Chuyên đề 1 : Enzym : cách gọi tên , phân loại , tính chất đặc hiệu , cấu trúc phân tử , tác dụng ,động học enzym , các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzym , cấu tạo và cơ chế hoạt động 1 số coenzym

1. Cách gọi tên : 4 cách - Tên cơ chất + ase : urease, proteinase - Tên tác dụng + ase : oxidase , aminotransferase , decarboxylase - Tên cơ chất, tác dụng + ase : lactatdehydrogenase , tyrosin

decarboxylase - Tên thường gọi : pepsin , trypsin , chymotrypsin …2. Phân loại a. Enzym oxy hóa khử : xúc tác phản ứng oxy hóa và khử , nghĩa là các

phản ứng có sự trao đổi H hoặc điện tử theo phản ứng tổng quát : AH2+ B A + BH2

- Gồm : o Các dehydrogenase : sử dụng các phân tử ko phải oxy (VD: NAD+)

làm chất nhận điện tử . VD: lactat dehydrogenase ….o Các oxidase :sử dụng oxy như 1 chất nhận điện tử nhưng ko tham

gia vào thành phần cơ chất . VD: cytochrom oxidase …o Các reductase : đưa H và điện tử vào cơ chất . VD: β- cetoacyl –

ACP reductase o Catalase : xúc tác phản ứng 2H2O2 O2 + 2H2Oo Các peroxidase : xúc tác phản ứng :H2O2 +AH2 A + 2H2O o Các oxygenase (hydroxylase ) :gắn 1 nguyên tử O vào cơ chất .

VD: cytochrom P-450 xúc tác phản ứng : RH+ NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O

b. Enzym vận chuyển nhóm (transferase ): lxúc tác phản ứng vận chuyển 1 nhóm hóa học( ko phải H) giữa 2 cơ chất : AX + B A + BX

- Gồm :o Các aminotransferase : chuyển nhóm –NH2 tử acid amin vào acid

cetonic . VD: aspartat transaminase , alanin transferase …o Transcetolase và transaldolase : chuyển đơn vị 2C và 3C vào cơ

chất . VD: transscetolase , transaldolase ….o Các acyl-, metyl- , glucosyl –transferase , phosphorylase : chuyển

các nhóm tương ứng vào cơ chất . VD: acyl CoA – cholesterol acyl transferase (ACAT) , glycogen phosphorylase …

o Các kinase : chuyển gốc –PO3 từ ATP vào cơ chất .VD: hexokinase o Các thiolase : chuyển nhóm CoA –SH vào cơ chất .VD: acyl –CoA

acetyltransferase( thiolase )..o Các polymerase : chuyển các nucleotid từ các nucleotide

triphosphat (NTP) vào phân tử ADN hoặc ARN .VD: các ADN polymerase , các ARN polymerase

c. Enzym thủy phân (hydrolase ) : xúc tác phản ứng cắt đứt liên kết của chất hóa học bằng cách thủy phân ,có sự tham gia của phân tử nước :

AB+ H2O AH + BOH

Hóa sinh Hà 2012

- Gồm :o Esterase : thủy phân liên kết este .VD: triacylglycerol lipase o phosphatase : thủy phân lk este phosphat , tách–PO3- khỏi cơ chất o Các phospholipase : thủy phân lk este phosphat trong phospholipid o Các protease :thủy phân lk peptid trong phân tử protein o Các amidase :thủy phân lk N-osid . VD: nucleosidase o Các desaminase :thủy phân lk C-N , tách nhóm amin ra khỏi cơ chất

.VD: adenosin desaminase , guanin desaminase o Các glucosidase :thủy phân lk glycosid o Các nuclease : thủy phân các lk este phosphat trong ADN , ARN

d. Enzym đồng phân (isomerase ) : xúc tác cho phản ứng biến đổi giữa các dạng đồng phân của chất hóa học . pứ : ABC ACB

- gồm : o racemase : chuyển dạng đồng phân giữa dãy D và L o các epimerase : chuyển dạng đồng phân epi .VD: ribose 5-phosphat

epimerase o các isomerase : chuyển dạng giữa nhóm ceton và nhóm

aldehyd .VD: phosphopentose isomerase o các mutase :chuyển nhóm hóa học giữa các nguyên tử trong 1

phân tử e. Enzym phân cắt(lyase ) : còn gọi là enzym tách nhóm, là loại enzym

xúc tác cho phản ứng chuyển đi 1 nhóm hóa học khỏi 1 cơ chất mà ko có sự tham gia của phân tử nước , phản ứng tổng quát :AB A+B

