CHUYỂN HÓA PROTEIN
VÀ ACID AMIN

ThS. Trần Quỳnh Hoa

CHUYỂN HÓA PROTEIN VÀ ACID AMIN
MỤC TIÊU
1. Trình bày được các enzym thủy phân protein
và cơ chế tác động của chúng.
2. Viết được các phản ứng khử amin, khử
carboxyl, trao đổi amin của các acid amin cùng
các cơ chế của chúng.
3. Mô tả được các giai đoạn của chu trình urê.
4. Mô tả được sự biến hóa của acid -cetonic.

5. Trình bày được sự thoái hóa riêng biệt của các
acid amin.
6. Trình bày được nguyên tắc chung để tổng hợp
acid amin.
7. Trình bày được các yếu tố và thành phần tham
gia vào quá trình sinh tổng hợp protein.
8. Mô tả được ba giai đoạn của sự sinh tổng hợp
protein ở ribosom.

1


1-BIẾN HÓA PROTEIN
1.1- Tiêu hóa protein- Các enzym thủy phân
protein
1.1.1-Endopeptidase

1.1.2- Exopeptidase

PEPTID
PROTEIN
ng tiêu hóa

Tiêu hóa
Hấp thu

ACID AMIN

PROTEIN
(các tổ chức)

Tế bào
CO2, H2O
URE, Q

Sản phẩm sinh
học đặc biệt

NH2

Đầu N tận

CH R1
NH
CH

OH


C O

H

NH

R'

Peptidase

CH

R ''

C O

CH

Rn

COOH

Đầu C tận

2


a


b

c

d

e

f

H2N

COOH

aa N tận

pH=1,7-2

pH=8

pH=8

aa C tận

Pepsin

Trypsin

Chymotrypsin


(dạ dày)

(tụy tạng)

(tụy tạng)

a : Glu

c : aa kiềm (Arg,
Lys) (-COOH)

b : Tyr, Phe (-NH2)

e : Tyr-CO-NH…
(Phe,Try,Met,Leu)

(Leu-Val,Leu-Glu…)

Các Endopeptidase

H2N

COOH

aa N tận

OH-

OH-


Aminopeptidase

aa C tận

Carboxypeptidase

(TB ruột non)

(tụy tạng)

H2N

COOH
OHDipeptidase

Các Exopeptidase

(TB ruột non)

1.1.3- Enzym thủy phân protein ở các tổ chức
- Có các Catepsin : A,B,C
- Carboxypeptidase và Aminopeptidase
- Các enzym được chứa trong các lysosome
Sự có mặt của các enzym này giải thích hiện
tượng tự tiêu của tế bào khi tế bào chết

3


1.2- Cân bằng động của protein

Nitơ trong cơ thể liên tục chuyển hóa
nhưng vẫn đảm bảo sự cân bằng đạm
Cân bằng đạm
Nitơ nhập = Nitơ xuất
(+)

Nitơ nhập > Nitơ xuất

(-)

Nitơ nhập < Nitơ xuất

(+) : cơ thể đang lớn, dưỡng bệnh…
(-) : đói ăn, sốt, sau khi mổ…

1.3- Dự trữû protein
- Gan

Dự trữ lỏng lẽo

- Huyết tương
- Cơ cung cấp protein cho não và tim (não
và tim có lượng protein tương đối cố
đònh )

2- THOÁI HÓA ACID AMIN
2.1- Những quá trình chung của sự thoái
hóa acid amin
2.1.1- Khử amin
- Phóng thích Nitơ dưới dạng NH3

- 4 con đường khử amin

4


2.1.1.1- Khử amin - khử oxy
+2H+

R CH2 COOH

-NH3

Acid tương ứng

2.1.1.2- Khử amin nội phân tử
R CH2

CH

COOH

NH2

-NH3

R

CH

CH


COOH

Acid không no
tương ứng

2.1.1.3- Khử amin thủy phân
R

CH

COOH

+H2O
-NH3

R CH

COOH

OH

N H2

Oxy acid

2.1.1.4- Khử amin – oxy hóa
+1/2 O2
-NH3
Acid -cetonic


5


Cơ chế: 2 giai đoạn
Gđ1: Khử hydro

-2H
Dehydrogenase
R

FAD

FADH2

CO O H

C
NH

Acid imin

Gđ2: Thủy phân tự phát
R

COOH

C

+H2O

-NH3

NH

R

CO

COOH

Acid -cetonic

Quá trình khử amin của aa  ở cơ thể động
vật bao giờ cũng là quá trình khử amin-oxy
hóa

