Tài liệu Hoan chinh

Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Mở đầu Các amino acid thực hiện các chức năng đa dạng trong cơ thể sống. Quan trọng hơn hết, chúng đóng vai trò là thành tố của peptide và protein. Chỉ có 20 loại amino acid có hoạt tính protein được bao hàm trong các mã gen, và do đó thường xuyên được tìm thấy trong protein. Amino acid hoặc các dẫn xuất của nó cũng là dạng thành tố của lipid – như serine trong phospholipid và glycine trong muối mật. Nhiều amino acid có chức năng dẫn truyền xung thần kinh của chính chúng, trong khi những amino acid khác là tiền chất cùa chất dẫn truyền xung thần kinh, chất trung gian hoặc hormone. Các amino acid rất quan trọng trong thực phẩm (vào một thời điểm nhất định là rất thiết yếu). Những amino acid đặc biệt là dạng tiền chất cho những chất chuyển hóa khác – như cho glucose trong gluconeogenesis, cho các base purine và pyrimidine, cho heme và cho những phân tử khác. Nhiều amino acid không có hoạt tính sinh học có chức năng như chất trung gian trong quá trình sinh tổng hợp và sự phân hủy của các amino acid hoạt tính sinh học và trong chu trình ure. Có thể nói, amino acid là tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng trong cơ thể sống. Việc nghiên cứu tính chất và sự sinh tổng hợp các amino acid là khởi đầu cho việc nghiên cứu các hợp chất khác. 1 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . NHÓM BÁO CÁO TIỂU LUẬN (Phân công công việc)  Họ và tên Trần Lê Duy Lê Quang Minh Nguyễn Hoàng Minh Nguyễn Phạm Trúc Nguyên Nguyễn Ngọc Anh Phương Nguyễn Thị Ngọc Thanh Trương Thiên Vũ Dương Thị Hoa Tươi MSSV 606003 61 606014 69 606014 80 606016 29 606018 36 606021 84 606030 93 603033 00 2 Chịu trách nhiệm C B.X B.II, V, VI, VII, VIII, IX; tổng hợp. B.IV B.I B.III A B.III Chữ ký Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . MỤC LỤC A. Tổng quát về acid amin................................. I. Khái niệm............................................................... II. Liên kết peptide...................................................... III. Tính chất vật lý...................................................... B. Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng................................................................. I. Protein................................................................... 1. Định nghĩa......................................................... 2. Cấu trúc phân tử protein...................................... 3. Acid amin cần thiết (acid amin không thay thế)....... 4. Vai trò sinh học của protein.................................. 5. Giá trị dinh dưỡng của protein............................... 6. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm....... II. Enzyme................................................................. 1. Định nghĩa......................................................... 2. Phân loại enzyme................................................ 3. Lactate dehydrogenase........................................ a. Cấu trúc...................................................... b. Cơ chế hoạt động.......................................... III. Hormone.............................................................. 1. Hormone tuyến giáp trạng.................................... 2. Hormone tuyến cận giáp...................................... 3. Hormone miền tủy thượng thận............................. 4. Hormone tuyến đảo tủy........................................ a. Insulin........................................................ b. Glucagon.................................................... c. Samatostatin.............................................. 5. Hormone tuyến yên............................................. 3 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . a. Thùy trước.................................................. b. Thùy giữa................................................... c. Thùy sau.................................................... IV. Vitamine............................................................... 1. Vitamine B1........................................................ 2. Vitamine B12....................................................... V. Glycine là tiền chất tạo porphyrine............................. VI. Creatine và glutathione tổng hợp từ amino acid......... VII. Amino acid nhân thơm là tiền chất tạo hoạt tính sinh học ở thực vật........................................................................ VIII. D – amino acid thường có mặt ở vi khuẩn................ IX. Amino acid là tiền chất tạo amine có hoạt tính sinh học X. Chu trình Ornithine – Ure........................................ C. Sự tổng hợp các acid amin không thay thế..... 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Valine và Isoleucine................................................ Leucine.................................................................. Threonine và Lysine................................................ Tryptophan............................................................ Phenylalanine......................................................... Methionine............................................................. Histidine................................................................ 4 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Tài liệu tham khảo 1) J. Koolman, K. H. Roehm; Color Atlas of Biochemistry; Thieme, Stuttgart, New York; 2005 2) Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Tryer; Biochemistry; W. H. Freeman and Company. 3) Nguyễn Tiến Thắng (chủ biên), Nguyễn Đình Huyên; Giáo trình sinh hóa hiện đại; Nhà xuất bản giáo dục; 1998. 4) Lê Ngọc Tú (chủ biên), La Văn Chữ, Đặng Thị Thu; Hóa sinh công nghiệp; Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 5) Hoàng Kim Anh, Hóa học thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007. 6) Lê Ngọc Tú, Hóa học thực phẩm, Nhà xất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001. 5 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . A. Tổng amin quát về acid I. Khái niệm Là dẫn xuất của acid cacboxylic trong đó hyđro được thay thế bằng nhóm amin ở vị trí α hoặc β. II. Liên kết peptid Là liên kết hình thành khi gốc –COOH của acid amin này kết hợp với nhóm – NH2 của acid amin khác, loại đi một phần tử nước. III. Tính chất vật lý  Acid amin có dạng tinh thể màu trắng, bền ở nhiệt độ 20 – 25 oC, ở nhiệt độ 100 – 200oC chỉ có một số acid amin bị khép vòng như acid glutamic, glutamin.  Đa số acid amin đều có vị ngọt, nhiều acid amin được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm làm chất tạo vị (acid glutamic → glutamat Na – bột ngọt, Asp, Lys)  Độ hòa tan: tan khá tốt trong nước, mức độ tan khác nhau. Dạng muối thường tan tốt hơn dạng acid amin tự do. 6 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng .  Phổ hấp phụ: đa số có vùng hấp thu tử ngoại 240–280nm. Acid amin nhân thơm như tyr, phe có phổ hấp thu ở 280nm. Tính chất này được ứng dụng để định lượng và định tính acid amin.  Tính hoạt quang: trừ glycine, các acid amin khác đều có C bất đối nên đều có tính chất hoạt quang. Có hai dạng đồng phân quang học: dạng D và L. o Tính họat quang là khả năng quay mặt phẳng phân cực ánh sáng COOH COOH   * NH2 C H HC*NH2   R R ( L- axit amin ) ( D – axit amin )  Tất cả các acid amin trong protein chỉ ở dạng L, động vật và thực vật cũng chỉ hấp thu được dạng L, dạng D đôi khi còn ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất.  Tính bền đối với acid, base o Dưới tác dụng của acid ở nhiệt độ cao (HCl 6N, 100–107 oC, 22–27 giờ) protein bị thủy phân, đa số acid amin không bị thủy phân, các acid amin có S bị oxy hóa 10–20%, riêng tryptophan bị phân hủy hoàn toàn, không xảy ra hiện tượng racemic hóa. o Dưới tác dụng của kiềm (NaOH 4–8N, Ba(OH) 2 14%, đun sôi trong 18–29 giờ) khi thủy phân protein, acid amin bị recamic hóa, do các oxy acid bị deamin hóa (khử amin), một phần cys và cystein bị phá hỏng, arg thủy phân thành ornithin và ure. Vậy tác dụng của kiềm sẽ làm mất giá trị dinh dưỡng của acid amin, khi chuyển từ dạng D sang dạng L. B. Acid amin - tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng Ngoài chức năng chính là đơn vị cấu trúc protein, acid amin còn là tiền chất tổng hớp các sinh chất quan trọng khác: enzyme, hormone, nucleotide, alkaloid, polyme vách tế bào, porphyrin, kháng sinh, sắc tố, thành phần của vitamin và các chất trung chuyển tín hiệu thần kinh. Tham gia vào chu trình Ure, Krebs. I. PROTEIN 1. Định nghĩa  Protein là những đại phân tử sinh học, chứa N, đựơc cấu tạo từ các acid amin, có trọng lượng phân tử lớn hơn 5000 Danton và bị kết tủa hòan tòan bởi acid tricolacetic 10% (TCA).  Đại phân tử sinh học: vì đó là một loại polimer từ rất nhiều acid amin liên kết lại với nhau theo một trình tự nhất định cvà đặc trưng cho mỗi cơ thể.  