🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Giáo trình Hóa sinh đại cương Ebooks Nhóm Zalo PGS.TS. NGUYỄN THỊ HOA (Chủ biên) TS. BÙI THỊ THU HƯƠNG, ThS. LÊ THỊ MINH HIÊN. BS. PHẠM THỊ THÙY (Tham gia biên soạn) PG S.TS N G U Y Ê N T H Ị H O A (Chú biên) TS. B Ìl| THỊ THU H Ư Ơ N G , T hS. LÊ THỊ M INH HIÊN, BS. PHẠM TH Ị T H Ủ Y (T ham gia biên soạn) GIÁO TRÌNH HÓA SINH ĐẠI CƯƠNG NHÀ XLÁT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NĂM 2018 MÃ SỎ: ° 2 ' 23? ĐHTN-2018 2 MỤC LỤC Trang Lòi nói đầu 4 Bài 1: Hóa học Protein 5 Bài 2: Enzym 25 Bài 3: Năng lượng sinh học 50 Bài 4: Chuyển hóa Protein 69 Bài 5: Hóa học và chuyền hóa Glucid 91 Bài 6: Hóa học và chuyền hóa Lipid 128 Bài 7: Chuyển hóa nước và các chất vô cơ 155 Bài 8: Hóa sinh các dịch cơ thề 176 Tài liệu tham kháo 191 3 LỜI NÓI ĐÀU Hóa sinh đại cương là môn học nghiên cứu về cơ sớ phân tứ cùa sự sống, nghỉa là nghiên cứu về cấu tạo các chất cũng như chuyển hóa các chất trong cơ thế sống. Mục tiêu của học phần hóa sinh đối với sinh viên y khoa là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về cấu tạo và chuyển hóa các chất, nồng độ các chất đó trong cơ thể, cơ chế tạo thành cùng quá trinh vận chuyển, thoái hóa các chất, sự trao đối năng lượng đề duy tri sự sống. Hóa sinh đại cương giúp sinh viên phân tích được sự thay đổi, cơ chế của sự thay đổi các chất và lựa chọn được các xét nghiệm hóa sinh cơ bản trong một số bệnh lý thường gặp. Giáo trinh “Hóa sinh đại cương” sử dựng cho sinh viên y khoa. Giáo trinh được biên soạn dựa trên sự lồng ghép, tích hợp với một số môn thuộc khoa học cơ bản, y học cơ sờ và y học lâm sàng theo dự án “Đồi mới chương trinh đào tạo bác sĩ đa khoa” năm 2017 cúa Bộ Y tế. Nội dung giáo trình gồm 3 phần: - Hóa sinh tĩnh gồm cấu tạo, tính chất và vai trò của các chất cấu tạo nên cơ thế sống như glucid, lipid, protein, vitamin cũng như cấu trúc và chức năng cúa enzym và những khái niệm cơ bán về năng lượng sinh học. - Hóa sinh động gồm chuyển hóa của các chất như chuyền hóa glucid, lipid, protein. - Hóa sính mô và cơ quan bao gồm sự chuyến hóa các chất xảy ra ở các mô và cơ quan như chuyển hóa nước và các chất vô cơ, hóa sinh các dịch cơ thể. Đây là lần biên soạn đầu tiên, mặc dù rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được sự càm thông và những ý kiến đóng góp quý báu của Quý bạn đọc đề lần biên soạn sau, nội dung tài liệu được phong phú và hoàn chình hơn. Trân trọng cảm ơn! Thay mặt các tác giả PGS.TS Nguyễn Thị Hoa 4 Bài I HÓA HỌC PROTEIN Lẽ Thị Minh Hiển MỤC TIÊU: Sau khi học xong bài này, sinh viên có kha năng: /. Trình bày được vai trò cua acid amìn và một sổ peptid quan trọng trong V học. 2. ứ ng dting được mội số tinh chai cua protein vào trongy học. 3. Trình bày được vai trò cua nucleoliJ với cơ thê. 4. Trình bày được linh chaI cua hemoglobin và ứng dựng trong lâm sàng. NỘI DUNG Protein là những phân tứ lớn nhất trong tế bào sống. Protein có mặt ở tất cá mọi tế bào và các phần của te bào. Trong một tế bào cũng có hàng ngàn loại protein, chiếm khoáng 50% trọng lượng khô cùa tế bào. Protein đóng vai trò cơ bàn trong sự hình thành, duy tri cấu trúc và chức năng cùa cơ the song. Protein qui định tinh đặc thù cùa tế bào, đặc thù cá thể cũng như dặc thù về loài. Protein được cấu tạo từ 20 acid amin. Các aciđ amin liên kết với nhau bằng liên kết peptid. Trọng lượng phân từ cùa chúng từ 6000 đvC đến 1.000.000 đvC hoặc lớn hơn nũa. Ngày nay, người ta ước tính có khoáng 101" đến 1012 protein khác nhau nhưng chi do 20 acid amin khác nhau tạo thành. 1. Acid amin 1.1. Cấu tạo cùa acid amin Acid amin là đon vị cấu tạo nên protein, tất cả acid amin đều có trong phân từ nhóm carboxyl (-COOH) và nhóm amin (-NH-,) cùng liên kết với một nguyên tứ carbon gọi là carbon a. Công thức tồng quát của acid amin: R— CH — COOH INH2 R là gốc hữu cơ, thành phần nguyên 10 cùa gốc R là c, H, o, N, s Ngoài hai nhóm chức chinh là nhóm carboxyl và nhóm amin. Trong phân từ protein còn có thể có nhóm hoá chức khác như hydroxyl (-OH) hoặc thiol (-SH). 5 * Dồng phân quang hục của a d d amirt Trừ glycin còn tất cả các acid amin đều chứa carbon bất đối (C*) trong phân tứ nên có đồng phân quang học. Tuỳ theo vị trí của nhóm amin (-NH2) đirợc gắn vào bẽn phải hay bên trái cùa carbon bất đối a mà acid amin thuộc dãy D hoặc L. Trong tự nhiên phô biên là acid amin dãy L COOH R D-acidamin 1.2. Phân loại acid amin COOH H2N - ^ — H R L -acidam in Dựa vào cấu tạo gốc R đề phân loại 20 acid amin cấu tạo protein thành 2 nhóm: - Acid amin mạch thẩng. - Acid amin mạch vòng. Trong acid amin mạch thang phân ra thành các dưới nhóm tùy thuộc vào số lượng nhóm -N H 2 và -COOH mà có acid amin trung tính, acid amin acid và acid amin kiềm. A cid am in K í hiệu C ô n g thức A cid am in tru n g tính Glycin G l y - GH -Ọ H -CO O H n h 2 Alanin Ala - AC H 3 -9 H -C O O H NH2 H3C'C H -C H -C O O H H3c NH2 Valin V a l - V 6 Valin: Giúp ngăn chặn sự phân hùy cùa cơ bắp bằng cách cung cấp thêm đường cho các cơ bắp đê sán xuất năng lượng trong quá trinh hoạt động thề lực. Valine cũng giúp loại bò nitơ dư thừa độc hại từ gan, và có khá năng vận chuyển nitơ đến các mô khác trong cơ Leucin Leu - L Isoleucin Ile - 1 thế khi cần thiết. Giúp điều trị bệnh gan và túi mật, cũng như những tốn hại gây ra bới chúng nghiện rượu và ma túy, giúp điều trị hoặc thậm chí đáo ngược bệnh não gan, hoặc tổn thương não liên quan đến rượu. Sự cân bang lý tưởng cùa 3 acid amin quan trọng trong chế độ ăn cùa người tập the dục nhiều là 2 :1:1 (leucin:valin:isoleucin). Nguồn thực phầm chứa valin: Sữa, thịt, ngũ cốc, nấm, đậu tương và lạc. H3C CH-CH2“ CH-COOH h 3c Í h 2 Leucin: là acid amin duy nhất có khả năng điều hòa sụ tổng hợp protein của cơ, iàm giảm sự thoái hoái và tăng sự tống hợp các protein của cơ. Đóng vai trò quan trọng trong chế độ ăn cùa các vận động viên trong việc rèn luyện cơ bắp bên cạnh acid amin isoleucin và valin. Leucin cần nhiều ở gan, mô mỡ và mô cơ để tổng hợp các sterol, thành phần cấu tạo nên hormon, giúp duy trì lượng hormon tăng trưởng để thúc đẩy quá trinh phát triển mô cơ. Nguồn thực phẩm chứa leucin: Đậu tương, lòng đò trứng, hạnh nhân, cá, lạc, tôm. H3C -H2CnCH-ỌH-COOH 3 NH2 Isoleucin: Đóng vai trò sống còn trong quá trình phục hồi sức khỏe sau thời gian luyện tập thể dục thể thao. Đồng thời giúp điều tiết lượng đường glucose trong máu, hỗ trợ quá trinh hình thành hemoglobin và đông máu. Nguồn thực phẩm chứa isoleucin: Thịt gà, cá, hạnh nhân, hạt điều, trứng, gan, đậu lăng và thịt bò. Serin S e r - SHO-CHj-ỌH-COOH nh2 H;,C' CH- ỢH-COOH HO NH2 Threonin T h r - T Threonin: Giúp duy trì sự cân bằng protein thích hợp trong cơ thể. Là chất cần thiết để tạo ra glycin và serin, hai loại acid amin cần thiết cho việc sản xuất 7 collagen, elastin, và các mô cơ, giúp giữ cho các mô liên kết và cơ bắp khắp cơ thế khóe mạnh và đàn hồi, bao gồm cá tim. Nó cũng giúp xuơng và men răng chắc khoè, có thể tăng tốc độ chữa lành vết thương hoặc hồi phục sau chấn thương. Threonin còn kết họp với các acid amin acid aspartic và methion để giúp gan có chức năng lipotropic (kích thích cơ thể sư dụng mỡ), hoặc tiêu hóa chất béo và acid béo, nếu không có đù threonin chất béo có thể tích tv trong gan và cuối cùng gây suy gan. Ngoài ra, nó giúp hỗ trợ sản xuất các kháng thế, tăng cường miễn dịch, hữu ích trong điều trị một số loại bệnh trầm cảm. Nguồn thực phấm chúa nhiều threonin nhất: thịt, cá, trứng. Cystein C y s -CHS-CHị -ỌH-COOH n h 2 H3C -S -(C H 2)2-ỌH-COOH n h 2 Methionin: Do có chứa lưu huỳnh, cần thiết cho sán xuất chất các acid amin (như cystein và taurin) và glutathion - là chống oxy hóa tự nhiên giúp trung hòa các độc tố trong gan. Methionin còn là một lipoừopic (kích thích cơ thể sử dụng mỡ) giúp ngăn chặn sự tích Methionin Met - M tụ mỡ trong gan. Là chất cần thiết để tạo creatine, cung cấp năng lượng cho cơ bắp để tăng hiệu suất thể thao trong thời gian ngắn, tập cường độ cao, hỗ trợ hoạt động bình thường của tim và hệ tuần hoàn. Methionin còn ẸÍúp cho sự hình thành cùa collagen được sử dụng đề tạo thành da, móng, mô liên kết, và giúp giảm mức độ dị ứng viêm ưong cơ thể. Thịt, cá, đậu đỗ tươi, trứng, đậu lăng, hành, sữa chua, các loại hạt là những thực phẩm chứa menthionin. Acid amin Kí hiệu Công thức Acid amin acid Aspartic acid Asp - Dh oo c- ch2- ọh- cooh n h 2 Asparagin Asn - Nh2n - ọ - c h 2- ọ h - c o o h ỏ nh2 Glutamic acid Glu E HOOC-CH2- CH2 - ỌH-COOH nh2 Glutamin G ln -Qh2n - c - c h 2- c h 2- ọ h - c o o h Ỗ n h 2 Acid amin kiềm h n - c h 2- c h 2- c h 2- c h - c o o h Arginin A rg -R Lysin Lys - K Acid amin nhân thom Phenylalanin P h e -F 9- NH N H2 nh2 H2N-(CH2)4-ỌH-COOH nh2 Lysin: Là một thành phần quan trọng của tất cả các protein trong cơ thể. Lysin đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu canxi, tạo cơ bắp, phục hồi sau chấn thương hay sau phẫu thuật; sự tổng họp các hormon, enzym và các kháng thể. Lysln còn tham gia cấu tạo camitin chất vận chuyển acid béo vào ty thể Lysin là một chất đối vận cùa serotonin ở ống tiêu hóa, có tác dụng giái lo âu do làm giảm tác dụng của các thụ thể serotonin. Lysin có trong phô mai, khoai tây, sữa, trứng, thịt đò, các sán phẩm men. ( V - C H 2- 9H-COOH w nh2 Phenylalanin: Là một acid amin có tính giảm đau và chống trầm càm. Phenylalanin có trong sữa, hạnh nhân, bơ, lạc, các hạt vừng. Nếu tăng phenylalanin trong máu ờ ừẻ nhỏ cần chú ý đến bệnh thuộc nhóm bệnh di truyền (Bệnh phenylketon niệu) Tyrosin T y r-Y h o ^ ^ V c h 2- 9h -c o o h x = / NH2 Acid amin dị vòng ___1 -CHg-ỌH-COOH Histidin H is -H HNk^N: NH2 Histidin: Là thành phần quan trọng cùa lóp vò myelin cùa tế bào thẩn kinh, đám bào việc truyền tải các 9 Tryptophan Trp - w thông tin từ não đến các bộ phận khác nhau cùa cơ the. Có the hữu ích cho việc điều trị các rối loạn tâm thần cũng như một số loại rối loạn chức năng tình dục bởi vỉ nó được chuyển đổi thành histamin, một chất hóa học cần thiết để kích thích hưng phấn tình dục đặc biệt khi dùng cùng với vitamin B3 và vitamin B6. Mức histidin trong cơ thể phải được cân đối vì nếu cao quá sẽ gây các rối loạn tâm lý như lo âu và tâm thần phân liệt, trong khi mức độ thấp của histidin sẽ gây ra bệnh viêm khớp dạng thấp và các loại điếc mà kết quả từ tồn thương thần kinh. Histidin rất quan trọng cho việc sản xuất tế bào máu (hồng cầu và bạch cầu). Giúp cơ thể phát triển và liên kết mô liên kết cơ bắp với nhau. Thực phẩm giàu histidin như thịt và các sản phẩm sữa, ngũ cốc, gạo, lúa mi, lúa mạch đen. -----j-CHj-CH-COOH I ^ Ấ NJ nh2 H T ryptophan: CÓ hai chức năng quan trọng, một là đuợc gan chuyển hóa thành niacin (vitamin B3), hai là cung cấp tiền chất của serotonin, một chất dẫn truyền thần kinh giúp cơ thể điều hòa giấc ngủ và tâm trạng, làm giảm cảm giác thèm ăn, hỗ trợ giảm cân cho người béo phì. Các thực phẩm giàu chất tryptophan là chuối, đậu phộng, hạt sen, gạo, thịt gà tây, bí đỏ (bi đò chứa một lượng tryptophan rất dồi dào). Prolin Pro - p C O O H H ' H 1.3. Tính chất cùa acid amin 1.3.1. Tính chất lý học Độ hoà tan: - Đa số hòa tan trong nước. ít tan trong alcol, không tan trong ete, acid amin tan trong alcol và ete như prolin và hydroxyprolin. - Các acid amin khác nhau có độ hoà tan khác nhau trong cùng một dung môi. ứ n g dụng tính chất này để phân tích acid min bằng phương pháp sắc ký trên giấy. - Một so acid amin ít tan trong dung dịch kiềm và acid loãng. Ví dụ: prolin. M ùi vị: + Vị ngọt: alanin, histidin, glutamic, valin, prolin, trytophan. 10 + Vị đẳng: arginin. 1.3.2. Tinh chất hoá học * Khư nhóm carboxyl: acid atnin khứ nhóm carboxyl tạo thành amin tương ứng. a R— C H — COOH -----------------► R — CH2— NH, + C 0 2 NH2 Acid amin Amin tương úng Ví dụ: histidin -----► histamin. Histamin gây hạ huyết áp và dị ứng. Glutamic -----► GABA (yaminobutync acid, là chat ức chế dẫn truyền xung động thần kinh). *Khư nhỏm amin: - Trong cơ thế acid amin khứ nhóm amin bang cách oxy hóa tạo acid a cetonic a R— CH— COOH ------------------► R — C O — COOH + NH3 NH2 A c id amin A cìd a cetonic Ngoài cơ thể cho tác dụng với HNO2 tạo acid alcol tương ứng a ____ ____ L R— CH— COOH ----------------*- R— C H — COOH + N2 t + H20 NH2 OH Acid amin Acid alcol ứ ng dụng: định luợng nitơ của acid amin băng phương pháp Vanslyke. * Tạo base shiff: a R— CH— COOH + OHC-R' --------------- *- R — CH — COOH + H20 NH2 n = c h - r ' Acid amin Acid alcol ứ n g dụng: định lượng acid amin bằng phương pháp Sorensen. * Phán ứng lạo phức hợp với muối kim loại: Các acid amin có thề kết họp với muối kim loại nặng như: Cu 2, Hg \ Mn 2, Pb 11 h 2 ứ ng dụng: định lượng acid amin, độ chính xác khác nhau tùy acid amin. *Phàn ứng ninhydrin: Acid amin tác dụng với ninhydrin tạo thành ninhydrin dạng khù Ninhydrin dạng khừ kết họp với ninhydrin dạng oxy hóa và NH3 tạo phức hợp màu xanh tím. c á0OH OH N inhydrin ứ ng dụng: hiện màu acid amin trên giấy sẳc ký 1.4. Tính chát luững tính của acid amin 1.4.1. Tinh chất lưỡng tính Acid amin có tinh chất lưỡng tính vi trong phân tứ có 1 nhóm chức acid (-COOH) và một nhóm chức base (-NH2). Vì vậy acid amin trong các môi trường khác nhau acid amin sẽ hoạt động khác nhau. Trong cơ thể các acid amin tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực. Trong môi trường acid (H ): acid amin tác dụng như một base và tồn tại dưới dạng ion (+), khi có dòng điện chạy qua chúng di chuyển về âm cực. Trong môi trường kiềm (OH'): acid amin tác dụng như một acid và tồn tại dưới dạng ion (-), khi có dòng điện chạy qua chúng di chuyển về dương cực. NH2 + NH3 + NH3 I OH' I H' OH -ỌH ^ R-----ỘH „ R-----ỌH ỉ I 1 ¿ 0 0 ■ h 2° c o o c o o h Anion lon lirõ'ng cực Cation Điêm đăng điện cua a a d amin (pHi): pHi cùa acid amin là pH cua môi trường mà ớ đó đối với mỗi acid amin tồn tại duới dạng ion lưỡng tính nhiều nhất Còn hai dạng ion (+) và ion (-) là ít nhất và bang nhau Mỗi acid amin có pHi tương ứng: Ví dụ: glycin: 5,7 aspactic: 2,77 cystein: 5,05 glutamic: 3,22 alanin: 6,00 arginin: 10,76 Úng dựng: phân tách acid amin bằng phương pháp điện di 2. Peptid 2.1. cáu tạo và tính chất của peptid 2.1.1. ( au lạo Peptid là hợp chất tự nhiên hay tổng hợp có trong phân tư tù hai hay nhiều acid amin. Các acid amin được liên kết với nhau bang liên kết peptid (-CO-HN) thuộc loại liên kết đồng hóa trị Hình 1.1. Liên kết peptid 1 H R2 I I H3N1— CH — c — OH + H — N— CH2— c o o O h 2o - ^ ^ h 2o Số Hên kết peptid số acid amin -1 2.1.2. Tính chắt cùa peplid Tính chất hoá học, tính chất lưỡng tính, tính chất hoá lí giống protein. 