Đối với acid glutamic
COOH

L-Glutamat
dehydrogenase

COOH

CH2

NH3

COOH


CH2

CH2
H2N CH

H2O

NAD+
NADP+

COOH

NADH+H+
NADPH+H+

CH2

CH2
HN

CH2
O

C

L-glutamic acid

C
COOH


COOH

Acid cetoglutaric

+ Phản ứng thuận nghòch
+ Chiều ngược lại : amin hóa-khử oxy

Amin hóa-khử oxy : cố đònh NH3 vào hợp chất
hữu cơ (-ceto glutaric thành a. glutamic)
nhóm amin dễ dàng chuyển sang a. cetonic khác nhờ phản ứng chuyển amin

6


Glutamat dehydrogenase:
- Ở động vật cao cấp :
+ giữ vai trò thoái dưỡng (khử amin-oxy hóa)
với coenzym là NAD
+ kết hợp với các transaminase để thoái
dưỡng các aa 
+ NH3 tạo ra được dùng làm nguyên liệu tổng
hợp urê
- Ởû vi sinh vật :
+ tác dụng theo hướng sinh tổng hợp (amin
hóa-khử oxy) với coenzym khử là NADPH

2.1.2- Phản ứng trao đổi amin
Braustein và Krisman (1937) (n/cứu ở cơ)
COOH


COOH

CH3

CH2
CH2

+

H2N CH

CH3

CH2

CO

CH2
O

COOH

H2N CH

+

C

COOH


COOH

COOH

Glutamic

a. -cetoglutaric

a. Pyruvic

Ala

Cơ chế : 2 gđ
-Giai đoạn 1
CHO

COOH

POH2C

CH2
CH2
H2N CH

+

COOH

OH
N


CH3

COOH

Glu

CH2-NH2
POH2C

CH2
CH2
O

C

+

OH
N

CH3

COOH

Pyridoxal P

a. cetoglutaric

Pyridoxamin P


7


- Giai đoạn 2
CH2-NH2
POH2C

+
N

CH3

CH 3

OH
CH3

Pyridoxamin P

H2N CH

CO
COOH

CHO

+

POH2C


COOH

a. pyruvic

Alanin

OH
N

CH3

Pyridoxal P

Transaminase : có ở cơ, gan, thận, tim, ruột
Hai loại phổ biến và hoạt động mạnh
+ glutamic oxaloacetic transaminase (GOT)
= Aspartic transaminase (ASAT)
Glu + a. oxaloacetic
a.aspartic

GOT

a.-cetoglutaric +

+ glutamic pyruvic transaminase (GPT)
= Alanin transaminase
GPT (ALAT)
Glu + a. pyruvic


a. -cetoglutaric + Alanin

Giá trò bình thường trong huyết thanh :
GOT từ 15 – 29 U/l
GPT từ 11 – 26 U/l
-Viêm gan cấp tính : tăng GOT, nhưng chủ
yếu tăng GPT (có khi gấp 100 lần) ngay cả
trước khi xuất hiện vàng da
có giá trò
dòch tể học
- Sự tăng GPT cho thấy một tác động phân
hủy của tế bào gan
-Viêm gan mãn : transaminase tăng ít, biểu
thò sự tổn thương nhu mô gan do hoại tư ûtế
bào gan

8


Nhồi máu cơ tim :
+ tăng rất cao GOT, GPT tăng ít hơn
+ Khi nhồi máu cơ tim, GOT bắt đầu tăng
từ giờ thứ 6 trở đi. kéo dài cho đến giờ thứ
36 và trở về bình thường sau 5 – 6 ngày
+ Tỷ số De Ritis = GOT/GPT > 1
+ sự gia tăng của cả GOT và GPT cho một
chỉ số về độ tổn thương của gan có thể kéo
ngay sau suy tim do nhồi máu
GOT cũng tăng trong nghẽn mạch phổi,
nhồi máu thận


Sự liên quan giữa phản ứng trao đổi amin và
sự khử amin-oxy hóa
- Các aa đều có thể trao đổi amin được,
mạnh nhất là Glu, Asp, Ala
- Nhiều enzym khử amin-oxy hóa của các aa
thì hoạt động yếu trừ Glutamat
dehydrogenase
- Các transaminase thì hoạt động mạnh và
phổ biến
Phần lớn aa khử amin-oxy hóa gián tiếp
qua các transaminase cùng với a. cetoglutaric và glutamat dehydrogenase

R

CH

C O OH

R

CO

a.-cetoglutaric
1
Transaminase

N H2

COOH


a.Glutamic

NH3

2
Glutamat
dehydrogenase

- Khử amin của tất cả các acid amin
- Tổng hợp một số acid amin (Glu, Asp,
Ala) từ α-cetonic tương ứng (do trao
đổi amin)

