SỰ BIẾN DƯỠNG PROTEIN VÀ AMINO ACID CHƯƠNG VI SỰ BIẾN DƯỠNG PROTEIN VÀ AMINO ACID (Metabolism of protein and amino acids) TS. ĐỖ HIẾU LIÊM

1.ĐẠI CƯƠNG 2.SỰ BIẾN DƯỠNG TRUNG GIAN CỦA AMINO ACID 2.1.Sự vận chuyển nhóm amin của amino acid 2.2.Sự oxid hoá khử amin của amino acid 2.3.Sự khử độc ammonia tự do trong máu 2.4.Sự khử carboxyl của amino acid 3.TIẾN TRÌNH SINH TỔNG HỢP PROTEIN 3.1.Sự tổng hợp DNA, RNA 3.2.Sự hoạt hoá amino acid 3.3.Các giai đoạn trong tiến trình tổng hợp protein 3.4.Cơ chế kiểm soát tiến trình tổng hợp

1.ĐẠI CƯƠNG (1). Chức năng sinh học - Sự vận động - Sự đáp nhận những kích thích bên ngoài - Bảo vệ cơ thể - Sự sinh trưởng và phát dục - Sự di truyền và biến dị - Sự biến dưỡng nội tại và trao đổi với môi trường - Cung cấp 10-15% nhu cầu năng lượng cho cơ thể (2). Đặc điểm biến dưỡng protein và amino acid - Vai trò tạo hình, tổng hợp chất cấu tạo tế bào, mô bào - Không được dự trữ trong cơ thể động vật

Bảng 1. Các enzyme phân giải protein (Sự tiêu hóa) Nguồn gốc Enzyme Y.T K.H Cơ chất Sản phẩm Dạ dày Pepsins (pepsinogens) HCl Proteins và Polypeptides Cắt lk peptide của AA nhân vòng Tuyến tụy Trypsin (trypsinogen) Enteropeptidase Proteins và Polypeptides Cắt lk peptide ở đầu carboxyl của amino acids (Arginine or Lysine) Chymotrypsin (chymotrypsinogen) Trypsin Cắt lk peptide ở đầu carboxyl của AA có vòng Elastase (proelastase) Elastin và Proteins khác Cắt lk peptide bonds ở đầu carboxyl của amino acids béo (R: H hoặc CH3) Carboxypeptidase A (procarboxypeptidase A) Proteins and Polypeptides Cắt lk peptide ở đầu carboxyl tận cùng Carboxypeptidase B (procarboxypeptidase B)

Bảng 1. Các enzyme phân giải protein (Sự tiêu hóa) Nguồn gốc Enzyme Y.T K.H Cơ chất Sản phẩm Màng nhầy ruột non Enteropeptidase ... Trypsinogen Trypsin Aminopeptidases Polypeptides Cắt lk peptide ở đầu amin tận cùng của polypeptide Carboxypeptidases Cắt lk peptide ở đầu carboxyl tận cùng của polypeptide Endopeptidases Cất lk peptide ở giữa của polypeptide Dipeptidases Dipeptides Cắt lk peptide giữa 2 amino acids Sự hấp thu và vận chuyển protein và amino acid phụ thuộc vào các yếu tố tuổi, loại amino acid, đường cung cấp... Cơ chế hấp thu: -Sự ẩm bào Sodium dependent co-transporters H+ ion dependent co-transporter

Hình 1. Sự hấp thu amino acid và peptid Peptide nhỏ Peptide lớn Protein 2 3 1 1.Ẩm bào (pinocytosis) 2. Sodium dependent co-transporters (Đồng hành phụ thuộc vào sodium) 3. H+ ion dependent co-transporter (Đồng hành phụ thuộc vào H+ ) Hình 1. Sự hấp thu amino acid và peptid

Bảng 1. Lượng protein tối thiểu Lượng Protein tối thiểu Cường độ biến dưỡng protein - Cân bằng nitrogen Cân bằng Nitrogen = Số N thu – Số N thải Nitrogen index N income N output Cân bằng N > 0 Cân bằng N = 0 Cân bằng N < 0 Bảng 1. Lượng protein tối thiểu Loài động vật Lượng Protein tối thiểu gr Pr/kg P/ngày đêm Cừu 1.00 Heo Ngựa 0.72-1.42 Bò cạn sữa 0.60-0.70 Bò đang cho sữa Người 1.00-1.50