2.2. M ột số peptid quan trọng 2.2.1. Glutalhion: là một tripeptid, là chất chống oxy hóa không có bản chất enzym. - Nguồn gốc: gan, thận, phổi, tim, hồng cầu. - Cấu tạo: gồm 3 acid amin là glutamic, giycin và cystein 'O o~ glutam ate cysteineglycine 13 - Vai trò: + Glutathion là chất chống oxy hóa mạnh, trung hòa gốc tự do cua cơ thề qua quá trinh cho nhận hydro thuận nghịch. + Glutathion tăng cường hệ miễn dịch cùa cơ thể đế cơ thế mạnh mẽ hơn trong việc tning hòa các chất gốc tự do có hại và chống lại bệnh lây nhiễm, nhiễm vi trùng, virus, ung thư Glutathion giài độc cơ thể thông qua gan nhờ gan kết với các độc chất trong gan, chuyến hóa chúng và đào thài ra ngoài. Người ta nhận thấy GSH có lợi trong các trường hợp ngộ độc thuốc: paracetamol, phosphor hữu cơ, ngộ độc kim loại, kể cả những trường hợp đang điều trị ung thư bang hóa trị, xạ trị... 2.2.2. Ocytocin: polypeptid (9 acid amin). - Nguồn gốc: thùy sau tuyến yên - Cấu tạo: gồm 9 acid amin một câu disulfur ớ vị ưí so 1 và số 6. Vị tri số 3 là isoleucin và vị tri số 8 là leucin. Vai trò: tăng co bóp cơ cổ tứ cung. 2.2.3. Vasopessin fAntidiuretic hormon - ADH) - Nguồn gốc: thuỳ sau tuyến yên - Cấu tạo. 9 acid amin. Một cầu disulfur ờ vị tri số 1 VỚI vị trí số 6. VỊ tri số 3 là phenylalanin và vị trí số 8 là arginin. - Vai ữò: tăng huyết áp, tăng tái hấp thu nước ờ ống thận. Neu ADH giàm sẽ gây ra bệnh đái nhạt. 2.2.4. Insulin - Nguồn gốc: tuyến tụy được tồng hợp ở tế bào beta cùa tiếu đáo Langerhans ờ dạng preproinsulin (11.500 Da). Các enzym trong ty lạp thể sè chuyển preproinsulin thành proinsulin (9000 Da). Các proinsulin được dự trữ trong các hạt cùa bộ Golgi, khi các hạt chín sẽ tách một phân tử Insulin và một phân từ Peptid c . Hai phân tú này được sán xuất với mức độ ngang nhau về tý số phân tử và đồ vào tuần hoàn cừa - Công thức hóa học: C257Hi83N65077S(, - Trọng lượng phân từ: 5808 Da 14 - cấu tạo: 51 acid atnin gồm 2 chuỗi polypeptid: chuỗi polypeptid A có 21 acid amin và chuỗi B là 30 acid amin được gắn với nhau bằng 2 cầu disulfur và 1 cầu đơn disulfur ờ chuỗi A - Vai trò: kiểm soát chuyển hóa glucose trong máu Hình 1.2. Quá trình tạo insulin từ preproinsulin 2.2.5. P eptidC - Nguồn gốc: tuyến tụy - Cấu tạo: là chuỗi đơn có 31 acid amin nối với chuỗi A và B cùa insulin trong phân tử proinsulin - Vai trò: đảnh giá chức năng tế bào beta còn lại và tiến triển của bệnh ờ bệnh nhân ĐTĐ tuýp 1 được điều trị bằng insulin, chẩn đoán phân biệt ĐTĐ tuýp 1 và tuýp 2, chân doán hạ glucose máu giả, u te bào tiết insulin 15 3. Protein .?. /. Cấu tạo của protein 3. /. /. ( 'ấu lạo hóa học - Thành phần nguyên tố tham gia cấu tạo: c, H, o, N, s. - Protein được xây dựng từ một hay nhiều chuỗi polypeptid liên kết với nhau. ỉ. 1.2. ( 'ác loại liên két - Liên kết peptic! (-C ’O-HN-): la loại liên kết được thành lập giữa nhóm carboxyl với nhóm amin cùa hai acid amin kế cận bang cách loại đi một phân từ HiO. Đó ià liên kết dọc và là liên kết cơ ban nhất, liên kết này không bị cắt đứt khi protein bị biến tinh. Còn các liên kết khác bị cắt đứt khi protein biến tính. Liên kêt peptid ĩ ' ị II R2 H3N^—CH — ( — N— CH,— c o o - Liên két disulfur (-S-S-): là loại liên kết được thành lập giữa hai nhóm thiol cua hai phân tưH H ♦ 1 + Ị //° h3n — C — H3N—C—cv l o l o ỹ H2 s H ĩc h2 h3n I —C —c\ ỉ o HI o H - Liên kết hydro (-CO...HN-): là lực hút tĩnh điện giữa một bên là nguyên tử H thừa điện tích dương và một bên là nguyên tử nitơ hoặc oxy thừa điện tích âm. H « - H ô+ / O 11111111 iH — —o Hs+ / s - 6 Liên kết hydro - Liên kết muối (hên kết ion) (-COCT ' HịN-): là lực hút tĩnh điện giữa nhóm carboxyl cùa acid amin acid và nhóm amin cùa acid amin kiềm trong chuỗi polypeptid. - Liên kết kị nước: là sự tương tác giữa các Iilióiiì không phân cực như gốc phenyl, nhóm -CH, 3.1.3. ('an Irtíc cua protein * ( 'ầu trúc hộc I: là sô lượng, thành phân và trinh tự săp xêp các acid amin trong chuỗi polypeptid cua phân tứ protein. Trinh tự cùa acid amin trong chuỗi 16 polypeptid quyết định câu trúc không gian cua chuỗi đông thời quyết định tinh chất sinh học cùa protein Phương pháp nghiên cứu cấu trúc bậc I là phương pháp hóa học. Ví dụ: Insulin có 51 acid amin gồm 2 cluiồi: chuỗi A có 21 acid amin và chuỗi B có 30 acid amin Hai chuỗi nối với nhau bơi 2 can disulfur: câu thir nhất giữa gốc cystein ơ vị tri 20 cua chuỗi A và vị tri 19 cua chuồi B; cầu tliir hai giữa gốc cystein ơ vi tư thứ 7 cua ca 2 chuỗi. Trong chuỗi A con có một cầu disulfur giữa 2 gốc cystein ơ vị tri thứ 6 và I 1. Giữa các loài khác nhau o vị trí A8, A9, A 10 và B30 Hình 1.3. T rật tụ các acid amin trong phân tử insulin ò' nguòi s 3 / rhrYLyí , P"»J Y t>v Y ty* XPi» T (*,'»X >6 :i II it ì* n :• H II * ( 'ấu trúc bậc 2: là câu trúc xoăn một cách đêu đặn hoặc gâp nẽp một cách có chu kỳ cùa chuỗi polypetid trong phân tử protein. Câu trúc bậc 2 do các liên ket hydro quyết định. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc bậc 2 là phương pháp nhiễu xạ tia X. Cấu trúc xoắn a protein có cấu trúc xoăn a là a - keratin cấu trúc này được ôn định nhờ liên kết hydro giữa nhóm -N H- và nhóm -C O - cua các acid amin ttrong cúng một chuỗi polypeptid. cấu trúc xoắn có đặc điêm là cứ một vòng xoắn 360° thi có 3,6 gốc acid amin, do nhóm -NH- cùa acid atnin thír nhat liên kết với nhóm -C O - cùa acid amin thứ tư tạo ra, xoắn có thê theo chiều phai hoặc xoắn trái, nhưng xoan phái thường ổn định hơn. Cấu trúc gấp nếp (3: protein có cấu trúc gấp nếp p điên hình là p-keratin của tóc. Cấu trúc gấp nếp p được ổn định nhờ các liên kết hydro giữa hai chuỗi polypeptid. Các chuỗi polypeptid trong cấu trúc p có thể là song song hoặc đối song với chuỗi bên. Nhiều liên kết hydro trong các chuỗi tạo ra những nếp gấp Hình 1.4. Cấu trúc bậc 2: xoắn a helix và gấp nếp p ( 'h n o i ItelH 17 * ( 'ấu trúc bậc 3: là sự sẳp xếp vừa xoẳn vừa gấp khúc một cách dày đặc vàphức lạp cua chuỗi polypeptid. Các liên kết ngang, đặc biệt là các liên kết disulfua, liên kết ion, tirơng tác kỵ nước quyết định cấu trúc bậc 3 cua protein. Những protein có cẩu trúc bậc 3 điển hình là myosin, trypsin và các chuỗi polvpeptid cua hemoglobin Hình 1.5. Cấu trúc bậc 3 M k Nưoc # B a z o 0 Cưc ưa nươc (ph ân cưc) ____________ I A xM 0 K I nưac (k húng p han cut) J S - lưu hu ýn h * Cấu trúc bậc 4: protein chứa trong phân từ từ hai chuỗi polypeptid trớ lèn, thêhiện sự phức tạp hơn về mức độ cấu trúc phân từ. Vi dụ: hemoglobin gồm 4 tiêu phần protein: hai tiêu phân a và hai tiêu phần p. Nếu 4 tiều phần tách rời Iihau thi mỗi tiểu phần không thể vận chuyển được một phân từ 0 2. Khi kết hợp lại thành trạng thái tetramer tạo thành một khối không gian đặc thù gần như hình tứ diện thì mới có kha năng kết hợp và vận chuyển khi oxy. Hình 1.6. Cấu trúc bậc 4 trong hemoglobin 3.2. Tính chất cùa protein 3.2.1. Trọng lượng phân lư cua protein Có nhiều phương pháp xác định trọng lượng phân từ protein * Phương pháp hoú hục: dựa trên sự xác định hàm lượng một nguyên to nào đó đà biết rõ tỷ lệ ừong phản tứ từ đo tính ra trọng lượng phân tư cùa protein. * phương pháp ihâm than: đo áp suất thâm thấu cua dung dịch protein tinh ra trọng lượng phân tư protein 18 * Phương phíìp đo độ nhát: trọng lượng phân từ protein tý lệ thuận với độ nhớt cua dung dịch chứa protein đó * 1’hương pháp siêu ly lâm: xác đ;nh độ lang cua protein trong dung dịch chịu sự ly tâm với tốc độ rất lớn rồi tính ra trọng lirợng cùa phân từ protein * Phtnmg pháp sàng phàn lư: bằng phương pháp này có thê xác định trọng lượng liphàn tứ băng cácli ngoại suy đối chiếu với một so protein mẫu đà biết trọng hrợng phân từ. 3.2.2. Tinh chắt hoá học cua protein * Phan ứng Hiure: NaOH Protein + CuSOj > Phức hợp màu tír^ hồng 0 — C H — C — N — + C u*2 X u H n H Úng dụng: định lượng protein trong máu. * '¡'huy phàn: protease Protein + nH20 acid, kiêm (n + 1 ) acid amin 3.2.3. Tính chất hóa lý cua protein * Tính chất hoà lan: đa số protein hoà tan trong dung dịch muối loãng, protein dạng sợi thường hoà tan dung dịch muối đậm đặc hơn. Protein hoà tan trong nuớc tạo thành dung dịch keo có kich thước phân từ lớn hon 1 1-1111. Các tiều phân này không qua được màng thẩm tích. Dạng keo này tồn tại nhờ hai yếu tố: - Lớp áo nước bao quanh tiểu phân protein làm ngăn cách giữa tiểu phân này với tiểu phân khác. - Các protein mang điện cùng dấu nên đẩy nhau. * Tính chất kết tua: khi làm mất hai yếu tố hoà tan ờ trên thi protein tụ lại và kết tủa - Làm mất lớp áo nước: có thể dùng (NH4)2S0 4, alcol, aceton (tách âm biến tính) - Trung hoà điện tích: có thề dùng chất điện giải NaCI hoặc đưa pH cùa môi trường ve pHi cùa protein đó. * Tính chai biến tính: biến tính là hiện tượng đáo lộn cấu trúc bên trong phân tử protein các liên kết ngang bị cát đứt (trừ liên kết peptid). cấu trúc bậc 2, 3 và 4 cũng bị thay đôi làm giam độ hoà tan, làm giảm hoặc mất tính sinh vật học. - Tác nhàn gây biến tinh: 19 + Vật lý: nhiệt độ cao, các tia phóng xạ. + Hoá học: HNO.1, tricloacetic, sulphosalicylic, muối kim loại nặng như CuSOj. 3.2.4. Tính chaI lưỡng, lính và pHi cua protein * Tinh chaI lưỡng lính: protein được cấu tạo từ các chuỗi polipeptid mà mỗi chuỗi polypeptid bao giờ cũng có nhóm amin tận cùng tự do và nhóm carboxyl tận cùng tự đo nên protein có tính chất lưỡng tính. * pH i cùa protein: Tương tự như acid amin mỗi phân tử protein có một pHi tuơng ứng. Ví dự: albumin trứng 4,59 - 4,71. ứ ng dụng: phân tích protein huyết thanh bàng phương pháp điện di 3.3. Phăn loại protein 3.3.1. Phân loại theo cấu tạo * Protein thuần (protein đơn gián): là các protein khi thủy phân cho các aciđ amin thường gặp, đó là các protein như albumin, globulin, histon. * Protein tạp (protein liên hợp): trong thành phần ngoài acid amin còn có những chất không phải là acid amin gọi là nhóm ngoại. Nhóm ngoại có thể là glucid, lipid, acid nucleic, kim loại... 3.3.2. Phân loại theo hình dạng * Protein cầu: là nhùng protein có tỳ lệ trục chiều dài trên trục chiều ngang nhó hom 10. Thuộc nhóm này lả các protein enzyme và những protein huyết thanh. * Protein sợi: là những protein có tỷ lệ trục chiều dài trên trục chiều ngang lớn hơn 10 nhiều lần như keratin cùa tóc, móng và collagen cùa tổ chức liên kết. 3.3.3. Phân loại theo chức năng * Protein chức năng: - Các protein enzym xúc tác cho phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể sống. - Các protein vận chuyển: hemoglobin vận chuyển oxy trong máu, transferrin vận chuyển sắt, ceruloplasmin vận chuyển đồng, protein vận chuyển hormon từ nơi tồng hợp đến cơ quan đích, một số protein vận chuyển thuốc và chất độc. - Các protein báo vệ như các kháng thể IgA, IgE, IgM, IgG. Interferon là protein chống lại sự nhiễm khuẩn và nhiễm virus. Fibrin có tác dụng làm co cục máu. - Ngoài ra còn có protein điều hòa các cơ quan cũng như điều hòa cơ thể. Các protein co cơ như myosin, actin. Protein điều hòa sao chép, phiên dịch nhu histon. * Protein cấu trúc: Những protein tham gia cấu tạo mô liên kết, hình thành khung xương, cấu tạo cơ thề người như collagen, elastin. 20 4. Protein tạp 4.1. Các loại protein tạp: nucleoprotein, chromoprotein, glucoprotein, lipoprotein, metal oprotein. 4.2. Nucleoprotein: nhóm ngoại là acid nucleic 4.2.1. ( ail lạo hóa học cua acid nucleic - Glucid: ribose và deoxyribose cấu tạo ARN và ADN. - Acid phosphoric: H (P 04 - Base nitơ nhãn purin và nhân pyrimidin: ( 'ác hase nilơ nhàn purin: n h 2 A d e n in c 'ác base ni tơ nhân pyrimidin: n h 2 o o N n>v I H C y to s in 4.2.2. Núcleos id hay nucleotid * Nucleosid H Uracin H T h y m in Nucleosid là sàn phầm thủy phân không hoàn toàn cùa acid nucleic, có thành phần cấu tạo gồm base nitơ và đưòng pentose. Các nucleosid gồm: adenosine, guanosin, cytidin, uridin hoặc thymidin. * Nucleolid Nucleotid là sản phẩm thủy phân không hoàn toàn cùa acid nucleic, có thành phần cấu tạo gồm base nitơ và đường pentose và acid phosphoric. 4.2.3. Các nucleotid quan trọng Các nucleotid ngoài việc tham gia cấu tạo acid nucleic còn có vai trò quan trọng như ơ dạng dự trữ năng lượng hay là chất tuyền thông tin thứ hai cùa te bào. - ( 'ác Jan xuất cua adenin Adenosin di phosphal hay adenosin tri phosphat (ADP-ATP) tham gia vào các phản img phosphoryl hóa. ATP được coi nhir nguồn phosphat giàu năng lượng cung cấp cho các phan úng cần năng lượng. AMP vòng có thề tham gia vào hoạt động cùa một số hormon. 21 - Các dẫn xuất cua guanin Dẩn xuất của guanin gồm guanosin diphosphat (GDP) và guanosin triphosphat (GTP). GTP đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp protein. - Các dẫn xuất cùa cyíosin Dần xuất của cytosin gồm cytidin diphosphat (CDP) và cytidin triphosphat (CTP). CTP là nucleotid duy nhất tham gia tổng hợp lecithin. -C á c dẫn xuất cùa uracil Dần xuất của uracil gồm uridin diphosphat (UDP) và uridin triphosphat (UTP). UTP tham gia phán ứng liên hợp acid glucuronic. - Những coenzym nucleotid Một so coenzym là dạng dẫn xuất cùa nucleotìd với các vitamin như coenzym flavin adenin dinucleotid (FAD) có chứa vitamin B2, nicotinamid adenin dinucleotid (NAD ) và coenzym nicotinamid adenin dinucleotid phosphat (NADP ) có chứa vitamin pp. - Methiunin hoại hóa adenosyl Methionin được hoạt hóa dưới dạng s adenosyl methionin cũng có thành phần là adenin nucleosid. 4.3. Cromoprotein: Hemoglobin (Hb) Hemoglobin là một protein tạp, có nhóm ngoại là hem. Hemoglobin đảm nhận nhiều chức năng sinh học quan ừọng như vận chuyển 0 2 và C 0 2. Hemoglobin cũng là một trong các hệ đệm quan trọng của cơ thể. ■f.3.1. Cấu trúc phân tư hemoglobin * Globin: là phần protein cùa Hb và quyết định đặc tính chủng loài của hemoglobin. Globin gồm 4 chuỗi polypeptid: hai chuỗi a , mỗi chuỗi a gồm 141 acid amin và hai chuỗi p, mỗi chuỗi p là 146 acid amin. * Cấu tạo cua Hem: hem được cấu tạo từ protoporphyrin IX gắn với ion F e '\ Protoporphyrin IX hình thành từ porphin. Phân tứ porphin gồm 4 vòng pyrol liên kết với nhau qua 4 cầu metylen, có 8 vị trí thế các nhóm thế tạo thành phân tú porphyrin. Fe’ liên kết với 4 nguyên tử nitơ nằm trên mặt phẳng vòng porphyrin tạo thành hem. c h 2 CH) c h 2 c=o ổ Công thức cấu tạo của hem 22 * Phăn tử 2,3 DPG (2,3 dìphosphu glyceral'): được tạo ra trong thoái hóa glucose. Lượng 2,3 DPG đặc biệt cao trong hồng cầu, có tác dụng làm giảm ái lục của Hb vói oxy. H Công thức cấu tạo 2,3DPG * Phân tứ hemoglobin gồm 4 tiếu đơn vị, mỗi tiếu đơn vị gồm I hem gắn với 1 chuỗi polypeptid hoặc a hoặc p. Phân tử 2,3-DPG nằm ờ vị trí trung tâm cùa phân từ hemoglobin theo tỷ iệ 1:1 về mol. Phân tứ 2,3-DPG tạo liên kết muối với 2 chuỗi p. Phân tử hemoglobin có cấu trúc bậc 4. Một phân từ hemoglobin vận chuyển được 4 phân tứ oxy. * Một so hemoglobin ơ người - H bA,: a->Ap2A chiếm 98% tổng lượng hemoglobin ờ người trưởng thành. - HbA2: a 2AS2A chiếm khoảng 2% tồng lượng Hb. Khi điện di trên giấy HbA2 chạy chậm hơn HbA|. - HbF: a 2 y2A, đuợc hình thành từ thời kỳ bào thai. Khi mói sinh HbF chiếm 80% tổng lượng hemoglobin. Sau đó giảm dần, sau 2-3 tháng còn lại khoảng 50%, đến 1 tuổi chi còn dưới 0,5%. 4.3.2. Tính chất cúa hemoglobin * Kết hợp với các chất khí: - Kết hợp với oxy: Nhận xét: Hb + 0 2 hemoglobin i H b 02 Oxyhemoglobin + Phản ứng xảy ra nhanh nhạy. + Phản ứng xáy ra thuận nghịch là do áp suất riêng phần của 0 2 quyết định. + Oxy liên kết với Fe*2 bằng liên kết cộng hợp. + Làm đôi màu của máu từ đó sẫm sang đỏ tươi. - Kết hợp với C 0 2: Hb + C 0 2 : Hemoglobin Nhận xét: + Phán ứng xảy ra nhanh nhạy. - HbCO, c arbohemoglobin 23 + Phán ứng xảy ra thuận nghịch là do áp suất riêng phẩn cùa c o quyết định. + COị kết hợp VỚI nhóm amin cua acid amin kiềm cùa globin dạng carbamyl. - Két hợp với ( '( ): llb + CO --------- ► HbCO Hemoglobin Carboxyhemoglobin Nhận xét: + Phan ưng xáy ra chi theo chiều thuận + Hb kết hợp với CO xáy ra mạnh gắp 210 lần so với Hb kết hợp 0 2. Vi vậy c o có thẻ đây Oị ra khói HbO; * Oxy hoủ Hh: Hb , MetHb Fe _____ Fe ' Nhận xét: + Phản írng xáy ra thuận nghịch. Chiều thuận xáy ra dưới tác nhân oxy hoá Ví dụ: nitrit, clorat, fericyanua Methemoglobin không có khá năng vận chuyển oxy + Chiều nghịch xáy ra dưới tác nhân khư Ví dụ: glucose, vitamin C. Đặc biệt trong cơ thể có enzyni diaphorase. Vi vậy MetHb ít độc hơn IHbCO. * Tính chắt lự xúc lác cua Hb: Hb tác dụng như enzym peroxydase có khá năng phân huỷ H20 2 đế tạo thành HịO và oxy hoạt động, oxy này sẽ oxy hoá thuốc thứ cho màu đặc hiệu. AH2 + H20 2 ______ ► 2H20 + A Peroxydhydro Úng dụng: tìm máu trong nước tiều. TÓM TẮT Protein có mặt ờ tất cà inọi tế bào và các phần cùa tế bào. Trong một tế bào cũng có hàng ngàn loại protein, chiếm khoáng 50% trọng lượng khô cùa tế bào Protein đóng vai trò cơ bàn trong sự hình thành, duy trì cấu trúc và chức năng cùa cơ thê sống. Protein qui định tính đặc thù cúa tế bào, đặc Ihù cá the cũng như đặc thù về loài. Bài giàng này giới thiệu chung về cấu tạo, vai trò và tinh chất cua các acid amin, peptid, protein đặc biệt có nhấn mạnh đến vai trò, tinh chất của loại acid amin peptiđ, protein quan trọng trong cơ thẻ để từ đó ứng dụng giải thích các cơ chế bệnh lý liên quan và cũng chi ra được một số loại acid amin, peptid, protein được sử dụng là xét nghiệm có ý nghĩa trong chần đoán bệnh hay các loại thuốc trong điêu trị. Protein là những phân tứ lớn nhất trong tế bào sống. 24 Bài 2 E N Z Y M Nguyễn Thị Hoa MỤC TIÊU Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: /. Phãn tích được các yếu to anh hương đến tốc độ phan ứng enzym. 