Trong cơ thề động vật và thực vật lượng protein rất khác nhau và sự phân bổ ở các cơ quan khác nhau thì rất khác nhau. o Động vật – lượng protein chiếm 70% chất khô o Thực vật – lượng protein chiếm 5% chất khô o Một số lọai đậu ( đậu nành): 24 - 36 % (soya protein) 2. Cấu trúc phân tử protein  Protein là chuỗi polypeptide chứa hơn 100 acid amin, liên kết chủ yếu là liên kết peptide. 7 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Các protein khác nhau do : - Số lựơng các acid amin - Thứ tự các acid amin  Trong thiên nhiên, người ta đã tìm đựơc hơn 100 lọai acid amin khác nhau. Tuy vậy số lựơng acid amin tham gia vào cấu trúc protein chỉ có 22 lọai và chỉ ở dạng α – acid amin. Tuy chỉ có 22 lọai nhưng sự khác nhau về thành phần và trình tự sắp xếp của các acid min đã dẫn đến sự đa dạng về cấu tạo của protein. Hiện nay đã có 10 12 lọai protein khác nhau. Cấu trúc bậc 1  Mạch thẳng.  Liên kết peptide.  Thủy phân tòan phần và thủy phân từng acid amin. Cấu trúc bậc 2  Nguyên nhân: có C bất đối.  Liết kết hình thành là :Hydro, số lượng lớn.  Cấu trúc xoắn α: 3,6 gốc acid amin tạo một vòng xoắn (phổ biến nhất); song song trục.  Cấu trúc gấp nếp β: khi cấu trúc xoắn bị phá hủy do nhiệt, liên kết Hydro theo trục.  Là cấu trúc của các lọai protein dạng sợi. Cấu trúc bậc 3  Nguyên nhân: cấu trúc xoắn tiếp tục cuộn tròn.  Liên kết hình thành là: disulfur, Vab Dervals.  Độ hòa tan tốt, nhờ sự phân bố các gốc háo nứơc trên bề mặt phân tử. Cấu trúc bậc 4  Nguyên nhân: các tiểu cầu bậc 3 kết hợp lại.  Liên kết hình thành là: Hydro, Vandervals, ion nhưng không có cầu disulfur.  Thừơng có họat tính sinh học: enzyme, vận chuyển oxy.  Mất cấu trúc 3,4 mất họat tính sinh học. Hình B.I.2: Cấu trúc phân tử protein 3. Acid amin cần thíêt ( acid amin không thay thế)  Trong số 20 acid amin thừơng gặp trong phân tử protein có một số acid amin mà cơ thể ngừơi và động vật không thể tự tổng hợp đựơc mà phải đưa từ ngòai vào qua thức ăn gọi là acid amin cần thiết hoặc acid amin không thay thế. 8 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng .   Khi thiếu, thậm chí chỉ một trong số các acid amin cần thiết có thể làm cho peotein được tổng hợp ít hơn protein bị phân giải kết quả dẫn đến cân bằng Nitơ âm. Các acid amin cần thếit đối với cơ thể còn tùy thuộc vào những điều kiện riêng biệt: lòai động vật, lứa tuổi… Theo nhiều tài liệu có 8 acid amin cần thiết cho ngừơi lớn: Valine, Leucine, Isoleucine, Methionine, Threonine, Phenylalanine, Triptophan, Lysine. Đối với trẻ em có thêm 2 acid amin cần thiết: Arginine và Histidine Hàm lượng các acid amin không thay thế và tỉ lệ giữa chúng trong phân tử protein là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng protein. 4. Vai trò sinh học của protein a. Xúc tác  Các protein có chức năng xúc tác các phản ứng gọi là enzyme.  Hầu hết các phản ứng của cơ thể sống từ những phản ứng đơn giản nhất như phản ứng hydrate hóa, phản ứng khử nhóm cacboxyl đến những phản ứng phức tạp như sao chép mã di truềyn đều do enzyme xúc tác. b. Vận tải  Một số protein có vai trò như những” xe tải “ vận chuyển các chất trong cơ thể.  VD: hemoglobin, mioglobin (ở động vật có xương sống), hemoxiamin (ở động vật không xương sống) kết hợp với oxy rồi tải oxy đến khắp các mô và cơ quan trong cơ thể. Hình B.I.4b: Hemoglobin c. Chuyển động  Nhiều protein trực tiếp tham gia trong quá trình chuểynđộng như: co cơ, chuyểnvị trí của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào. d.Bảo vệ  Các kháng thể trong máu động vật có xương sống là những protein đặc biệt có khả năng nhận biết và bắt những chất lạ xâm nhập vàocơ thể như protein lạ, virus, vi khuẩn hoặc tế bào lạ.  Các protein tham gia trong quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu. e. Truyền xung thần kinh  Một số protein có vai trò trung gian cho phản ứng trả lời của tế bào thần kinh đối với các kích thích đặc hiệu  VD: vai trò của chất màu thị giác rodopxin ở màng lưới mắt f. Điều hòa  Một số protein có chức năng điều hòa quá trình truyền thông tin di truềyn, điều hòa quá trình trao đổi chất. Protein điều hòa quá trình biểu hiện gen, như các protein reprexơ ở vi khuẩn có thể làm ngưng quá trình sinh tổng hợp enzyme của các gen tương ứng. 9 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng .  Các protein có họat tính hormone, các protein ức chế đặc hiệu enzyme đều có chức năng điều hòa nhiều quá trình trao đổi chất khác nhau. g. Kiến tạo chống đỡ cơ học  Các protein này thừơng có dạng sợi như sclerotin trong lớp vỏ ngòai của côn trùng, fibroin của tơ tằm, tơ nhện, colagen, elastin của mô liên kết, mô xương, collagen bảo đảm độ bền và tính mềm dẻo của mô liên kết. Hình B.I.4g: Sợi collagen h. Dự trữ năng lượng  Protein còn là chất dinhdưỡng quantrọng cung cấp các acid amin cho phôi phát triển  VD ovalbumin trong lòng trắng trứng, gliadin trong hạt lúa mì, zein của ngô, feritin ( dự trữ sắt trong lá) 5. Giá trị dinh dưỡng của protein  Protein là hợp phần chủ yếu, quyết định tòan bộ các đặc trưng của khẩu phần thức ăn. Chỉ trên nền tảng protein cao thì tính chất sinh học của các cấu tử khác mới thể hiện đầy đủ.  Khi thiếu Protein trong chế độ ăn hàng ngày sẽ dẫn đến nhiều biểu hiện xấu cho sức khỏe như suy dinh dưỡng, sút cân mau, chậm lớn (đối với trẻ em) , gảim khả năng miễn dịch, khả năng chống đỡ của cơ thể đối với một số bệnh.  Thiếu protein sẽ gây ảnh hưởng xấu đến họat động bình thừơng của nhiều cơ quan chức năng như gan, tuếyn nội tiết và hệ thần kinh.  Thiếu protein cũng sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và cấu tạo hình thái của xương (lượng canxi giảm, lượng magie tăng cao). Do vậy mức protein cao chất lượng tốt (protein chức đủ acid amin không thay thế) là cần thiết trong thức ăn cho mọi lứa tuổi. 6. Vai trò của protein trong công nghệ thực phẩm Ngoài giá trị sinh học và dinh dưỡng trong công nghệ sản xuất thực phẩm protein cũng có vai trò rất quan trọng:  Protein là chất có khả năng tạo cấu trúc, tạo hình khối , tạo trạng thái cho các sản phẩm thực phẩm. Nhờ có khả năng này mới có qui trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm tương ứng từ các nguyênliệu giàu protein  Nhờ có protein của tơ cơ ở thịt cá mới tạo ra được cấu trúc gel cho các sản phẩm như giò lụa kamakobo. Công nghệ sản xuất bánh mỳ là dựa trên cơ sở tính chất tạo hình, tính chất cô kết và tính chất giữ khí của hai protein đặc hữu trong bột mì là gliadin và glutenin.  Ví dụ: o Nhờ có các protein hoà tan của malt mà bọt CO 2 ( một thành tố quan trọng của chất lượng bia ) trong bia mới giữ được bền. Nhờ tính chất đặc thù của cazein trong sữa mới chế tạo được hơn 2000 loại phomat hiện nay trên thế giới. o Gelatin của da có khả năng tạo ra gel và giữ gel bền bằng liên kết hidro nên mới có công nghệ tạo ra màng để bọc kẹo và bao các thuốc viên. 10 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng .     Protein còn gián tiếp tạo ra chất lượng cho các thực phẩm: Các axit amin ( từ protein phân giải ra) có khả năng tương tác với đường khi gia nhiệt để tạo ra được màu vàng nâu cũng như hương thơm đặc trưng của bánh mì gồm 70 cấu tử thơm. Hình thơm đặc trưng của chè gồm tới 30 cấu tử thơm cũng là nhờ các axit amin và các polyphenol của lá chèù khi tương tác với nhau khi gia nhiệt. Các protein còn có khả năng cố định mùi tức là khả năng giữ hương được lâu bền cho sản phẩm. II. ENZYME 1. Định nghĩa   Enzyme được cấu tạo từ các L-α-acid amin kết hợp với nhau qua liên kết peptide. Dưới tác dụng của peptide hydrolase, acid hoặc kiềm, các enzyme bị thủy phân hoàn toàn thành các L-α-acid amin, trong nhiều trường hợp ngoài acid amin còn có nhiều chất khác. Ngoài nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, tuyệt đại đa số enzyme có bản chất là protein và sự thể hiện hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào cấu trúc bậc I, II, III và IV của phân tử protein và trạng thái tự nhiên của nó. 2. Phân loại enzyme   Enzyme một cấu tử: là protein đơn giản Enzyme hai cấu tử: là protein phức tạp gồm 2 thành phần. Trong phân tử phần protein gọi là feron kết hợp với phần không phải protein gọi là nhóm ngoại agon. Khi nhóm ngoại tách khỏi phần feron có thể tồn tại độc lập thì những agon đó có tên riêng là coenzyme. Feron hay apoenzyem quyết định tính đặc hiệu của enzyme và tăng hoạt tính o xúc tác của enzyme.  