2.SỰ BIẾN DƯỠNG TRUNG GIAN CỦA AMINO ACID 2.1.Sự chuyển nhóm amin của amino acid (Transamination) SGOT-Serum Glutamate-Oxaloacetate Transaminase SGPT-Serum Glutamate-Pyruvate Transaminase

Pyridoxamine phosphate CHO HO N H3C O CH2-O-P-OH OH COOH CH2 CH- CH3 CH- COOH NH2 NH2 Pyridoxal phosphate Alanine Glutamate Glutamate Pyruvate Transaminase COOH CH2 C=O CH3 C=O COOH N CH2- H3C O CH2-O-P-OH OH HO NH2 Pyruvate -Keto glutarate Pyridoxamine phosphate

2.2.Sự oxid hoá khử amin của amino acid (Oxidative deamination) 2.2.1.Sự oxid hoá khử amin trực tiếp

R C -COOH R C-COOH H N H HN 2 -Amino acid -Imino acid Fp Fp.H2 H2O -Amino acid Oxidase R C -COOH R C-COOH H N H HN 2 -Amino acid -Imino acid Fp Fp.H2 H2O NH3 H2O2 O2 Ammonia R C-COOH Catalase ½ O2 O -Keto acid H2O

2.2.2. Sự oxid hoá khử amin gián tiếp Chuyển hoá N vô cơ N hữu cơ

Glutamate Pyruvate Transaminase Glutamate Dehydrogenase COOH CH2 C=O NH3 Alanine CH3 CH- COOH NAD(P) H.H+ NH2 - Keto glutarate Glutamate Pyruvate Transaminase Glutamate Dehydrogenase COOH CH2 CH- CH3 C= O COOH NAD(P)+ NH2 H2O Pyruvate Glutamate

2.3. Sự vận chuyển và khử độc ammonia tự do trong máu Trúng độc kiềm (Alkalosis) Sự khử độc ở não: Tổng hợp glutamine và asparagine Sự khử độc ở gan: Chu trình Urea (chu trình Ornithine)

O C- CH2 H2N-CH-COOH NH2 ADP+Pi H2O H2O Glutamine synthetase Glutamine Glutaminase O C- CH2 H2N-CH-COOH O C- CH2 H2N-CH-COOH NH3 OH OH Ammonia ATP Glutamate Glutamate

Sự khử độc ở gan – chu trình urea (ornithine)

Chu trình urea (Ornithine) Ion Ammonium NH4+ + CO2 Biocytine NH2 C=O COOH CH2 -CH-COOH Aspartate ATP Arginosuccinate synthetase 2 ATP 2 ADP + Pi Carbamoyl phosphate Synthetase H3PO4 Ornithine transcarbamoylase CITRULINE CH-NH (CH2)2 H2N-CH-COOH H2N Arginase ADP+Pi Arginosuccinase NH2 C=O COOH CH2 -CH-COOH NH2 C CARBAMOYL PHOSPHATE O O=P- OH OH N ORNITHINE CH-NH2 (CH2)2 H2N-CH-COOH ARGINOSUCCINATE CH-NH (CH2)2 H2N-CH-COOH NH2 C=NH ARGININE CH-NH (CH2)2 H2N-CH-COOH UREA H2N-C-NH2 O

(Pyridoxal phosphate) 2.4. Sự khử nhóm carboxyl của amino acid CO2 R H2N-CH2 R H2N-CH- Decarboxylase (Pyridoxal phosphate) COOH Amin hữu cơ α-Amino acid

3.TIẾN TRÌNH SINH TỔNG HỢP PROTEIN 1 Duplication (Nhân đôi DNA) Transcription (Replication) - Sao chép mật mã di truyền 2 RNA Processing (Sửa chữa RNA) Translation - Giải mã (tổng hợp protein) 3 1 m.RNA t.RNA r.RNA n.RNA 2 3 DNA PROTEIN RNA polymerase DNA polymerase

