụng quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của môbào, giúp cho quá trình phân bào. 1.2. Vai trò của lipid 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 thuđược 9,3 kilo calo. Đem so với lượng calo của 1gam đường hoặc protein (4,1 kilo calo/1g) thìlượng calo sản ra của lipid nhiều gấp đôi. Nhu cầu năng lượng hàng ngày của động vật dolipid cung cấp khoảng 30% đến 40% hoặc hơn nữa tuỳ loài động vật và trạng thái sinh lý củacơ thể. Chức năng quan trọng nhất của lipid là cấu tạo màng sinh học (màng tế bào, màng ti lạpthể v.v.). Trong màng sinh học, lipid ở trạng thái liên kết với protein tạo thành hợp chấtlipoprotein. Chính nhờ tính chất của hợp chất này đã tạo cho màng sinh học có được tínhthẩm 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, dẫnnhiệt kém. Lipid là dung môi cho nhiều vitamin quan trọng như vitamin A,E,D,K (nhóm vitaminhoà tan trong lipid) vì thế nếu khẩu phần thiếu lipid lâu ngày thì động vật dễ mắc bệnh thiếucác vitamin kể trên. Đối với loài động vật ngủ đông, động vật di cư, các loài sâu kén, lipid còn là nguồncung 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 thựcvật v.v. Đồng thời những hiểu biết này cũng giải thích được các trạng thái bệnh lý như ceton-huyết, ceton-niệu, gan nhiễm mỡ v.v. ở gia súc.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 209 http://www.ebook.edu.vn
  • 216. 2. Một số dặc điẻm về tiêu hoá, hấp thu, chuyển vận và dự trữ lipid ở động vật. 2.1. Sự tiêu hoá lipid. Do đặc tính không hoà tan trong nước, mà quá trình tiêu hoá lipid lại có bản chất là quátrình thuỷ phân, enzyme thực hiện quá trình này là enzyme esterase (lipase) nên sự tiêu hoá vàhấp thu lipid có một số nét đặc thù riêng. Muốn cho enzyme phân giải được thì lipid phải ởtrạng 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 quátrình 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 chứaenzyme 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 thànhhầu 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 tiếnhành quá trình này. Lipid muốn được tiêu hoá phải được nhũ tương hoá, thực chất của quátrình nhũ tương hoá là biến lipid thành dung dịch “giả” (giả hoà tan) để làm tăng diện tích tiếpxúc của lipid với enzyme lipase. Quá trình nhũ tương hoá lipid ở ruột non nhờ một loạt cácyếu tố sau: Sự nhu động của ruột cộng với trạng thái xốp của thức ăn do khí CO2 sinh ra trong quátrình trung hoà HCL của dịch vị bởi các bicarbonat của dịch ruột. HCl + NaHCO3-----> NaCl + H2CO3 ----> CO2 + H2OTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 210 http://www.ebook.edu.vn
  • 217. Các acid mật bao gồm: acid cholic, acid 7 Desoxycholic, acid lidocholic, acidkenodesoxycholic. OH CH3 CH3 CH CH3 CH2 – CH2 – COOH HO OH Acid cholic OH CH3 CH3 CH CH3 CH2 – CH2 – COOH HO Acid 7 desoxycholic CH3 CH3 CH CH3 CH2 – CH2 – COOH HO Acid litocholic CH3 CH3 CH CH3 CH2 – CH2 – COOH HO OH Acid kenodesoxycholic Các acid mật được hình thành từ cholesterol, quá trình này diễn ra ở tế bào gan, sau đóđược tiết ra ở ống mật rồi đổ vào túi mật. Trước khi đổ vào ruột non, nó được liên kết vớiglycine và taurin tạo thành acid glycocholic và acid taurocholic.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 211 http://www.ebook.edu.vn
  • 218. Các hợp chất này có tính phân cực và hoạt tính bề mặt, do đó dưới tác dụng nhu độngcủa ruột, lipid bị vỡ thành các hạt nhỏ, các hạt lipid nhỏ này được phủ bởi lớp acid mật và lớpvỏ 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 vàcần 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 vàlipase do niêm mạc ruột non tiết ra. Lipase khi mới tiết ra còn ở dạng zymogen, sau khi gặpacid mật mới chuyển sang trạng thái hoạt hoá. Dưới tác dụng của lipase, lipid được phân giảithành glycerine và các acid béo theo phản ứng sau: CH2- O – CO – R1 + 3H2O CH2 – OH R1 – COOH ⏐ ----------> ⏐ CH2- O – CO – R2 Lipase CH – OH + R2 – COOH ⏐ ⏐ CH2- O – CO – R3 CH2 – OH R3 – COOH Lipid Glycerine Các acid béo Quá trình phân giải lipid với mức độ khác nhau, nên các sản phẩm tạo ra có thể làdiglyxeride, monoglyceride, các acid béo và glycerine.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 212 http://www.ebook.edu.vn
  • 219. CH2-O–CO–R1 CH2- OH CH2-OH CH2- OH ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ CH - O - CO - R2 → CH2-O–CO–R2 → CH2-O–CO–R2+→ CH- OH ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ CH2-O–CO–R3 CH2-O–CO–R3 CH2-OH CH2- OH Diglyxeride Glycerine Triglyxeride Monoglyxeride ThËm chÝ cßn cã c¶ nh÷ng h¹t lipid nhá 1/100μ. TÊt c¶ nh÷ng s¶n phÈm nµy ®Òu ®−îc hÊp thuqua v¸ch ruét. 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 đượcliên 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 ẩmbào là chủ yếu. Sau khi vào tế bào vách ruột, acid mật tách khỏi acid béo. Acid mật đi vào hệ tĩnh mạchtrở về gan. Ở tế bào vách ruột, acid béo có thể kết hợp với glycerine tái tạo thành lipid. 70-80% lipid tái tạo này đi vào ống lâm ba dưới dạng những hạt to nhỏ khác nhau có tên là“Chylomicron”, nó có một lớp vỏ protein, trong là các acid béo, triglycerid, cholesterol… Đâylà 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 thứcẩm 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 cầuvề năng lượng, lipid lại được đưa tới các cơ quan cần oxy hoá hoặc được tích luỹ lại thành mỡdự trữ. Bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta thấy rằng bất cứ loại lipid nào trướckhi 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 loạihormone. Các acid béo và glycerine từ mô mỡ được đưa vào máu, vận chuyển dưới dạngliên kết với albumin và một phần với β-globuline tới các mô bào cần sử dụng (dạng phức hợpcó tỷ trọng cao và tỷ trọng thấp ( HDLP và LDLP). Cơ quan sử dụng acid béo nhiều nhất làgan và một phần là cơ tim. 2.3. Vai trò của gan động vật trong chuyển hoá lipid: 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. Vìvậy, khi quá trình tiết mật kém, sự tiêu hoá và hấp thu lipid sẽ bị đình trệ. Lipid không đượcTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 213 http://www.ebook.edu.vn
  • 220. tiêu hoá sẽ theo phân ra ngoài. Acid mật còn giữ vai trò trong quá trình hấp thu acid béo, nênthiếu 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, gancòn 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 cácsản phẩm của lipid đã được chế biến ở gan. 3. Sự phân giải triglyceride Trong điều kiện trao đổi chất bình thường, cơ thể động vật sử dụng 30-40% năng lượngcung cấp từ lipid còn 60-70% do glucose. Tuy nhiên, do dự trữ glucid ở mô không lớn, nêntrong những trường hợp như khi đói, khi lao động căng thẳng hoặc một vài trạng thái sinh lýđặc 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 : O2 = 0,71 Hệ thống enzyme chuyển hoá lipid ở gan của động vật khá cao. Hàng ngày có mộtlượng lipid nhất định được chuyển từ các mô dự trữ đưa về gan và được xơ chế ở gan trướckhi 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 gankhông oxy hoá tốt do các nguyên nhân bệnh lý, lipid sẽ ứ đọng ở gan gây tình trạng gannhiễm mỡ. Từ mô mỡ, acid béo và glycerine được giải phóng nhờ tác dụng của enzyme lipase đặcthù 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: 3.1. Sự chuyển hoá trung gian của glycerol Glycerine là sản phẩm rất dễ chuyển hoá trong cơ thể, nó chuyển thành glycerinealdehydeyd theo xơ đồ phản ứng sau: Glycerine Glycerophosphate Phosphoglycerine aldehyt Phospho - glycerine aldehyt đi vào con đường đường phân. 3.2. Sự chuyển hoá của acid béo Ở gan, hệ thống enzyme oxy hoá acid béo hoạt động rất mạnh. Một acid béo muốnđược oxi hoá phải trải qua một số bước sau: 3.2.1. Hoạt hoá acid béo: Acid béo vào tế bào gan, ở tế bào chất nó được hoạt hoá bởihệ thống enzyme Acyl-CoA-Syntetase hoạt hoá gồm 2 bước:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 214 http://www.ebook.edu.vn