9


2.1.3- Khử carboxyl
- Khá phổ biená ở động vật
- Phổ biến ở VSV
GĐ: Khử carboxyl
R

CH

Descarboxylase (vit B6)

COOH

+ CO2


NH 2

GĐ: Khử amin oxy hóa
½ O2
R CH2 NH2 mono amino oxydase R- CHO + NH3
diamino oxydase

Histidin descarboxylase

Histidin
Histamin
Giản mạch, co cơ trơn, tăng tính thấm thành mạch
Glutamc acid

Glutamat descarboxylase

-amino butyrat
(GABA)
GABA : - điều hoạt hoạt động thần kinh
- ức chế phản xạ thần kinh

Thiosemicarbazid
Hydrazid

Ức chế glutamat
decarboxylase

INH


Giảm GABA, gây co giật

Reserpin

giảm lượng GABA/ TKTƯ

ngưởng kích thích của tế bào thần kinh với
sốc điện

10


2.2- Sản phẩm cuối cùng của sự biến hóa acid
amin
2.2.1- Chuyển hóa của NH3
2.2.1.1-Sự tạo thành Glutamin
COOH

CO-NH2

Glutamin synthetase
CH2
ATP

CH2

+ NH3

CH2
H2N


+ H2O

CH2

Glutaminase H N CH
2

CH
COOH

COOH

Glutamin

Glutamic acid

Glutamin

- Dạng vận chuyển không độc của NH3
- 60-100mg/l máu
- Có hầu hết ở các tổ chức

MÔ

ATP
Pi + ADP

NH3


a. Glutamic

Glutamat synthetase
Glutamin

MÁU
Glutamin
THẬN
Glutamin
H2O

NH3

GAN
Glutamin
Glutaminase
Glutamat

NH4+
NH4+

H2O

NH3 (cá)
URÊ (a. uric:

NƯỚC TIỂU

URÊ


chim, bò sát)

2.2.1.2. Sự tạo thành urê (chu trình Ornitin của
Krebs và Henseleit:
Máu tónh mạch cửa đến gan chứa nhiều NH3
hơn máu ở gan ra.
Nồng độ urê của máu ở gan ra cao hơn máu
tới gan.
Ở động vật đã cắt gan, nồng độ urê trong máu
hạ.
Trong 1 số trường hợp bệnh về gan như xơ
gan, [NH3] trong máu cao.
Gan là nơi sản xuất urê từ những gốc NH3.

11


Krebs và Henseleit đã chứng minh bằng thực
nghiệm sự tạo thành urê

Sau đó Ratner và Cohen đã xác đònh chi tiết
các phản ứng enzym của quá trình tổng hợp
urê.

Giai đoạn 1: Chuyển ORNITIN thành CITRULIN
Gồm 2 bước:
- Bước 1: Tạo thành carbamyl phosphat không bền.

Glutamat


Glutamin

2ATP

NH3 + CO2

H2O, Mg++

Carbamyl phosphat

N-acetylglutamat

synthetase

2ADP + Pi

Xảy ra trong ty
thể TB gan

H2N-C-O ~ PO3H2

O

carbamyl phosphat

- Bước 2 : chuyển nhóm Carbamyl P
tạo thành Citrulin
NH 2

CH2  NH2

|
NH 2

(CH2 ) 2
|
CH  NH2
|
COOH

Ornitin

tới Ornitin để

|

+

OCT

CO
|
O ~ PO 3 H 2

Carbamyl P

|
CO
|
NH
|

CH 2  H 3 PO 4
|

Xảy ra trong ty
thể TB gan

(CH 2 )2
|
CH  NH 2
|
COOH

Citrulin

OCT = Ornitin carbamyl transferase

12


Giai đoạn 2: chuyển CITRULIN thành ARGININ
Bước 1: kết hợp citrulin với a. aspartic tạo thành
Arginosuccinic
NH

COOH
|
H2 N  CH
|

NH

|
(CH

NH
COOH
||
|
C  NH  CH

2

|
CO
|

+

)3

2

|
CH  NH
|

ATP

CH2
|
COOH


AMP+ PPi

Mg++,enzym

COOH

CH  NH 2
|
COOH

COOH

Aspartat

Citrulin

|
CH 2
|

(CH 2 )3
|

-H2O

2

|
NH

|

Arginosuccinat

Enzym : Argino succinat synthetase

PPi

2H3PO4

Pyrophosphatase

Bước 2: tách Arginosuccinic thành Arginin và acid
fumaric
NH

NH

COOH

C – NH2

C – NH – CH
NH

CH2

(CH2)3

COOH


Arginosuccinat lyase

NH

+

(CH2)3

CH – NH2

CH – NH2

COOH

COOH

Arginosuccinat

Giai đoạn 2
xảy ra ở gan
và thận

Fumarat

Arginin

Fumarat

COOH

|
CH
||
CH
|
COOH

Malat

Oxaloacetat
Trao đổi amin (Glu)