Ví dụ: Hematin kết hợp với một protein đặc hiệu tạo enzyme catalase, lực xúc tác tăng lên hàng triệu lần trong phản ứng phân li H 2O2 so với ion Fe3+ Agon quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác. Ví dụ: o piruvatdecacboxylase xúc tác phản ứng loại CO2 của acid piruvic là enyme 2 thành phần có nhóm hoạt động là dẫn xuất pirophosphat của vitamin B1 Vai trò của enzyme là chất xúc tác sinh học có cường lực xúc tác mạnh hơn o nhiều so với chất xúc tác thông thường. Ví dụ: 1g pepsin trong 2 giờ thủy phân 5kg trứng luộc ở nhiệt độ bình thường. Mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một hay một số chất nhất định theo o những kiểu phản ứng nhất định. Đó là tính đặc hiệu hay chuyên môn hóa của enzyme  Ví dụ: fumarathydratase chỉ tác dụng dạng trans của acid fumaric mà không tác dụng lên dạng cis 11 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Hình B.II.2a: Hoạt tính của enzyme Hình B.II.2c: Phân lớp enzyme 3. Lactate dehydrogenase (LDH, EC 1.1.1.27) a. Cấu trúc Lactate dehydrogenase  Dạng hoạt động của lactate dehydrogenase (Phân tử lượng là 144 kDa) là một tetramer bao gồm 4 đơn vị cấu trúc. Mỗi monomer được cấu tạo bởi một chuỗi peptide gồm 334 acid amin (Phân tử lượng 36 kDa). Trong tetramer, những đơn vị cấu trúc chiếm những vị trí tương đương, mỗi monomer có một trung tâm hoạt động. Tùy thuộc vào những điều kiện trao đổi chất, LDH xúc tác quá trình khử NADH – phụ thuộc của pyruvate đến lactate, hoặc quá trình oxy hóa NAD + – phụ thuộc của lactate đến pyruvate.  Trung tâm hoạt động của một đơn vị LDH được chỉ ra dưới dạng biểu đồ. Trục peptide chính được vẽ như một ống màu xanh nhạt. Trên hình là cơ chất lactate (màu đỏ), coenzyme NAD+, chuỗi 3 acid amin mạch bên (Arg – 109, Arg – 171 và His – 195; màu xanh), liên quan trực tiếp tới sự xúc tác. Mạch nhánh peptide (màu hồng) được cấu tạo bởi những phần acid amin còn lại 98 – 111 cũng được thể hiện. Trong phần khuất của cấu trúc và coenzyme, cấu trúc từng phần được mở ra và cho phép đến gần vị trí liên kết với cơ chất. Trong phức enzyme lactate NAD+ được thể hiện, đường nhánh peptide đóng lại trung tâm hoạt động. 12 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Hình B.II.3.a – 1: Cấu trúc Lactate dehydrogenase Isoenzymes  Có hai đơn vị cấu trúc LDH khác biệt nhau trong cơ thể sinh vật – M và H – mà có một chuỗi acid amin hơi khác biệt và do đó đặc tính xúc tác khác nhau. Bởi vì hai đơn vị cấu trúc này có thể kết hợp để hình thành những tetramer một cách ngẫu nhiên, có tổng cộng 5 isoenzyme khác nhau của LDH trong cơ thể.  Hình B.II.3a – 2 chỉ ra những chỗ cắt từ những chuỗi acid amin của hai đơn vị cấu trúc, sử dụng ký hiệu ký tự đơn. Một gen tiền thẫn thông thường có thể được sao chép tại cùng một điểm trong quá trình phát triển. Hai gen sau đó tiếp tục phát triển độc lập hơn nữa của mỗi cái trong sự biến đổi và chọn lựa.. Sự khác biệt trong chuỗi giữa những cấu trúc M và L chủ yếu là bảo toàn – nghĩa là cả hai phần còn lại đều cùng một loại, ví dụ glycine (G) và alanine (A) hoặc arginine (R) và lysine (K). Sự chuyển đổi không bảo toàn ít thường xuyên hơn – ví dụ lysine (K) cho glutamine (Q) hay threonine (T) cho acid glutamic (E). Nói chung, đơn vị H chứa nhiều phần nền có tính acid và ít phần tính baze hơn dạng M, và do đó nó co một chất mang (–) mạnh. Điều này được ứng dụng để phân chia những isoenzyme sử dụng phương pháp điện di. Isoenzyme LDH–1, bao gồm 4 đơn vị H, di chuyển nhanh nhất và M4 isoenzyme di chuyển chậm nhất. 13 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng .  Sự phân chia và phép phân tích mẫu máu đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn đoán những căn bệnh chắc chắn.. Thông thường, chỉ một lượng nhỏ hạot tính enzymeđược tìn thấy trong huyết thanh. Khi một cơn quan, bộ phận bị thương tổn, những enzyme nội bào đi vào máu và có thể được hoạt hóa trong đó (chuẩn đoán enzyme huyết thanh). Hoạt tính tổng của một enzyme cho thấy sự thiệt hại trầm trọng, trong khi loại isoenzyme được tìm thấy trong máu cung cấp những bằng chứng về vị trí của thương tổn tế bào, vì mỗi gen đóng vai trò trong những cơ quan khác nhau ở những mức độ khác nhau. Chẳng hạn, gan và những cơ xương chủ yếu sản xuất cấu trúc M của lactate dehyrogenase (M cho cơ), trong khi não và cơ tim chủ yếu sinh ra cấu trúc H (H cho tim). Kết quả là mỗi cơ quan có một dạng isoenzyme điển hình, đặc trưng. Như chứng nhồi máu cơ tim chẳng hạn, có sự gia tăng mạnh mẽ số lượng LDH–1 trong máu, trong khi nồng độ của LDH–5 khó thay đổi. Isoenzyme của creatine kinase cũng đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn đoán. Hình B.II.3a – 2: Isoenzymes b. Cơ chế hoạt động của Lactate dehydrogenase Nguyên lý của xúc tác enzyme có thể được minh họa trong việc sử dụng cơ chế hoạt động phản ứng của lactate dehydrogense (LDH) như một ví dụ. Lactate dehydrogenase: chu trình xúc tác.  