  • 221. AMP được giải phóng từ phản ứng (2) sẽ được phosphoryl hoá trở lại thành ADP dướitác dụng của Adenylate Kinase: AMP + ATP 2ADP Vậy thực chất quá trình hoạt hoá một phân tử acid béo tự do đã sử dụng 2ATP. Phản ứng tổng quát có thể viết: AcylCoA sylthetaseR COOH + 2ATP + CoASH AcylCoA + 2ADP + PP 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. 3.2.2. Vận chuyển acid béo vào trong ty thể. Các acid béo liên kết ngắn (4-10C) qua màng ty thể dễ dàng. Nhưng các acid béo liênkết dài (từ 12 C trở lên) được vận chuyển qua màng ty thể nhờ hệ thống Carnitin do enzymeCarnitin 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 trongmàng ngoài ty thể tạo thành Acyl carnitin và giải phóng CoASH.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 215 http://www.ebook.edu.vn
  • 222. Bước tiếp theo, gốc acyl trong Acyl carnitin được chuyể đến CoenzymeA có ở bêntrong chất nền của ty thể, ở đây dưới tác dụng của enzyme Carnitin acyl transferase II tạo trởlại 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 lànơi sẽ diễn ra quá trình oxy hoá acid béo. Hình 7.1. Sự vận chuyển Acid béo qua màng ty thể. 3.2.3. Tái tạo acyl CoA: Quá trình này đi ngược lại bước 2 và Carnitin được giải phóngtrở lại mặt ngoài của ty thể (hình 7.1). 3.2.4. Quá trình β - oxy hoá acid béo: Quá trình được Knoop người Đức (1904) đề ra trong khi nghiên cứu về lipid, ông chúý đến số carbon chẵn của các acid béo, ông cho rằng muốn giữ được trạng thái "chẵn" đó thìTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 216 http://www.ebook.edu.vn
  • 223. phân tử acid béo chỉ có thể thêm hoặc bớt bởi các sặp 2C mà thôi. Kiểm chứng bằng cách chochó 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 phápnguyên tử đánh dấu người ta đã kiểm chứng được dễ dàng giả thiết của Knoop. Ngoài quátrình 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 lần1: do enzyme acyl dehydrogenase có nhóm ghép là FAD+ lấy đi một cặpH tạo thành liên kết đôi trong enoyl-CoA: Cặp hydro từ FADH2 sẽ được chuyển vào chuỗi hô hấp tạo ra 2 ATP b) Hợp nước: do enzyme hydratase, một phân tử nước được ghép vào vị trí Cβ O OH O || +H2O ⏐ || R –CH2- CH = CH – C ∼ SCoA -------------> R- CH2 - C - CH2 – C ∼ SCoA β α Hydratase ⏐ H Enoyl - CoA β - Oxi Acyl CoA c) Oxy hoá lần 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) Tạo acetyl-CoA: Do enzyme thiolase gắn CoASH vào Cβ tạo thành một acyl CoAmới ngắn đi 2C, và một acetyl-CoATrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 217 http://www.ebook.edu.vn
  • 224. O O O O || || + CoASH || || R –CH2 - C - CH2 – C ∼ SCoA -------> R-CH2 - C∼ SCoA + CH3 - C∼ SCoA thiolase β ceto acyl CoA Acyl CoA míi (ng¾n ®i 2 C) 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. Sơ đồ quá trình β oxy hoá acid béoTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 218 http://www.ebook.edu.vn
  • 225. Hình 7.2b. Sơ đồ vòng xoắn Lynen. Hiệu 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 7FADH2, 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 3.2.5. Sự oxi hoá các acid béo không no. Đối với các acid béo có một hoặc nhiều liên kết đôi, như acid oleic, acid linoleic... quátrình β - oxy hoá diễn ra bình thường, các phân tử acetyl - CoA được tách dần ra, cho tới gầnliên kết đôi. Tới đây, tuỳ theo vị trí của liên kết mà cần đến sự tham gia hỗ trợ của cácenzyme 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.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 219 http://www.ebook.edu.vn
  • 226. 3.2.6. Sự 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 acidamin 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 dạngpropionylCoA thì dừng lại. Ở đây nó được enzym propionyl-carboxylase có nhóm ghép làbiotin ghép thêm CO2 vào trở thành metylmalonyl CoA. Chất này lại được enzym mutasebiến 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 hoákhác 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 CoATrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 220 http://www.ebook.edu.vn
  • 227. 4. Sự hình thành và chuyển hoá thể ceton Thể ceton là tên gọi trong chẩn đoán lâm sàng của nhóm gồm 3 chất là acid acetoacetic, acid β - hydroxybutyric và aceton CH3 - C - CH2 - COOH CH3 - CH - CH2 - COOH CH3 - C - CH3 || | || O OH O Acid aceto acetic Acid β - hydroxy butiric Aceton Trong quá trình β - oxy hoá acid béo, lượng acetyl CoA được tạo ra rất nhiều. Bản thântế bào gan chỉ sử dụng một ít acetyl CoA cho nhu cầu của mình còn phần lớn acetyl CoAđược đưa tới các mô bào khác để sử dụng. Thể ceton là dạng chuyển vận trung gian của acetylCoA. Quá trình tạo ra thể ceton ở tế bào gan như sau: O O O || - CoASH || || a/ 2 CH3 - C ∼ ScoA ------------> CH3 – C – CH2 - C ∼ ScoA AcylCoA Transferase AcetoacetylCoA O O O || || || + H2O b/ CH3 – C – CH2 - C ∼ ScoA + CH3 - C ∼ ScoA ------------> AcetoacetylCoA AcylCoA Syntetase OH O | || -----> COOH – CH2 – C - CH2- C ∼ ScoA + CoASH | CH3 β-hydroxy, β- metyl- glutaryl-CoA OH O O O | || Phân giải || || c/ COOH–CH2 - C - CH2- C∼ ScoA -------------> CH3– C– CH2- COOH + CH3-C∼ ScoA | Liase CH3 β-hydroxy, β- metyl- glutaryl-CoA Acid acetoaxetic acetylCoA Acid acetoaxetic sau khi được hình thành, có thể được enzyme dehydrogenase có nhómghép là NADH2 khử thành acid β-hydroxy butylic.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 221 http://www.ebook.edu.vn
  • 228. 70-80% thể ceton trong máu tồn tại ở dạng acid β - hydroxy butyric. Trong trường hợprối loạn chuyển hoá nặng, khi hàm lượng acid aceto axetic quá cao, một phần chất này có thểbị mất đi CO2 tạo thành aceton (hình 7.4). Aceton là chất dễ bay hơi được bài tiết ra ngoài quanước tiểu và hơi thở. Như vậy, thể ceton là những chất chuyển hoá bình thường của cơ thể động vật, chúngchỉ trở nên nguồn gốc gây chứng toan huyết khi được sản sinh quá nhiều do điều tiết chuyểnhoá glucid và lipid bị rối loạn. Thể ceton được đưa tới các mô, ví dụ ở cơ, và được sử dụng vào mục đích năng lượngnhư biến thành dạng acid aceto acetic hoạt động. Quá trình chuyển hoá đó như sau: Acetyl CoA được hình thành sẽ đi vào chu trình Krebs (hình 7.5).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 222 http://www.ebook.edu.vn
  • 229. Hình 7.4. Sự hình thành các thể ceton từ acetyl CoATrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 223 http://www.ebook.edu.vn
  • 230. Hình 7.5. Quá trình tạo acetyl CoA từ D-β -Hydroxybutyric Ở thực vật (hạt có dầu) và vi sinh vật, acetyl CoA có thể được chuyển hoá qua chu trìnhglyoxylate, một dạng cải biến của chu trình Krebs, để tạo ra các sản phẩm glucid cần cho quátrình nẩy mầm. Quá trình thành lập, sử dụng và bài tiết của thể ceton được tóm tắt như sau (Hình 7.6).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 224 http://www.ebook.edu.vn
  • 231. Hình 7.6. Sự hình thành và vận chuyển các thể ceton 5. Sự tổng hợp acid béo và triglyceride Quá trình tổng hợp acid béo và lipid là cơ chế dự trữ năng lượng ở sinh vật. Ở gia súchầu hết các mô bào đều có khả năng tổng hợp lipid. Nhưng có một vài cơ quan có khả năngtiến hành mạnh và thường xuyên như ở gan, mô lipid và cơ. Nguyên liệu chính mà cơ thểdùng để tổng hợp lipid là những sản phẩm chuyển hoá từ glucid như glycerine aldehydeyl-phosphate, dioxy-aceton-phosphate và acetyl CoA. Các thực nghiệm chỉ rõ rằng ở hạt có dầuhàm lượng lipid tăng dần trong khi hàm lượng glucid giảm dần, hai quá trình diễn ra songsong và ngược chiều với nhau. Ở loài nhai lại, phần lớn lipid ở các mô, nhất là lipid sữa đượctổng hợp từ các acid béo thấp phân tử như acid acetic, acid propionic (do quá trình phân giảichất xơ ở dạ cỏ cung cấp). Gần 50% bơ của sữa bò được tạo thành từ các acetate ngấm quavách dạ cỏ vào máu rồi tới tuyến sữa. Ở lợn, khả năng sử dụng glucid để tạo lipid cao hơn cácđộng vật khác tới 30%. Quá trình tổng hợp lipid được thực hiện bởi hệ thống đa enzyme. Trong tế bào cácenzyme này bố trí liên hoàn với nhau xung quanh một protein chính giữa gắn với 6 enzymebao quanh protein vận chuyển đóng vai trò là chất vận chuyển acyl (ACP-Acyl carrierprotein). Quá trình tổng hợp lipid diễn ra ở bào tương (lưới nội bào), quá trình như sau: 5.1.Nguồn glycerine tức glycerophesphate. Glycerophosphate được tạo nên từ quá trình đường phân (từ phospho-dioxy-aceton vàphospho-glycerine aldehyde):Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 225 http://www.ebook.edu.vn