- Gồm o Các decarboxylase :tách phân tử CO2 từ cơ chất .VD: pyruvat

decarboxylase ..o Các aldolase :tách 1 phân tử aldehyd từ cơ chất .VD: aldolase xúc

tác phản ứng tách fructose 1,6 –diphosphat thành GAP và DHAP o Các hydratase :gắn 1 phân tử H2O vào cơ chất .VD: fumarase o Các dehydratase :tách 1 phân tử H2O khỏi 1 phân tử cơ chất .VD:

β-hydroxyacyl-ACP dehydratase ..o Các lyase :tách đôi 1 phân tử mà ko có sự tham gia của H2O .VD:

arginosuccinase o Các synthase : gắn 2 phân tử mà ko cần ATP .VD: ATP synthase ,

citrat synthase , glycogen synthase , acid béo synthase …f. Enzym tổng hợp ( ligase hoặc synthetase ): là loại enzym xúc tác cho

phản ứng gắn 2 phân tử với nhau thành 1 phân tử lớn hơn , sử dụng ATP hoặc các nucleosidetriphosphat khác để cung cấp NL , phản ứng :

- Gồm :

o Các synthetase : gắn 2 phân tử cần ATPHóa sinh Hà 2012

o Các Carboxylase : gắn CO2 vào cơ chất .VD: pyruvat carboxylase…o Ligase :gắn 2 đoạn nucleotid với nhau .VD: ADN ligase

3. Cấu trúc phân tử enzym a. Thành phần cấu tạo của enzym - Thành phần cấu tạo của enzym :

o Các enzym là các protein có KLPT 12.000 đến hàng triệu Dalton (Da) . Chia 2 loại : enzym thuần và enzym tạp

Enzym thuần(enzym 1 thành phần ) : ko đòi hỏi các nhóm hóa học cho hoạt động của chúng , phân tử chỉ do các gốc acid amin tạo nên

Enzym tạp (enzym 2 thành phần ):đòi hỏi thành phần hữu cơ cho hoạt động của chúng, tức là ngoài thành phần protein , phân tử enzym còn có chất cộng tác (cofactor ) là các ion như Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ ,…hoặc là 1 phân tử chất hữu cơ hoặc phức hợp hữu cơ kim loại , cấu tạo nên . Một số phân tử enzym đòi hỏi cả coenzym và ion kim loại cho hoạt động của chúng . Trong phân tử enzym tạp (còn gọi là holoenzym ), phần protein gọi là apoenzym , phần chất cộng tác gọi là cofactor : Holoenzym = Apoenzym + cofactor

o Phần apoenzym mang những đặc tính cơ bản của enzym , phần coenzym hoặc ion KL là chất phối hợp của enzym , có vai trò bổ sung khả năng phản ứng và khả năng xúc tác cho phân tử enzym

o Coenzym thường có trong thành phần các enzym thuộc loại oxh khử và enzym vận chuyển nhóm thiếu coenzym thì enzym loại này ko hoạt động . Các coenzym thường là các vitamin và dẫn xuất của chúng . 1 số coenzym gắn chặt vào phân tử enzym , ko thể tách ra được gọi là nhóm phụ .

o Những enzym chứa KL hoặc cần KL cho hoạt động của nó gọi là enzym KL (metalloenzym ) .Vai trò của KL là :

Tham gia trực tiếp vào phản ứng xúc tác của enzym Hoạt động như 1 chất oxh-khử Tạo thành phức hợp với cơ chất VD:

cytochrom oxidase , catalase , peroxidase chứa Fe++

/Fe+++ cytochrom oxidase chứa cu++

carbonic anhydrase , alcol dehydrogenase chứa Zn ++ hexokinase ,G-6-phosphatase ,pyruvat kinase chứa Mg+

+

Glutathion peroxidase chứa Se3+ - Trung tâm hoạt động của enzym

o Là 1 vùng đặc biệt của enzym có tác dụng gắn với cơ chất để xúc tác cho phản ứng làm biến đổi cơ chất thành sản phẩm . Mỗi enzym có 1,2 hoặc vài trung tâm hoạt động . Trung tâm hoạt động gồm những nhóm hóa học và những liên kết tiếp xúc trực tiếp với