2. Ưhãn tích được sự thay đôi hoạt độ enzvm trong một sổ /nrừng hợp bệnh lý. 3. l.ựa chọn được một so enzym thường được ứng dụng trên lăm sàng trong một số inrởnịỊ hợp bệnh lý. NỘI DUNG 1. Đại cuông Enzym là những chất xúc tác sinh học đặc biệt của cơ thể sống, có bán chất là protein, do cơ thể sống tông hợp nên. Nhờ enzym mà các phản ứng hóa học trong cơ thể sống xáy ra rât nhậy, với tôc độ phản ứng rât nhanh trong những điêu kiện sinh lý bình thường như nhiệt độ và áp suất không cao, pH môi trường gần như trung tính. Hiện nay đã xác định được khoáng 3500 enzym. Enzym và xúc tác sinh học là một phần then chốt trong hóa sinh và đang phát triền mạnh mẽ được sù dụng rộng rãi trong nghiên cứu cấu trúc phân tử, nông nghiệp, công nghiệp và y học. 2. Bản chất hóa học và đặc điểm sinh học - Bản chất cùa phần lớn enzym là protein. - Enzym hoà tan trong nước hoặc muối loãng. Do kích thước phân tử lớn nên enzym không qua được màng thẩm tích. Tất cả các yếu tố làm biến tính protein như acid đặc, muối kim loại, nhiệt độ cao đều gây biến tính enzytn. - Enzym bị tủa và biến tính trong dung môi hữu cơ. - Các enzym được tồng hợp dưới sự điều khiển của gen, mỗi enzym có một gen tương ứng. Có những enzym có tù then kỳ bào thai, có những enzym xuất hiện trong quá trinh phát triển của cơ thể. Có những enzym được tổng hợp với tốc độ ồn định và ton tại với số lượng lớn, không phụ thuộc vào trạng thái chuyển hóa của cơ thể Ngược lại, có những loại enzym bình thường cũng tồn tại với số lượng cần thiết nhưng khi sản phẩm cuối cùng cùa CỊuá trinh chuyển hóa tăng lên quá mức thì chính sản phẩm này sẽ tác động vào hệ gen tổng hợp enzym, đó là hiện tượng kìm hàm tông hợp enzym. - về sự phân bố cùa enzym trong tế bào: enzym có mặt ở mọi tế bào và mô. Tuy nhiên, ở mỗi mô, mỗi tế bào thường có những hệ thống enzym đặc biệt. Cùng một loại enzym, trong các mô khác nhau thệm chí trong các thnafh phần khác nhau cùa một tế bào cũng có thề khác nhau về lirợng có khi cả về chất. 25 - Trong tế bào sống, các phán ứng enzyin có liên quan mật thiết với nhau và với môi trường bên ngoài, tạo nên một mạng lưới chuyển hóa rất phức tạp, được phoi hợp và điều chinh chinh xác Sụ điều chinh này được thê hiện qua sự điều hòa sinh tồng hợp và điều hòa hoạt tính cua enzym. 3. Cách gọi tên và phân loại 3 .1. Cách gọi tên enzym Enzym có thế có 4 cách gọi tên như sau: + Tên cơ chất đặc hiệu + đuôi ase: Urease là enzym tác dụng lèn urê, proteinase tác dụng lên protein... + Tên tác dụng + ase. Ví dụ tác dụng oxy hóa enzym là oxidase, tác dụng trao đôi amin enzym là aminotransferase + Tên cơ chất + tên phan ứng + đuôi ase. Vi dụ: Tyrosindecarbocylase xúc tác phan ánh khir nhóm carboxyl cua acid amin tyrosin, hoặc lactatdehydrogenase xúc tác phán ứng khư hydro của acid lactic + Tên thường gọi: cách gọi này không có đuôi ase Vi dụ: pepsin, tripsin, Chymotripsin 3.2. Phân loại enzvm Khi số lượng enzym được tách chiết, tinh sạch và xác định ngày càng nhiều thì việc gọi tên và phản loại enzym trớ nên phức tạp. Đe chuẩn hóa cách gọi tên và phân loại enzym, Hiệp hội enzym quốc tế (Enzyme Commission: EC) đà phân loại theo phàn ứng mà chúng xúc tác thành 6 loại: * L o ạ i 1: enzym oxy hoá khử (oxydoreductase): là loại enzym xúc tác cho các phàn ứng ọxy hóa và phản ứng khứ, nghĩa là các phản ímg có sự trao đồi điện từ theo phàn ứng tông quát: AH2 + B------- *• A + BH2 Loại enzym oxy hóa khứ gồm các dưới lớp. - Các dehydrogenase: sừ dụng các phân từ không phài oxy làm chất nhận điện tứ (thường là các coenzym oxy hóa khứ). Ví dụ: lactat dehydrogenase, glucose óphosphatdehydrogenase,... - Các oxidase: sứ dụng oxy làm chất nhận điện từ nhưng không tham gia vào thành phần cơ chất. Vi dụ: các citochrom oxidase. - Các reductase: đưa H và điện tù vào cơ chất. Ví dụ: bilirubin reductase. Ngoài ra còn một số dưới nhóm như: catalase, peroxidase, oxygenase * Loại 2: enzym vận chuyền nhóm (transferase): lả loại enzym xúc tác phản ứng vận chuyển một nhóm hóa học giữa hai cơ chất theo phán ứng: AX + B ----------» A + BX Loại enzym này gồm các dưới lớp: 26 - Các aminotransferase: chuyền nhóm -N H 2 từ acid amin vào acid acetonic Ví dụ aspartat transaminase. - Transcetolase, transaldolase: chuyên đơn vị 2C và 3C. - Các kinase: chuyển gốc phosphat từ ATP vào cơ chất. Ví dụ: hexokinase. - Các throlase: chuyền nhóm CoA-SH vào cơ chất. - Ngoài ra CÒI1 một số dưới nhỏm như: polymerase, phosphorylase, acyl transferase... Xúc tác phan írng chuyển vận các gốc hoặc các nhóm hoá học khác nhau từ phân tư này sang phân tư khác. Vi dụ: aminotransferase, acyltransferase,... Loại 3: enzym thuý phân (hydrolase): cat các liên kết este, liên kết osid Tham gia cất đứt các liên kết nội phân tù, bang cách gắn một phân tử nước. AB + H20 ------- ► AH + BOH Loại enzym này gồm các dưới lớp: - Các esterase: thúy phân liên két ester Vi dụ: triacylglycerol lipase. - Các glucosidase: thúy phân liên kết glucosid. - Các protease: thủy phân liên kết peptid - Các phosphatase: thúy phân liên kết estephosphat. .. *Loại 4: enzym phân cat (lyase): còn gọi là enzym tách nhóm, là loại enzym xúc tác phản ứng chuyển đi một nhóm hóa học khòi một cơ chất mà không có sự tham gia cùa phân từ nước. AB ------- > A + B Loại enzym này gồm các dưới lớp: - Các decarboxylase, tách phân từ CƠ2 từ cơ chất. Vi dụ pyruvatdecarboxylase. - Các aldolase: tách một phân từ aldehyd từ cơ chất. - Các lyase: tách đôi một phân từ mà không có sự tham gia cùa nước... *Loại 5: enzym đồng phân: là loại enzym xúc tác cho các phán ứng biến đối giữa các dạng đồng phân cùa các chất hóa học. ABC ------- *> ACB Loại enzyrn này gồm các dưới lớp: - Các isomerase: chuyển dạng giữa nhóm ceton và aldehyd. Ví dụ: phosphopentose isomerase. G 6 ® * ----------* F ỏ0 - Các mutase: chuyến nhóm hóa học giữa các nguyên từ trong một phân tử. G(B> --------- *> 06® - Các epimerase: chuyền dạng đồng phản epi. 27 - Các racemase: chuyến dạng đồng phân giữa dãy D và dãy L. *Loại 6: enzym tông hợp (synthetase hay ligase): là loại enzym xúc tác phán ứng găn hai phân tư với nhau thành một phán từ IỚ11 hơn nhờ năng lượng cung càp bới sự thuy phản ATP và các chất tương đương A + B + c ------------♦ ABC Loại enzym này gồm các dưới lớp: - Các synthetase: gắn hai phân từ với sự tham gia cua ATP - Các carboxylase: gan CO2 vào phân tù cơ chất. Ví dụ: pyruvat carboxylase Ligase: sư dụng cho việc gan 2 đoạn nucleotid với nhau. Vi dụ: DNA ligase. 4. Cấu trúc phân tư enzym 4.1. Thành phần cấu tạo Các enzym là các protein có khối lượng phản từ từ 12.000 đến hàng trăm triệu đom vị dalton (Da). Cũng giống như protein, về thành phan cấu tạo. enzym gồm 2 loại, có loại chi là proteìn thuần (khi thuy phân chì gồm các acid atnin), còn đa số thuộc loại protein tạp (enzym 2 (hành phần) cấu tạo gồm: + Một phần là protein thuần gọi là apoenzym. Phẩn apoenzym mang những đặc tinh cơ ban cua enzyrn + Một phần không phai protein (thường là những chất hĩru cơ đặc hiệu gọi !à coenzym). Coenzym thường có trong thành phần các enzym tlniộc loại oxy hóa khứ và loại enzytn vặn chuyên nhóm, nếu thiếu coenzym thì enzym kliõng hoạt động được Một so enzym có chứa ion kim loại hoặc đòi hòi kim loại cho hoạt động xúc tác được gọi là enzym kim loại, ion kim loại có vai trò: - Tham gia trực tiếp vào phán ứng xúc tác cúa enzym - Hoạt động như một chất oxy hóa khử. - Tạo thành phức hợp với cơ chất. 4.2. Trung tâm hoạt động Trung tâm hoạt động hoặc vị tri hoạt động cùa enzym là những vùng đặc biệt của enzym, có tác dụng gắn với cơ chất để xúc tác cho phán ứng làm biến đồi cơ chất thành sán phẩm. Mỗi enzym có thế có một, hai hoặc nhiều trung tâm hoạt động. Trong tâm hoạt động cúa enzym gồm những nhóm hóa và những liên kết tiếp xúc trực tiếp với cơ chất hoặc không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất nhưng có chức năng trục tiếp trong quá trinh xúc tác. v ề thành phẩn cấu tạo, trung tâm hoạt động thường bao gồm các acid amin có nhóm hóa học có hoạt tinh cao như nhóm -OH cùa serin, nhóm -SH cùa cystein, nhóm Im idazol cù a h istidin ... đ ây là những nhóm phân cực hoặc ion hóa, có khá năng tạo liên kết hydro hoặc ion với cơ chất. v ề quan hệ giữa trung tâm hoạt động và cơ chất, có hai gia thuyết được đưa ra: 28 - Thuyết “ổ khóa và chia khóa” : Fisher E (1890) đã đưa ra thuyết “ồ khóa và chia khóa” về tác động cua enzym. Sự tương tác giữa enzym E và cơ chất s nghĩa là sự gắn giữa enzym và cơ chất đế tạo thành phức hợp enzym cơ chat ES giống như quan hệ giữa “ồ khóa" và “chìa khóa” nghĩa là enzym nào chi xúc tác cho đúng cơ chất đó. Thuyết này chi giai thích được tinh đặc hiệu tuyệt đối của enzym, không giài thích được tính đặc hiệu tương đối cùa enzym. - Thuyết “mô hinh cảm ứng không gian” : đề giải thích tính đặc hiệu tương đối cùa enzym, Kosland D (1958) đã đưa ra thuyết “mô hình cảm ứng không gian”. Theo thuyết này, trung tâm hoạt động của enzym có tính mềm déo và linh hoạt, có the biển ổi về cấu hình không gian trong quá trinh tương tác với cơ chất đê có thể tạo thành phức họp enzym -cơ chat ES. Hình 2.1. Mô hình Fisher (a) và mô hình Koshland (b) ^ ^ ^ 0 chát V ‘ Enzyme a) Phưc hợp ES \ Enzyme /Phức hợp ES b) 4.3. Các (lụng cấu trúc cùa phân tử enzym 4.3.1. Enzym đơn chuỗi và enzym đa chuỗi Enzym đơn chuỗi là enzym chi có một chuỗi polypeptid tạo nên, ví dự ribonuclease, lipase, pepsin, chymotripsin. Enzym đa chuỗi là enzym có 2 hoặc nhiều chuỗi polypeptid cấu tạo nên, ví dụ aspartat transaminase: 2 chuỗi, alkalin phosphatase: 2 chuỗi, lactat dehydrogenase: 4 chuồi... 4.3.2. E m ym dị lập thê Enzym dị lập thể là enzym ngoài trung tâm hoạt động còn có một vài vị trí dị lập thể. Trung tâm hoạt động tiếp nhận cơ chất để hoạt động xúc tác cho phàn ứng enzym trong khi trung tâm dị lập thể tiếp nhận yếu tố dị lập thề để điều chinh hoạt động xúc tác cùa enzym. về cấu tạo phân từ, enzym dị lập thế có thể là loại enzym đơn chuỗi hoặc loại enzym đa chuỗi. Enzym dị lập thể có thể có loại dị lập thề dương, loại dị lập thể âm hoặc có cả hai. Khi vị tri dị lập thể dương tiếp nhận yếu tố dị lập thể dương A (chất hoạt hóa activator) thì cấu hình enzym được thay đối theo hướng có lợi hơn, enzym được hoạt hóa, ái lực của enzym với cơ chất tăng lên, enzym gắn với cơ chất để tạo thành phức hợp enzym cơ chất tốt hơn, tốc độ phản ứng tăng lên. Khi vị trí dị lập thể tiếp nhận yếu tố dị lập thề âm I (chất ức chế - inhibitor) thì cấu hình enzym thay đối theo hướng có hại, enzym bị ức chế, ái lục cúa enzym với cơ chất giảm nên tốc độ phàn ứng giảm đi. 29 4.3.3 Các dạng phân từ cua enzym (isoenzym hoặc isozym) Trong cùng một loài, cùng một cơ thế, có những enzym tuy cùng xúc tác một loại phản ứng hóa học nhưng lại tồn tại dưới những dạng phân tử khác nhau, có những tính chất vật lý, hóa học khác nhau. Các dạng phân tử khác nhau cùa một loại enzym được gọi là isoenzym hay isozym. Ví dụ phân từ lactat dehydrogenase (LDH) do bốn tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị là một chuỗi polypeptid cấu tạo nên, các chuỗi này gồm hai loại do 2 gen tổng hợp nên: chuỗi nguồn gốc tìm (H) và chuỗi nguồn gốc cơ (M) . Vì LDH là một tetramer được cấu tạo bởi bôn chuôi polypeptid nên sự tô hợp giữa 2 loại chuỗi đã tạo thành 5 dạng phân tử (isozym) của LDH (LDH|-LDH5) khác nhau trong đó LDH| được gọi là isozym kiểu tim và LDH5 là isozym kiểu gan. Các isozym này có hằng số Michaelis (Kra) và tốc độ phàn ứng tối đa (Vmax) khác nhau. 4.4. Các tiền chất của enzym Một số enzym sau khi được tổng hợp còn ở dạng chưa có hoạt tính (dạng không hoạt động) được gọi là các tiền enzym (proenzym hoặc zymogen). Các tiền chất này khi được bài tiết vào môi trường khắc nghiệt cùa cơ thể sẽ chịu tác dụng thủy phân của môi trường, bị thủy phân một đoạn polypeptid vốn che lấp trung tâm hoạt động để bảo vệ trung tâm hoạt động, làm cho enzym được hoạt hóa, trở nên dạng enzym chính thức có hoạt tính. 4.5. Phức hợp đa enzym Phức hợp đa enzym là một phức hợp gồm nhiều các phân từ enzym khác nhau nhưng có liên quan với nhau trong một quá trinh chuyền hóa nhất định, kết tụ với nhau thành một khối nhiều enzym. Không thể tách riêng từng enzym trong phức hợp đa enzym vì nếu bị tách ra các enzym riêng biệt trong phức hợp đa enzym sẽ bị biến tính và mất hoạt tính. Sự kết tụ các enzym tạo thành phức hợp đa enzym có tác dụng tàng cường sự cộng tác cùa các enzym khác nhau trên một quá trình hoặc một chuỗi chuyển hóa gồm nhiều phàn ứng, làm tăng hiệu lực và hiệu quả xúc tác. Ví dụ: phức hợp đa enzym pyruvat dehydrogenase xúc tác phản ứng khứ carboxyl oxy hóa acid pyruvic tạo acetyl CoA. Chuỗi phản ứng này được xúc tác bới phức hợp đa enzym gồm pyruvat dehydrogenase, dihydrolipoyl transacetylase và pyruvat dehydrogenase dehydrogenase với 4 coenzym là thiamin pyrophossphat (TPP), acid lipoic, coenzym A và NAD+. s . C ấ u tạo và tác d ụ n g củ a m ột sổ coenzym quan trọ n g Nhiều loại enzym ừong quá trình xúc tác đòi hỏi phải có sự phối hợp của chất hữu cơ đặc hiệu hoặc ion kim loại tham gia vào cơ chế xúc tác. Những chất hữu cơ đặc hiệu và các ion kim loại có vai trò như vậy được gọi là chất phối hợp hay chất cộng tác của enzym (cofactor). Các chất cộng tác, khi kết hợp vào phân từ enzym đã bổ xung khả năng phán ững và khả nãng xúc tác cho enzym, Thiếu các chất này, enzym thường không hoạt động được, các chất này có thể gắn chặt vào phân tử enzym hoặc cũng có thể chỉ kết hợp lỏng lẻo với enzym. Hiện nay, người ta gọi những chất này là coenzym. Coenzym thường hoạt động với số lượng rất nhỏ so với lượng cơ chất và sau phán ứng thường trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục tham gia phản úng. Một coenzym có thể kết hợp vói nhiều loại enzym trong các phản ứng hóa sinh. 30 v ề cấu tạo hóa học, nhiều coenzym cso cấu trúc cùa một nucleotid đơn hoặc đôi hoặc một phần cấu tạo cùa coenzym là cấu trúc nucleotid, một số Coenzym là những nhóm hem Coenzym có liên quan chặt chè với nhiều loại vitamin Trong thành phần cấu tạo cùa nhiều loại coenzym có chứa vitamin Dựa theo cơ chế tac dụng của coenzym, chia coenzym ra làm 2 loại: 5 .1. Coenzvm oxy hoá kh ử * Các coenzym Niacin (nicotinic acid- vitamin Bj) gồm 2 loại Nicotinamid Adenin Dinucleotid (NAD ) Nicotinamid adenin dinucleotid phosphat (NADP ). + Cấu tạo: 1 phân từ nicotinamid (vitamin B5); 1 phân từ adenin; 2 phân từ ribose; 2 phân tư acid phosphoric. Riêng NADP có thêm một gốc photphat thứ ba NAD nhiều gấp 10 lần NADP NAD' thường tham gia vào phàn ứng oxy hoá khứ, NADP tham gia vào phán ứng sinh tống hợp Các coenzym này tham gia vào phàn ứng liên quan đen liên kết đôi giữa c và N, giữa c và c . Là coenzym phối hợp với nhiều enzym oxy hóa khứ (dehydrogenase). Hình 2.2. Cấu tạo và CO' chế tác dụng của coenzym NAD* sC O N H i A den in A den in + H- + 2 r Ribose-----p ----- p -----Ribose Ribose- Ribose O N H j + Cơ chế hoạt động: 2 coenzym này giống nhau, c4 cùa nhân nicotinamid có khả năng nhường hoặc nhận một nguyên tử hydro. Nhân pyridin bị khử còn 2 liên kết đôi. Nguyên tử nito mất điện tích dưcmg. * Các coenzym Flavin (vitamin B2): FMN, FAD Hình 2.3. C ấ u tạo của coenzym F A D 1CHj CHOH ¿HOH CHOH ¿H , r o < O ' - i - O - P - O - C H , n NH, 31 * Cơ chế tác dụng cua Flavin: đầu tiên một nguyên tứ hydro gắn vào nguyên tni tơ (N |) ớ vị trí so 1 cua flavin và làm giám đi một liên kết đôi, nhân này mang một điện tư độc thân ờ N5. Sau đó một nguyên tú hydro nữa kết hợp vào vị trí N 5 tạo nên coenzyni dạng khứ. Hình 2.4. Co’ chế hoạt động của coenzym FAD * Acid lipoic: là acid béo có chứa nhóm sulfur, là hợp chất quan trọng trongchuyển hóa chat Acid lipoic tham gia vào phàn ứng khứ carboxyl oxy cua acid pyruvic và acid a cetoglutanc Thường phối hợp cùng các coenzym. - Cấu tạo: Acid lipoic là I11Ộ1 disulfur vòng có chứa một nhóm -COOH Nhócarboxyl này thường được amin hoá hoặc gan với enzym. Tác dụng: Vận chuyến hydro cùa acid lipoic có liên quan đến sự mờ hoặc đóng vòng disulfur Là coenzym vừa khứ carboxyl vừa oxy hoá. Thường gặp là dạng kết hợp với thiamin pyrophosphat. Hình 2.5. Cấu tạo và tác dụng của acid lipoic D ih y d ro lip o ic acếơ o 5.2. Coenzvnt vận chuyển nhóm * Pyridoxal phosphat: Là coenzym cùa nhiều enzym trao đổi ainin (transaminase). 