  • 232. CH2-O- C HO CH2-OHH2PO3 +NADH2 ⏐ ----------> ⏐ ⏐ ----------> CH-OH CH-OH + NAD C=O Dehydrogenase Isomerase ⏐ ⏐ ⏐ CH2-O-H2PO3 CH2-O-H2PO3 CH2-OH Phosphoglycerine α-glycerophosphatePhosphodioxyaceton aldehyt 5.2. Tổng hợp acid béo theo vòng xoắn Lynen-Wakil: Acid béo được tổng hợp từ các phân tử acetyl-CoA. Trong quá trình tổng hợp, trừ phântử acetyl CoA đầu tiên đi vào dưới dạng không đổi, còn tất cả các phân tử vào sau đều từ dạngcacboxyl hoá tức là malonyl-CoA. Theo Lynen-Wakil quá trình tổng hợp acid béo được tiếnhành qua 3 giai đoạn: 5.2.1. Hoạt hoá acetyl CoA tạo thành malonyl CoA thực hiện bởi enzyme carboxylasecó nhóm ghép là biotin (còn gọi là Vitamin H), ATP và Mn++ O O || ATP || CH3 - C ∼ ScoA + CO2 ----------------> COOH - CH2 - C ∼ ScoA AcetylCoA Mn2+, Biotin MalonylCoA 5.2.2. Nối dài chuỗi carbon trong acid béo: do enzyme trans acylase: O SH SH S – CO- CH3 || | - CoASH | | CH3 - C ∼ ScoA + EACP – SH -------> EACP – S – CO- CH3 ---> EACP – S AcylCoA O S – CO – CH3 S – CO – CH3 || | - CO2 | COOH - CH2 - C ∼ ScoA + EACP – SH -------------> EACP – S – CO- CH3 MalonylCoA - CoASH S – CO – CH3 SH | Ngưng tụ | EACP – S – CO- CH3 --------------> EACP – S – CO- CH2 – CO – CH3Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 226 http://www.ebook.edu.vn
  • 233. Khử lần 1 do enzyme dehydrogenase có nhóm ghép là NADPH2 Loại nước do enzyme hydratase SH OH SH | | - H2 O | EACP – S – CO- CH2 – CH – CH3 --------------> EACP – S – CO- CH = CH – CH3 Hydratase Khử lần 2 do enzyme dehydrogenase có nhóm ghép là FMNH2 Phản ứng hoàn nguyên của FMN+ FMN+ + NADPH2 -------------> FMNH2 + NADP+ NADPH2 được tạo ra từ chu trình pentose phosphate. Quá trình lại tiếp tục nhận một phân tử malonyl CoA vào chu trình và mỗi vòng quay lạinối dài thêm một cặp carbon tới khi phân tử acid béo có đủ độ dài đáp ứng với phân tử acidbéo mà tế bào cần tổng hợp (Hình 7.7). ACP là một protein có 77 acid amin có nhóm ghép là pantothenic. Công thức củapantothenic như sau: CH3 | HOCH2 – C – CHOH – CO – NH – CH2 – CH2 – COOH | CH3Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 227 http://www.ebook.edu.vn
  • 234. 5.2.3. Kết thúc quá trình tổng hợp acid béo nhờ enzyme acyl transferase SH O SH | Acyl transferase || | EACP –S – CO-(CH2)n– CH3 + CoASH ----------------> CH3 – (CH2)n– C ∼ ScoA + EACP -SH AcylCoATrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 228 http://www.ebook.edu.vn
  • 235. O HOOC CH2 ~ C SCoA O H2 O R C CH2 C ~SCoA CH3 C ~SCoA O O O H2 O HOOC CH2 ~ C SCoA C CH2 C CH3 H3C C CH2 C ~SCoA NADPH2 SH EACP FMN+ SH NADPH2 NADP+ OH O FMNH2 CH CH2 C CH3 NADP+ O H H3C C CH C -H2O Hình 6.7. Mô hình tổng hợp acid béo theo vòng xoắn Lynen Trong cơ thể sinh vật gần 70-80% acid béo ban đầu được tổng hợp dưới dạng palmidylCoA (16C). Sau đó, tuỳ theo nhu cầu của tế bào, từ acid béo này sẽ được chuyển hoá thànhcác acid béo khác. Việc xử lý này được tiến hành ở hai vị trí, nếu đòi hỏi nối dài thêm phân tửacid béo thì palmidyl CoA được đưa vào ty lạp thể, ở đó nó được nối dài bởi các acetyl CoA.Nếu trở thành các acid béo không bão hoà hoặc thấp phân tử hơn thì nó được chuyển vào tiểuthể microsome để oxy hoá. 5.3. Quá trình tổng hợp mỡ (quá trình gắn acid béo vào glycerine) Trong tế bào có sẵn glycerine ở trạng thái hoạt hoá. Quá trình gắn acid béo được thựchiện lần lượt từng phân tử và tạo thành các sản phẩm: mono, di-glyceride phosphate và cuốicùng mới tạo thành triglyceride.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 229 http://www.ebook.edu.vn
  • 236. CH2-OH O CH2-O - CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ || - CoASH ⏐ CH-OH + CH3 – (CH2)n– C ∼ ScoA ------------------> CH-OH ⏐ Acyl transferase ⏐ CH2-O-H2PO3 CH2-O-H2PO3 Glycerophosphate Mono glyceride phosphate CH2-O-CO - ( CH2 )n - CH3 O CH2-O - CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ || - CoASH ⏐ CH-OH + CH3 – (CH2)n– C ∼ ScoA -------------> CH-O- CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ Acyl transferase ⏐ CH2-O-H2PO3 CH2-O-H2PO3 Mono glyceride phosphate Di glyceride phosphate CH2-O-CO - ( CH2 )n - CH3 CH2-O - CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ - H3PO4 ⏐ CH-O - CO - ( CH2 )n - CH3 -------------> CH-O- CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ Phosphatease ⏐ CH2-O-H2PO3 CH2-OH Di glyceride phosphate Di glyceride CH2-O-CO - ( CH2 )n - CH3 CH2-O - CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ - CoASH ⏐ CH-O - CO - ( CH2 )n - CH3 -------------> CH-O - CO - ( CH2 )n - CH3 ⏐ Acyl transferase ⏐ CH2-OH + CH3 – (CH2)n– C ∼ ScoA CH2-O-CO –(CH2)n -CH3. || O Di glyceride Tri glyceride Mỡ hình thành được chứa vào các hạt trong tế bào. Ở động vật bậc cao có 3 acid béo mà cơ thểkhông tự tổng hợp được, đó là: 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 Đây là ba acid béo giữ vai trò quan trọng trong quá trình phân chia tế bào (có tên chunglà vitamin F), các acid béo này gọi là " lipid cần thiết", cơ thể động vật phải khai thác chúngtừ nguồn thức ăn. Các acid béo này tuy nhiên lại có nhiều ở dầu thực vật.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 230 http://www.ebook.edu.vn
  • 237. 6. Sơ lược về vai trò và sự chuyển hoá các dạng lipoide Lipoid gồm nhiều đại diện khác nhau, nhưng người ta mới nghiên cứu kỹ hai loại lànhóm Steroid và phospholipid. Hai loại này tham gia vào nhiều quá trình trao đổi vật chất củacơ thể. 6.1. Nhóm Steroid: Đại diện chủ yếu của nhóm lipoid này là cholesterol và cholesterintức là este của cholesterol và acid béo. Cholesterol có nhiều trong mô bào động vật và vi sinhvật khác. Trong máu động vật, hàm lượng của nó có thể từ 150-250 mg%. Sơ đồ công thứccủa cholesterol như sau: 6.1.1. Tổng hợp cholesterol: Theo Bloch (1944) cholesterol được tổng hợp từ cácacetyl-CoA, quá trình tổng hợp diễn ra khá dễ dàng ở nhiều mô: Từ acetyl CoA --------------> isopren (CH3- C = CH- CH3)n ⎮ CH3 Từ isopren ----------------> bộ xương squalen CH3- C = CH- CH2- (CH2- C= CH- CH2)4 - CH2- CH = C- CH3) ⎮ ⎮ ⎮ CH3 CH3 CH3 Sau đó squalen gấp khúc tạo thành cholesterol. 6.1.2. Sự chuyển hoá của cholesterol. Trong quá trình chuyển hoá cholesterol sẽ biến thành nhiều hoạt chất sinh học hoặc sẽthải theo mật và qua vách ruột gìa. Một lượng nhỏ có thể đưa ra theo mỡ nhờn của da. Từcholesterol có thể chuyển hoá cho ra các sản phẩm sau: Các hormone thuộc nhóm Steroid như các hormonee sinh dục và nhóm corticosteroid(hormone tuyến thượng thận). Các acid mật ở gan Nhóm vitamin D như vitamin D3 (calcipherol). Cholesterol ở dưới da, dưới tác dụngcủa tia tử ngoại (λ=260mμ) bị phân hoá tạo thành vitamin D3:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 231 http://www.ebook.edu.vn
  • 238. Một phần cholesterol qua ruột già thải theo phân ra ngoài (dưới tác động oxy hoá-khửdo vi khuẩn ruột già). 6.2. Nhóm phosphateide: Đây là nhóm lipid có phospho làm nhóm ghép. Phosphateidechiếm vị trí quan trọng trong quá trình trao đổi lipid và protein. Phosphateide xúc tiến việchấp thu lipid ở vách ruột, tham gia vào việc vận chuyển lipid và acid béo trong cơ thể. Chấtđiển hình của nhóm này là lecithin CH2 – O – CO – R1 ⎢ CH – O – CO – R2 ⎢ O CH3 ⎢ ⎢⎢ + CH2 – O – P – O – CH2 – CH2 – N – CH3 ⎢ OH CH3 Lecithin gồm nhiều chất khác nhau bởi các acid béo (R1, R2.). Phần cholin có thể được thay thế bởi serine tạo thành phosphateide serine hoặc bằngethanolamine tạo thành phosphateide ethanolamine. CH2 – OH CH2 – OH CH2 – OH CH3 ⎢ ⎢ ⎢ CH CH2 CH N CH3 ⎢ ⎢ COOH NH2 NH2 CH3 Serine Ethanolamine Choline Cơ thể sinh vật có khả năng tổng hợp phosphateide từ các nguyên liệu đơn giản nhưglycerine, acid béo, acid phosphoric, choline, ethanolamine, serine v.v. Phosphateide giúp cho quá trình chuyển hoá acid béo ở gan. Nhiều thực nghiệm chothấy một trong các nguyên nhân của bệnh gan nhiễm mỡ là vì thiếu phosphateide mà chủ yếulà thiếu nguyên liệu để tổng hợp chúng, trước hết là nhóm methyl.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 232 http://www.ebook.edu.vn