Hóa sinh Hà 2012

cơ chất hoặc ko tiếp xúc trực tiếp với cơ chất nhưng có chức năng trực tiếp trong quá trình xúc tác

o Cấu tạo trung tâm hoạt động thường gồm các aa có các nhóm hóa học có hoạt tính cao như serin (nhóm –OH), cystein ( -SH), glutamic ( nhóm γ- COO- ), lysin ( nhóm ε- NH3+ ), histidin (nhóm imidazol + ), tryptophan (nhóm indol+ ) … là những nhóm phân cực hoặc ion hóa , có khả năng tạo liên kết H hoặc ion với cơ chất

o Quan hệ giữa trung tâm hoạt động và cơ chất, có 2 giả thuyết Thuyết “ ổ khóa và chìa khóa” : tương tác giữa enzym E và

cơ chất S, nghĩa là sự gắn giữa enzym và cơ chất để tạo thành phức hợp enzym –cơ chất ES giống như quan hệ giữa “ổ khóa” và “chìa khóa” , nghĩa là enzym nào thì chỉ xúc tác đúng cơ chất đó . Thuyết này chỉ giải thích được tính đặc hiệu tuyệt đối của enzym nhưng ko giải thích được tính đặc hiệu tương đối của enzym

Thuyết “mô hình cảm ứng ko gian” giải thích tính đặc hiệu tương đối của enzym : Trung tâm hoạt động của enzym E có tính mềm dẻo và linh hoạt , có thể biến đổi về cấu hình ko gian trong quá trình tương tác với cơ chất S sao cho phù hợp với cấu hình ko gian của cơ chất, để có thể tạo thành phức hợp enzym –cơ chất ES

b. Các dạng cấu trúc của phân tử enzym - Enzym đơn chuỗi và enzym đa chuỗi

o Enzym có thể do 1 hay nhiều chuỗi tạo nên o Enzym đơn chuỗi (monomer) là enzym chỉ do 1 chuỗi pp tạo nên .

VD: lysozym , lipase , pepsin , chymotrypsin …o Enzym đa chuỗi (oligomer hoặc polymer ) là enzym do 2 hay nhiều

chuỗi pp tạo nên . VD: AST có 2 chuỗi , ALP có 2 chuỗi , creatin kinase (CK) có 2 chuỗi , hexokinase (HK) có 2 chuỗi ,LDH 4 chuỗi…

- Enzym dị lập thểo Là enzym mà ngoài trung tâm hoạt động còn có 1 hoặc vài vị trí dị

lập thể ; trung tâm hoạt động tiếp nhận cơ chất để xúc tác cho phản ứng enzym trong khi vị trí dị lập thể tiếp nhận yếu tố dị lập thể để điều chỉnh hoạt động xúc tác của enzym .Về cấu tạo phân tử , enzym dị lập thể có thể đơn hoặc đa chuỗi ; có loại vị trí dị lập thể (+) , có loại vị trí dị lập thể (-) hoặc có cả 2 .

o Khi vị trí dị lập thể (+) tiếp nhận yếu tố dị lập thể dương A (chất hoạt hóa :activator ) thì cấu hình enzym thay đổi theo hướng có lợi , enzym được hoạt hóa , ái lực với cơ chất tăng enzym gắn vào cơ chất tạo phức enzym –cơ chất tốt hơn , v phản ứng tăng lên

o Khi vị trí dị lập thể (-) tiếp nhận yếu tố dị lập thể âm I (chất ức chế :inhibitor ) thì cấu hình enzym thay đổi theo hướng có hại , enzym bị ức chế, ái lực với cơ chất giảm v phản ứng giảm

o Thông thường : chất hoạt hóa dị lập thể là những chất đứng trước cơ chất trong chuỗi phản ứng , trong khi chất ức chế dị lập thể là

Hóa sinh Hà 2012

những chất đứng sau chuỗi phản ứng hoặc là sản phẩm cuối cùng của chuỗi phản ứng . VD: con đường đường phân , enzym phospho fructokinase là 1 enzym dị lập thể, được hoạt hóa bởi yếu tố dị lập thể dương là ADP và AMP, bị ức chế bởi yếu tố dị lập thể âm là ATP và citrat

- Các dạng đồng phân của enzym (isoenzym hoặc isozym ) o Trong cùng 1 loài , cùng 1 cơ thể, có những enzym tuy cùng xúc

tác 1 loại phản ứng hóa học nhưng tồn tại dưới những dạng phân tử khác nhau , có tính chất lí hóa khác nhau Dạng phân tử khác nhau của 1 loại enzym gọi là isoenzym hoặc isozym .

o VD1: LDH có 4 tiểu đơn vị là 4 chuỗi pp . CÁc chuỗi này gồm 2 loại do 2 gen khác nhau tổng hợp : chuỗi nguồn gốc tim (H) và chuỗi nguồn gốc cơ (M) sự tổ hợp giữa 2 loại chuỗi pp tạo thành 5 dạng phân tử LDH khác nhau , có hằng số Michaelis (km) và tốc độ phản ứng tối đa (V max ) khác nhau

