Bài giảng Hóa sinh động vật - Chương VI: Trao đổi amino acid và protein

CHƢƠNG VI: TRAO ĐỔI 
AMINO ACID VÀ PROTEIN
NỘI DUNG
• I. ĐẶC ĐIỂM TRAO ĐỔI PROTEIN Ở ĐỘNG VẬT
• II. TIÊU HÓA VÀ HẤP THU
• III. SỰ CHUYỂN HOÁ AMINO ACID
– 3.1. Phản ứng khử amine hoá
– 3.2. Phản ứng khử carboxyl
– 3.3. Phản ứng chuyển amine
– 3.4. Sự bài tiết các chất cặn bã chứa nitơ
• IV. SINH TỔNG HỢP AMINO ACID
• V. SINH TỔNG HỢP PROTEIN
I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật
• Các acid amin đƣợc hấp thu theo một tƣơng
quan số lƣợng nhất định
– Tỷ lệ % các acid amin thiết yếu theo lysin đối
với lợn con theo K. William
Lys 100 Tyr + Phe 78
Met +
Cys
34 Thr 45
Trp 9 Leu 85
His 33 Ile 47
Val 12
I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật
• Cơ thể động vật không có khả năng dự trữ
protein
– Cân bằng nitơ dƣơng
• Nitơ ăn vào > nitơ thải ra.
– Cân bằng nito âm
• Nitơ ăn vào < nitơ thải ra.
– Cân bằng
• Nitơ ăn vào = nitơ thải ra.
Trạng thái cân bằng nitơ
I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật
• Lƣợng protein tối thiểu
– Là lượng protein cần thiết để duy trì sự phát
triển bình thường của cơ thể ở trạng thái nghỉ
ngơi hoàn toàn.
Loài động vật Lƣợng pr tối thiểu
(g/kgP/ngày đêm)
Cừu 1,00
Lợn 1,00
Ngựa 0,70-1,42
Bò cạn sữa 0,60-0,70
Bò đang tiết sữa 1,00
Người 1,00-1,50
I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật
• Acid amin có sự trao đổi riêng
I. Đặc điểm trao đổi protein ở động vật
• Sinh tổng hợp protein cũng có nét đặc trƣng 
khác biệt.
II. TIÊU HÓA VÀ HẤP THU
• 2.1. Tiêu hóa protein ở động vật dạ dày đơn
2.1. Tiêu hóa protein ở động vật dạ 
dày đơn
• Dạ dày:
– Pepsin: thủy phân lk peptide có nhóm amin của aa có nhân 
thơm (Phe, Tyr và Trp). 
– Pepsin không thủy phân được keratin.
– Chymosin (rennin) trong dạ dày gia súc non chuyển hóa casein 
→ paracasein.
• Ruột non:
– Trypsin (pH: 7-8): thủy phân lk peptide có nhóm –CO- của aa 
kiềm tính như Lys và Arg.
– Chymotrypsin (pH: 8): thủy phân lk peptide có nhóm –CO- của 
aa Phe, Tyr và Trp.
– Carboxypeptidase: thủy phân lk đầu C của chuỗi peptide.
– Aminopeptidase: thủy phân lk đầu N của chuỗi peptide.
– Protaminase, prolinase.
2.2. Hấp thu protein và amino acid ở động vật 
dạ dày đơn
2.2. Hấp thu protein và amino acid ở động vật 
dạ dày đơn
2.3. Chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ ở 
động vật nhai lại
III. CHUYỂN HÓA AMINO ACID
• 3.1. Các phản ứng điển hình trong phân
giải acid amin
– Phản ứng khử amin oxy hóa
• Khử amin oxy hóa của glutamate
• Khử amin oxy hóa của các acid amin khác
– Phản ứng chuyển amin
– Phản ứng khử nhóm carboxyl
Khử amin oxy hóa của glutamate
• Glutamate khi vào ty thể, nhờ enzyme 
glutamate dehydrogenase có coenzyme 
NAD+ (chiếm ưu thế) hoặc NADP+.
Khử amin oxy hóa của các acid amin khác
• Xảy ra ở bào tương, nhờ enzyme oxidase 
có nhóm ghép là FMN.
Phản ứng chuyển amin
• Enzyme transaminase có nhóm ghép pyridoxal 
phosphate (PLP) là dẫn xuất của vitamin B6
Glutamate:Oxaloacetate Transaminase (GOT) 
hoặc Aspartate Transaminase
Glutamate-Pyruvate Transaminase (GPT) or 
Alanine Transaminase
• Alanine là một aa quan trọng được giải phóng từ mô cơ 
khi cơ thể bị đói kéo dài.