  • 239. Quá trình phân giải lecithin do lớp enzyme lecithinase (phospholipase) đây là một tổhợp gồm 4 enzyme A,B,C,D. Nhóm enzyme này hoạt động liên hoàn đồng thời. Enzyme Acắt acid béo thứ nhất, enyime B cắt acid béo thứ 2, enzyme C cắt phosphate, enzyme D cắtcholine. Sản phẩm thu được là các acid béo, glycerine, acid phosphoric và choline. 7. Điều hoà quá trình chuyển hoá lipid. Trao đổi lipid ở động vật chịu ảnh hưởng chi phối của hormone và hệ thần kinh. 7.1. Hệ thần kinh: kể cả hệ thần kinh cao cấp đều có tác dụng rất mạnh đến quá trìnhtích luỹ mỡ, một phần là do những dây thần kinh đi trực tiếp tới mô mỡ, một phần thông quahệ hormone. Những hoạt động thần kinh căng thẳng đều làm giảm mỡ tích luỹ trong cơ thể,động vật thuộc loại hình thần kinh hưng phấn thường khó vỗ béo. 7.2. Hệ hormone: Insuline có tác dụng xúc tiến quá trình tổng hợp mỡ từ nguyên liệuglucid, nó thực hiện quá trình phosphoryl hoá glucose tạo nguyên liệu cho tổng hợp mỡ.Nhóm corticosteroid của tuyến thượng thận cũng có tác dụng thuận lợi cho quá trình thích luỹmỡ. Nhóm hormone sinh dục có tác dụng phức tạp tới quá trình này: hormone sinh dục cái cótác dụng thúc đẩy quá trình tích luỹ mỡ, ngược lại hormone sinh dục đực lại gây giảm tích luỹmỡ. 7.3. Những rối loạn của trao đổi lipid: Sự chuyển hoá lipid có liên quan mật thiết đếnsự chuyển hoá glucid. Khi có sự rối loạn về trao đổi glucid (ví dụ khi có bệnh đường niệu) thìsự chuyển hoá lipid sẽ được tăng cường dẫn đến thể ceton tăng. Ở cơ thể khoẻ mạnh, trao đổichất tiến hành bình thường, hàm lượng thể ceton của máu rất thấp (1-2mg%). Nhưng khi cơthể suy nhược, hoặc khi phải dùng lipid làm chất cho năng lượng chủ yếu (nhất là khi thiếuInsuline) thì thể ceton ở máu có thể tăng lên rất nhiều (200-300mg%), đây là hiện tượng cetonhuyết. Hậu quả của ceton huyết là ceton niệu tức là nước tiểu chứa nhiều thể ceton, lúc nàyaceton được hình thành và thải theo hơi thở, theo mồ hôi. Thể ceton gây cho cơ thể trạng tháitoan huyết và làm rối loạn sâu sắc các quá trình hoá sinh học của cơ thể. Đối với loài nhai lại,trước hết là bò sữa, tình trạng ceton-huyết thường gặp do chăm sóc không đúng kỹ thuật, khikhẩu phần ăn thừa tinh, thiếu thô. Khi nói tới rối loạn về trao đổi lipid cũng cần nói tới các trạng thái gây ra bởi bệnh lýcủa gan, gan nhiễm mỡ v.v. Khi cơ thể thiếu lipid trong khẩu phần sẽ dẫn tới sự thiếu cácvitamin hoà tan trong lipid như vitamin A,D,E,K là các yếu tố dinh dưỡng rất cần thiết. Khithiếu các lipid "cần thiết" trong khẩu phần thì sẽ làm ngưng trệ quá trình phân bào làm cho cơthể không phát triển được.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 233 http://www.ebook.edu.vn
  • 240. YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG VII: LIPID VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ LIPID Khái niệm , Vai trò của lipid. Một số đặc điểm tiêu hoá, hấp thu, vận chuyển vàdự trữ lipid ở động vật. Sự phân giải triglycerid. Sự hình thành và chuyển hoá thểxeton. Sự tổng hợp acid béo và mỡCâu 1: Vai trò của lipit đối với động vật?Câu 2: Sự tiêu hoá và hấp thu lipit?Câu 3: Vai trò của gan trong trao đổi lipit?Câu 3: Quá trình β-oxy hoá axít béo? Tính hiệu quả năng lượng khi oxy hoá axít béo palmetic?Câu 4: Sự hình thành và chuyển hoá thể xêtôn trong mô bào động vật?Câu 5: Sự tổng hợp axít béo theo vòng soắn Lynen ở mô bào động vật?Câu 6: Sự tổng hợp Triglyxerit ở mô bào động vật?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 234 http://www.ebook.edu.vn
  • 241. CHƯƠNG VIII TRAO ĐỔI PROTEIN 1. Ý nghĩa 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 sinhtrưởng, 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 sốngcủa sinh vật tiến tới chi phối được hiện tượng này theo hướng có lợi cho con người cần phảihiểu sâu sắc về trao đổi protein. Protein quan trong đối với động vật xét theo 2 mặt: Ý nghĩa về tạo hình: Protein là nền tảng, là loại chất chủ yếu để cấu tạo nên mọi mô bàosinh dịch, đó là các chất có hoạt tính sinh học quan trọng như enzyme, các kháng thể, cáchormone...; các mô bào như cơ, xương, máu, não, tuỷ... Protein trong cơ thể động vật luônluôn ở trạng thái động, trạng thái trao đổi, luôn luôn được đổi mới tức là ở trạng thái đồnghoá 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 enzymeamylase là 2 giờ, của bộ xương là 5-10 năm. Chính vì vậy hàng ngày cơ thể luôn luôn đòi hỏimột 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 nghĩa về năng lượng: trong quá trình dị hoá một phần protein cũng bị oxy hoá để chonăng 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. Vấn đề chất lượng của protein: Ở động vật muốn có quá trình sinh trưởng và phátdục bình thường thì phải có đầy đủ protein trong khẩu phần. Đầy đủ protein phải hiểu trướchết là về mặt chất lượng có nghĩa là thành phần các acid amin trong protein. Ở nhiều động vậtnhất 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 vậtnhững acid amin này là: Tre, Met, Val, Phe, His, Try, Lyz, Leu, Ileu. Số acid amin không thaythế này còn phụ thuộc vào giống, lứa tuổi, ví dụ Arg và Gly lại rất thiếu đối với gà con. Đốivới loài nhai lại như trâu, bò, dê, cừu thì nhu cầu acid amin từ thức ăn không căng thẳng lắmvì 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 hấp thu: Các acid amin hấp thu qua vách ruột theo một tương quan sốlượng nhất định. Ví dụ theo Wiliam tỷ lệ % thích hợp của các acid amin không thay thế đốivới 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.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 235 http://www.ebook.edu.vn
  • 242. 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 choviệc 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 tiêuhoá (aminase...), các bạch cầu... Nếu cơ thể không bù đắp được thì những acid amin "thừa" (thừa thiếu) không được hấpthu 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 chấtlượng thức ăn, biến thức ăn rẻ tiền thành thức ăn có giá trị. 2.3. Cơ thể không dự trữ được protein: Mỗi cơ thể chỉ sử dụng protein tới một mức độnhất định, nếu thừa nó sẽ bị thải ra ngoài dưới dạng ure, uric... hoặc bị biến đổi sang dạngđường, 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 đưavào 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 ởđộng 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 vậttrưởng 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 độngvật 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 đủthay thế các mô bào, các hoạt chất như enzyme, hormone, kháng thể... đã già cỗi. Lượngprotein 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 proteinlà vì mỗi sinh vật trong quá trình tiến hoá trong môi trường sinh thái đã có kích thước nhấtđịnh, 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 hấp thu protein Protein nói chung được đưa vào cơ thể thông qua con đường tiêu hoá. Trong ống tiêuhoá những protein nào có tính dễ hoà tan trong nước thì khả năng tiêu hoá cao như globulin,Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 236 http://www.ebook.edu.vn
  • 243. albumin của trứng, sữa, còn những protein nào kém hoặc không hoà tan trong nước thì tiêuhoá 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 độngcơ 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 ưuđể 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 làmôi trường sát trùng tốt, hầu hết các tạp trùng bị tiêu diệt trong môi trường này; làm chươngnở 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 độpH 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 enzymepepsinogen. Enzyme pepsin: do tế bào chính ở thân vị tiết ra, khi mới tiết ra ở dạng pepsinogenchưa có hoạt tính, có khối lượng phân tử 42.000 dalton, nó bị che phủ bởi một peptide có khốilượng phân tử 7.000 dalton (hình 8.2). Dưới tác dụng của H+ đoạn peptide này bị cắt đi, giảiphóng trung tâm hoạt động, trở thành pepsin hoạt động. Khi hoạt động nó lại hoạt hoápepsinogen, quá trình này mạnh hơn do H+. Pepsin có hoạt lực phân giải protein cao nhấttrong các enzyme tiêu hoá protein (2gam/1 giờ phân giải được 50kg lòng trắng trứng). Hình 8.2. Mô hình về pepsinogen Pepsin là enzyme peptidase nội, nó cắt liên kết peptide ở giữa phân tử tạo thành cácđoạn 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 dụngchính của enzyme này là làm đông vón caseinogen thành caseinoat Ca++ để lưu lại ở dạ dàycho pepsin tác dụng. Dạ dày cũng là protein nhưng không bị pepsin phân giải, đó là do niêm mạc dạ dàyđược phủ bởi một lớp polisacarid (mucoproteid), mặt khác pH của mô dạ dày là 7,3 khôngTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 237 http://www.ebook.edu.vn