32 Hình 2.7. Co’che hoạt động của coenzym pyridoxal phosphat R R O ^ / C H - N ^ H Dpvridoxal phosphat0 R H jO CH —NU} / COO- (V H C H j O ® H P>Tidaxal phosphat c = o H A . ¿ 0 0 ' :h p © H Pyridoxamín phosphat * Thiamin pyrophosphat (TPP): Coenzym xúc tác khừ C 0 2 Là coenzym vận chuyển nhóm acetaldehyd hoạt động của enzym khứ carboxyl của acid a cetonic. Ngoài ra, TPP còn phối hợp với các transcetolase trong các phản ứng vận chuyển các đơn vị carbon trong chuyền hóa glucid và alcohol dehydrogenase (ADH); aldehyd dehydrogenase (ALDH) là hai enzym tham gia vào quá trinh oxy hóa rượu nên ờ bệnh nhân nghiện rượu nặng có thể có hiện tượng thiếu Vitamin B]. Phản ứng quan trọng nhất là sự khử carboxyl oxy hoá acid pyruvic và acid a cetoglutaric. Nhóm acetaldehyd hoạt động được tạo ra và gắn vào c2 cùa vòng thiazol theo công thức: Hình 2.6. Cấu tạo của thiamin pyrophosphat * Coenzym A (CoASH): là Coenzym vận chuyển gốc acid hữu cơ, đặc biệt là gốc acid acetic. Nhóm hoạt động là -SH. Nhóm - SH có khả năng kết hợp với gốc acid acetic hoặc gốc hữu cơ khác tạo liên kết giàu năng lượng dưới dạng acetylCoA hoặc acylCoA (R-CO~SCoA). 6. Co’ chế xúc tác của enzym 6.1. Cơ chế x ú c tác chung Mỗi enzym xúc tác cho một phàn úng cụ thể, nhưng điềm chung là phản ứng được tăng nhanh. Ớ đây ta xét cơ chế làm tăng nhanh phản ứng của enzym. 33 Hình 2.8. Năng lirọng hoạt hóa cùa các phản ứng phát năng Mọi phản ứng, kề cả phản ứng phát năng về nguyên tắc có thể tự xảy ra, đều cần cung cấp năng lượng đe đưa các phân tử tham gia phản ứng lên trạng thái kính thích, khi đó những va chạm giữa chúng trở thành những va chạm có hiệu quả và phán ứng xảy ra. Năng lượng đó được gọi là năng lượng hoạt hóa. Năng lượng hoạt hóa càng thấp thì phàn ứng càng dễ xảy ra, vi năng krụng đó dễ được cung cấp. Cách làm giảm năng lượng hoạt hóa của enzym là enzym kết họp với cơ chất để tạo thành phức hợp enzym cơ chất (E-S) qua trạng thái chuyển tiếp E s, bằng những tương tác, tạo ra các liên kết yếu nhờ năng lượng hoạt hóa thấp, đồng thời giải phóng ra năng lượng tự do. Vì vậy các phàn ứng enzym dễ dàng xảy ra trong điều kiện nhiệt độ sinh lý của cơ thể. 6.2. Động học enzvm * Tốc độ của phản ứng enzym: là lượng cơ chất bị biến đổi dưới tác dụng của enzym ấy trong một phút ở nhiệt độc 25°c dưới các điều kiện được chuẩn hóa. * Đơn vị đo tốc độ phản ứng enzym: đơn vị hoạt độ enzym được thể hiện bằng đơn vị quốc tế (International Units, IU hoặc U) và được định nghĩa là lượng enzym làm biến đồi lịimol cơ chất thành sản phẩm trong I phút ở 25°c dưới các điều kiện đã được chuẩn hóa. * Tốc độ ban đầu: Tốc độ ban đầu của phản ứng enzym (được ký hiệu là v) có nồng độ enzym, nồng độ cơ chất, ở một nhiệt độ và pH nhất định, là tốc độ phản ứng enzym ở những phút đầu tiên của phản ứng, khi mà tốc độ phản ứng chua bị ánh hường bời sự thay đổi của nhiệt độ, pH, nồng độ sản phẩm phàn ứng, tốc độ ban đầu tãng lên một cách tuyến tính, sau đó giảm dần. Hoạt độ enzym chỉ được đo một cách chính xác ờ tốc độ ban đầu, nghĩa là đo trong khoáng 5 phút đầu tiên cùa phản ứng. * Tốc độ cực đại: Với nồng độ enzym thích hợp, nhiệt độ và pH thích hợp, khi nồng độ cơ chất tăng lên thì tốc độ phản ứng đạt tốc độ tối đa (Vmax). 34 * Thuyết Michaelis-Menten Năm 1913, Michaelis và Menten đã đề ra giá thuyết về vai trò cùa nồng độ cơ chất trong việc hinh thành phức hợp enzym-cơ chất. Sự liên quan nói chung giữa enzym, cơ chất và sản phẩm phàn ứng được thề hiện bằng phương trinh sau:ki k2 E + s ES - > E + P k-1 Già thuyêt của Michaelis-Menten về sự liên quan giữa tốc độ phán ứng và nồng độ cơ chất được tính toán theo phương trình Michaelis-Menten (hình 5.9). Khi nồng độ cơ chất thấp hơn Km rất nhiều, nghĩa là so lượng enzym vượt quá số lượng cơ chất, trong phương trinh Michaelis-Menten, ta có thể bỏ [S] ở mẫu số, phương trinh trờ thànli dạng v=Vmax[S]/Km, đây là phương tình tuyến tính dạng y=ax, nghĩa là tốc độ phản ứng chi phụ thuộc vào nồng độ cơ chất. KJii nồng độ cơ chất lớn hơn Km rất nhiều thi có thề bó Km ờ mẫu số của phương trình Michaelis-Menten và phương trinh này trờ thành dạng V=vmax, có nghĩa là tốc độ phản ứng đạt tốc độ tối đa, lúc này tất cà các phân từ enzym đều bão hòa cơ c h ấ t, phản ứng đạt động học “bậc không”, bởi vi dù có tiếp tục tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng cùng không thay đồi và lúc này tốc độ phán ứng chi phụ thuộc vào nồng độ enzym Hình 2.9. Đồ thị biểu diễn phưong trình Michaelis - Menten V. Vmax [S] V/2 v: Tốc độ phản ứng v „ „ . Tốc độ tối đa [S]: Nồng độ cơ chất 0 b u |S | Kh,: Hẳng số M ichaelis-Menten của enzym với cơ chất Ỷ nghĩa cùa K„, - Km là hằng số tổng hợp của các hằng số tốc độ, có giá trị bằng nồng độ cơ chất cần thiết để tốc độ phản úng bằn ‘/2 tốc độ tối đa, Km được tính bằng mol/L. - Km là hằng số đặc trưng của mỗi enzym đối với mỗi cơ chất, nó thể hiện ái lực của enzym đối với cơ chất. Km càng nhỏ, ái lực cüa enzym đối với cơ chất càng lớn vi chi cần một lượng cơ chất rất nhò , tốc độ phàn ứng đã đạt Vì tốc độ tối đa, Km càng lớn, ái lực của enzym đối với cơ chất càng nhò vi cần một lượng lớn cơ chất tốc độ phản ứng mới đạt '/2 tốc độ tối đa. - Muốn đạt được vmax, nồng độ cơ chất phái >100 lần Km. 35 Phương trình và đồ thị Linevveaver-Burk Vmax rất khó có thế được xác định một cách chính xác từ đồ thị hyperbol cùa Michaelis-Menten. Vi vậy, Lineweaver-Burk đã cải tiến phương trình Michaelis Menten bằng cách nghịch đảo phương trình này và thu được dạng tuyến tính y=ax + b như sau: - ! = -£ » = — + -1— V ^ max t^J ^ max H ình 2. 10. Đ ồ thi L in e w e a v e r - B u rk Ý nghía của đó thí Lineweaver-Burk Đồ thị này đã biến đồ thị hyperbol thành đo thị tuyến tính (dạng thẳng), từ đồ thị này có thể tim Kn, và một cách dễ dàng. Đồ thị này là công cụ tìm pH tối ưu. Đồ thị này cũng là công cụ để xác định loại chắt ức chế cạnh tranh hay không cạnh tranh đối với một enzym nhất định. 1 i V _1_ Km V " k . - ' • 1 y ' VmâJ Km Vn\ii ---------► 7. Các yếu tổ ẳnh liuong đến tốc độ phẳn ứng enzym * Nồng độ cơ chất Neu nồng độ của enzym trong phản ứng enzym hàng định, nồng độ cơ chat [S] thay đối thì tốc độ cùa phàn ứng enzym thay đổi. Nhưng nếu [S] tiếp tục tăng, đường cong cùa tốc độ phàn ứng enzym sẽ không thay đồi và đạt ở vị trí tiệm cận ờ trị số tốc độ tối đa (Vmax). * Nồng độ cùa em ym Do enzym xúc tác những phán ứng sinh lý, nên nồng độ enzym [E] tác động đến phản ứng xúc tác: tốc độ của phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzym. Nồng độ enzyin càng cao, phản ứng càng nhanh vi có nhiều enzym có mặt được kết hợp vói cơ chất. Trong điều kiện này, nồng độ enzym tỷ lệ thuận với sản phẩm tạo thành (P). * Nhiệt độ: Thường thì sự tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ cúa phản ứng enzym. Mỗi enzym có nhiệt độ hoạt động tối ưu riêng. Thường nhiệt độ tối ưu đối vói hoạt động cùa enzym là nhiệt độ sinh lý. Lượng enzym bị biến tính tăng theo sự tăng nhiệt độ và thường rõ rệt ở nhiệt độ từ 40°c tới 50°c và sự biến tính xảy ra ờ những nhiệt độ cao hơn. Thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cũng ảnh hướng đến sự hoạt động của enzym. Enzym có thể chịu được nhiệt độ cao hom trong thời gian ngắn Do sự nhậy cảm cùa enzym đối với nhiệt độ, nên việc xét nghiệm các enzym cần được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát nghiêm ngặt. Nhiệt độ ù enzym cần được chinh xác trong giới hạn ±0, l°c. Tại các phòng xét nghiệm thông 36 thường, nhiệt độ lám xét nghiệm các enzym có thể là 25°c, 30“c hoặc 37°c. Tuy nhiên, các phòng xét nghiệm ở các nước tiên tiến, nhiệt độ áp dụng phố biến là 37°c. Các mẫu huyết tương có thề được bảo quàn ở nhiệt độ trong tù lạnh từ (0°C 4°C) hoặc đông lạnh trong một thời gian nhất định cho đến khi phân tích mà không bị mất hoạt tính. Tuy nhiên, không nên đông lạnh rồi lại đem tan ra nhiều lần bời vì điều này có thề gây biến tính protein. * p H môi trường Bàn chất cùa các enzym là các protein nên chúng mang điện. Các mức độ pH khắc nghiệt có thể gây biến tính enzym hoặc ảnh hường đến trạng thái ion hóa cùa enzym, gây nên sự thay đồi cấu trúc hoặc thay đối điện tích trên các gốc acid amin ờ trung tâm hoạt động. Tên enzym pH thich hợp Hình 2.11. Ảnh hưỏng của pH Pepsin 1,5-2,5 đến hoạt động Trypsin 8-9 Catalase 7 Amylase 6,9 Vì vậy, mỗi enzym chi hoạt động trong một giới hạn pH khoáng từ 7-8, nhưng một số enzym hoạt động trong một giới hạn pH rộng hơn một số enzym khác. Trong phòng thí nghiệm, phải được kiểm soát một cách chặt chẽ ờ pH tối ưu bằng những dung dịch đệm thích hợp. Mỗi enzym có một pH tối ưu để phàn ứng enzym đạt vận tốc xúc tác tối đa. * c 'hất hoại hoá Là chất khi làm tăng hoạt tính cùa enzym hoặc làm cho enzym ờ trạng thái không hoạt động trờ thành trạng thái hoạt động. Các chất hoạt hóa thường là các phân tử nhỏ hoặc các ion. Cơ chế hoạt động của các chất hoạt hóa là tạo ra một vị trí hoạt động tích điện dương để có thể tác động vào các nhóm tích điện âm của cơ chất. Ion M g' Ca'*, Mn++ kích thích phosphatase kiềm, c r hoạt hóa amylase. * Những chất ức chế Những phàn ứng enzym có thể không tiến hành bình thường nếu có mặt một chất đặc hiệu, chất ức chế. Gồm 3 loại: + ứ c chế cạnh tranh Những chất ức chế cạnh tranh (compelilive inhibitor) là những hợp chất có cấu trúc tương tự như cơ chất của enzym. I1Ó có thề cạnh tranh với cơ chất để gắn vào 37 trung tâm hoạt động của enzym. Như vậy enzym có thể kết hợp hoặc với cơ chất hoặc với chất ức che (I-inhibitor) theo phương trinh sau: + s E - s —> E + p E + 1 ^ E I Phương trinh trên thể hiện: enzym trong phức hợp E-I không có hoạt động xúc tác enzym (tức phức hợp không hoạt động), phức hợp E-S mới có thể hoạt động tạo ra sán phẩm (P). ứ c chế cạnh tranh có nhiều ứng dụng y học, ví dụ cồ điển là sulfamid, một chất chong vi khuẩn. Hình 2.12. Sự tưong tự về cấu trúc giữa acid paraaminobenzoic và một họp chất của họ sulfamid Acid para-aminobenzoic Sulfanilamid Chất ức chế cạnh tranh cũng được ứng dụng vào hoá học trị liệu chống ung thư nhờ những chất có cấu trúc tương tự như các base purin hoặc Pyrimidin (thành phần của các acid nucleic). Những chất ức chế cạnh tranh của base purin có tác dụng ức chế sự tổng hợp acid nucleic, ức chế quá trinh phân chia tế bào (tuy nhiên những chất này cũng tác dụng với các tế bào lành). + ứ c chế không cạnh tranh Những chất ức chế không cạnh tranh (non competitive inhibitor) gắn vào enzym, (nhưng ờ vị tri khác, không phải là vị tri hoạt động của enzym) do đó không có cạnh tranh với cơ chất ờ vị trí này. Sự gắn này gây nên sự thay đổi cấu hình không gian cùa cấu trúc phân tử enzym, làm cho trung tâm hoạt động bị thay đổi, không thể tiếp nhận được cơ chất, nếu có tiếp nhận được cơ chất cũng không thể biến đổi cơ chất thành sản phẩm. Sự tăng nồng độ cơ chất không ảnh hướng đến sự gắn của chất ức chế vào enzym nên không khắc phục được tỉnh trạng ức chế bằng cách tăng nồng độ cơ chất. Ví dụ: các ion kim loại nhu chi, thủy ngân. Ví dụ: Thuốc hạ áp nhóm ức chế men chuyển có tác ức chế quá trinh biến đồi angiotensin I thành angiotensin II. Allopurinol điều trị hạ acid uric do ức chế enzym xanthin oxidase. + ứ c chế phi cạnh tranh Một kiểu ức chế có khả năng thuận nghịch khác được gọi là ức chế phi cạnh tranh. Sự ức chế này xày ra khi chất ức chế gan vào phức họp E-S ớ một vị trí khác với 38 trung tâm hoạt động để hình thành phức hợp enzym-cơ chất-chất ức chế mà không tạo ra sán phẩm. Ví dụ: Lansoprazole là thuốc ức chế bơm H+/K+-ATPase được sừ dụng trong điều trị loét dạ dày. 8. Ý nghĩa lâm sàng của các xét nghiệm enzym Việc xác định bất cứ một xét nghiệm nào chi cho thầy thuốc những thông tin hạn chế về tình trạng bệnh lý cùa một cơ quan hoặc hệ cơ quan Thông thường một nhóm gồm nhiều xét nghiệm enzym được cùng sử dụng nhàm góp phần vào việc chấn đoán và theo dõi điều trị một số bệnh thuộc cơ quan khác nhau. Tuy nhiên, người ta cũng giới hạn ớ mức độ cần thiết với tính đặc hiệu của enzym can xét nghiệm, đề giảm ành hướng đến sức khoé và giảm chi phí cho bệnh nhân về tiền làm xét nghiệm. N. 1. Enzvm trong các bệnh tim mạch Nhồi máu cơ tim (NMCT) xẩy ra khi có sự giảm đột ngột lưu lượng máu ờ vùng cùa mô cơ tim. Thường NMCT là do xơ vữa động mạch cùa động mạch tim. Sự vỡ mảng xơ vữa thường làm trầm trọng thêm bệnh ờ bệnh nhân NMCT. Do có sự ngừng lưu lượng máu, cơ tim bị thiếu máu cục bộ, dẫn đến hoại tử và cuối cùng những chất ờ trong tế bào được giải phóng vào tuần hoàn máu, phán ảnh tồn thương cùa cơ tim. Những enzym phồ biến, thường được dùng trong chẩn đoán NMCT là: creatin kinase và các isoenzym của creatin kinase, lactat dehydrogenase, aspartat aminotransferase. 