• Alanine là một cơ chất quan trọng cho quá trình tổng 
hợp đường, phản ứng chuyển amine của anlanine rất 
cần thiết cho sự duy trì nồng độ glucose trong máu.
Phản ứng khử carboxyl
• Xúc tác bởi decarboxylase có nhóm ghép 
là pyridoxalphosphate (PLP) dẫn xuất của 
vitamin B6.
Một số amine hữu cơ quan trọng
AA Amine Ý nghĩa
Serine Etanolamine Cấu tạo các phospholipid
Cysteine Cysteamine Cấu tạo CoA
Histidine Histamine Tăng tiết dịch vị, các phản ứng dị ứng
Lysine Cadaverin Cấu tạo ribosom, là chất độc
Glutamate GABA Ảnh hưởng đến hoạt động thần kinh
3.2. Bài tiết các hợp chất chứa nitơ
3.2. Bài tiết các hợp chất chứa nitơ
• 3.2.1. Tổng hợp và bài tiết urê
• Hầu hết động vật thủy sinh đào thải trực
tiếp NH4
+ vào môi trường.
• Ở động vật có vú dạng chất bài tiết chính
của NH4
+ là urê và alantoin.
• Ở chim và bò sát sản phẩm bài tiết chính
là acid uric dưới dạng urate (Na+, K+) ít
hòa tan.
- Diễn ra ở ty thể và ở tế bào chất
của tế bào gan ở động vật bài
tiết ure.
- Một N của urea được lấy từ Asp.
- Một N được lấy từ NH4
+.
- Một O được lấy từ CO2.
- Ornithine hoạt động như chất
mang các phân tử trong quá
trình tổng hợp urea.
Nguồn gốc các phân tử
Ý nghĩa
• NH4
+ là sản phẩm của quá trình phân giải amino 
acids.
• NH4
+ là nguyên liệu cần thiết cho tế bào tổng hợp
các hợp chất chứa N.
• Khi thừa NH4
+ dẫn đến tình trạng ngộ độc. 
• Lượng NH4
+ dư sẽ được chuyển hóa thành ure
thông qua vòng ure và được đào thải ra ngoài cơ
thể. Khoảng 80% lượng N bị thải ra ngoài cơ thể
qua vòng urea.
3.2.2. Tổng hợp và bài tiết acid uric
• Acid uric là dạng bài tiết chất cặn bã chứa nitơ chủ 
yếu của các loài chim, bò sát và các loài nhuyễn thể.
• NH4
+ bài tiết kết hợp với glutamate, tạo thành 
glutamine, chất này cùng aspartate, glycine, formate 
và CO2 tạo thành gốc kiềm purine, rồi gốc kiềm purine 
sẽ phân giải để cho ra acid uric
• Nguồn gốc của nitơ trong phân tử acid uric:
3.3. Sự chuyển hóa các bộ khung C 
của amino acid
IV. SINH TỔNG HỢP AMINO ACID
• 4.1. Vòng luân chuyển nitơ trong tự nhiên
4.2. Tổng hợp acid amin
• Thực vật: tổng hợp tất cả các aa từ các nguồn nitơ như 
NH4
+, NO3
- hay NO2
- (VD: cây họ đậu, nhờ các vsv cố 
định nitơ cộng sinh, có thể t/hợp được aa từ N2
• VSV: khả năng tổng hợp aa khác nhau. Phần lớn cần 
NH4
+ làm nguồn nitơ; một số vsv giống như th/vật, có 
kh/năng s/dụng NO3
- , t/hợp được tất cả các aa. Với một 
số loài, một số aa cũng là EAA.
• Động vật sử dụng N hữu cơ trong các aa để t/hợp các 
aa. Nhiều loại aa không được t/hợp ở ĐV; ĐV nhận các 
aa này qua TĂ. Đây là các EAA.
Khái quát về sinh tổng hợp các acid amin
Đặc điểm của quá trình sinh tổng hợp aa
• Bộ khung carbon của aa bắt nguồn từ các 
sản phẩm trung gian của q/trình đường 
phân, vòng pentosephosphate hay vòng 
Krebs.
• Sự tổng hợp một số aa bắt nguồn từ 
những tiền chất chung và qua nhiều SPTG 
giống nhau.