Aspartat

Giai đoạn 3: Thủy phân Arginin
NH

O  C /\

||
C - NH 2
|
NH
|
(CH 2 ) 3
|
CH  NH 2
|
COOH


NH 2

Urê

NH 2

+H2O
Arginase

CH 2  NH 2
|
( CH 2 ) 2
|
CH  NH 2
|
COOH

Ornitin

Arginin

2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O

Urê + 2ADP + AMP + 4Pi

13


 -cetoglutaric


transaminase

Glu
a. aspartic
Pi

Citrulin

Citrulin

ATP

AMP + PPi

a. oxaloacetic

a. malic
a. arginosuccinic

Ornitin

a. fumaric
Carbamyl Phosphat

Hệ thống vận chuyển
Ornitin đặc hiệu ở màng

2ADP + Pi
Enzym


Ornitin

Arginin
H2 O
URE

NH3+CO2+H2O+ 2ATP

Ty thể

Tế bào chất

Urê huyết
Tăng - viêm thận kinh niên ( 3g/l)
- viêm thận cấp ( 5g/l)
- tiêu chảy, dòch tả, choáng (do mất nước)

Giảm - các bệnh về gan (gan thoái hóa mỡ, xơ
gan, ung thư giai đoạn cuối)

Urê/ nước tiểu
-Trạng thái sinh lý :
thai

đối với phụ nữ có

-Tuổi : trẻ em bài tiết > người lớn tính theo
mmol urê/24h/kg cân nặng)
- Bệnh lý :
bài tiết / đái tháo đường, sốt

( thoái hóa protid)

14


2.2.2. Biến hóa của a.  cetonic
Thoái hóa thành các chất trung gian /chu trình a.
citric
CO2 và H2O.
Chuyển hóa trở lại thành acid amin (trao đổi
amin hoặc amin hóa)
Tạo thành glucid:
các  cetonic acid

Thối hóa

a. pyruvic

-ceto glutaric
succinyl CoA
a.oxaloacetic

Tổng hợp
glucose
hay
glycogen
(gan)

Theo con đường của các acid béo sau khi
khử carboxyl

Acetyl CoA
tổng hợp các acid béo
tạo thành các cetonic
(các acid amin tạo ceton)
Vừa tạo đường vừa tạo ceton (vừa tạo
oxaloacetat vừa tạo acetyl CoA: Phenylalanin,
Tyrosin, Tryptophan, Isoleucin và Lycin)

Sự thoái hóa của sườn carbon của các acid amin.

15


2.3. Thoái hóa riêng biệt của các acid amin
2.3.1. Các acid amin tạo oxaloacetat:
Aspartat và Asparagin
2.3.2.Các acid amin tạo pyruvat:
Thréonin, Alanin, Cystein
2.3.3. Các acid amin tạo succinyl CoA: (cũng
có thể tạo glucid): Met, Val, Ile, Leu
2.3.4. Các acid amin tạo  cetoglutarat:
Glu, Gln, His, Pro, Arg
2.3.5. Các acid amin tạo Acety CoA:
Thr, Gly, Ser, Ala, Cys, Phe, Tyr, Trp, Lys, Leu

Cystein
-Tạo Taurin
- Tạo pyruvat và SO2
Taurin + acid mật
[O]

SO2
SO4 2-

Muối mật

Tạo liên kết ester sulfat

liên hợp sulfat (cơ chế
giải độc ở gan)

Methionin
Met + Adenosin

ATP

S. Adenosyl Met

(Cung cấp –CH3)

-CH3

S. Adenosyl homo cystein
H2O

Adenosin

Homocystein
Ser

H2O

Cystathionin synthetase

Cystathionin
Cystein (tạo aa)

Succinyl CoA

16


CH3

Homocystein

Methionin

5 metyl tetrahydrofolat
Vit B12

Homocystein niệu:
Homocystein
Cystathionin synthetase

Cystathionin
Xuất hiện Homocystein trong nước tiểu 9tre3
bò đần độn)
Điều trò sớm:
-Vitamin B6 liều cao
- Tăng Cystein (do thiếu Cys), giãm Methionin