8.1.1. Creatin kinase (CK) Creatin kinase (EC 2.7.3.2) còn gọi là creatin phosphokinase là một enzym dime. CK. xúc tác phản ứng phosphoryl hoá creatin (Cr) nhờ adenosin triphosphat (ATP) đề tạo thành phospho creatìn (creatin phosphat) và adenosin diphosphat (ADP) theo phương trinh: Hình 2.13. Tác dụng của enzym creatin phosphokinase N -C H j-C O O * CM* creatin e ph osp h ate 39 về mặt sinh lý học, khi co cơ ATP được chuyến thành ADP và C k xúc tác sự phosphoryl hoá lại ADP thành ATP, khi đó creatin phosphat được sir dụng như một kho dự trừ cua sự phosphoryl hoá. Phan ứng thuận: * Nguồn gốc mô CK có ớ nhiều mô, hoạt động mạnh nhất ơ cơ vân va mô cơ tim. Một số mô khác như não, ống tiêu hoá, bàng quang có ít hơn. Gan và hồng cầu hầu như không có hoạt động cùa CK. * Ỷ nghĩa lâm sàng Vì CK có nồng độ cao ở mô cơ, nên nồng độ CK thường tăng trong các bệnh về tim và cơ xương. Nồng độ cúa CK. được coi như một dâu hiệu rat nhậy cua NMCT cấp Tăng hoạt độ CK huyết tương hầu như chì xay ra trong hoại tứ cơ tim. C k cũng tăng trong loạn dưỡng cơ, đặc biệt trong bệnh teo cơ typ Duchenne. Trong bệnh này, CK có thê tăng gấp 50 - 100 lần trị số trên cua giới hạn bình thường (GHBT). * Những isoenzym cua ( 'K CK là một dime, gồm hai tiểu đơn vị, nó có thê tách thành ba dạng phân tứ, ba isoenzym: - CK - BB hoặc CK - I (B: Brain = não) - C k - MB hoặc CK - 2, dạng lai (hybrid) - C k - MM hoặc CK - 3 (M = Muscle = cơ) CK - BB có ớ năo, bàng quang, phòi, tuyến tiền hệt, tư cung, dạ dày, tuyến giáp CK - MB và CK - MM có ở cơ tim và cơ xương. Bang phương pháp điện di, CK - BB di chuyển nhanh nhất tới cực dương (do đó có lên là CK - I), theo sau là CK - MB (CK - 2) và cuối cùng là CK - MM, di chuyển chậm nhất (CK - 3). Có thể kết hợp làm thêm xét nghiệm lactat dehydrogenase (LDH) và các isoenzym cùa LDH để tăng cường giá trị chẩn đoán NMCT cấp. Xét nghiệm LDH cần làm vào thời điểm 48 giờ sau NMCT để phát hiện sự tăng và giám điên hinh cua LDH trong NMCT. * Trị so bình thường cua ( 'K và ( 'K-MB CK toàn phẩn Nam 1 5 - 160U/L (37°C) Nữ 15-130 U/L (37°C) CK-MB < 24 U/L (37°C) - CK-MB máu tăng trong: Nhồi máu cơ tim cấp Người ta thường tinh tỷ lệ CK-MB/Ck toàn phần, nếu >6% thi ùng hộ cho chẩn đoán nhồi máu cơ tim. X. 1.2. Lactat dehydrogenase Lactat dehydrogenase (E C I 1.1.27) là một enzym thuộc nhóm enzym oxy hoá khử, xúc tác phan ứng oxy hoá lactat thanh pyruvat qua trung gian cua NAI) như chất nhận hydro 40 CH, NẠDH NAD CH, Ic = o - ( 00(1 A cid pyruvic * Nation gốc mô Lactat dehydrogenase CH — OH ìCOOH Acid lactic LDH được phân bố rộng khẳp ớ cơ thê. Nồng độ LDH rất cao ớ tim, gan, cơ xương, thận và hồng cẩu. LDH có với lượng ít hơn ơ phối, cơ trơn và nào. * Ỷ nghĩa lâm sàng Do LDH có ơ nhiều mô cùa cơ thẽ nên LDH tăng ớ nhiều bệnh khác nhau, bao gồm: NMCT, các bệnh về gan, cơ xương, thận, bệnh về huyết học. Nồng độ LDH cao nhất, gấp 50 lần trị số trên cùa GHBT trong bệnh thiếu máu ác tính và bệnh tan huyết. Những bệnh về gan, như viêm gan do vinis và xơ gan có nồng độ LDH cao gấp từ 2 tới 3 lần. Do hoạt động cúa LDH tăng ờ nhiều bệnh khác nhau, nên sự tăng LDH toàn phần ít đặc hiệu. Những isoenzym của LDH có ý nghĩa lâm sàng hơn trong việc chẩn đoán bệnh. Bàng 2.1. Diễn biến thòi gian hoạt động của các enzym trong NMCT Enzym Bắt đầu tăng (giờ) Đĩnh cao (giò) Mức độ tăng so với trị số trên củaGHBT (lần) Thòi gian tăng (ngày) CK 4 - 8 12-24 5 - 10 3 - 4 CK-MB 4 - 8 2 4 - 3 8 5 - 15 2 - 3 AST 8 - 1 2 24 2 - 3 5 LDH 12-24 72 2 - 3 10 LDH-1 LDH-2 1 2 -2 4 2 - 3 5 * Những isoenzym cùa LDH LDH (TLPT 128.000 Dalton-Da) có thể được tách thành 5 isoenzym. Mỗi isoenzym gồm 4 chuỗi polypeptid mỗi chuỗi có TLPT 32.000 Da. Có hai loại chuỗi polypeptid khác nhau: ký hiệu là H (heart = tim) và M (Muscle = cơ). Những chuỗi polypeptid kết hợp với nhau theo 5 kiểu sắp xếp, tạo thành 5 isoenzym cùa LDH. Bảng 1.4 chỉ nguồn gốc mô của các isoenzym LDH. LDH-1 di chuyển nhanh nhất tới cực dương (anod) trong điện di, theo sau là những isoenzym khác, LDH-5 di chuyển chậm nhất. Ớ người khoé manh, LDH-2 chiếm tý lệ cao nhất của LDH toàn phần, sau đó là LDH-1, LDH-3, LDH4 và 1.1)11-5. * Trị số bình thường (theo IFCC) 41 LDH toàn phần: Người lớn 125 - 220 U/L (37°C) Tré em: trị số lớn hơn: 180 - 360 U/L (37°C) 8.1.3. Aspartal Aminotransferase Aspartat aminotransferase (AST-EC 2.6.1.1) là một enzym thuộc nhóm aminotransferase (nhóm này cũng thường được gọi là transaminase, enzym trao đổi amin). COOH ICH, IỦH2 ICH- -COOH COOH ĩCH, Iẹ o G O T A S T COOH 1 1c h 2 1 CH — COOH 1 1c h 2 1 CH, + 1 NH2 Icoo 1COOH CO 1n h 2 COOH Acid glutamic Acid oxaloacetic Aspartic Acid anpha cetoglutaric AST xúc tác sự trao đổi nhóm amin (-NH2) từ aspartat sang a cetoglutarat, tạo thành oxaloacetat và glutamat. Cách gọi tên cũ của AST là GOT (Glutamat Oxaloacetat Transaminase) vẫn được sử dụng. Phản ứng trao đổi amin quan trọng trong chuyển hoá trung gian vì nó tham gia vào quá trinh tổng hợp và thoái hoá acid amin. Acid a-cetonic tạo thành trong phàn ứng trao đồi amin, cuối cùng được oxy hoá trong chu trinh Krebs để cung cấp năng lượng cho cơ thể. * Nguồn gốc mô. AST có phố biến ở nhiều mô của cơ thề. Nồng độ AST cao nhất ờ mô tim, gan, cơ xương. Thận, tuỵ và hồng cầu có lượng AST ít hơn. * Ý nghĩa lâm sàng AST có giá trị chẩn đoán chù yếu trong NMCT, bệnh về tế bào gan và cơ xương. Trong NMCT, AST bắt đầu tăng trong vòng 6 giờ đến 8 giờ sau khi khởi phát NMCT, đạt đinh cao lúc 24 giờ và trờ lại bình thường sau 5 ngày. Tuy nhiên do AST có ở nhiều mô, nên việc định lượng AST trong NMCT ít đặc hiệu so với định lượng creatin kinase (CK), CK-MB và các isoenzym của LDH. * Trị só bình thường: AST: 5-30 U/L (37°C) 8.1.4. Nhũng protein tim Nhiều protein có thể có ý nghĩa lâm sàng trong chẩn đoán nhồi máu cơ tim cấp. - Myoglobin (Mb) Mb là một protein Hem kết hợp với oxy, chiếm từ 5% tới 10% của protein bào tương. Mb được giải phóng nhanh chóng ni cơ vân (cả cơ xương và cơ tim) khi cơ bị 42 tồn thương. Mb bat đầu được sử dụng như một "dấu ấn" cùa tim từ 1970, nhờ kỳ thuật miễn dịch phóng xạ (RIA). Mb nhậy hơn so với CK và CK - MB ở những giờ đầu sau khới phát NMCT, do đó Mb có tác dụng phát hiện sớm. Mb bắt đầu tăng trong vòng 2 giờ đến 4 giờ, và được tìm thấy ờ tất cả các bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim cấp trong lchoàng thời gian từ 6 đến 10 giờ sau khời phát NMCT. Tuy nhiên, việc xét nghiệm CK-MB thích hợp hơn so với xél nghiệm Mb ở những bệnh nhân được xét nghiệm muộn hơn, từ 10 giờ đến 12 giờ sau khởi phát NMCT, vì khi đó, nồng độ Mb có thế đã trở lại binh thường. - Các Troponin (Tn) Troponin giúp chấn đoán cả sớm và muộn NMCTC, troponin là một chất phức hợp gồm ba protein kết hợp với những sợi của cơ vân (tim và xương), nhưng không có ở cơ trơn. Phức hợp troponin gồm: Troponin T (TnT), troponin I (Tnl) và ứoponin c (TnC). Tất cả các troponin có tác dụng điều hoà sự co cơ. Hai trong ba troponin có tác dụng chẩn đoán NMCTC là TnT và Tnl. Giới hạn binh thường: TnT < 0,01 ng/dl (tùy theo kỹ thuật định lirợng). Tnl < 0,04 ng/dl (tùy theo kỹ thuật định lượng). H.2. Enzvm trong các bệnh gan mật Xét nghiệm enzym có vai trò quan trọng, giúp chẩn đoán và chấn đoán phân biệt bệnh gan mật. Enzym có ý nghĩa nhất trong chấn đoán bệnh gan mật gồm AST, ALT, ALP và GGT. Thường trong viêm tế bào gan, hoạt động của ALT cao hơn so VỚI AST, trong khi đó, vói hoại từ tế bào gan, hoạt động cúa AST tăng cao hơn. Enzym ALP, GGT tăng chù yếu trong trường hợp tắc mật. GGT được coi như enzym nhậy cảm nhất ừong số các enzym của bệnh về gan. GGT tăng cao nhất trong rối loạn tắc mật. Mặc dù có sự phân loại trên về các enzym thuộc các bệnh gan, nhưng người ta cũng thấy sự tăng hoạt động của enzym thuộc nhóm này gối lên nhau trong các bệnh về gan. Bới vậy, cùng với việc XN các enzym, cần kết hợp thêm những XN không phải là enzym, những thừ nghiệm test về chức năng gan, giúp chẩn đoán phân biệt các bệnh về gan. 8.2.1. Alanin Aminotransferase (ALI) ALT (EC 2.6.1.2) thuộc nhóm aminotransferase (vận chuyển nhóm amin), có hoạt động xúc tác như AST. ALT xúc tác sự vận chuyển nhóm amin (-NH2) từ alanin sang a-cetoglutarat, tạo thành pyruvat và glutamat. Pyridoxal phosphat tác dụng như một Coenzym. Tên gọi cũ của enzym này là glutamat pyruvat - transaminase (GPT) vẫn được sù dụng. CO O H CO O H G PT A L T COOH Alanin Acid anpha cetoglutaric 43 * Nguồn gốc mô ALT được phân bố ở nhiều mô và có nồng độ cao ờ gan so với các mô khác. ALT được coi như enzym đặc hiệu nhất với gan trong số các enzym vận chuyến nhóm (transferase). * Ý nghĩa lám sàng ALT có ý nghĩa lâm sàng trong việc chẩn đoán các bệnh về gan. Nồng độ ALT cao hom trong những bệnh thuộc tế bào gan so với nhũng bệnh tắc mật ngoài gan hoặc trong gan. Trong viêm gan cấp, ALT thường tăng cao hơn so với AST và tăng kéo dài hơn, do nửa đời sống của ALT trong huyết thanh lâu hơn AST. Mô tim chứa một lượng nhỏ ALT, nhưng nồng độ của ALT huyết thanh thường binh thương trong NMCT, trừ khi không có kèm theo tổn thương gan. * Trị sổ bình thường ALT 6 - 37 U/L (37°C) 8.2.2. Alkaline phosphatase (ALP) ALP hay phosphatase kiềm (EC 3.1.3.1) thuộc nhóm enzym thuỷ phàn (Hydrolase), xúc tác phản ứng thuý phân một loạt phosphomonoeste ở pH kiềm. Vi vậy, ALP là một enzym không đặc hiệu, có thề tác dụng với nhiều cơ chất khác nhau. ALP giái phóng phosphat võ cơ từ một este phosphat hữu cơ, đồng thời tạo ra một alcol. * Nguồn gốc mô Hoạt động ALP có ở phần lớn mô trong cơ thể. Nồng độ ALP cao nhất thấy ờ ruột, gan, xuơng, lách, nhau thai và thận. Mặc dù chức năng chuyển hoá chinh xác của ALP chưa được biết rõ, nhưng có thể ALP kết họp với sự vận chuyển lipid trong ruột và quá trình calci hoá xương. * Ỷ nghĩa lâm sàng Sự tăng ALP huyết thanh thường từ một hoặc cả hai nguồn gốc: gan và xương. Vì vậy việc định lượng ALP huyết thanh có giá trị đặc biệt trong chẩn đoán hai nhóm bệnh: gan và xương. Với những bệnh về gan mật, ALP tăng cao trội hơn trong tắc mật so với bệnh về tế bào gan; trong tắc mật, hoạt động cùa ALP tãng gấp từ 3 đến 10 lần trị số trên của giới hạn bình thường. Trong trường hợp này, ALP tăng là do ứ mật cảm ứng tế bào gan tống họp ALP. ALP huyết thanh trờ lại bình thướng sau khi loại bò tắc nghẽn. Trái lại, trong bệnh về tế bào gan, như viêm gan và xơ gan, ALP chi tâng nhẹ, thường dưới 3 lần. Do mức độ tăng cúa ALP khác nhau ở các bệnh về gan, nên sự tãng của riêng ALP hạn chế việc chấn đoán, mà cần tiến hành thêm một số xét nghiệm khác nhu ALT, GGT được giới thiệu dưới đây. 44 Tăng hoạt động ALP có thế thấy ờ các bệnh về xương, bệnh Paget (viêm xương biến dạng) * Trị số bình thường cua ALP (theo IFCC) Nam (trướng thành) 53 - 128 U/L (37"C) Nữ (trường thành) 42 - 98 U/L (37°C) 8.2.3. Gamma Glutamyl Transferase (GGT) y-Glutamyl transferase là một enzym thuộc nhóm (transferase - EC 2.3.2.2). GGT xúc tác sự vận chuyển gốc y-glutamyl từ Ỵ-glutamyl peptid sang acid amin. Trong phần lớn hệ sinh học, glutathion được sứ dụng như một chất cho Ỵ-glutamyl. GGT Glutathion + Acid amin Glutamyl-peptid + L cysteinglycin Chức năng sinh lý đặc hiệu cùa GGT chưa được biết rõ, nhưng người ta cho rằng GGT tham gia trong quá trinh tống hợp peptid và protein, điều hoà nồng độ glutathion ờ mô và vận chuyển acid qua màng tế bào. * Nguồn gốc mô GGT có chủ yếu ở mô thận, não, tuyến tiền liệt, tuỵ và gan. Tuy nhiên trong lâm sàng, định lượng GGT chủ yếu được ứng dụng để chẩn đoán bệnh về gan mật. * Ỷ nghĩa lâm sàng Mặc dù mô thận có nồng độ GGT cao nhất, nhưng GGT trong huyết thanh có nguồn gốc chủ yếu từ gan mật. GGT là chất chi điểm nhậy cảm đối với bệnh gan mật, GGT tăng ờ mọi bệnh về gan do bất kỳ nguyên nhân nào. Cũng như ALP, GGT tăng cao nhất trong tắc mật trong gan hoặc sau gan, tàng gấp 5 đến 10 lần trị số trên cùa GHBT. GGT cũng tăng cao trong di căn nguyên phát hoặc thứ phát. Trong những trường hợp này, GGT tăng sớm hom và rõ rệt hơn so với những enzym khác về gan. GGT tăng vừa tù 2 đến 5 lần, trong viêm gan nhiễm khuần. Trong viêm tuỵ cấp và mạn (nhất là khi có kèm theo tắc ruột), hoặc do GGT có thể tăng gấp tù 5 đến 15 lần. Cũng do alcol tác dụng lên hoạt động cùa GGT, nên xét nghiệm GGT được sử dụng như một chi điểm đối với người nghiện rượu. Hoạt động cúa GGT tăng từ 2 đến 3 lần. GGT thường trở lại bình thường sau khi cai rượu từ 2 đến 3 tuần. GGT không có giá tri chẩn đoán đối với bệnh đái tháo đường, nhồi máu cơ tim, vi vậy nó không được yêu cầu xét nghiệm trong các bệnh nói trên. * Giới hạn bình thường cua GCÌT Nam 6 - 45 U/L Nữ 5 - 30 U/L Ngoài các enzym gan, trong bệnh lý gan mật thường kết hợp với các chi điểm sinh học khác không phải là enzym để chẩn đoán và theo dõi bệnh gan, mật. 45 Các x é t nghiệm đánh giá tình trạng ú' m ật - Phosphatase kiểm (ALP- alkalin phosphatase) huyết lương Hoạt độ ALP bình thường trong huyết tương là 30-90 U/L. ALP tăng sinh lý ờ phụ nữ có thai 3 tháng cuối, trẻ em đang lớn. ALP tàng nhẹ đến trung binh ờ bệnh nhân viêm gan, xơ gan. ALP tăng cao trong tắc mật ngoài gan, tắc mật trong gan, bệnh gan di căn. ALP còn tăng trong các bệnh lý về xương nhu u di căn xương. - Bilirubin huyết tương: Nồng độ bilirubin liên hợp và bilirubin tự do có giá trị trong chấn đoán vàng da và bệnh gan có tắc mật. Sự tăng bilirubin liên hợp xảy ra khi 50% bilirubin toàn phần là bilirubin liên họp và tăng bilirubin tự do khi 80% bilirubin toàn phần là bilirubin tự do. Các x é t nghiệm thăm dò đánh giá chức năng gan - Albumin huyết tương Albumin là chì số có ý nghĩa nhất để định tính khả năng tồng hợp chất cùa gan. K.hi gan bị bệnh, nồng độ albumin huyết thanh sẽ giảm và sự giảm này không xảy ra ngay vi thời gian bán hủy của albumin khoáng 20 ngày. Ý nghĩa cùa định lượng albumin huyết tương là đánh giá bệnh gan mạn tính hơn là tình trạng cấp tính. Neu nồng độ albumin giảm có nghĩa là gan đã giảm chức năng trong thời gian dài trước đó và khi albumin bình thường chưa thể loại bỏ bệnh lý gan và trạng thái bệnh lý gan cấp tính có thề đang tồn tại. - Các xét nghiệm đông máu cơ bàn 8.3. E nzym trong bệnh lý tuyến tụy Hai xét nghiệm enzym amylase và lipase huyết thanh là hai xét nghiệm chính đế đánh giá tổn thương chức năng tuyến tụy. Enzym lipase chi do tụy sản xuất, còn amylase ngoài tụy còn do tuyến nước bọt sản xuất. Nhưng thực tế hiện nay, ờ các bệnh viện để chẩn đoán bệnh tụy thông thường hay làm xét nghiệm amylase ở huyết thanh và nước tiểu. Nhữnp xét nghiệm về enzym trong chẩn đoán viêm tụy cấp gồm: định lượng amylase huyết thanh và nước tiểu, lipase huyết thanh. Việc định lượng các isoenzym của amylase có thề là xét nghiệm chấn đoán quan ữọng trong tương lai. 8.3.1. Amylase (AMS) a-A m ylase (EC.3.2.1.1) là enzym thuộc nhóm enzym thuý phân (hydrolase). AMS xúc tác sự phân huý tinh bột và glycogen. Tinh bột bao gồm cả amylose và amylopectin. a-A M S thủy phân liên kết a l- 4 glucosid, giải phóng glucose, maltose và chuỗi trung gian có tên là dextrin. Amylase không thủy phân liên kết a l - 6 ở vị trí nhánh, do vậy, cellulose và các polysaccarid khác có liên kết a 1 - 6 glucosid không bị phân hùy bởi a-A M S. AMS là enzym quan trọng trong quá trình tiêu hóa tinh bột. AMS cần các ion Ca2 ' và c r như chất hoạt hóa và pH hoạt động tối ưu tù 6,9 đến 7,0 46 * Nguồn gốc mô. AMS có ở nhiều cơ quan và mô. Te bào nang của tuyến tụy và tuyến nước bọt là nguồn gốc của AMS huyết thanh. Nồng độ AMS thấp hơn ở cơ xương, ruột non và ống Fallop. Tiêu hóa tinh bột bắt đầu từ miệng, nhờ tác dụng thủy phân của AMS nước bọt. AMS huyết thanh người có TLPT nhò, vào khoảng 54.000 đến 62.000, vì vậy nó có thề được lọc dễ dàng qua cầu thận. AMS là enzym duy nhất của huyết thanh thường thấy trong nước tiểu. Hoạt động cùa AMS nước bọt có thời gian ngan, khi nuốt vào và bị mất hoạt động bời môi trường acid cùa dạ dày. AMS của tuyến tụy có tác dụng chù yếu lên tinh bột khi tinh bột hoặc sàn phẩm chuyển hóa trung gian cùa tinh bột tới một. * Ỷ nghĩa lâm sàng Việc định lượng AMS trong huyết thanh và nước tiếu có ý nghĩa trong chấn đoán VTC. Những tồn thương cúa những mô ngoài tuyến tụy cũng có thế gây tăng hoạt động AMS (Bảng 1.7). Do vậy, sự tăng AMS không phải chi đặc hiệu trong VTC. Tuy nhiên, mức độ tăng của AMS giúp chẩn đoán phân biệt VTC với một số bệnh khác cùng với một số xét nghiệm khác như định lượng AMS trong nước tiểu, định lượng lipase huyết