• Có 6 con đường STH các amino acid:
Các con đƣờng tổng hợp amino acid
V. SINH TỔNG HỢP PROTEIN
• 5.1. Các yếu tố tham gia vào quá trình
sinh tổng hợp protein
– RNA thông tin (mRNA) và mã di tryền.
– RNA vận chuyển (transfer RNA, tRNA)
– Ribosome
– Các enzyme
– Các yếu tố mở đầu, kéo dài và kết thúc
– Năng lượng và các cation cần thiết cho quá trình dịch
mã
– Các aa là nguyên liệu để tổng hợp nên chuỗi 
polypeptide của phân tử protein
RNA thông tin (mRNA) và mã di tryền
RNA vận chuyển (transfer RNA, tRNA)
Cấu trúc bậc II 
của tRNA
Cấu trúc không gian 3 chiều của tRNA 
ở nấm men
Ribosome
Các yếu tố mở đầu, kéo dài và kết thúc
Prokaryote (E. coli) Eukaryote
Vai trò Vai trò
Yếu tố mở đầu
IF1 Phân ly ribosome
Tạo thuận lợi cho liên kết của tổ hợp
fMet-tRNA-IF2.GTP
eIF-1 Gắn mRNA, ổn định phức hợp mở
đầu
IF2 Gắn f.Met-tRNA vào 30S, hoạt tính
GTPase
eIF-2
eIF-2α
eIF-2
eIF-2γ
Gắn Met-tRNA vào 40S
IF3 Gắn mRNA vào 30S eIF-2B (từ α
đến )
Tái tạo IF2.GTP từ IF2.GDP
eIF-3 Ổn định phức hợp mở đầu
eIF-4 (từ A
đến F)
Nhận biết và gắn mRNA vào 40S,
ổn định phức hợp mở đầu.
eIF-5 Giải phóng eIF-2 và eIFF-3 từ
phức hợp mở đầu, gắn 60S.
Yếu tố kéo dài
EF-Tu Gắn aa-tRNA vào phức hợp dịch mã,
GTPase
eEF-1 (từ α
đến γ)
Gắn aa-tRNA vào phức hợp dịch
mã, GTPase
EF-Ts Tái tạo EF-Tu.GTP eEF-2 Tái tạo eEF-Tu.GTP
EF-G Chuyển vị, GTPase eEF-G Chuyển vị, GTPase
Yếu tố kết thúc
RF1
RF2
Kết thúc kéo dài, giải phóng tRNA,
RF2 có hoạt tính GTPase
eRF Tách rời sợi polypeptide được tổng
hợp khỏi tRNA
RF3 Kích thích liên kết và giải phóng
RF1 và RF2 khỏi ribosome
RRF Giải phóng ribosome khỏi mRNA
5.2. Cơ chế sinh tổng hợp protein
• Giai đoạn hoạt hóa amino acid
• Tạo phức hợp mở đầu
• Kéo dài chuỗi polypeptide
• Giai đoạn kết thúc
• Biến đổi sau dịch mã
Các thành viên tham gia 5 giai đoạn sinh 
tổng hợp protein
Giai đoạn Ở tế bào Procaryote Ở tế bào Eukaryote
1. Hoạt hóa
Acid amin
20 loại acid amin, 20 loại
aminoacyl-tRNA synthetase, 
tRNA, ATP, Mg++
20 loại acid amin, 20 loại aminoacyl-
tRNA synthetase, tRNA, ATP, Mg++
2. Mở đầu f.Met-tRNA, Mã AUG trên mRNA, 
ribosome 30S, 50S. Các yếu tố mở
đầu: IF1, IF2, IF3, GTP, Mg++
Met-tRNA, Mã AUG trên mRNA, 
ribosome 40S, 60S. Các yếu tố mỡ
đầu: eIF2, eIF 4a, eIF 4c, eIF3, eIF5, 
GTP, Mg++
3. Kéo dài Ribosome 70 S hoạt động,
Aminoacyl-tRNA t/ ứng với mã,
Yếu tố kéo dài: EF.Tu, EF.Ts, 
EF.G; peptidyl transferase, GTP, 
Mg++
Ribosome 80 S hoạt động,
Aminoacyl-tRNA tương ứng với mã,
Yếu tố kéo dài: eEF1 , eEF1, eEF2, 
peptidyl transferase, GTP, Mg++
4. Kết thúc Mã kết thúc, Các yếu tố giải phóng: 
RF1, RF2, RF3, ATP
Mã kết thúc, Yếu tố giải phóng: eRF, 
GTP, peptidyltransferase
5. Cải biến
sau dịch mã
Các enzyme đặc biệt và các yếu tố
cho sự tách rời của đoạn mở đầu
chuỗi polypeptide
Các enzyme đặc biệt và các yếu tố cho
sự tách rời của đoạn mở đầu chuỗi
polypeptide
Giai đoạn hoạt hóa amino acid
Tạo phức hợp mở đầu
Prokaryote Eukaryote
mRNA gắn với
tiểu phần nhỏ
Đoạn Shine-Dalgarno
trước mã mở đầu AUG 
gắn với đoạn bổ sung 
của rRNA 16S
Mũ 5’ (5’cap) của
mRNA gắn các yếu tố
eIF và tiểu phần 40S 
chứa tRNAMet, mRNA 
được quét tới khi gặp
mã AUG mở đầu.