LDH xúc tác sự chuyển hóa của những ion H + từ lactate sang NAD+ hoặc từ NADH sang pyruvate. L – lactate + NAD+ ↔ pyruvate + NADH + H+  Trạng thái cân bằng của phản ứng tác động mạnh mẽ tới sự hình thành lactate. Tuy nhiên, tại nồng độ cao của lactate và NAD+, sự oxy hóa của lactate thành pyruvate cũng có thể xảy ra. LDH xúc tác phản ứng trong cả hai đường, nhưng giống như các enzyme khác, nó không có ảnh hưởng trên trạng thái cân bằng hóa học.  Vì phản ứng là thuận nghịch, quá trình xúc tác có thể miêu tả như là môt móc đóng. Vòng xúc tác của LDH bị khử đến sáu ảnh nhanh tại đây. Những bước trung gian trong sự xúc tác được trình bày ở đây có thời gian sống rất ngắn và do đó rất khó để phát hiện. 14 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Sự tồn tại của chúng bị khử một cách gián tiếp từ một lượng lớn sự phát hiện thực nghiệm – nghĩa là, những đo lường liên kết và động lực.  Nhiều vết lắng acid amin đóng vai trò trong trung tâm hoạt động của LDH. Chúng có thể gián tiếp tạo liên kết giữa coenzyme và cơ chất, hoặc tham gia vào một trong những bước trong chu trình xúc tác trực tiếp. Chỉ có duy nhất những chuỗi mạch bên của 3 vết lắng đặc biệt quan trọng được tìm thấy ở đây. Nhóm thuộc guanidine được tải đặc tính dương của arginine–171 liên kết với nhóm carboxyl của cơ chất bởi tương tác tĩnh điện. Nhóm imido của histidine–195 tham gia vào sự xúc tác acid – base, và chuỗi mạch bên của arginine–109 đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định tình trạng vận chuyển. Trái ngược với His–195, mà thay đổi chất mang của nó trong suốt quá trình xúc tác, hai vết lắng arginine thiết yếu luôn được thêm proton. Bên cạnh ba vết lắng này, đoạn móc peptide (peptide loop 98–111) được biểu hiện dưới dạng biểu đồ (màu đỏ). Chức năng của nó bao gồm một trung tâm hoạt động sau liên kết của cơ chất với coenzyme, để các phân tử nước bị loại ra trên diện rộng trong việc chuyển hóa điện tử.  Chúng ta có thể nhìn thấy những phản ứng từng phần tham gia vào sự khử pyruvate có xúc tác LDH.  Trong enzyme tự do, His–195 sinh điện tử (1). Do đó dạng của enzyme này được miêu tả như là E H+. Coenzyme NADH bị kết lại đầu tiên (2), kéo theo bởi pyruvate (3). Nó quan trọng đến nỗi nhóm carbonyl của pyruvate trong enzyme và vị trí hoạt động trong vòng nicotinamide của coenzyme nên có vị trí khá tối ưu trong mối liên kết với các chất khác và dẫn đến sự định hướng này trở nên rắn lại ( trạng thái ở gần và sự định hướng của những cơ chất). Móc 98 – 111 bây giờ đóng lại qua trung tâm hoạt động. Điều này sự giảm sút được đánh dấu trong sự phân cực, khiến nó đạt trạng thái chuyển tiếp dễ dàng (4, sự ngăn chặn nước). Trong trạng thái chuyển tiếp, ion hydride, H – , được di chuyển từ coenzyme tới cacbon carbonyl (nhóm chuyển đổi). Chất mang âm nhất thời và hoạt tính bất lợi mạnh mẽ mà xảy ra tại đây được ổn định bởi tương tác tĩnh điện với Arg–109 ( sự ổn định của trạng thái chuyển tiếp), Cùng lúc đó, một proton từ His–195 được di chuyển tới nguyên tử oxy này (chuyển hóa nhóm), đưa đến sự tăng lên những sản phẩm enzyme bị trói lactate và NAD+ (5). Sau khi móc mở ra, lactate phân ly từ enzyme, và nhóm imido không mang tạm thời trong His–195 liên kết với một proton từ nước xung quanh một lần nữa (6). Cuối cùng, coenzyme bị oxy hóa NAD + được giải phóng, và trạng thái ban đầu (1) được khôi phục. Trong biểu đồ chỉ rõ, proton xuất hiện trong phương trình phản ứng (NADH + H+) không được gói lại cùng với NADh, nhưng sau sự giải phóng của lactate – nghĩa là giữa bước (5) và (6) của chu trình trước.  Một cách chính xác những bước giống nhau xảy ra trong quá trình oxy hóa của lactate đến pyruvate, nhưng trong con đường ngược lại. Như đã đề cập ở đầu, con đường mà phản ứng diễn ra phụ thuộc không chỉ vào enzyme, mà còn phụ thuộc vào trạng thái cân bằng – nghĩa là phụ thuộc vào nồng độ của của tất cả các chất phản ứng và giá trị pH. 15 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Hình B.II.3b: Chu trình xúc tác của Lactate dehydrogenase III. HORMONE Hormone (theo Starling): là những chất do tế bào của một bộ phận cơ thể tiết ra được vận chuyển đến một nơi khác để gây tác động điều hòa trao đổi chất. Dựa vào cấu trúc hóa học, người ta chia các hormone thành hai nhóm chính: - Nhóm có bản chất lipid. - Nhóm có bản chất protein Trong phần này chúng ta chỉ tìm hiểu về các hormone có bản chất protein. Những hormone thuộc nhóm này bao gồm: hormone của tuyến yên, tuyến giáp trạng, tuyến cận giáp trạng, tuyến đảo tụy, và miền tủy tuyến thượng thận. Chúng có cấu tạo là những mạch polypeptid, dài ngắn khác nhau. Không những thế người ta còn biết được trật tự sắp