  • 244. phù hợp với hoạt động của pepsin, ngoài ra nó còn bị chi phối bởi hệ thần kinh. Những hoạtđộng 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 hoàbởi 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 tuyếnruột tiết ra. Tuyến tuỵ tiết ra các enzyme sau: Trypsinogen: Trypsinogen có khối lượng 23.000 dalton chưa có hoạt tính, dưới tácdụng của enterokinase do tuyến ruột tiết ra nó được hoạt hoá thành trypsin có hoạt tính. Hình 8.3. Cấu 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 choHis 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, tuynhiên 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 acidamin, có 5 cầu disunfid (hình 8.4). Khối lượng phân tử 21.000 dalton, nó được hoạt hoá bởiTrypsin. Quá trình hoạt hoá như sau: Hình 8.4. Cấu trúc của chimotrypsinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 238 http://www.ebook.edu.vn
  • 245. Trypsin cắt liên kết peptide 14-15, chimotrypsinogen chuyển thành π chimotrypsin cóhoạt 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 đoạnpeptide nối với nhau bằng 5 liên kết disunfid chuyển thành α chimotrypsin có hoạt lực cao vàbền vững trong môi trường base và acid. Chimotrypsin có tác dụng cắt liên kết peptide tạo bởiacid amin mạch vòng, Leu, ILeu và Met. Carboxyl peptidase: khi mới tiết ở dạng pro carboxyl peptidase chưa có hoạt tính, nóđược hoạt hoá bởi trypsin và chimotrysin tạo thành 2 dạng hoạt động A và B. Chúng có tácdụng 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 acidamin kiềm tính. Đặc điểm của enzyme này là hoạt động phải có Zn++ tham gia, Zn++ là cầu nốigiữa enzyme với cơ chất (hình 8.5). Liên kết peptide được cắt H H R C N C R CH2 O COO- Zn2+ Enzyme carboxyl peptidase Hình 8.5. Zn2+ là cầu nối giữa enzyme với cơ chất Vách ruột 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: Ribonucleasephân giải RNA và desoxiribose phân giải DNA thành nucleotide. Nucleotidase phân giảinucleotide thành các base, đường và phot phat.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 239 http://www.ebook.edu.vn
  • 246. 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%, gândây chằng rất ít. Phần lớn các acid amin được hấp thu qua vách ruột khá dễ dàng, phần còn lại khôngđược 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, chủyếu 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, nguyênnhân là do ý nghĩa sinh học của nó. Bình thường cơ thể có các phản ứng miễn dịch, là phảnứng chống lại các dị vật là protein. Vì protein là chất mang sự sống, nó có thể là virut, vikhuẩn nên cơ thể phải cảnh giác với những dị vật này và trong quá trình tiến hoá đã sinh racác kháng thể miễn dịch, đó là những protein có khả năng chống lại các dị vật trên (các khángnguyên), đây là phản ứng tự vệ của cơ thể. Khi protein phân giải thành các acid amin nókhông 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 córất nhiều kháng thể, đặc biệt là nhóm IgA là kháng thể gây miễn dịch cục bộ. Trong sữa đầucòn có chất ức chế trypsin nên kháng thể không bị phân giải. Việc hấp thu kháng thể theo conđường 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 rồitheo hệ tuần hoàn đến các mô bào hoặc gan sử dụng để tổng hợp nên protein của cơ thể. 4. Sự 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, mộtphần sẽ được chuyển tới các cơ quan, các mô bào khác. Lượng acid amin đó cùng với số acidamin hình thành trong quá trình phân giải đổi mới của mô bào, hàng ngày hợp thành lượngacid 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 đóthường 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 nitơbiến thành các cetoacid và được chuyển hoá, oxy hoá đến dạng CO2 và H2O, đồng thời giảiphóng ra năng lượng dùng cho các nhu cầu sống của cơ thể. Ni tơ được bài tiết ở đây chủ yếudưới dạng muối amon, ure và acid uric. 4.1. Sự phân giải acid amin Trong cơ thể động vật acid amin có thể bị phân giải thông qua 3 phản ứng điển hình làphản ứng khử amin, phản ứng chuyển amin và phản ứng khử carboxyl. Nguồn acid amin đivào con đường phân giải chủ yếu là từ các acid amin nội sinh (từ các hormone, enzyme, cácTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 240 http://www.ebook.edu.vn
  • 247. 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. Phản 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 ứngkhử amin, còn trong mô bào động vật thì con đường khử amin theo con đường oxy hoá dướitác dụng của nhóm enzyme oxydase. Đối với acid amin hàng D thì có coenzyme là FAD+, đốivới acid amin hàng L thì coenzyme là FMN+. Phản ứng diễn ra như sau: FMNH2 + O2 ------ > H2O2 (peroxyt hydrogen) + FMN Catalase H2O2 (peroxyt hydrogen) ---------------- > H2O + O2 FMNH2 không đưa cặp H+ vào chuỗi hô hấp, nó đưa cho oxy nên gọi là enzymeoxydase. H2O2 là chất độc đối với cơ thể nên nó được catalase chuyển hoá thành nước và oxyphân tử. Chiều của phản ứng này không có chiều nghịch, đây là con đường phân giải triệt đểacid amin. Enzyme oxydase có tính đặc hiệu không cao, một enzyme có thể khử được hàngchục acid amin Sự khử amin thuận nghịch của acid glutamic: Acid glutamic có vai trò đặc biệt quan trọng trong trao đổi protein, enzyme thực hiệnphản 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 ứngnhư sau: Ý nghĩa của phản ứng: là phản ứng có tính thuận nghịch cao, thông qua phản ứngnghịch là con đường amin hoá các hợp chất hữu cơ, biến NH3 là chất độc đối với cơ thể thànhTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 241 http://www.ebook.edu.vn
  • 248. sản phẩm có giá trị (phản ứng là cửa ngõ để đưa chất vô cơ NH3 vào thế giới hữu cơ). Phảnứng 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 độckiềm. Vai trò của acid glutamic trong trao đổi acid amin là rất lớn, acid glutamic là chất khởithuỷ của các acid amin, nó đóng vai trò cung cấp nhóm amin chủ yếu cho quá trình tổng hợpcác 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 làdehydrogenase có nhóm ghép là phospho piridoxal là dẫn xuất của VTM B6. CH 2 OH CH 2 OH OH HO CH 2 O P O HO CH 2 OH H 3C O H 3C N N E VTM B6 Photphopyridoxal Ví dụ phản ứng khử amin của serin: 4.1.2. Phản ứng chuyển amin Trong chuyển hoá acid amin ở mô bào động vật cũng như sinh vật khác, phản ứngchuyển amin giữ một vai trò quan trọng hàng đầu. Thông qua phản ứng này thế giới thực vậtvà vi sinh vật có khả năng tạo nên các acid amin mới. Khả năng này cũng có ở mô bào độngvật, tuy nhiên ở đây có hạn chế hơn. Phản ứng này diễn ra mạnh ở gan, vách ruột. Phản ứngđược 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 nhữngacid amin cần khử amin, chất nhận thường là α- cetoglutarat, trong trường hợp cần tổng hợpcác 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).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 242 http://www.ebook.edu.vn
  • 249. 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)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 243 http://www.ebook.edu.vn
  • 250. Hình 8.6. Cơ chế phản ứng chuyển amin Hai cặp enzyme GOT và GPT hoạt động mạnh ở gan, cơ, tim và nhiều mô bào khác.Trong chăn nuôi việc định lượng hoạt lực các enzyme này có ý nghĩa quan trọng, thông quahoạt lực của chúng, người ta có thể biết được cường độ chuyển hoá acid amin, từ đó gián tiếpbiết được cường độ trao đổi protein cũng như trao đổi chất nói chung của con vật, đồng thờicó thể xét đoán về phẩm chất con giống, khả năng hấp thu thức ăn, khả năng sinh trưởng vàphát triển... Trong nhiều trường hợp người ta thấy có mối liên quan chặt chẽ giữa tính ditruyền với các chỉ số enzyme này. Trong thú y việc định lượng hai enzyme này trong máu cóý nghĩa trong chẩn đoán bệnh về tim và gan. Hoạt lực hai enzyme này trong máu là hoạt lựccủa enzyme do tế bào bị vỡ, có hai khả năng bị vỡ, có thể mô bào phát triển mạnh thì tế bàocũ bị vỡ nhiều như trong trường hợp ung thư, hoặc có khả năng bị vỡ do bệnh lý như trườnghợp 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).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 244 http://www.ebook.edu.vn