Ribosome 70S 80S 
Acid amin mở đầu Formyl-methionine
(fMet)
Methionine (Met)
Các yếu tố mở đầu Ba yếu tố (IF1, IIF2
và IF3)
Nhiều, trên 10 yếu tố eIF
Chức năng của các yếu tố mở đầu
Yếu tố Chức năng
Procaryote:
IF-1 gắn tRNA vào khu A.
IF-2 Làm thuận lợi cho fMet-tRNAfMet gắn vào 30S, hoạt tính GTPase.
IF-3 Gắn với 30S, làm tăng tính đặc hiệu của khu P đối với fMet-tRNAfMet.
Eukaryote:
eIF2 Gắn Met-tRNAMet với tiểu phần 40S.
eIF2B, eIF3 Gắn các yếu tố đầu tiên với tiểu phần 40S, làm thuận lợi cho các bước
tiếp theo.
eIF4A Hoạt tính RNA helicase loại bỏ cấu trúc thứ cấp trong mRNA cho phép
liên kết với tiểu phần 40S; một phần của phức hợp eIF4F.
eIF4B Gắn với mRNA, làm thuận lợi cho việc quét mRNA để xác định vị trí
codon AUG đầu tiên.
eIF4E Gắn với mũ 5’CAP của mRNA; một phần của phức hợp eIF4F
eIF4G Gắn với eIF4E và với PAB (polyA binding protein); một phần của
phức hợp eIF4F.
eIF5 Thúc đẩy một số yếu tố mở đầu khác tách khỏi tiểu phần 40S chuẩn bị
cho tiểu phần 60S bám vào để tạo phức hợp mở đầu 80S.
eIF6 Phân li ribosome 80S không hoạt động thành 2 tiểu phần 40S và 60S.
Kéo dài chuỗi polypeptide
Gắn aa-tRNA 
tiếp theo ở khu A
Hình thành liên kết peptide
Chuyển vị
Giai đoạn kết thúc
• Sự tổng hợp polypeptide kết
thúc khi xuất hiện 1 trong các
codon kết thúc trên mRNA 
(UAA,UAG,UGA)
• Yếu tố tách rời: 
– RF1: nhận biết UAA, UAG
– RF2: nhận biết UAA, UGA
– RF3: gắn GTP
• Enzyme peptidyl transferase
thuỷ phân liên kết peptide (giữa
polypeptide và tRNA ở vị trí P).
• Ribosom 70S 30S + 50S 
 tham gia tổng hợp một pr mới.
Biến đổi sau dịch mã
• Hầu hết các protein được loại bỏ acid
amin mở đầu.
• Nhiều protein được tổng hợp ở dạng tiền
chất (chưa hoạt động), chúng sẽ được
sửa đổi để trở thành dạng có hoạt tính.
– Các protease tuyến tụy như chymotrypsin, 
trypsin và hormone insulin.
• Thay đổi của acid amin riêng biệt trong
chuỗi polypeptide.
– Nhóm OH của Ser, Thr hay Tyr trong một số
polypeptide được phosphoryl hóa bởi ATP.
Biến đổi sau dịch mã
• Gắn thêm nhóm ghép
– Biotin trong enzyme acetyl-CoA-carboxylase 
hoặc heme trong cytochrome c
• Tạo thành liên kết disulfide
– Các protein ra ngoài từ tế bào có nhân sau
thường hình thành các cầu disulfide giữa 2 
cysteine trong một chuỗi hoặc giữa các chuỗi
polypeptide