TRANSCRIPTION - TRANSLATION

CÁC YẾU TỐ THAM GIA TIẾN TRÌNH SINH TỔNG HỢP PROTEIN (prokaryotic cell) Factor TLPT (kD) Chức năng IF-1 9 Kết hợp 2 đơn vị 50 S và 30 S ribosome IF-2 97 Liên kết Methionyl - t.RNA và GTP IF-3 22 Liên kết đơn vị 30 S với codon AUG trên m.RNA EF-Tu 43 Liên kết amino acyl - t.RNA và GTP EF-Ts 74 Tách GDP từ tổ hợp EF-Tu EF-G 77 Thúc đẩy sự chuyển vị của ribosome trên m.RNA RF-1 36 Xác định codon chấm dứt UAA và UAG trên m.RNA RF-2 38 Xác định codon chấm dứt UAA và UGA trên m.RNA RF-3 46 Kích thích sự liên kết RF-1 và RF-2 IF. Initiation factor RF Releasing factor EF. Elongation factor

RIBOSOME: r.RNA + Protein E: Empty site 60 S 50 S P: Peptidyl site A: Amino acyl site 40 S 30 S Prokaryotic cell Eukaryotic cell

Amino acyl-t.RNA synthetase SỰ HOẠT HÓA AMINO ACID (Activation of amino acid) Amino acyl-t.RNA synthetase ENZ R H2N-CH-CO R OC-CH-NH2 Adeno P  OH ENZ α-Amino acid Enz-Amino acyl-AMP Adeno P  t.RNA P P R -OC-CH-NH2 AMP ENZ O t.RNA H 3' ribose 5' ribose Amino acyl-t.RNA Anticodon

3.5. Cơ chế điều hoà (Lac OPERON) . Galactosidase Galactoside permease Galactoside acetylase

CÁC CHẤT ỨC CHẾ TIẾN TRÌNH SINH TỔNG HỢP PROTEIN Ở VI KHUẨN Tác động Quinolon I và II Ức chế Gyrase tháo vòng DNA vi khuẩn Kháng lao (rifamycine) Ức chế RNA polymerase Exotoxin Corynebacterium diptheria Ức chế EF-2 (eukaryotic cell) Chloraphenicol Ức chế peptidyl transferase trên đơn vị 50S Cycloheximide Ức chế peptidyl transferase trên đơn vị 60S Erythromycin Ức chế sự chuyển dịch đơn vị 50S Fusidic acid Ức chế sự liên kết EF-G với đơn vị 50S Puromycin Tranh đoạt amino acyl-t.RNA Streptomycin Ức chế sự khởi dẫn tổng hợp Tetracycline Ức chế sự liên kết amino acyl-t.RNA với đơn vị 30S

NHÓM AMINOGLYCOSIDES PHONG BẾ TIỂU ĐƠN VỊ 30S RIBOSOME GIAI ĐOẠN KHỞI DẪN

NHÓM AMINOGLYCOSIDES PHONG BẾ TIỂU ĐƠN VỊ 30S RIBOSOME NGĂN CHẬN PEPTIDTYL-t.RNA TỪ VÙNG A SANG P (GIAI ĐOẠN NỐI DÀI CHUỖI PEPTIDE)

NHÓM MACROLIDES PHONG BẾ TIỂU ĐƠN VỊ 50S RIBOSOME ỨC CHẾ PEPTIDYLTRANSFERASE HÌNH THÀNH PEPTIDE

(GIAI ĐOẠN NỐI DÀI CHUỖI PEPTIDE) NHÓM MACROLIDES PHONG BẾ TIỂU ĐƠN VỊ 50S RIBOSOME NGĂN CHẬN PEPTIDYL t.RNA TỪ VÙNG A SANG P (GIAI ĐOẠN NỐI DÀI CHUỖI PEPTIDE)

NHÓM TETRACYCLINES PHONG BẾ TIỂU ĐƠN VỊ 30S RIBOSOME NGĂN CHẬN AMINOACYL t.RNA SANG VÙNG A (GIAI ĐOẠN KHỞI DẪN)

NHÓM OXAZOLIDINONES NGĂN CHẬN HÌNH THÀNH PHỨC HỢP f-met-t NHÓM OXAZOLIDINONES NGĂN CHẬN HÌNH THÀNH PHỨC HỢP f-met-t.RNA VỚI 50S RIBOSOME (GIAI ĐOẠN KHỞI DẪN)