Phenylalanin và Tyrosin
1
Phe hydroxylase

Phe

Tyr

Tyr transaminase

H2O

O
FH4

NADP
Oxydase (Cu++)

2
[O]

FH2

a.parahydroxyphenyl
pyruvic

NH3

NADPH+H


Quinol

Chuyển vò
Nhóm quinon

a. 2,5-di hydroxy
phenyl pyruvic

++
a. homogentisic Oxydase (Fe )

CO2
Glutathion khử

= Alcapton
a.fumaryl
acetoacetic (enol)

3
ceton

a. Maleyl
acetoacetic
a. acetoacetic
a. fumaric

17


a. acetoacetic


Acetyl CoA

 cetothiolase

Acetat

CoASH

Krebs

a. fumaric

Phenyl ceton niệu (thiếu Phe hydroxylase)
Tyr

a. Phenyl lactic

Phe

2H
NH3

a. Phenyl pyruvic
[O]

CO2

a. Phenyl acetic
- Phe và các chất thoái hóa xuất hiện

trong nước tiểu

Glutamin

-Trẻ đần độn, điều trò sớm bằng chế độ
ăn giảm Phe
-Cũng làm thiếu Tyr nên thiếu Melanin

Phenyl acetyl glutamin

Thiếu enzym oxydase: Tyrosin niệu

Acid para hydroxy phenyl pyruvic

acid homogentisic
- p-hydroxy phenyl pyruvat và tyrosin bò ứ đọng trong
máu và bài xuất nhiều trong nước tiểu.
- Sử dụng vitamin C có thể đưa sự chuyển hóa trở lại
bình thường.

18


Thiếu acid homogentisic oxydase  bệnh
Alcapton niệu.
Alcapton

acid maleyl acetoacetic

- Bệnh bẩm sinh

Acid homogentisic khi tiếp xúc với không khí
sẽ bò oxy hóa cho 1 sắc tố màu nâu dễ nhận
biết.
-Ởû người bình thường, acid homogentisic bò
oxy hóa ngay khi tạo thành cho acid acetyl
acetic và không xuất hiện trong nước tiểu.

Sự thành lập Melanin
Tyrosinase

Phe

Tyr

DOPA

Dopaquinon

2-carboxyl-2,3-dihydro indol –5,6-quinon

Melanin

Polymer hóa

Indol-5,6-quinon

- Tạo hormon giáp trạng
- Tạo các Catecholamin (noradrénalin và
adrenalin)


19


Sự tạo thành creatin
Glycin+ Arginin

Ornitin + Acid guanido acetic

Acid guanido acetic

Homocystein + Creatin

Met

-Tạo creatin phosphat khi tác dụng với ATP
-Sp khử nước là creatinin có trong cơ và đào
thải qua nước tiểu

Sự tạo thành glutathion
Gan

Glutamat + Cystein
ATP

-Glutamyl cystein
ADP + Pi

-Glutamyl cystein + Glycin
ATP


Gan

Glutathion
ADP + Pi

Glutathion đóng vai trò của 1 hệ thống oxy hoá khử
(vận chuyển hydro).

3. TỔNG HP ACID AMIN
-Thực vật :
từ NH3, NO2-, NO3từ N2 (TV họ đậu)
- Vi sinh vật :
từ NH3, NO2-, NO3từ aa cần thiết
- Động vật cao cấp :
- aa cần thiết (8aa) (Rose và cộng sự)
- aa bán cần thiết (Arg, His)

20


Nguyên tắc chung :
Acid -cetonic
Amin hóa

acid amin tương ứng
NADPH2

NADP +H2O

NH3 + - cetoglutarat


L-glutamat

Chuyển amin
a. Pyruvic + Glu

GPT

Ala + - cetoglutarat

Glycin : được tổng hợp từ CO2 và NH3.
Alanin: được tổng hợp từ pyruvat nhờ phản ứng chuyển amin từ glutamat
Cystein: được tổng hợp từ Met qua nhiều giai đoạn
Acid glutamic: được tổng hợp nhờ phản ứng amin hóa -cetoglutarat.
Glutamin: được tổng hợp từ glutamat vàNH3, xúc tác bởi glutamat synthetase.
Acid aspartic: được tổng hợp từ oxaloacetat nhờ phản ứng chuyển amin từ
glutamat
Asparagin: được tổng hợp từ aspartat vàNH3, xúc tác bởi asparagin synthetase.
Tyrosin: được tổng hợp từ phản ứng hydroxyl hóa phenylalanin.
Prolin: được tổng hợp từ glutamat .
Serin: được tổng hợp từ glycin hoặc từ 3-phosphoglycerat.

21