thanh. AMS là xét nghiệm được chi định cấp cứu trong các cơn đau bụng cấp. Trong VTC, AMS huyết thanh bắt đầu tăng íừ 2 giờ đến 12 giờ sau khi khởi phát bệnh, đạt đinh cao ở 24 giờ và trở lại bình thường trong vòng 3 đến 5 ngày. Vì vậy, việc tiến hành làm xét nghiệm muộn AMS, sẽ không thấy được sự tăng hoạt động của enzym. So với AMS huyết thanh, AMS trong nước tiểu tăng cao hơn và sự tăng kéo dài hơn, thuờng từ 7 đến 10 ngày. Mức tăng AMS huyết thanh không liên quan đến mức độ trầm trọng cùa bệnh, tuy nhiên, nồng độ AMS càng cao khả năng VTC càng cao. Tính đặc hiệu cùa AMS trong VTC không cao (từ 20% đến 60%). - Bệnh thuộc vùng bụng ngoài viêm tụy: Bệnh về ống dẫn mật, tác mật, loétthủng miệng nối, viêm dạ dày, viêm tá tràng, viêm ruột thừa cấp, viêm màng bụng. * Nguyên nhân gây lăng amylase trong máu: Viêm tuyến nước bọt, quai bị, nghiện rượu nặng, đái tháo đường dang cetonic, phẫu thuật tím, viêm vòi trứng, ung thư buồng trứng, suy thận. * Trị so bình thường cùa AM S Theo IFCC: 2 8 -1 0 0 U/L (37°C) 8.3.2. Lipase Lipase (LPS- E C .3.1.1.3) là một enzym thuộc nhóm enzym thủy phân. LPS gồm một chuỗi glyco-protein, TLPT 48.000. LPS xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ớ vị trí carbon 1 và 3 (vị tri a ) sản phẩm tạo thành của phán ứng là 2 acid béo và một phần tứ 2-monoglycerid (ß-monoglycerid). * 1Nguồn gốc mô LPS có chủ yếu ở tụy, tuy nhiên còn có ở dạ dày, ruột non. Nồng độ LPS ờ tụy cao gấp 500 lần so vói các mô khác. Phần lớn LPS huyết thanh có nguồn gốc tụy, một phần được tiết ra bởi tuyến nước bọt, niêm mạc dạ dày, ruột. 47 * Ý nghĩa lâm sàng Cùng với xét nghiệm ainylase huyết thanh, việc định lượng lipase huyết thanh giúp chân đoán VTC Do việc định lượng lipase mất nhiều thời gian, nên LPS không được xét nghiệm rộng rãi nhir AMS. Trong VTC, hoạt độ cùa LPS tăng song song với AMS. LPS huyết thanh tăng trong vòng từ 4 đến 8 giờ sau khi khởi phát bệnh, đinh cao muộn hơn một chút, từ 12 giờ đến 24 giờ và độ tăng cao tồn tại dài hơn so với AMS, giám trong vòng từ 8 đến 14 ngày. LPS tăng gấp từ 2 đen 50 lần trị số trên của giới hạn binh thường. Mức độ tăng cùa LPS không tương quan đến độ trầm trọng cua bệnh. LPS cũng tăng trong những bệnh thuộc vùng bụng, ngoài nguyên nhân tụy như với AMS. * Trị số bình thirờng-LPS LPS Người lớn < 38 U/L (37°C) s.3.2. MỘI so bệnh ¡ý luyến tụy Ihường gặp 2.3.2.1 Viêm tụy cấp Bệnh viêm tuỵ cấp (VTC) cần được chấn đoán phàn biệt ờ bất kỳ bệnh nhân có đau cấp ớ vùng bụng. VTC’ xáy ra khi những enzym phân huý protein và lipid ở dạng không hoạt động cúa tuyến tuỵ trớ thành dạng hoạt động và enzym này bẳt đầu sự tự tiêu hoá các mô tuỵ và mạch máu. Hai nguyên nhân chính gây V TC là bệnh về ống dẫn mật và nghiện rượu lâu năm. Tỷ lệ từ vong cùa VTC có thể từ 5% đến 10% Đề chân đoán bệnh viêm tụy cấp, hiện nay ớ các bệnh viện thông thướng người ta làm các xét nghiệm sau: * Amylase máu: Hoạt độ amylase máu và nước tiếu trong viêm tụy cấp tăng rất cao so với bình thường. Viêm tụy cấp làm hoạt độ amylase máu tăng nhanh và cao khi bệnh khởi phát sau 3- 6h, tăng cao hơn 460 U/L trong vòng 8h ở 75% số bệnh nhân, có thể tăng 30-40 lần so với binh thường, đạt cực đại sau 20 - 30 h và có thể duy tri tù 48 - 72h. Amylase tăng cao trong viêm tụy tiến triển, thường tăng cao ở giai đoạn đầu, giảm dần ở các giai đoạn sau. Hoạt độ amylase huyết tương tăng cao (trên 1000 U/L) được coi như dấu hiệu cùa viêm tụy cấp. Hoạt độ cao tương tự có thề gặp trong tẳc nghẽn ống dẫn tụy. Nó có xu hướng giảm sau vài ngày ở hơn 10% bệnh nhân viêm tụy cấp. Amylase huyết tương tăng từ 7 - 10 ngày sẽ gợi ý một ung thư tụy kết hợp hay nang giả tụy. * Amylase nước tiêu: Tăng amylase trong nước tiểu cũng phán ánh sự thay đổi amylase huyết tương trong khoảng thời gian sau 6 - ìoh, có thể mức độ tăng amylase niệu cao hơn và kéo dài hơn amylase huyết tương. Hoạt độ enzym amylase 24h có thể bình thường, thậm chí ngay cà khi lấy mầu xét nghiệm từng giờ cho giá trị tăng 48 * Lipase máu: Xét nghiệm lipase máu nhạy hơn amylase. Nó tăng chậm hơn nhưng mírc tảng dài hơn + Tăng bệnh lý: Viêm tụy cấp sau 3 ngày, lipase vần có thẻ tăng trong khi amylase lại giám nhanh chóng + Giám bệnh lý: Lipase giam niạnh ơ bệnh tụy mạn tính 2.3.2.2. Bệnh mạn tính tuyến tụy (viêm tụy mạn, u tuyến tụy) - Amylase dịch ô bụng, dịch nang tụy tăng cao so với bình tlurờng, chiếm tới 80% trong số bệnh nhân viêm tụy mạn TÓM TAT Enzym là những protein, có ở tất cả các mô cua cơ thê, xúc tác những phan ứng hóa học trong cơ thé sống. Trong nhiều bệnh, một số enzym được giai phóng tù nơi cu trú binh thường và tăng trong tuần hoàn. Do đó, sự hiêu biết về các ý nghĩa sinh học của enzym và những phan ứng enzym xúc tác giúp ích cho việc chân đoán và điều trị một số bệnh. Mỗi enzym riêng biệt đều đuợc trình bày theo thứ tự: cơ che xúc tác, nguồn gốc ĨT1Ô, ý nghĩa lâm sàng và trị số binh thường. Với sự phát triển và cai tiến kỹ thuật định lượng enzym, ứng dụng kết quá xét nghiệm enzym trong chẩn đoán và điều trị bệnh sẽ tiếp tục tăng. 49 BÀI 3 N Ă N G L Ư Ợ N G SIN H H Ọ C Bùi Thị Thu Hương MỤC TIÊU: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khá năng: 1. Trình bày được hoạt động cua chuỗi hô hap tế bào và vai trò cua các cytocrom đối với cơ thê. 2. Giải thích được quá trình tạo năng lượng dưới dạng ATP 3. Phân tích được các giai đoạn phan ứng, năng lượng sinh ra, đặc điêm và ý nghĩa cùa chu trình Krebs. NỘI DUNG 1. Đại cirong Mọi tế bào, cơ thê sống đều cằn năng lượng cho sự hoạt động, tồn tại và phát triển của m ình. Khi thiếu năng lượng, cơ thể trở nên m ỏi mệt và phài "nạp” năng lượng từ bên ngoài qua đường ăn uống. Các thành phần trong thức ăn, nước uống có kha năng cung cấp năng lượng cho cơ thể và tế bào là glucid, lipid, protein. Sự oxy hoá sinh học hay còn gọi là sự hô hấp tế bào là quá tìn h “đốt cháy” các chất hữu cơ (glucid, lipid, protein) tạo năng lượng cho các hoạt động sống cùa cơ thể. Khi vào cơ thế, các thành phần hữu cơ nhu glucid, lipid, protein sẽ thoái hoá cung cấp năng lượng và sinh ra các chất cặn bã (C 0 2, NH3,..). Nếu chi xem xét về lượng chất thoái hoá, năng lượng, sản phẩm tạo ra thì việc thoái hoá (đốt cháy) các chất hữu cơ diễn ra trong và ngoài cơ thể là giống nhau. Ví dụ sự đốt cháy một phân từ glucose: CYjH^Oö + O2 ---------------------------► 6CO2 + 6 H2O + Q calo Tuy nhiên, quá trình diễn biến đốt cháy các chất hữu cơ diễn ra trong và ngoài cơ thể khác nhau về bản chất. Sự đốt cháy các chất hữu cơ ngoài cơ thể xảy ra nhanh, mạnh mẽ, cần ngọn lửa, oxy không khí tác dụng trực tiếp, nhanh với carbon, hydro của chất hữu cơ; năng lượng (Q) giải phóng cùng một lúc. Sự đốt cháy các chất hữu cơ trong cơ thể trong điều kiện nhiệt độ không cao (37"C), môi trường 2/3 là nước, lượng nhiệt toả ra không được quá lớn một lúc, oxy không khí không tiếp xúc trực tiếp với carbon và hydro cùa cơ chất. Vi vậy quá trinh đốt cháy các chất xảy ra từ từ, từng bước, không có ngọn lừa, ít tăng nhiệt độ, năng lượng được giải phóng dần. Năng lượng giải phóng trong quá trình đốt cháy các chất hữu cơ trong cơ thể được tích trữ lại dưới dạng năng lượng hoá học. Năng lượng này sẽ được sử dụng trong các hoạt động sống của cơ thể như: co cơ, dẫn truyền xung động thần kinh, hấp thu, bài tiết, tồng họp các chất cần thiết. Sự thoái hoá các chất G, L, p từ thức ăn được minh họa ở hình 3.1 diễn ra qua 3 bước: 50 Bước 1. sụ thoái hoá các chất đến khi tạo ra các đơn vị cấu tạo. Thoái hoá glucid sẽ tạo ra đơn vị cấu tạo là glucose. Thoái hoá lipid tạo ra đơn vị cấu tạo là acid béo, glycerol. Thoái hoá protid tạo ra đơn vị cấu tạo là các acid amin. Bước 2: sự thoái hoá các đơn vị cấu tạo đến khi tạo ra các sàn phầm chuyển hoá trung gian nhu acid pyruvic, acetyl coA .. Hình 3.1. Khái quát sụ- đốt cháy các chất hữu CO’ trong CO’ thể Kưóv I Rước 2 Bước 3 Các c h ấ t th ả i Bước 3: sự thoái hoá các chất chuyển hoá trung gian đến sản phẩm cuối cùng là các chất cặn bã (C 0 2, NH,) đào thài ra ngoài cơ thề. 51 Sự thoái hoá các chất ơ bước I và 2 diễn ra theo những con đường riêng và sẽ được trình bày chi tiết ớ các chương sau. Sự thoái hoá các chất G. L, p ờ bước 3 lả giống nhau và năng lượng sinh học giài phóng ra khi thoái hoá các chất chủ yếu xày ra ờ bước này. Vì vậy, chương này trình bày chi tiết giai đoạn 3 cùa quá trình thoái hoá chất tạo năng lượng Riêng thoái hoá glucid ớ buớc 2 cùng có tạo năng lượng, nhưng chi với một lượng rất nhò và cơ chế tạo năng lượng sinh học dự trữ (ATP) là hoàn toàn khác với cơ chế chú yếu tạo ATP ở bước 3. 2. Bản chất của sự hô hấp tế bào Khi đốt cháy các chất hữu cơ tạo năng lượng, tế bào cần sứ dụng c>2 và tạo ra sán phâm C 0 2, H20 Đây chính là sự hô hấp và quá trình sứ dụng O2, tạo CO2, H20 diễn ra trong tế bào nên còn gọi là hô hap tế bào. 2.1. Quá trình tạo H 2() và CO2 Thuyết hiện đại về sự hô hấp te bào giài thicli một cách toàn diện, chính xác về sự sir dụng oxy, giài phóng khí COọ, tạo thành H20 trong quá trinh đốt cháy các chất hữu cơ. Khi CO2 tạo thành do phàn ứng khứ carboxyl cùa phân tử chất hữu cơ nhờ enzym xúc tác là decarboxylase: R-COOH---------- * RH + C 0 2 Phàn ứng này không giái phóng nhiều năng lượng H20 được tạo thành nhờ một dây chuyền phán ứng bao gồm hàng loạt qụá trinh tách, vận chuyên H2 ra khòi cơ chất và vận chuyến H2 qua một chuỗi dài các chất trung gian cuối cùng tới 0 2. Trong quá trình này, cá hydro và oxy đều được hoạt hoá chuyền thành dạng các ion H và o 2'. Những ion này hoạt động mạnh nén khi gặp nhau tạo thành H20. Quá trinh vận chuyến H2 tới O2 tạo thành H2O giải phóng rất nhiều năng lượng và được tích trừ lại cho cơ thề sứ dụng. 2.2. Chuỗi vận chuvển điện từ 2.2.1. Thành phần chuỗi Chuỗi vận chuyển điện tứ được hình thanh bời 4 phức hợp protein vận chuyền điện tứ và 2 chất vận chuyển điện tử riêng biệt. + Phức họp I: NADH-CoQ Reductase. Trong phức hợp này, các điện tử được chuyển tư NADH truớc tiên tới FMN (flavin mononucleotid, có chứa Vit B2) và được chuyển tới một protein chứa kim loại gắn với lưu huỳnh (trung tâm sát lưu huỳnh). Sau đó 2e' được chuyển tới CoQ tạo CoQH2. Toàn bộ phán ứng ờ bước này có thể viết: NADH + H +C oQ --------------------- *. NAD + CoQHj. Cơ chế vận chuyển điện tử và hydro của NAD (Nicotinamid adenin dinucleotid) tới phức hợp I diễn ra thông qua nhãn nicotinamid như ớ hình 3.2. 52 Hình 3.2. Co’ chế vận chuyến điện tử của NAD' L E 0, *0 ĩ *1 0 0 A Sll H c R m s c R I u 9 s c R ề SH Ỷ RCOPOị H w » 0 „ 0 o 0 H ị CNH, H H I HPOj H H I ỵ ^ c m , -------^ X .C N H , « uc CH,OPOị N. N N OH r ì R ' R R ‘ R Trong phức hợp I, điện tử và hydro được vận chuyển trước hết tới FMN (thông qua nhân Flavin) tới trung tâm sat-luu huỳnh. Cơ chế vận chuyển điện từ của trung tâm sắt lưu huỳnh là thông qua sự thay đối hoá trị cùa ion sắt. Có hai trạng thái cấu hình (a,b) cũa trung tâm sắt -lưu huỳnh tương ứng với 2 trạng thái hoá trị của sắt như ở hinh 3.3. Hình 3.3. Hai dạng trung tâm sat - Ill’ll huỳnh a b + Phức họp II: Succinat-CoQ reductase. Trong phức họp này, 2 e‘ được chuyển từ succinat tói FAD trước tiên, sau đó tới trung tâm sắt - lưu huỳnh và cuối cùng tới CoQ để tạo CoQH2. Toàn bộ phàn ứng có thể viết như sau. Succinat + CoQ ------------------- ♦ Fumarat + CoQH2. Cơ chế vận chuyển điện tử của FAD và trung tâm sắt -lưu huỳnh cũng giống như đã trình bày ờ phức hợp trên. + CoQ hay Ubiquinon. CoQ là một chất mang các nguyên tứ hydro (H và e‘). Quinon dạng oxy hoá có thể nhận 1 e’ để hình thành semiquinon và nhận tiếp theo 1 e- và 2H* đề tạo ra dạng hydroquinon. CoQH2 chuyển 2 e' tới phức hợp CoQH2-Cyt (cytochrom)c reductase. 53 CoQ và C0QH2 có thể khuếch tán tự do vào màng trong ty thề và là điềm nối cua 2 phức hợp enzym đầu và phức hợp thứ 3. Cơ chế vận chuyền điện tứ cúa CoQ được trinh bày ớ hinh 3.4. Hình 3.4. Co’ chế vận chuyền điện tử của CoQ (semiquinon) (QH) + Phức họp III: CoQHỵ-Cytc reductase. CoQ dạng Khừ (QH;) Phức hợp này gồm 3 thành phần: Cyt b, trung tâm Fe-S, và Cyt c l. Nhờ phức hợp này, 2 e' được chuyển từ CoQH2 tới Cytc. 2e' được vận chuyển theo một trật tụ từ Cyt b, trung tâm Fe-S và tới C ytcl, cuối cùng tới Cytc để tạo Cytc dạng khử. Toàn bộ phản ứng được xúc tác bởi phức hợp này là: C0QH2 +2 Cytc-Fe CoQ + 2H+ + 2 Cytc 2+ + Cytc: cũng như các Cyt khác, Cytc là protein chứa nhóm ngoại là hem giống như myoglobin, hemoglobin. Fe nằm ờ trung tâm của hem làm nhiệm vụ vận chuyể e bời quá trinh oxy hóa - khử như sau: Fe o, + e- + Phức hạp IV: Cytc oxidase. F e, Phức hợp này nhận e' từ Cytc và e' được chuyển theo thứ tự tới Cu2+ (Cyt a) và tới phức hợp chứa đồng thứ hai là Cyt aj. Cuối cùng e- được vận chuyển từ phức hợp này tới nguyên tù oxy (là chất nhận điện từ cuối cùng) tạo O " o ' kết hợp với 2H tạo H20. Phản ứng được xúc tác bời phức hợp này có thề tóm tát như sau: 2 C y tc -F e 2' (kh) + 1/2 c>2 + 2 H ----------- *• 2 C y t C-Fe3+ (ox) + H20 2.2.2. Trật tự xắp xếp cúa chuỗi vận chuyển điện từ và năng lượng gi ái phóng + Thành phần của chuỗi vận chuyển điện từ được định hướng chặt chẽ theo trật tự thế năng oxy hoá-khử cùa các chất trong chuỗi. Theo tính toán, e- đi từ chất có thế năng oxy hoá-khừ thấp tới chất có thế năng oxy hoá-khừ cao dần. + Trong quá trình vận chuyển này năng lượng được giải phóng và có thể tính được bàng một đại lượng là AG° AG° = - nf A Eo’ AG": sự biến thiên năng lượng tự do tính theo Kcalo ớ điều kiện chuấn 54 (pH=7, t=25"C) N : số e' vận chuyền F : Số faraday = 23,062 AE ” : Sự chênh lệch thế nãng cua hệ thong cho và nhận e-. Các giá trị trên được tinh trong điều kiện tiêu chuấn: nồng độ 0 ,IM, nhiệt độ 25“c, pH=7,0. Sự thay đôi năng lượng tự do cùa một cặp e" từ NADH/NAD ( E°’= - 0,32V) đến H2O/I/2 02 (E‘” = + 0,82 V) có AG°' = - 2 (23,062) [0,82 - (-0,32)] = - 52,6 Kcalo/mol. Toàn bộ năng lượng trên được giái phóng dần từng chặng. Năng lượng đù tạo vài phân tư ATP từ ADP và Pi (AG°’ cần cho tồng hợp ATP từ ADP + Pi = + 7,3 kcalo/mol) còn inột phần năng luợng toả ra dưới dạng nhiệt. 