  • 251. 4.1.3. Phản ứng khử carboxyl Phản ứng này thực hiện bởi hệ thống enzyme decarboxylase cũng có nhóm ghép làphospho piridoxal, enzyme này có tính đặc hiệu cho từng loại acid amin. Sơ đồ phản ứng nhưsau: R Decacboxylase R + CO2 C - NH2 C - NH2 COOH 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 đềucó có hoạt tính sinh học cao, một số chất còn có hoạt lực dược học và có vai trò quan trọngđối 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 mắtthứ ba" gây sinh đẻ theo mùa, nó nhận cảm về ánh sáng ngày ngắn, ngày dài.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 245 http://www.ebook.edu.vn
  • 252. Sự biến đổi của Histidin: Histamin là chất kích thích mạnh lên tế bào thần kinh gây cảm giác đau. Ở các mô liênkết có các tế bào phì đại có các túi chứa histidin. Khi bị viêm, bị vấp ngã, các túi này vỡ giảiphóng 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 hiệntượng dị ứng (nọc ong và một số vỏ cây có các chất có tác dụng hoạt hoá enzymedecarboxylase của histidin tạo nên histamin nên gây đau, dị ứng). Với lượng nhỏ histamin códược 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 acidglutamic không đủ hoặc thiếu acid glutamic, làm lượng GABA thiếu, không gây ức chế đượcsẽ gây nên loạn thần kinh, nhẹ là mất ngủ, ngược lại nếu GABA sinh ra quá nhiều thần kinh ởtrạng thái ức chế. Sự biến đổi của Lyzin và Ornitin: - CO2 Lyzin: CH2-(CH2)3-CH-COOH ------------> CH2-(CH2)3-CH2-NH2 ⎢ ⎢ ⎢ NH2 NH2 NH2 Lyzin CadaverinTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 246 http://www.ebook.edu.vn
  • 253. - CO2 Ornitin: CH2- (CH2)2- CH- COOH ------------> CH2- (CH2)2- CH2- NH2 ⎢ ⎢ ⎢ NH2 NH2 NH2 Ornitin Putrescin Cadaverin và Putrescin là những chất hết sức độc đối với cơ thể (cadaverus là xác chết,putrus là sự thối rữa) chỉ cần 1mg putrescin tiêm vào máu sẽ làm chết một con ngựa 500kgngay tức khắc. Chính vì độc tính của nó nên trong cơ thể không có 2 loại enzyme khửcarboxyl của 2 loại acid amin này, nó thường do vi khuẩn phân huỷ. Nhìn chung các amin hữu cơ đều có hoạt tính sinh học ở mức độ khác nhau. Nếu ở nồngđộ 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 vàoxy hoá nhờ enzyme mono amin oxydase để tạo NH4+ và aldehydeyd. Các aldehydeyd tiếptục oxy hoá để tạo thành acid cacboxylic và tiếp tục oxy hoá thành CO2 và H2O. 5. Sự 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 khácnhau. Tỷ lệ này còn phụ thuộc vào hoạt động của enzyme tiêu hoá, sự hấp thu và bệnh đườngruột... Trong ruột già số lượng vi khuẩn rất lớn (1g phân trung bình có 17 tỷ vi khuẩn), trongđó có nhiều chủng loại khác nhau, nhiều nhất là E.coli. Người ta chia vi khuẩn ruột già làm 2nhóm: Nhóm vi khuẩn có ích: giúp cho cơ thể sản sinh một loạt các chất cần thiết, nhất làvitamin nhóm K, E... Đối với trâu bò, ngựa, thỏ, ngỗng còn đóng vai trò phân giải cellulosethành 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 bịức chế nên nó không gây hại. Khi bị rối loạn thức ăn nó hoạt động mạnh và gây hại. Đối vớithức ăn protein, tất cả các hoạt động của vi khuẩn đều gây hại, vì nó sản sinh ra các chất độcnhư cadaverin, putrescin, indol, scatol, phenol... Những sản phẩm này thấm qua vách ruột vàomáu 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 hoặcvới 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 indicanđánh giá khả năng tiêu hoá hấp thu protein của cơ thể.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 247 http://www.ebook.edu.vn
  • 254. CH3 COOH CH3 CH3 OH O N N N H H H Scatol Scatoxyl Scatoxylglucoronic N H Indol OH O HSO3 N N H H Indoxyl Indolsulfuric Hình 8.7. Sơ đồ chuyển hoá của Indol 6. Sự 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 cácbase 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 thìamiac bài tiết trực tiếp ra tế bào dưới dạng ion amoni (NH4+). Ở những sinh vật có cấu tạophức tạp và môi trường nước bắt đầu bị hạn chế như động vật cao đẳng sống trên cạn thì NH3trước 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 trứnglà môi trường hết sức hạn chế về nước, hơn nữa hình thức di chuyển lại là bay thì sản phẩmbài tiết chứa nitơ chủ yếu là acid uric (vì uric kém hoà tan trong nước). OH NH2 C O N N OH NH2 N HO N H 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.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 248 http://www.ebook.edu.vn
  • 255. 6.1. Sự 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 tớigan và thận dưới dạng glutamin. Quá trình hình thành glutamin được thực hiện bởi enzymeglutamin syntetase: - H2O O COOH- CH- (CH2)2- COOH + NH3 --------- > COOH- CH- (CH2)2- C ⎢ ATP, Mg++ ⎢ NH2 NH2 NH2 Acid glutamic Glutamin Glutamin chiếm 1/5 tổng số nitơ phi protein trong máu, ở dạng này chúng được chở tớigan, 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 thayđổi 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 nănglượng. 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 củaamonium (NH4+) có tính acid yếu và dạng không mang proton có tính base mạnh. Khi chuyểnhoá 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 NH3 để tổng hợp ure, quá trình này được thực hiện ở gan. Giải phóng NH3 để tạo các muối amon và bài tiết. Quá trình này thực hiện ở thận. Ở đâyNa 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. Sự 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 hoànvới nhau gọi là chu trình ornitin bao gồm các phản ứng sau:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 249 http://www.ebook.edu.vn
  • 256. 1. Tạo carbanyl phosphate do enzyme carbanyl phosphate syntetase 2AIP 2ADP+Pi NH2 CO2 + NH3 C = O OH Carbanyl p.syntetase O-P =O OH Carbanyl photphat 2. Tạo xidrulin do enzyme ornitin carrbanyl phosphate transferase NH 2 NH 2 H 2N CH COOH C=O C=O OH + (CH 2 ) 3 NH O-P =O -H3PO4 OH NH 2 (C H2)3 C arbanyl photphat O rnitin CH - NH 2 COOH X itrulin 3. Ghép thêm NH3 từ acid aspartic do enzyme argino succinat syntetaseTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 250 http://www.ebook.edu.vn
  • 257. 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 đótrong máu bao giờ cũng có một lượng ure đang di chuyển nhất định, lượng này thay đổi ở cácloài động vật, nhìn chung chúng chiếm khoảng 1/2 nhóm nitơ phi protein, tỷ lệ này ở động vậtăn thịt cao hơn động vật ăn cỏ. Ure chiếm gần 90% lượng nitơ của nước tiểu. Một phần uređược 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 bàoVSV. VSV lại là nguồn protein cho loài nhai lại, đây là chu trình chuyển hoá khép kín củanitơ ở loài nhai lại, nhờ vậy tiết kiệm được nguồn nitơ. 6.3. Sự 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. Nguồn gốc N trong acid uricTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 251 http://www.ebook.edu.vn
  • 258. 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 tháihuyễn dịch, chất trắng trong phân gia cầm là dạng muối của acid uric. Acid uric cũng có ởnước tiểu của động vật có vú, nhưng ở đây nó chỉ là sản phẩm hết sức phụ của sự chuyển hoábase purin. Trừ loại linh trưởng còn tất cả các loài động vật có vú khác còn bài tiết nitơ dưới dạngalantoin là sự chuyển hoá của acid uric dưới tác dụng của enzyme uriase. Phản ứng như sau:Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 252 http://www.ebook.edu.vn