xếp các acid amin trên mạch polypeptid của từng hormone. Thậm chí hai hormone có số lượng amino acid như nhau nhưng do trật tự sắp xếp giưa chúng khác nhau mà chũng có những vai trò sinh lý hoàn toàn khác nhau. Thí dụ: hai hormone ADH và oxytocine của thùy sau tuyến yên đều có 9 acid amin, nhưng chũng khác nhau về acid amin ở vị trí số 3 và số 8. trong khi đó ADH (cũng có tên là vasopressine) là kích tố kháng niệu và tăng huyết áp, còn oxytocine là kích tố thúc đẻ. Một số protein hormone quan trọng: 1. Hormone tuyến giáp trạng Khoảng 90% hormon do tuyến giáp tiết ra là thyroxin (T4) và 10% là triiodothyronine (T3). Tuy nhiên, tỷ lệ này thay đổi trong máu và các mô bào. Vai trò của hai hormon này được coi như nhau đối với cơ thể tuy tốc độ và cường độ tác động của chúng khác nhau. Nồng độ của triiodothyronine trong máu thấp hơn, thời gian tồn tại ngắn hơn so với thyroxin nhưng cường độ phát huy ảnh hưởng và tác dụng của nó tại các mô bào lớn hơn. Sinh tổng hợp hormone tuyến giáp gồm có 3 bước: + Thyroxine Tên IUPAC: (S)-2-amino-3-(4-(4-hydroxy- 3,5diiodophenoxy)- 3,5diiodophenyl)propanoic acid CTPT: C15H11I4NO4 + Triiodothyronine Tên IUPAC: (2S)-2-amino-3- [4-(4-hydroxy-3-iodophenoxy)- 3,5-diiodo-phenyl] propanoic acid CTPT: C15H12I3NO4 16 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Iodothyronine_deiodinase Chức năng của hormone tuyến giáp + Phát triển cơ thể : . T4 gây ảnh hưởng tới sự tăng trưởng, phát triển và thành thục sinh dục. Thí dụ, với thí nghiệm cổ điển, muốn nòng nọc đứt đuôi sớm thì thêm T4 vào môi trường nuôi. . Cancitonin : polipeptid 32 aa, có tác dụng kỉch thích sụn thành lập xương, làm hạ ca huyết (ngược với hormone cận giáp). Với cơ quan sinh dục, gây phát triển khi trẻ, gây hoạt động khi trưởng thành. Ở thận , tăng đào thải Ca và P, giảm tái hấp thu Na+ và Cl- tại ống lượn gần vào máu, đào thải canxi từ máu ra khỏi cơ thể. Ở xương, giảm vận chuyển Ca từ xương ra máu, do vậy nồng độ canxi ở máu không tăng thêm nữa. + Tác dụng chuyển hóa : . T4 làm các tế bào tăng chuyển hóa năng lượng, cơ thể thu nhận thêm oxy và huy động những chất để đốtcung cấp năng lượng . Nếu không cung cấp đủ các chất dự trữ năng lượng thì tăng sử dụng các chất ở TB. Với chuyển hóa Glucid, tăng hấp thu glucose ở ruột non. Ở gan , glycogen được thủy phân thành glucose. . Chuyển hóa protein : tăng tổng hợp protein cho tăng trưởng và biệt hóa mô . Chuyển hóa lipid : tăng huy động a.béo tự do, tăng mỡ dự trữ . Chuyển hóa nước : điều hòa chuyển hóa, phân bố thể dịch + Tác dụng thần kinh : . Ðiều hòa hoạt động TK tự động. . Ðiều nhiệt: tăng sinh nhiệt. . Phản xạ gân: ưu năng, gây nhanh, nhược năng, gây chậm. 2. Hormone tuyến cận giáp Tuyến cận giáp tiết ra hormone có tên là parathyroxine hay parahormone (PTH). PTH là một mạch polypeptid lớn, chứa 115 acid amin. Theo Rasmussen thì trộng lượng phân tử hormone này khoảng 8.6000. PTH bị phá hủy khi đung sôi với acid hoặc kiềm. Tuyến giáp và tuyến cận giáp 17 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Tác dụng sinh lý: làm tăng Canxi huyết và giảm photpho huyểt. Cơ chế tác động của nó là vừa tác dụng lên xương vừa tác dụng lên thận + Tác dụng lên thận: parathyroxine xúc tiến việc tái hấp thu canxi ở ống thận nhỏ và tăng đào thải photpho. + Tác dụng lên xương: parathyroxine kích thích sự đào thải canxi từ xương đưa vào máu. + Ngoài ra parathyroxine cũng có tác dụng làm tăng hấp thụ canxi ở ruột. 3. Hormone miền tủy thượng thận Miền tủy thượng thận tiết ra hai hormone: Adrenalin (Epinephrine) và noradrenalin (norepinephrine). Năm 1901, Takanin và aldroch đã điều chế được adrenaline dưới dạng kết tinh và đến năm 1904 đã có thể tổng hợp nhân tạo hormone này. Adrenaline là sản phẩm chuyển hóa của amino acid có tên là thyrosine. Sau đó một htời gian người ta tìm được noradrenaline. Đến năm 1949, cấu trúc của nó được xác định và nó chính là tiền thân của adrenaline. Adrenaline (A) và noradrenaline (N) tồn tại đồng thời trong miền tủy thượng thận với tỷ lệ thông thường là A/N = 4/1. + Adrenaline: Tên IUPAC: (R)-4-(1-hydroxy-2-(methylamino)ethyl)benzene-1,2-diol CTPT: C9H13NO3 + Noradrenaline: Tên IUPAC: 4-(2-Amino-1-hydroxyethyl) benzene-1,2-diol CTPT: C8H11NO3 Tác dụng sinh lý của hai hormone này giống nhau nhiều chỗ chỉ khác nhau về mức độ và phạm vi tác dụng Các tác dụng sinh lý chính của hai hormone này có thể kể đến như sau: +Với tim: tăng nhịp tim, tăng lực co bóp, tăng hưng phấn và dẫn