2.3. Cư chế tạo A T P ờ ty thể (mitochondria) Năng lượng giải phóng trong quá trinh vận chuyền H và e- trong chuỗi vận chuyên e- được dùng tạo ATP từ ADP và Pi. Tuy nhiên năng lượng trên không được sứ dụng trực tiếp để tạo ATP từ ADP + Pi mà qua cơ chế phức tạp hơn. 2.3.1. Nhác lại cấu tạo ty thê Cấu tạo bời 2 màng sinh học. + Màng ngoài cho qua tự do phân tứ nhó, ion + Màng trong không cho qua các ion (kể cá proton H * ) và có chứa các enzym cùa chuỗi vận chuyển e-, hệ thống enzym vận chuyến qua màng, ATPsynthase. Hình 3.5. Cấu tạo s• I £ I pa Oh Succinate ể € ẩ Is Ệ T p A 56 2.3.2. ATPsynthase + ATPsynthasc được cấu tạo bởi 2 phức lụrp oligome Flh F Ị. Fo: là một protein gan chặt vào màng trong ty thẻ và gồm 3 tiểu đơn vị: a, b, c. 3 đơn vị này tạo ra một kênh cho H+ đi qua Fl: gồm 3 tiêu đơn vị (X, 3 tiều đơn vị ß và được gắn với Fo qua các tiểu đơn vị Y, E, s. 3H 2.3.3. Cơ chế tạo A 7'P + Được Peter Michell đưa ra 1961 có tên là "thuyết thẩm thấu hoá học” . N gần đây thuyết này mới được công nhận nhờ sự tiến bộ về những kỹ thuật tinh chê và cấu tạo lại màng sinh học của các bào quan. + Năng lượng trong quá trình vận chuyển e' được dùng để bơm những ion H trong ty the ra pha lòng bên ngoài qua màng trong ty thể. Quá trình này tạo ra một gradient ion H qua màng trong. Vì H mang điện dương, sự chênh lệch nồng độ H' tạo ra một sự chênh lệch điện thế giữa 2 phía của màng trong ty thể. Chính sự chênh lệch điện thế này tạo ra một lực đẩy H ữờ lại khuôn ty thể qua màng trong và lực này có thế tinh được RT pm f = V|/ - (----- ) A pH = vự - 59 A pH F I đơn vị pH = 10 lẩn chênh lệch nồng độ H chênh lệch một đơn vị pH qmàng = điện thế là 59 mV (ở 20°C). R : Hằng số khí = 1,987 calo/mol T : Nhiệt độ Kelvin. F : Hằng số faraday (23,062 calo/V' 1 . mol ') : Điện thế qua màng pmf: được đo bằng mV. Ớ ty thể lúc nghi pm f = 220 mV + Chính lực đẳy H qua phức hợp F„F| đã tạo ra ATP từ ADP + Pi 57 Các tiểu đơn vị trà lại vị rri bơn đâu / ATP ffinh 3.7. Co’ che quay cua ATP synthase tao ATP Gắn ADP & Pi Hình thành AĨPrừ © ADP&Pi Quax 120° do đ ẩ \ c ùa dòng thav đổi cấu hình p giàì phóng ATP Ba tiểu đon vị p (chứa trung tâm hoạt động) có sự thay đối ớ 3 dạng cấu hình. Ba dạng này khác nhau về ái lực liên kết đối với ATP, ADP và Pi. Ớ phán ứng 1, ADP và Pi gắn vào 1 trong 3 tiểu đơn vị (3 (ờ đây là (32) và đồng thời hinh thành ATP (phản ứng 2). Lực đẩy H' tạo ra một sự quay 120° của các phần a 3p3 cùa F1 và giải phóng 1 phân từ ATP (ờ phản ứng 3) tư 1 tiểu đon vị p (ở đây là p i) kèm theo sự thay đổi cấu hình cùa cả 3 tiếu đơn vị p. Quá trình quay cùa F1 và tạo ATP được tiếp tục cho đến khi không còn sự chênh lệch về H giữa 2 phía cùa màng trong ty thể. Giả thuyết trên về cơ chế tạo ATP đã được chứng minh bằng các thực nghiệm . + Trong quá trinh vận chuyển e' của chuỗi vận chuyển điện từ có 3 vị trí mà năng lượng giải phóng từ sự vận chuyển e' đủ để đẩy H qua màng trong ty thể ra ngoài ty thể. 2 ẽ vận chuyến qua phức hợp NADH-CoQ reductase tạo ra năng lượng đù để bơm 4 H* qua màng trong. 2e" vận chuyển qua phức hợp CoQH2-Cytc reductase bơm 4H ’ qua màng trong. 2 ẽ vận chuyển qua phức hợp Cytc oxidase làm chuyển 2H qua màng. Tồng cộng 10 H ‘ được bơm từ trong ty thế qua màng trong ty thể ra ngoài khi 2e" đuợc vận chuyển từ NADH tới Ơ2- Neu đi từ Succcinat hoặc FADH2 chi có 6 H được chuyển qua màng. 58 Các thực nghiệm đã chứng minh rằng, sự vận chuyển 3H qua phức hợp FoFl đu tạo 1 phản tứ ATP tù ADP + Pi. Như vậy, một chuỗi vận chuyển điện tử đi từ NADH tới O2 tạo ra 3 ATP. Và nếu đi từ succinat tạo ra 2 ATP và nếu đi từ sau đó tạo 1 ATP. Năng lirợng giải phóng trong quá trình vận chuyến e- còn được tế bào sừ dụng vào các mục đích khác ngoài việc tạo ATP: tạo nhiệt, vận chuyển calci, ..v.v. Hình 3.8. Năng luọng giải phóng khi vận chuyên e~ đu-ọc dung để bom H+ qua màng trong ty thề 2.3.4. Điểu hoà lổng hợp A TP Ty thể sinh tồng hợp ATP theo nhu cầu của tế bào thông qua nồng độ ADP. + Nồng độ ADP thấp làm giảm tiêu thụ 0 2, giảm quá trình oxy hoá (vận chuyển e" và giảm tồng hợp ATP. + Khi tăng đột ngột nồng độ ADP (ví dụ thuỷ phân nhiều ATP trong trường hợp co cơ mạnh và nhanh) làm tăng tiêu thụ O2, tăng quá trinh oxyhoá (vận chuyển e') và làm tăng quá trình tổng họp ATP. Điều hoà tổng hợp ATP được minh họa ờ hình 3.9. Hình 3.9. Điều hòa tổng họp ATP phụ thuộc theo mức ADP trong môi trưòng nuôi cấy tế bào 59 2.5. Các chất ức chế chuỗi hô hấp tế bào Chuỗi hô hấp te bào bj ức chế bởi một số chất như sau: + Rotenon: chặn sự vận chuyển e' giữa NADH và Ubiquinon. + Antimicin A; được phân lập từ một chùng streptomyces, chận sự vận chuyền giữa Ubiquinon đến Cytc. + C N \ CO', HS' chặn sự khứ c>2 cùa cytocrom a,a.v + DNP (2,4-dinitroplienol): đây là chất phá ghép cho phép oxyhoá NADH liên tục ớ mức độ cao nhưng không tạo ATP mà năng lượng được toá ra dưới dạng nhiệt. + Chất phá ghép nội sinh có ở ty thế tổ chức mỡ nâu (khác mỡ trắng). - Mỡ nâu là mỡ sinh nhiệt, mỡ trắng là mỡ dự trữ. - Mỡ nâu chứa rất nhiều ty thể nên có màu nâu. - Màng trong ty thể mỡ nâu có một chất thermogenin, TLPT 33.000 Da là chất phá ghép tự nhiên có tác dụng chuyển năng lượng cùa quá trình vận chuyển điện tủ thành năng lượng nhiệt (mà không tạo ATP dự trữ) nhàm duy tri nhiệt độ cơ thể ờ các điều kiện tụ nhiên khác nhau Ví dụ cho chuột vào môi trường lạnh, khả nãng sinh nhiệt tăng lên bởi kích thích tăng tổng hợp thermogenin ớ màng trong ty thế. Ở động vật xử lạnh therrmogenin chiếm 15% protein màng ty thế. Ty thể tế bào cơ cũng chứa thermogenin. Người lòn ít mỡ nâu, trẻ mới sinh thì việc tổng hợp thennogenin rất cần thiết để giữ nhiệt độ cơ thé khi hệ thần kinh điều hoà nhiệt độ chưa hoàn chinh 2.6. S ự tạo A T P ớ m ức độ cơ chất Tế bào có 2 cơ chế tạo ATP hoàn toàn khác nhau. Như trên đã trinh bày: ớ ty thê lực chuyển proton qua màng tạo năng lirợng cho sự tồng hợp ATP từ ADP + Pi Ở tế bào còn một cơ chế tạo ATP khác gọi là sự phosphoryl hoá ở mức cơ chất, ớ bào tirơng mà không có liên quan tới màng ty thê và gradient H Có 2 quá trinh phosplioryl hoá ơ mức cơ chất trong quá trinh đường phân. 1-3 diphosphoglycerat + ADP ---------------* 3 phospho glycerat + ATP 60 Phosphoenol pyruvat + ADP Pyruvat + ATP 3. Sự phosphoryl - oxy hóa Sự giai phóng năng lượng trong quá trinh vận chuyền e- (oxy hoá) ớ chuỗi vận chuyến e- được tích trữ dưới dạng ATP từ ADP và Pi nhờ quá trinh gọi là phosphoryl hoá. 3.1. Sựphosphoryl hoá - Sự phosphoryl hoá là sự gan một gốc HiPO.) vào một phán tử chai hữu cơ RH + HO-PO,HU— Chất hìru cơ A.phosphoric R-PO,H2 + h 2o Hợp chất phosphat hữu cơ - Phán ứng phosphoryl hoá là phán ứng tồng hợp nên cần năng lượng và enzym phosphoryl kinase. - Phán ứng ngược lại là phán ứng khù phosphoryl R- PO,H: + H20 RH + H ,P 0 4 Trong quá trinh này năng lượng được giải phóng bằng số năng lượng đã dùng đế tạo liên kết phosphat. Phosphoryl hoá là một trong những phản ứng quan trọng bậc nhất trong chuyển hoá chất. Nó đóng vai trò chù yếu trong việc tích trữ và vận chuyến năng lượng, hoạt hoá các chất. 3.2. Các loại liên kết phosphat Căn cứ vào năng lượng tự do được giải phóng từ phản ứng thuý phân cắt đứt liên kết phosphat chia làm 2 loại: liên kết phosphat nghèo nàng lượng và liên kết phosphat giàu năng lượng. 3.2.1. Liên kết phosphat nghèo năng lượng COOH - Khi thuỷ phân liên kết này chi có từ 1000 -5000 calo được giải phóng, ký hiệu R- p. VD. Liên kết phosphat estephosphat. 3.2.2. Liên kél phosphal giàu năng lượng Khi thuỷ phân liên kết phosphat giàu năng lượng thi có > 7000 calo được giải phóng. Ký hiệu là R ~ p. Một số liên kết phosphat giàu nãng lượng là: + Acylphosphat: tạo thành do H1PO4 kết hợp với gốc acid cùa chất hữu cơ. 61 Ví dụ: Acid 1-3 diphosphoglyceric Năng lượng giái phóng khi thuy phân liên kết này là - 10,1 kcalo + Enol phosphat: do H3PO4 kết hợp với nhóm chúc enol của chất hữu cơ. Ví dụ: phosphoenolpyruvic. Nãng lượng giải phóng khi thuỷ phân liên kết này là - 14,8 kcalo rị'— o ~ p Ở II— y— c ỉ — C---- OH c h 2o — ( p ) A c id 1,3 di pho sp h tìg ỉyceric R - | - 0 < P ) R' Enoiphosphat + Amid phosphate (phosphamid) do H,POa kết hợp với nhóm amin Ví dụ Phosphocreatinin NH ~ ( ç ) Năng lượng giái phóng khi thuỷ phân liên ket này là - 10,3 kcalo HN —' n c h 2 — c o o c h 3 Crealin phosphat + Anhydrid phosphat (pyrophosphat) Là liên kết giữa 2 gốc phosphat, ví dụ trong phân tư ATP là liên kết phosphat giàu năng lượng quan trọng nhất. Năng lượng giải phóng khi thuý phân liên kết này là - 7,3 kcalo o I0- A denosintriphosphat 3.2.3. Sự phosphoryl-oxy hoá - Trong chuỗi vận chuyền điện từ, quá trình e' từ chất có thế năng oxy hoá khứ thấp tới chất có thế năng oxy hoả cao hơn là những quá trinh oxy hoá-khừ. 62 - Trong quá trình trên năng luợng giải phóng ra được sử dụng đế tạo ATP nhờ phán ứng phosphoryl hoá ADP. ADP + H,P04 ----------► A TP + H20 (Lượng ATP tạo thành cúa một chuỗi vận chuyển 2e' đã được tính cụ thể ớ trên). - Hai quá trinh trên luôn đi kèm (gắn liền), nghĩa lả sự phosphoryl hoá ADP thành ATP đi kèm với sự oxy hoá-khừ (chuỗi vận chuyển điện tứ) nên được gọi thành từ ghép là sự phosphoryl - oxy hoá. 4. Chu trình acid citric 4.1. Khái niệm + Chu trình acid citric lả giai đoạn thoái hoá cuối cùng chung của các chất G, L, p. Chất đầu tiên tham gia vào phản ứng cùa chu trinh là acetyl CoA mà sàn phấm thoái hoá các chất chủ yếu tạo ra là acid pyruvic. Vì vậy, phái có phán ứng chuyển acid pyruvic tạo acetylCoA. + Sự khừ carboxyl-oxy hoá của acid pyruvic thành acetylCoA xảy ra trong ty thề và là điếm nối acid pyruvic và chu trình acid citric. Enzym xúc tác là một phức hợp enzyrn có tên là pvruvat dehydrogenase. Phức hợp gồm 3 enzym: E l: Pyruvat dehydrogenase có coenzyme là TPP E2: Dihydroìipoyl transsacetylase có coenzym là lipoat E3: Dihydrolipoyl dehydrogenase có coenzym là FAD Trong bệnh Beriberi do thiếu vitamin Bi (là thành phần cấu tạo cùa TPP) dẫn đến rối loạn do thiếu E 1 gây ứ đọng acid pyruvic làm thoái hoá thần kinh vận động và gây liệt. Hình 3.10. Chuyển hoá acid pyruvic thành acetylCoA E2 E3 Sau đó acetylCoA được oxy hóa hoàn toàn trong chu trình Krebs để tạo thành C 02, 63 H20 và năng lượng. Bàn chất của chu trình Krebs là sự oxy hóa hoàn toàn acetylCoA. 4.2. Các giai đoạn cùa chu trình Krebs * Giai đoạn I: tách HSCoA, ngưng tụ oxaloacetic với acetylCoA tạo thành acid citric với sự tham gia cùa enzym citratsynthase COOH Ọ Ọ CH3— C— s ~CoA + C— COOH CH2— COOH H20 X. H— Ị — H HO— C— COOH + CH; c o o h HS ~CoA AcetylCoA Acid oxaloacetic Acid citric CoenzvmA * Giai đoạn 2: đồng phân hoá citric thành isocitric, enzym xúc tác là aconitase COOH I . : H -Ị-C — H h 2o c h 2o COOH ĨH c — COOH i HO----c ---- H L ũ _ H O -ị-C ----C O O H r J [c h 2 COOH A co nit use HOOC c h 2 COOH Aconitase COOH A c id citric Cis-aconitic Isocitric *Giai đoạn 3: acid isocitric khứ hydro tạo thành acid oxalosuccinic với sự xúc tác của enzym isocitrat dehydrogenase có coenzym là NAD . n COOH HO-----1 ! H-----c -----CO O H l„ c h 2 1'OOH A c id is o c itr ic COOH NAD+ o _ i iso c itra t d e h yd ro g en a se I . C H 2 Ẳc.OO H A c id o x a lo s u c c in ic * Giai đoạn 4: acid oxalosuccinic loại một phân ưr C 0 2 tự phát để tạo thành acid acetoglutaric. * Giai đoạn 5: khử carboxyl oxy hoá acid acetoglutaric thành acid succinic. + Bước 1: vừa tách vừa gắn HSCoA; Tạo C 0 2, tách C 0 2, H2; Coenzyin tham gia: LTPP, HSCoA, NAD*. Enzym xúc tác là acetoglutarat dehydrogenase Khử carboxyl oxy hoá acid acetoglutaric tạo succinyl CoA: 64 COOH o = v H----c ---- COOH l H2 ccCOOH A cid tịxọiẹyịịcinỉc H* C 0 2 4 COOH r H 4 cid a cetoglu taric £ c o A " C HJ... N A D + N A D H + H + C O O H A c i d (X c e t o g l u t a r i c Bước 2: succinyl CoA lách ra coenzymA tạo thành acid succinic. C o A C H , I C O O H S u c c i n y i C' o A O H o = =ờ sLrỴH2 C O O H SuccinylCoA G D P + Pi y p H S ~CoA o = Su ccin at e-Co A -synth etaseC HT f ” 2 C O O H A c i d s u c c in ic * Giai đoạn 6: acid succinic bị khử hydro dưới tác dụng của succinat dehydrogenase có coenzym FAD tạo thành acid fumaric. p H FAD FADH2 C O O H CH * ______ v . - y ■ . ^ ------------------------------------- ỌH rC O O H A c id s u c c in ic C O O H A c id fu m a r ic * Giai đoạn 7: hydrat hoá acid fumaric thành acid malic với sự xúc tác của enzym fumarase (fumarat hydratase) r o o H h 2o c o o h C H V HO-----¿ H ( I I F u m a r a s e n V** C O O H A c id fu m a r ic A c id m a lic65 * Giai đoạn 8: acid malic bị khừ hydro dưới tác dụng của malatdehydrogenase có coenzym là NAD tạo acid oxaloacetic. I M a la td e h y d r o g e n a s e COOH A c id m a lic 4.3. Kết quả và ý nghĩa cùa chu trình Krebs COOH Acid oxaloacetic * Kết qua cua chu trình Krebs: là sự oxy hóa hoàn toàn phân tứ acetylCoA. Có hai phán ứng khư carboxyl, loại carbon dưới dạng CO2 và bốn phản ứng oxy hoá chuyến tám nguyên tử hydro thành H2O - Hai nguyên từ carbon dưới dạng acetylCoA đi vào chu trinh qua sự ngưng tụ với acid oxaloacetic. Hai nguyên tử carbon thuộc acid oxaloacetic ra khói chu trinh dưới dạng CO2, trong 2 quá trinh khử carboxyl dirới tác dụng cúa isocitrat dehydrogenase và acetoglutarat dehydrogenase. - Bốn cặp nguyên tư hydro ra khòi chu trình qua bốn phán ímg oxy hoá khứ: Một NAD bj khứ oxy trong phàn ứng khử carboxyl oxy hoá acid isocitric Một NAD bị khứ oxy trong phàn úng khứ carboxyl oxy hoá acid a cetoglutaric Một FAD bị khứ oxy hoá trong phản ứng oxy hoá acid succinic Một NAD' bị khừ oxy trong phản ứng oxy hoá acid malic - Hai phần từ H20 được sừ dụng trong quá trình tong hợp acid citric và hydrat hoá acid fumaric. - NADH và FADH2 được tạo ra trong các phản ứng oxy hoá cùa chu trinh sẽ bị oxy hoá qua chuỗi hô hấp tế bào để giải phóng năng luợng, tồng hợp ATP. - Một liên kết phosphat giàu năng lượng (dưới dạng GTP) hình thành tứ liên kết thioeste giàu năng lượng trong SuccinylCoA, tạo một ATP. 66 FADH; Mình 3.11. So dồ chu trình k re b s NADH - H" \ T.\D ị Aceụi c oA k --»-A.O xaloacetir I A .M a ik Es A.Citric A. F um aric Chu trình Krebs A Tsocitric FAD J A. Succinic '' V ' ^ E = ^ T / O I P ; c o A ^ r \ ^ G D p+pi ^ CO} p . ^ k* ctCetoglutaric Succinvl-CoAk 2 CL-Ceto S '" ị NAD -*-N.AD~ Citratsynthase NADH + i r E 5: SuccinatC oA synthetase Aconitase E s: Siiccinat dehydrogenase Isocitrat dehydrogenase E-: Fum arase A lpha cetoglutarat dehydrogenase E s: M alat dehydrogenase Tóm lại, một vòng cùa chu trình acid citric “đốt cháy” một phân tứ hai carbon sẽ cung cấp năng lượng dự trữ tirơng đương 12 ATP Thực tế thi trong chu trinh acid citric có nhiều phan ứng giái phóng năng lượng nhưng chỉ có phan phẩn năng lượng được giữ lại toả ra dưới dạng nhiệt năng. * Ỷ nghĩa cùa chu trình Krebs: Chu trình acid citric là giai đoạn thoái hoá cuối cùng chung cho các chất glucid, lipid, protein, chu trình xảy ra trong điều kiện hiếu khí. có hiệu ímg rất cao về mặt năng lượng Chu trinh cung cấp năng lượng dưới dạng ATP cho các quá trình tống hợp và sinh học khác cùa cơ thề. Ngoài ra, chu trinh acid citric còn là nơi cung cấp các sàn phầm trung gian cần thiết như acid oxaloacetic, acid a cetoglutaric, succinyl coenzym A, acid íumaric... Đó là những vị trí nối liền chu trinh acid citric với các quá trình chuyên hoá khác cùa cơ the và chu trinh trơ thành vị trí trung tâm điều hoàn các chuyên hoá các chât. 67 4.4. Diều hoù chu trình acid citric Điều hoà chu trinh acid citric là điều hoà quá trinh tạo ATP theo nhu cầu cua tế bào sống. Có 3 điếm quan trọng trong chu trinh acid citric do những enzym dị lập thề xúc tác có tác dụng điều tiết hoạt động cùa toàn bộ chu trinh. - Phàn ứng 1: ATP là chất ức chế dị lập thể của E1. - Phản úng 4: ATP là chấl ức chế, ADP là chất kích thích. - Phản ứng 5: SuccinylCoA và NADH ức chế phản ứng. Toàn bộ chương năng lượng sinh học có the tóm tẳt như hình 3.12 H ình 3 . 1 2 . Sụ- o x y hóa cá c ch ất hữu CO’ tro n g CO'thể G lucid. Protein. Lipid TÓM TẮT Bài học này giới thiệu về hoạt động của chuỗi hô hấp tế bào cũng như vai trò cùa các cytochrom trong chuỗi vận chuyển điện tử. Đây thực chất là quá trinh đốt cháy các hợp chất hữu cơ như glucid, lipid, protein tạo năng lượng, cần sự tham gia của 0 2 và tạo ra sản phẩm CO2, H20 . Đặc biệt trong bài học này giới thiệu về chu trình acid citric, đây ià giai đoạn thoái hoá cuối cùng chung của các chất glucid, lipid và protein. Trong đó chất đầu tiên tham gia vào chu trình này Acetyl CoA, cần sự tham gia cùa chất mồi là Oxaloacetic và một loạt các enzym tương ứng, sản phẩm tạo ra là năng lượng dưới dạng ATP cần thiết cho các quá trình tồng họp và sinh học khác của cơ thể. Ngoài ra, chu trình acid citric còn là nơi cung cấp các sản phẩm chuyền hóa trung gian cần thiết khác như acid oxaloacetic, acid a cetoglutaric, succinyl coenzym A, acid fum aric... Đó là những vị tri nối liền chu trình acid citric với các quá trinh chuyển hoá khác cùa cơ thể, do vậy chu trình trở thành vị trí trung tâm điều hoà chuyển hoá các chất trong cơ thề. 68 BÀI 4 C H U Y Ế N H O Á PR O TE IN Lẽ Thị Minh Hiền MỤC TIÊU: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng /. Phân tích được mối liên quan giữa sự trao đôi amin với sự khư amin oxy hoá và giữa chu trình ure với chu trình acid citric. 