  • 259. 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 thànhhạt đọng lại ở các khớp sụn gây nên bệnh gut. Acid uric thường đọng ở khớp ngón chân, ngóntay, 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: CH3 H3C N O CH3 7. Chuyển hoá của các protein phức tạp. 7.1. Sự 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 phângiải do già hoặc do ảnh hưởng của ngoại cảnh (tác động cơ học, vấp, ngã...). Nơi phân huỷhồng cầu là gan và lách ( khi bị sốt rét, lách làm việc quá sức nên bị sưng, gây báng bụng, dabị 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 cắtmột dây nối metyl (= CH -) tạo thành verdoglobin. Nếu hồng cầu bị vỡ ở máu thìverdoglobine 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 đườngchuyển hoá của protein. Fe+2 tách ra được liên kết với globulin tạo thành feratin và được đưara 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 C α giải phóng CO,tách Fe+2 và nước với sự tham gia của CO2, NADPH2 để 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 khônghoà tan trong nước mà hoà tan trong lipid, là chất độc đối với cơ thể, nó ức chế thần kinh mêtẩu và kích thích các mút thần kinh. Vì lý do nào đó mà các chất này bị ứ đọng ở gan, sẽ trànvào máu làm các niêm mạc nhiễm màu vàng gây chứng hoàng đản. Tại gan chúng được ganTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 253 http://www.ebook.edu.vn
  • 260. khử độc bằng cách gắn vào đó acid glucoronic biến thành phức hợp bilirubin-glucoronickhông 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 chúngđược vi khuẩn ruột già phân giải thông qua phản ứng oxy hoá - khử tạo thành mesobilinogenkhông màu. Mesobilinogen chuyển hoá theo hai con đường: Một phần tạo thành stercobilinogen màu vàng theo phân ra ngoài, gặp không khí chúngbị 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 thànhurobilin có màu vàng theo nước tiểu ra ngoài. Quá trình ở lách: ở lách quá trình được chuyển đến dạng biliverdine thì được chuyểnvề gan khử độc. 7.2. Rối 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%. Nếubilirubin liên hợp tăng thì nó sẽ khuếch tán qua thành liên kết ra các tổ chức đặc biệt là da vàniêm mạc gây vàng da vì bilirubin liên hợp tan trong nước. Nếu tăng bilirubin tự do làm vượtquá khả năng kết hợp của albumin huyết thanh, phần bilirubin còn lại sẽ tách khỏi thành liênkết và khuếch tán vào các mô và cũng vì thế gây sự lắng đọng bilirubin ở các mô chủ yếu làda và niêm mạc gây vàng da. Như vậy vàng da có thể do bilirubin tự do, cũng có thể dobilirubin liên hợp và vàng da được xếp theo 3 nhóm chính sau: Vàng da do nguyên nhân trước gan: Mọi trường hợp tan huyết hay hồng cầu bị phá huỷhàng loạt đều làm tăng thoái hoá hemoglobine và dẫn đến tăng bilirubin tự do. Khi bilirubintự do tăng mà gan không liên hợp hết thì dẫn đến kết quả là bilirubin toàn phần tăng nhưngtăng chủ yếu là bilirubin tự do. Trong trường hợp này nước tiểu không có bilirubin tự do (vìkhông tan trong nước). Sự tạo thành một lượng lớn urobilinogen và Stercobilinogen trongmáu dẫn đến tăng urobilinogen trong nước tiểu và tăng Stercobilinogen trong phân. Vàng da do nguyên nhân tại gan: trong trường hợp viêm gan do virus, tổn thương tế bàonhu mô gan làm chức năng gan bị giảm. Trong đó có chức năng liên hợp với bilirubin làm chobilirubin tự do trong máu tăng. Đồng thời khi viêm gan các nhu mô gan bị phù nề và gây chènép các vi quản mật gây tắc mật làm cho bilirubin liên hợp không xuống mật và ruột, trào vàomáu gây tăng cả bilirubin liên hợp. Như vậy, khi bị viêm gan thì bilirubin toàn phần của huyếtthanh tăng cao cả dạng tự do lẫn dạng liên hợp. Nước tiểu trong trường hợp này có bilirubinliên hợp hay sắc tố mật, urobilinogen có thể tăng trong nước tiểu vì trong các vi quản mậturobilinogen cũng bị ứ đọng ở gan và tràn vào máu ra nước tiểu. Stercobilinogen trong phânsẽ giảm.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 254 http://www.ebook.edu.vn
  • 261. Hình 8.9. Quá trình thoái hoá của Hemoglobine Vàng da do nguyên nhân sau gan. Trong các trường hợp này, quá trình tan huyết bìnhthường, chức năng gan bình thường nhưng mật không đổ được xuống ruột nên gây vàng da donguyên nhân sau gan, đó là các nhóm bệnh sỏi mật, u đầu tụy, u mạc treo v.v… làm tắc ốngmật chủ. Trong trường hợp này, bilirubin liên hợp bị ứ đọng trong gan, mật và trào vào máulàm tăng bilirubin huyết thanh chủ yếu là bilirubin liên hợp. Nước tiểu trong các trường hợpTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 255 http://www.ebook.edu.vn
  • 262. này xuất hiện nhiều sắc tố mật kèm theo muối mật, urobilinogen có thể tăng do ứ trong gan vàtrào vào máu xuất hiện nhiều trong nước tiểu. Stercobilinogen giảm trong phân làm phân bạcmàu. 8. Sinh tổng hợp protein 8.1. Ý nghĩa của quá trình Sinh tổng hợp protein là một quá trình có vai trò quan trọng bậc nhất đối với đời sốngsinh vật, vì thông qua đó các chất sống được hình thành (enzyme, kháng thể, hormone...) quaquá trình này ta hiểu được bản chất của di truyền, bản chất của loài giống, của quá trình tạokháng thể, quá trình sinh trưởng, phát dục của động vật. Đây là một trong ba nội dung chínhcủa sinh học phân tử hiện đại (năng lượng sinh vật, trao đổi acid nucleic và sinh tổng hợpprotein). Về cơ chế sinh tổng hợp protein có 2 lý thuyết là sinh tổng hợp theo khuân mẫu vàsinh tổng hợp theo hệ thống đa enzyme 8.2. Sinh tổng hợp theo khuân mẫu Khuân mẫu để tổng hợp protein là acid nucleic, vấn đề mấu chốt của nó là tạo liên kếtgiữa 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 kếtcác gốc acid amin vào trong cấu trúc bậc I đặc trưng cho từng loại protein mà tế bào cần tổnghợp. 8.2.1. Quá trình sao chép mã di truyền Di truyền là sự duy trì hệ thống protein từ đời này sang đời khác mà thực chất là duy trìcấu trúc bậc I của protein, tức là về trình tự liên kết và số lượng các acid amin trong chuỗipeptide. 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). Tổngsố gen gọi là genom (số lượng gen). Genotyp là kiểu gen và pheotyp là kiểu hình (biểu hiệnbên ngoài của kiểu gen). Trong một mã thì 2 nucleotide đầu có ý nghĩa quyết định, nucleotide thứ 3 có thể thayđổi (điều này giải thích có 64 mã), một mã gọi là một codon. Ta có thể hình dung quá trìnhsao 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 RNAthông tin (m-RNA). Quá trình này được thực hiện trong nhân tế bào ở động vật có nhân vàtrên DNA ở sinh vật chưa có nhân, quá trình này được thực hiện bởi enzyme RNApolimerase, muốn cho enzyme này thực hiện phải tách đôi DNA nhờ yếu tố giải xoắn và cắtdây nối, sau đó nhờ yếu tố σ (hình 8.13). Yếu tố σ bám vào một trong 2 chuỗi để cho enzymeRNA polimerase bám vào tiến hành sao chép. Trong quá trình nhân đôi DNA 2 chuỗi có giátrị như nhau, còn trong quá trình sao chép thì mỗi chuỗi có giá trị khác nhau, như vậy enzymebám vào chuỗi nào là do yếu tố σ điều khiển theo yêu cầu cần tổng hợp protein của tế bào.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 256 http://www.ebook.edu.vn
  • 263. Bản mã gốc Codon Anticodon -T -A U -C ===> -G C -A -U A DNA m- RNA t- RNA Hình 8.11. Sơ đồ trình sao chép mã di truyền Luồng thông tin di truyền của sinh vật như sau: ADN ARN Protein ( Crik, 1967) ADN ARN Protein (Temin,1970) Quá trình sao chép từ RNA sang DNA gọi là quá trình sao chép ngược. Ở sinh vật nhânxơ (procaryote) chỉ có 1 loại Enzyme RNA polymerase phụ thuộc DNA thực hiện sự saochép. Ở sinh vật nhân chuẩn (Eucaryote) có 3 loại RNA polymerase, mỗi loại có một chứcnăng riêng. Sự sao chép RNA chỉ thực hiên trên một sợi của DNA làm khuân mẫu, hướng saochép 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 cácribonucleotide ở đầu 3’-OH của chuỗi RNA (hình 8.12). (MMP)n + NTP ---> (MMP)n+1 +PP RNA Kéo dài RNA Hình 8.12. Sự sao chép 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) trongTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 257 http://www.ebook.edu.vn
  • 264. khuôn DNA, Adenine đối diện với thymine, guanine và cytosine trong DNA đối diên vớicytosine và guanine trong RNA. Sợi DNA dùng để làm khuôn cho tổng hợp DNA gọi là sợi khuôn hay sợi trừ (-). Khác với DNA polymerase, RNA polymerase không cần mầm để khởi đầu tổng hợp. Sựkhởi đầu tổng hợp ở một đoạn đặc biệt gọi là gen khởi đầu (RNA được tổng hợp vẫn có 5’-triphosphate) ở gốc GTP và ATP trong quá trình phiên mã). Trong quá trình phiên mã tạothành đoạn xoắn kép giữa RNA và DNA khuôn gọi là đoạn xoắn kép lai RNA-DNA (hình8.13a). RNA trong sợi xoắn kép này sau đó được tách ra khỏi DNA. Sự tổng hợp RNA xảy ra trên một sợi DNA, nên sợi xoắn kép DNA phải tháo xoắn,vùng tháo xoắn để phiên mã như là “bong bóng”. Ở E.coli vùng này khoảng 17 cặp base đượctháo rời. Sự tháo DNA ở phía trước và cuộn lại ở phía sau. Quá trình này làm cho phân tửDNA quay đáng kể (hình 8.13b), nếu quay về phía trước chuỗi là siêu xoắn dương, và nếuquay về phía sau là siêu xoắn âm. Ở E.coli sự phiên mã với tốc độ 50 nucleotide 1giây. Hình 8.13. Sự phiên mã bởi RNA polymerase trong E.coliTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 258 http://www.ebook.edu.vn