truyền hưng phấn. + Mạch: co các mạch máu ( trừ mạch nuôi tim, gây giản ) 18 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . + Huyết áp: tăng huyết áp tối đa, không tăng huyết áp tối thiểu. + Gan: Tăng chuyển glycogen , sinh glucose và gây tăng đường huyết + Giản đồng tử và co cơ mống mắt . + Noradrenalin (tương tự adrenalin), nhưng mạnh hơn trong tăng huyết áp, kém mạnh trong giãn cơ trơn, có tác dụng chuyển hóa kém. 4. Hormone tuyến đảo tụy Tuyến này tiết ra ba hormone quan trọng là: insulin, glucagon, somatostatin. a. Insulin Từ 1953, Sanger (2 giải thưởng Nobel về hóa học vào năm 1958 và 1980) đã nghiên cứu, tinh chế và xác định hoàn toàn cấu trúc của phân tử insulin. Phân tử insulin bao gồm 51 amino acid, có cấu trúc gồm 2 chuỗi polypeptide. Chuỗi A có 21 amino acid, chuỗi B có 30 amino acid. Hai chuỗi được nối với nhau bằng 2 cầu disulfid. Trong chuỗi A cũng hình thành 1 cầu disulfid giữa amino acid thứ 6 và amino acid thứ 11. Phần đặc hiệu (đặc trưng của một loài) chỉ tập trung vào các amino acid thứ 8-9-10, 12-14 của chuỗi A và đặc biệt là amino acid thứ 30 của chuỗi B. Người ta cũng đã xác định được cấu trúc ba chiều của insulin và thấy rằng cấu trúc phân tử insulin được giữ vững bởi nhiều liên kết muối, liên kết hydro và cầu nối disulfid giữa chuỗi A và chuỗi B. CTCT: C257H383O77N65S6. Khối lượng phân tử: 5808 Da Insulin do tế bào  của đảo tụy tiết ra. Nồng độ insulin trong máu người rất thấp, chỉ khoảng 20–150 micro đơn vị trong 1ml máu.hoạt tính của hormone phụ thuộc vào vị trí đặc biệt của các acid amin chứa trong đó. Gốc disulphid có ý nghhĩa quan trọng. người ta thấy rằng phân tử insuline chứa nhiều acid amin tự do và nhóm này quyết định hoạt tính sinh học của hormone. Insulin dễ bị men tiêu hóa protein tiêu hủy nên chỉ có tác dụng khi tiêm. Insulin có tác dụng rõ nhất trong tất cả các hormon của tuyến tụy, đặc biệt đối với quá trình chuyển hoá carbohydrate. Nó có tác dụng hạ đường huyết. Tác dụng sinh lý quan trọng nhất gây nên hạ đường huyết là: + Thúc đẩy sự tổng hợp glucose thành glycgen ở gan. + Ở gan và cơ, nó xúc tiến sự tiêu thụ glucose và đưa nhanh glucose vào chu trình Krebs hoặc chuyển thành acid béo để tăng tổng hợp lipid. + Ngăn trở sự phân giải trở lại glycogen thành glucose ở gan và ngăn trở sự huy động và chuyển hóa protein thành glucose. Insulin còn kích thích quá trình tổng hợp và ức chế quá trình phân giải glycogen ở cơ, gan và mô mỡ. Đặc biệt insulin tăng cường tổng hợp acid béo, protein và kích thích sự đường phân. Tác dụng quan trọng nhất của insulin là kích thích sự xâm nhập glucose, một số đường khác, amino acid trong tế bào cơ và mỡ. Do vậy insulin làm giảm lượng glucose trong máu. Ngoài ra insulin cũng làm giảm sự tổng hợp mới glucose do làm giảm nồng độ enzyme như pyruvate carboxylase và fructose 1-6 diphosphatase. b. Glucagon : polipeptid chứa 29 acid amin. 19 Acid amin tiền thân của nhiều sinh chất quan trọng . Hormone glucagon có tác dụng làm tăng đường huyết (tương tự tác dụng của adrenaline và ngược với insuline). Cơ chế tác động thông qua việc xúc tác sự phân giải glycogen thành glucose, nhưng nó chỉ hoạt hóa enzyme phosphorylase ở gan mà không hoạt hóa phosphorylase ở cơ, cho nên tiêm glucagon chỉ làm tăng acid lactic huyết. Glucagon cũng có tác dụng lên trao đổi mỡ làm hạ mỡ huyết và ức chế gan trong sự tổng hợp acid béo và cholesterol. Glucaggonechỉ tiêm và tĩnh mạch mới có tác dụng, tiêm dưới da không hiệu quả. c. Somatostatin: peptid với mạch 14 acid amin , ức chế giải phóng GH và TSH, ức chế bài tiết insulin và glucagon (Dùng trị bệnh tiểu đường), ức chế bài tiết gastrin. Ngoài ba hormone kể trên, ngày nay người ta còn tìn thấy đảo tụy còn tiết ra những hormone khác như calicreine làm giãn mạch, vagotonine làm giảm đường huyết nhưng không hoàn toàn giống insulin. 5. Hormone tuyến yên Mỗi thùy tuyến yên tiết ra những hormone khác nhau và có chức năng sinh lý khác nhau. a.Thùy trước Thùy trước tuyến yên tiết ra các hormone sau đây: STH, TSH, ACTH, GH (FSH, LH, LTH), mỗi loại có cấu trúc và tác dụng sinh lý khác nhau. α. Somatotropin hormone (STH) STH còn gọi là kích sinh trường tố với tác dụng chính của nó là kích thích sự sinh trưởng của cơ thể. Nó gồm 245 acid amin sắp xếp trên một mạch polypeptid. Trọng lượng phân tử STH khác nhau tùy loài, ví dụ cừu 48.000, bò 45.000, người và khỉ 21.000. Nó dễ bị thủy phâ khi gặp acid mạnh hay các enzym tiêu hóa. Tác dụng sinh lý của STH: 20