2. Trình bày được các con đường chuyến hóa cua NHỊ trong máu. 3. Phân tích được sự thay đôi cua ure, creatinin, acid uric trong một so bệnh liên quan 4. Giai thích cơ chế xuất hiện sắc lo mật và muối mật trong nước nêu trong trường hạp vàng da tại gan và sau gan. NỘI DUNG: 1. Tiêu hóa protein Protein thúc ăn hoặc protein nội sinh muốn đi vào chuyến hoá trước hết phái được thủy phân thành các acid amin. Quá trình tiêu hoá thúc ãn là quá trình thuỷ phân liên kết peptid, xoá bò tính đặc hiệu cúa các protein có nguồn gốc khác nhau. Protein thức ăn vào ống tiêu hoá được thuỳ phân bời hai hệ enzym: endopeptidase và exopetidase thuỳ phân thành các acid amin mất tính đặc hiệu của thức ãn. 1 .1. Endope.ptidase Là enzym thuỳ phân các liên kết peptid ờ trong chuỗi polypeptid: - Pepsin ở dịch vị dạ dày pH thích hợp 1 -2, thuỷ phân liên kết peptid có nhóm amin của acid amin cỏ nhân thơm. - Trypsin ờ dịch tuỵ, pH thích hợp = 8, thuý phân liên kết peptid có nhóm carboxyl thuộc về acid amin kiềm. - Chymotrypsin ở dịch tuỵ, pH thích hợp = 8, thuý phân liên kết peptid có nhóm carboxyl thuộc về acid amin thơm. 1.2. Exopeptìdase Là enzym xúc tác sự thủy phân các liên kết peptid ở hai đầu chuỗi polypeptid: carboxylpeptidase, aminopeptidase. dipeptidase. 69 2. T h o ái hóa acid am in 2.1. Các con thoái hoá chung của acid amin 2.1.1. Quá trình khư carboxyl * Định nghĩa: là quá trinh tách nhóm carboxyl ra khòi acid amin dưới dạng C 0 2. Acid amin mất nhóm carboxyl tạo thành amin tương ứng. Quá trình này được xúc tác dưới tác dụng của enzym phân cắt decarboxylase. Decarboxylase R -----C H ------ COOH ---------------------*- R-----CHj----- NH2 NH2 Acid amin Amin Ví dụ: Histidin bị khù carboxyl tạo histamin gây dị ứng. Histidin CH2—-C H — NH2 COOH NH Histidin 2.1.2. Quá trình khư nhóm amin decarboxylase y ■ co2 VNH Histamin * Định nghĩa: là quá trình tách nhóm amin ra khòi acid amin dưới dạng NH3, acid arain mất nhóm amin tạo thành acid a cetonic tuơng úng. R - CH - COOH í NH2 acid amin NH3 + R - CO - COOH acid acetonic Có nhiều quá trinh khử amin của các acid amin nhưnẸ phổ biến nhất ừong cơ thể động vật là quá trình khử amin oxy hoá. Quá trình này gồm 2 bước: oxy hoá acid amin tạo acid imin và thuỷ phân tự phát acid imin tạo acid a cetonic và NH3 * Khư amin oxy hoá cùa các acid amin thông thường R - c - COOH II NH acid ìmin 70 + Giai đoạn 1: R - CH - COOH NHj acid amin L acid aminoxydase + Giai đoan 2 h 2o n h 3 ì. - c - COOH. II NH acid irrun R - CO - COOH acid acetomc L- acid amin oxydase có ờ lưới nội bào cùa gan và thận, có hoạt tính rất thấp, nên không có vai trò quan trọng trong phản ứng khứ nhóm amin * Khư amin oxy hoá cua acid amin glutamic: c hL2 C O O H C HIĩn h 2 IC H , C O O H NAD NADH + H Glutamat dehydrogenase c hL2 CO O H Iò h 2 co ìC O O H Acid glutamic Acid anpha cetoglutaric Các enzym khử amin của các acid amin trong cơ thể hoạt động yếu trù enzym glutamat dehydrogenase khử amin của glutamic hoạt động mạnh. Vi vậy các acid amin khử được nhóm amin phải gián tiếp qua trao đổi amin về glutamic. 2.1.3. Trao đoi amin * Định nghĩa: là quá trinh acid amin nhường nhóm amin cho acid a cetonic. Acid amin nhường nhóm amin trở thành acid a cetonic tương ứng. Acid a cetonic nhận nhóm amin tạo thành acid amin tương ứng. Phần lớn các acid amin vận chuyển nhóm amin sang chất nhận là acid a cetoglutaric. Enzym xúc tác phản ứng này là enzym trao đồi amin transaminase. Các transaminase có phổ biến ở các mô và có hoạt tính cao hơn cả là aspartat transaminase (AST) và alanin transaminase (ALT), hai enzym này xúc tác phản ứng trao đổi amin như sau: COOH ICH2 ¿ h 2 CH---- COOH in h 2 GPT CH3— c o — COOH Acid pyruvic 1 CH i— CH — COOH NH, COOH iCH, COI IỐH, COOH Acid glutamic Alanin Acid aiipha cetoglutaric 71 1COOH c o o n 1 1c h 2COOH 1COOH CH, 1 1 GOT 1 1 ¿ h 2C H j 1 c h 2 1 CH, 1 CH-----COOH 1CO AST 1CO 1CH — COOH 1 n h 2c o o n h 2 COOH A cid glutamic A cid oxaloacetic A spartic A cid anpha cetoglutaric 2.1.4. M ối Hên quan giữa trao đôi amin với khừ amin Các enzym khừ amin của các acid amin hoạt động yếu (trìr enzym glutamal dehydrogenase); các enzym trao đồi amin hoạt động mạnh. Vì vậy, các acid amin khứ được amin phải gián tiếp qua trao đồi amin về acid glutamic. c hT2 R IC H - Jn h 2-COOH + COOH Ic h 2 Iủ h 2 ~ Transaminase COOH R I I CO Acid amin COOH CH2 [CH— -COOH COOH L + CO Acid anpha cetonic Acid anpha cetoglutaric Acid glutamic L glutamat dehydrogenase I 2.2. Số phận N H 3 NH^ / 2.2.1. Tạo glulamin và vận chuyến NH3 trong cơ thẻ NH3 được tạo thành trong các mô, chủ yếu do quá trình khù amin cùa acid amin. Ngoài ra còn do thoái hoá cùa các base purin, pyrimidin... NH3 tự do là chất độc đối với cơ thể. Vì vậy NH} kết hợp với acid glutamic thành glutamin. Glutamin không độc, trung tính nên dễ dàng qua màng tế bào. Glutamin từ các mô vào máu tuần hoàn rồi đến gan và thận. COOH 1CH2 Ic h 2 Glutamin synthetase ATP ADP c o o ~ ® ic h 2 Ic h 2Glutamin synthetase CH— COOH In h 2NH, CO— n h 2 Ic h 2 Iỏ h 2 I CH — COOH J.n h 2 Glutamin 72 CH — COOH n h 2 Acid glutamic * Tại gan: glutamin thuý phán thành acid glutamic và NHí xúc tác bởi enzym glutaminase. NH Ị được gan tổng hợp thành urê và đào thài ra nuớc tiểu. * Tại tế bào ống thận: glutamin thuỵ phân thành glutamic và NH,. NHì được đào thái ra nước tiểu đirới dạng NH_| góp phần điều hoà thăng bang acid base cua cơ thê. C O -----NH2 ICH2 IỦH2 I CH — COOH In h 2 Glutamin Glutaminase H,0 NH3 COOH Ic h 2 Iò h 2 C H — COOH In h 2 Acid glutamic NH, cũng được cơ thể sừ dụng đề tồng hợp carbamoylphosphat. Chất này ngoài vai trò tiền chất của urê, còn là tiền chất của các nucleotid có base pirimidin. Ớ não sự tạo glutamin là con đường chù yếu loại NH, tránh nhiễm độc cho não. Não cũng có thể tổng hợp urê nhung số lượng không đáng kể so với sự tạo glutamic. Hàm lượng NHj trong máu ở não cao, nhưng lượng glutamic mà máu cung cấp cho não không đù để tạo glutamin, vì vậy não phải tự tổng hợp lại glutamat từ acid a cetoglutaric. * Giá trị bình thường cùa NH? trong máu: Người lớn: Nam 25 - 94 ng/ dL hay 14,7 - 55,3 nmol/L. Nữ: 19 - 82 fxg/ dL hay 11,2 - 48,2 nmol/L. Trẻ em: 40 - 80 |ig/ dL hay 28 - 57 nmol/L. Trè sơ sinh: 90 - 150 ug/ dL hay 64 - 1072 nmol/L. Chú ý: nồng độ NH3 nmol/1 = (ig/dl X 0,587 TĂNG NÒNG Đ ộ NH3 MÁU Các nguyên nhân chinh thường gặp là: - Viêm phế quản cấp. - Tăng nitơ máu. - Xơ gan. - Chảy máu tiêu hóa. - Suy tim. - Bệnh lý tan máu của tẻ sơ sinh. - Bệnh não gan 73 - Suy gan. - Nuôi dưỡng qua đường tĩnh mạch (hyperalimentation) - Bệnh Leucemia. - Viêm màng ngoài tim. - Khí thũng phoi (pulmanary emphysema) - Suy thận. - Hội chứng Reye. GIẢM NÒNG Đ ộ NHj MÁU - Tăng huyết áp vô căn (essential hypertension). - Tàng huyết áp ác tính. Điều thiết yếu là phái định lượng ammoniac sớm ớ tất cá các tré ốm có nghi ngờ rối loạn chuyền hóa bâm sinh, nếu không trẻ sẽ bị bó sót chân đoán và trẻ sẽ không được điều trị một cách có hiệu quà. 2.2.2. Quá trình lông hạp urê * Các yếu tố tham gia tổng hợp urê: - NHj C02. - (-NH2) do aspactic cung cấp - 3 ATP - 5 enzym - Chất mồi là omithin. * Các giai đoạn tạo urê: + Giai đoạn 1: tống hợp carbamylphosphat Phản ứng xảy ra ờ ty thể tế bào gan. Carbamyl phosphat synthetase NH3 + C 0 2 +2A TP carbamyl p + Giai đoạn 2: tạo citrulin từ carbamyl phosphat và omithin, phản ứng xảy ra ờ ty thể. NH2 c = o N H , N H o C H 2 c h 2 i j . ornitin carbamyl transferase CH 2 _________ _______ c h 2 Ic h 2 c h 2 C H — C O O H C H — C O O H N H N H : C itru linO rn ith in 74 H : N _ C — o + Carbamyl phosphat Pi Citrulin được tạo ra ờ ty thể ra bào tuơng phản ứng với aspatat. + Giai đoạn 3: tạo arginosuccinat dưới tác dụng cùa enzym arginosuccinat synthetase. NH 2 c = o CO O H I< h 2 NH COOH N H — CH? NH c h 2 I . c h 2 c h 2 V C H - C O O H IN H , arginosuccinat synthetase NH 1C H 2 I .c h 2 ỘHt CHICOOH C H - C O O H In h 2 C itrulin A spartic IC H — COOH In h 2 A rginosuccinic + Giai đoạn 4: phân cắt arginosuccinat thành arginin và íuinarat với sự xúc 1 enzym arginosuccinate lyase. NH COOH II I C—NH —CH2 n h 2 C = N H I I 1 COOH NH CH NH 1 I CH c h 2 c o o h . CH2 . II 1 arginosuccinat lyase 1 r c h 2 1 COOH r 1c h 2 c h 2 1 CH— COOH CH— COOH 1 n h 2 n h 2 Arginosuccinic Arginin Acid fumaric Giai đoạn 5: thuỷ phân arginin thành urê và om ithin xúc tác bởi enzym argininase. n h 2 c = NH 1N H , NH 1 N H , C H , 1 argininasc 1 - 1 C H 2 + H^O -------------► 1c = o + ¿ h 2 rn h 2 y H2 CH, 1CH— COOH 1 CH— COOH 1n h 2 n h 2 Arginin Urê O m itin 75 Arginase là protein có 4 tiêu đơn vị, cần ion Mn2 cho hoạt động xức tác Enzym thay ớ não, thận và một số cơ quan khác. Omitin tạo thành được vận chuyên vào ty thế và phản ứng với carbamyl phosphat, bat đầu một chu trinh mới. Urê được tống hợp ở gan là chú yếu tới thận và đào thái ra nước tiểu Lượng urẻ bài xuất qua nước tiểu hàng ngày phụ thuộc vào lượng protein ăn vào Binh thường lượng urẽ bài xuất khoáng 15 - 20g/24h Hàm lượng urẻ ơ người binh thường trong máu 0,2 - 0,4g/L, định lượng urê có giá trị thăm dò chức năng cùa thận. Hình 4.1. Chu trình urê 3. SÓ PHẬN CỦA KHUNG CARBON CỦA ACID AMIN Sau khi mất nhóm amin, các acid amin thành các sán phẩm như pyruvat, oxaloacetat, a-cetoglutarat hoặc biến đổi thành acetyl CoA, succinyl CoA. Các sản phẩm này có thể đi vào chu trinh acid citric hoặc tống hợp nên glucose hoặc tồng hợp nên thể cetonic. - Acid amin tạo oxaloacetic: acid aspactic, asparagin - Acid amin tạo pyruvat: alanin, cystein,threonin, glycin, serin. - Acid amin lạo succinylCoA: methionin, isoleucin, valin. - Acid amin tạo a cetoglutaraic: glutamic, glutamin, prolin, arginin, histidin. - Acid amin tạo acetylCoA: tyrosin, tryphtophan, lysin, leucin. Các chất trung gian trên được tiếp tục chuyên hoá theo các COI1 đường khác nhau hoặc đi v ào chu trinh krebs hoặc được sứ dụng đề tong hợp glucid, lipid và một so acid ainin. 76 Hình 4.2. sá phận khung carbon C lia các acid amin 4. TÓNG HỢP ACID AMIN Ớ người và động vật cao cấp chí tổng hợp được 10 trong số 20 acid amin. Các acid amin cần thiết phái nhận từ thức ăn. Quá trinh tong hợp acid amin là quá trình gẳn nhóm amin vào khung carbon tương ứng tạo ra các acid amin tương ứng. 4.1. Tổng htrp m ột số chất có hoạt tính sinh học từ acid amin Trong cơ thể acid amin là tiền chất đề tồng hợp nên một số chất có hoạt tinh sinh học như glycin và succinylCoA cần cho tổng hợp porphyrin. Các base purin và pyrimidin cần cho sự tồng hợp acid nucleic (ADN, ARN), các nucleotid (ATP, UTP) và các coenzym (NAD . FAD). Các base này được tông hợp từ một so acid amin nhir glycin, aspartic, glutamic và serin Một số hormon là dẫn xuất cũa acid amin như hormon Tj, Tj cua tuyến giáp và epinephrin, Nor-epinephrin cúa tuý thượng thận đều được tông hợp từ phenylalanin hoặc tyrorin Serin là tiền chất đê tông hợp nên cholin, ethanolamin có trong thành phần phospholipid Một dạng dự trữ năng lirợng trong cơ là creatin phosphat Creatin được tông hợp tứ arginin, glycin, methionin ớ gan vào 77 máu tuần hoàn đến các mô và cơ. ơ cơ creatinm chuyến thành creatin phosphat nhờ enzym creatin kinase. Glutathion là một tripeptid gồm glutamic- cystein - glycin có chức năng chống oxy hoá báo vệ màng, đăc biệt màng hồng cầu. Ngoài ra một số acid amin là tiền thân cùa một số chất dẫn truyền thần kinh như glutamic tạo GABA, histidin tạo histamin, tryptophan tạo ra serotonin, phenylalanin tạo ra catecholannn taurin là thành phần của acid mật là sán phẩm chuyển hoá cùa cystein 4.1.1. Sự tạo thành creatin, creatin phosphal và Creatinin Creatin đirợc tổng hợp từ 3 acid amin: glycin, arginin và methionin. Creatin kinase xúc tác vận chuyển nhóm pliosphat từ ATP sang creatin tạo thành creatin phosphat khi cơ nghi và tái tạo lại ATP khi cần. Creatin mất nước đóng vòng tạo creatinin (sơ đồ tồng hợp xem chương hóa sinh gan). Mỗi ngày sự tạo thành creatinin với một lượng hằng định. Creatinin được bài xuất qua thận ra nuớc tiểu. Lượng creatin và creatinin tỷ lệ với khối lượng cơ. 4.1.2. Sự tỏng hạp gluiathion Glutathion lả tripeptit: y-Glu-Cys-Gly. Trong hồng cầu glutathion có nồng độ cao, có vai trò như là một chất khứ. Sự tồng hợp glutathion: Glv ADP+Pi ATP ADP+Pi A T P A Glu + Cys _______ í y-Glu-Cys ^________ y-Glu-Cys-Gly Synthetase Synthetase Glutathion dạng khù (GSH) khù MetHb thành Hb và thành glutathion dạng 0 X 1 hoa (GSSG). 2 GSH + 2 M etH b ------- ► GSSG + 2 Hb + H Coenzym khử NADPHH được cung cấp từ chu trinh pentose phosphat đế tái tạo lại GSH nhờ glutathion reductase GSSG + NADPH.H' ------- ► NADP' + 2 GSH Trong các tế bào ti lệ GSH/GSSG (khử/oxi hoá) là 500. Ngoài ra, glutathion khù độc của H20 2 và các gốc tự do nhớ enzym GSH peroxidase. 4.1.3. Tông hợp các chất dẫn truyền thần kinh Nhiều chất dẫn truyền thần kinh là dẫn xuất của các acid amin: catecholamin là dẫn xuất của phenyalanin, tyrosin. Serotonin được tạo ra từ tryptophan, histamin là dẫn xuất của histidin. Còn GABA là sản phẩm khừ carboxyl cùa glutamic. Glycin cũng là chất ức chế dẫn truyền thần kinh. 4.1.4. Ngoài ra acid amin còn là tiền chất cua cholin, ethanolamìn Cholin, ethanolamin, senn là những chất này tham gia cấu tạo phospholipid Thành phần cùa acid mật là taurin. Taurin là sán phẩm chuyển hoá từ cystein (xem chương hoá sinh gan). Sản phẩm chuyền hoá cùa Tryptophan tạo ra vitamin pp (acid nicotinic). 78 5 . C h u y ê n hóa hem oglobin (hb) 5. /. 7Y>/ĩ£ hợp hemoglobin Sự tồng họp hemoglobin ở hồng cầu chưa trướng thành trong tuý xương. Sự tồng hợp hemoglobin phụ thuộc vào sự cung cap sat, sự tống họp hem và tổng hợp globin * Quá trình lỏng hợp Hh theo sơ đồ sau: H ình 4 .3 . S o 'đ ồ tống họp hem oglobin Glycin Succinyl CoA ALA synthase HEM Ferrochelatase P ro toporphyrin IX Acid delta am inolevulinic (ALA) ALA dehydratase Porphobilinogen Porphobilinogen deaminase H ydroxy m ethylbilan Uroporphyrinogen Uroporphyrinogen I Protoporphyrinogen cosynthase cosynthase oxidase U roporphyrinogen III U roporphyrinogen I Coroporphyrinogen Uroporphyrinogen| decarboxylase P rotoporphyrinogen IX 5.2. Thoái hoá hemoglobin oxidase C o ro p o rp h y rin o g en lll C oroporphyrinogen I Đời sống trung bình của hồng cầu là 120 ngày. Hồng cầu chết thi Hb được giải phóng tiếp tục thoái hoá xáy ra chủ yếu ờ các tế bào thuộc hệ thống võng nội mô như gan, lách, tuý xuơng. 5.2.1. Quá trình thoái hoá như sau * Tại các tổ chức: mở vòng nhân porphừin của Hem ờ vị trí C a giữa nhân pyrol I và pyrol II tạo thành vecdohemoglobin. VecdoHb tách Fe và globin thành bilivedin (màu xanh). Biliverdin bị khứ thành bilirubin (màu vàng đò) với sự xúc tác của enzym bilirubin reductase có coenzym NADPH. Bilirubin này được gọi là bilirubin tự do (độc không tan trong nước, cho phản ứng diazo chậm) nên còn gọi là bilirubin gián tiếp - Ớ máu: bilirubin tự do kết hợp với albumin huyết thanh và được vận chuyển tới gan - Tại gan: bilirubin tự do liên hợp với I hoặc 2 phân tứ acid glucuronic thành b ilirubin liên hợp (không độc, tan trong nước, ch o phàn ứng diazo nhanh), nên còn gọi là bilirubin trực tiếp. Bilirubin là sac tố chu veu cua mật. Bilirubin liên hợp theo mật đồ vào ruột. 79