  • 265. Cấu trúc và hoạt động của RNA polymerase. Ở Ecoli RNA polymerase đơn phụ thuộc DNA tổng hợp các loại RNA khá lớn (KLPT:390.000) phức chất Enzyme này có 5 tiểu đơn vị là lõi Enzyme và một tiểu đơn vị thứ 6 là δ(xích ma) hay δ 70 (KLPT: 70 000) nó liên kết tạm thời với một lõi và hướng dẫn Enzymeđến vị trí khởi đầu đặc biệt trên DNA, 6 tiểu đơn vị này tạo thành holoEnzyme RNApolymerase (hình 8.14) β’ α ω α δ β Tiểu đơn vị Lõi Enzyme KLPT: α - 36.500, β - 151.000, β’ - 155.000 ω - 11.000, δ - 70.000. Tiểu phần β được cho rằng là vị trí xúc tác tổng hợp m- RNA Hình 8.14. HoloEnzyme RNA polymerase. Yếu tố δ còn gọi là yếu tố khởi động (yếu tố mồi) gắn vào RNA polymerase để nhậnbiết mã (codon) khởi đầu sao chép. Khi bắt đầu sao chép nó sẽ tách rời yếu tố ρ (rô) còn gọilà yếu tố kết thúc. Khi kết thúc thì yếu tố ρ được giải phóng (hình 8.15). RNA polymerasetrượt trên DNA để tổng hợp RNA theo hướng 5’p đến 3’OH. Đến vị trí kết thúc, yếu tố ρ gắnvào RNA polymerase để nhận biết mã kết thúc sau đó yếu tố ρ được giải phóng, RNApolymerase tách khỏi sợi khuôn DNA.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 259 http://www.ebook.edu.vn
  • 266. Vùng khởi động: Sự khởi đầu tổng hợp m-RNA trên phân tử DNA là vùng đặc biệt, ở vùng đó phân tửRNA polymerase liên kết với DNA và được gọi là gen khởi đầu. Ở vi khuẩn gen khởi đầu là2 đoạn ngắn với khoảng 10 và 35 cặp base. m-RNA luôn luôn tạo ra AUG khởi đầu, phía trướcAUG có 1 đoạn không ghi mã cho protein nào cả, chỉ để gắn vào ribosome (hình 8.17). DNA trong tất cả các tế bào, các mô bào trong một cơ thể đều giống nhau, nhưng ở mỗimô bào tuỳ theo chức năng của nó mà một đoạn gen nào đó được hoạt động. Đây là cơ sở củaquá trình nuôi cấy tế bào cho phát triển thành một cơ thể và là cách giữ giống tinh khiết nhất. Sau khi sao chép xong sẽ tiến hành việc sửa cắt các phần không có nghĩa thành m-RNAhoàn chỉnh rồi được đưa ra tế bào chất cùng với riboxom để tổng hợp protein. Cấu trúc của m-RNA khi mới tổng hợp như sau ( hình 8.16). Intron G7PPP --- CAP------ ------- ----------polyA Extron Hình 8.16. Mô hình cấu trúc của m-RNA khi mới tổng hợp. Trong đó: G7 là đầu 5’P có G được metyl hoá ở vị trí 7 và có 3 gốc phosphate. CAP(mũ) là đoạn polyme gắn với protein điều tiết quá trình sao chép. Intron là đoạn vô nghĩa.Extron là đoạn có nghĩa. Codon kết thúc là UAG, UAA, UGA.Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 260 http://www.ebook.edu.vn
  • 267. Hình 8.17. Các giai đoạn trong sự khởi đầu phiên mã bởi RNA polymerase ở E.coliTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 261 http://www.ebook.edu.vn
  • 268. 8.2.2. Quá trình phiên dịch mã. Đây là quá trình chuyển nội dung của ngôn ngữ acid nucleic m-RNA sang ngôn ngữ củaacid amin. Thực chất của quá trình này là tổng hợp chuỗi peptide trên khuân mẫu của m-RNA. Quá trình này bao gồm một số giai đoạn sau: 8.2.2.1. Hoạt hoá acid amin Mọi chất muốn đi vào chuyển hoá đều phải được hoạt hoá, enzyme thực hiện quá trìnhhoạt hoá acid amin là aminoacyl-t-RNA-syntetase, còn gọi là codase. Codase có tính đặc hiệurất cao tới hàng đồng phânquang học. Codase có 2 trung tâm hoạt động, quá trình hoạt hoáacid amin ( hình 8.19). Quá trình diễn ra làm 2 bước: b/ Chuyển aminoacyl sang t-RNA tương ứng: Sau khi hoạt hoá acid amin, enzymecodase tìm trong tế bào loại t-RNA tương ứng và gắn acid amin vào đó, tạo thành phức hợp đivào riboxom. (Trong tế bào ít nhất có 20 loại t-RNA tương ứng với 20 acid amin). t-RNA cócấu tạo hình cỏ 3 lá (3 thuỳ) khoảng 68-100 gốc base, có đuôi 3’OH bao giờ cũng là C-C-A,acid amin sẽ được gắn vào đuôi này (gọi là thuỳ acid amin), có một thuỳ gồm AGC là nơibám vào riboxom, một thuỳ có TΨ C (Timin Pseudo uridine Cytidin) giúp cho t-RNA nhậnbiết riboxom đang hoạt động cần acid amin nào và một thuỳ giữa có 3 base là anticodon (hình7.18).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 262 http://www.ebook.edu.vn
  • 269. Hình 7.18. Mô hình cấu trúc của t-RNA Quá trình chuyển aminoacyl sang t-RNA tương ứng theo phản ứng như sau: Aminoacyl-AMP + t-RNA tương ứng -- > AMP + Aminoacyl-t-RNA (hình 7.19)Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 263 http://www.ebook.edu.vn
  • 270. Hình 8.19. Sơ đồ hoạt hoá acid aminTrường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 264 http://www.ebook.edu.vn
  • 271. 8.2.2.2. Tạo phức hợp khởi đầu Các thành viên của phức hợp khởi đầu: Riboxom là tiểu thể có ở khắp mọi nơi tổng hợp protein của tế bào. Về cấu tạo: riboxomlà một phức hợp gồm RNA + protein, kích thước có hình méo mó, đường kính gần 200A0gồm 2 tiểu phần, một tiểu phần lớn 50S ở nhóm Prokaryoter (VSV và ty lạp thể của sv caođẳng) và 60S ở nhóm Eukaryoter (sinh vật nhân chuẩn) và tiểu phần nhỏ tương ứng là 30Shay 40S (hình 8.20). Khi 2 tiểu phần này gắn với nhau tạo thành riboxom hoạt động 70S hay80S. Loại 70S r-RNA chiếm 65%, loại 80S là 50%, phần protein chủ yếu là histon vàprotamin, khối lượng phân tử loại 70S là 1-2 triệu dalton, loại 80S là 4-5 triệu dalton. Trong tế bào ở trạng thái nghỉ, 2 tiểu phần tách rời nhau, ở trạng thái hoạt động 2 tiểuphần liên kết với nhau thành một khối, sự liên kết này theo kiểu bản lề. Mặt tiếp xúc giữa 2tiểu phần là nơi thực hiện tổng hợp protein, trên đó có 2 khu vực. Ở tiểu phần 30S có một khuvực hình thành bởi 17 protein và r- RNA gọi là trung tâm A, đây là nơi diễn ra quá trình tiếpnhận aminoacyl-t-RNA từ tế bào chất vào. Ở tiểu phần 50S có một khu vực có cấu tạo bởi 7protein và 7 r-RNA gọi là trung tâm D ( hay trung tâm P) giữ vai trò đón nhận đoạn peptidylđang được hình thành từ A sang, mỗi lần tạo liên kết peptide mới thì từ đây đoạn peptidyl nàysẽ được đưa sang khu vực A, đặc biệt ở khu vực này có protein ký hiệu M11 làm nhiệm vụchuyển peptide (có chức năng của enzyme transpeptidase). Ngoài ra còn có rất nhiều cation cần cho hoạt động của riboxom như Mg++, Mn++, NH4+và một loạt các poliamin như spermin, spermidin, nó cần cho sự ổn định cấu trúc giữa RNAvới protein trong riboxom. Về chức năng hoạt động, riboxom hoạt động trong tế bào giống như một cái máy chứkhông phải mang tính chất enzyme (tức là có sự chuyển dịch trong không gian). Để tham gia quá trình tạo phức hợp còn có một loạt các yếu tố khởi đầu: ở tế bào chưacó nhân (Prok) gồm các yếu tố IF1 khối lượng 8000 dalton, IF2 75.000 dalton, IF3 30.000dalton (IF: Imidiaton factor: sáng kiến, mở đầu). Ở tế bào có nhân (Euk) là M1, M2, M3. Khi có tín hiệu tổng hợp protein thì IF3 bám vào tiểu phần 30S, tại chỗ mà ribosome30S tiếp xúc với Ribocom 50s, nó làm thay đổi cấu trúc của tiểu phần 30S, tạo điều kiện choIF2 bám vào và tạo thành phức hợp gồm I F 2 – Met - t-RNAiMct – GTP, I F3, Ribosome 30S(hình 8.21) Phức hợp trên gắn với m-RNA tạo phức hợp tiền mở đầu. IF1 và protein gắn mũ – CBP(cap binding protein) giúp việc đặt thông tin trên ribosome 30S đúng hướng của mũ ở đầu5’P. Trong quá trình này ATP thủy phân để quét thông tin đến vị trí trên ribosome 30S. Sựquét thông tin tiến hành từ đầu 5’P qua khoảng xấp xỉ 100 nucleotide trên bộ ba AUG. Thôngthường thì bộ ba đầu tiên AUG được sử dụng là mã mở đầu để phiên dịch nhưng đôi khi cácnucleotide ở đoạn phụ cận không phù hợp cho sự mở đầu thì phải đến mã AUG tiếp theo. Như vậy IF1 vào làm cho m-RNA và aminoacyl-t-RNA đầu tiên bám vào trung tâm A. Aminoacyl đầu tiên bao giờ cũng là Met đã được phocmyl hoá. Việc phocmyl hoá cótác dụng bịt kín nhóm -NH2 tránh không gây nhầm lẫn trong việc tạo liên kết peptide đầu tiên,Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 265 http://www.ebook.edu.vn
  • 272. ở động vật có nhân không cần quá trình này vì hoạt động của nó đã định hướng rõ rệt (hình8.22).Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 266 http://www.ebook.edu.vn