LDH1 : 4 chuỗi HHHH gọi là isoenzym kiểu tim LDH2: HHHM LDH3: HHMM LDH4: HMMM LDH5: MMMMgọi là isoenzym kiểu gan

o VD2: creatinkinase (CK) do 2 chuỗi pp tạo nên : 1 nguồn não (B) , 1 nguồn cơ (M) 3 loại isoenzym : CK-BB; CK-MB; CK-MM

- Các tiền chất của enzym o 1 số enzym sau khi tổng hợp còn ở dạng chưa có hoạt tính gọi là

các tiền enzym (proenzym hoặc zymogen ) . Khi được bài tiết vào môi trường khắc nghiệt của cơ thể sẽ bị thủy phân , cắt đi 1 đoạn pp vốn che lấp trung tâm hoạt động để bảo vệ trung tâm hoạt động , làm cho enzym hoạt hóa, trở thành enzym hoạt động

o Các tiền enzym có tiếp vĩ ngữ ogen : pepsinogen , trypsinogen , chymotrypsinogen vào đường tiêu hóa được thủy phân loại bớt 1 đoạn peptid thành …

o Tiền enzym có tiếp đầu ngữ “pro” : VD: prothrombin Thrombin - Phức hợp đa enzym

o Là 1 phức hợp gồm nhiều enzym khác nhau nhưng có liên quan với nhau trong 1 quá trình chuyển hóa nhất định, kết tụ với nhau thành 1 khối nhiều enzym . Không thể tách riêng từng enzym trong phức hợp đa enzym vì nếu tách riêng các enzym trong phức hợp sẽ bị biến tính và mất hoạt tính . Sự kết tụ các enzym tạo phức hợp đa enzym có tác dụng tăng cường sự cộng tác của các enzym khác nhau trên 1 quá trình hoặc chuỗi chuyển hóa gồm nhiều phản ứng , làm tăng hiệu lực và hiệu quả xúc tác

o VD: phức hợp đa enzym pyruvat dehydrogenase xúc tác phản ứng biến pyruvat thành acetyl CoA gồm 3 enzym : pyruvat dehydrogenase , dihydrolipoyl transacetylase và dihydrolipoyl dehydrogenase với 4 coenzym là TPP, a.lipoic, coenzym A và NAD+

Hóa sinh Hà 2012

4. Cấu trúc và chức năng của các coenzym - Các coenzym có chức năng là tham gia cùng enzym trong quá trình xúc tác .Coenzym thường có ái lực với enzym cũng tương tự ái lực của enzym với cơ chất coenzym có thể coi như cơ chất thứ 2 . TH khác , coenzym được gắn đồng hóa trị với enzym và có chức năng như hoặc gần như vị trí hoạt động trong quá trình xúc tác 4.1 Các coenzym oxh khử a. Các coenzym Niacin (nicotinic acid : vitamin B 3 ) : NAD + và NADP + : - Nacitin là acid pyridin 3-carboxylic , có thể được biến đổi thành 2

coenzym chủ yếu tham gia vào loại enzym oxh-khử . 2 coenzym này là nicotinamid adenin dinucleotid (NAD +) và nicotinamid adenin dinucleotid phosphat ( NADP+ ). Cấu trúc của coenzym NADP+ khác với NAD+ ở chỗ có thêm 1 gốc phosphat ở vị trí 2’ của ribose trong phân tử adenosin monophosphat

- Chức năng : vận chuyển 2 điện tử và 1 H+ giữa chất cho và chất nhận H trong phản ứng oxh-khử xúc tác bởi enzym dehydrogenase . Tuy nhiên có enzym dehydrogenase cần NAD+, có loại cần NADP+ trong khi xúc tác.

Công thức chữ và cơ chế phản ứng của coenzym NAD+ b. Các coenzym Flavin (vitamin B2): FMN và FAD

công thức chữ và cơ chế hoạt động của coenzym (FAD)- Có 2 dạng coenzym của riboflavin là flavin mononucleotid (FMN) và flavin

adenin dinucleotid . Vitamin riboflavin chứa 1 dị vòng , isoalloxazin (flavin ), nối qua nguyên tử N-10 đến 1 alcol là ribitol . FMN có 1 gốc phosphat ở vị trí 5’ của ribitol trong phân tử riboflavin .FAD có cấu trúc tương tự NAD+ , nhưng có adenosin liên kết qua pyrophosphat gắn với dị vòng riboflavin

- Cả FMN và FAD đều có chức năng tham gia phản ứng oxh hóa khử = cách trao đổi 2 điện tử và 2 H+ ở vòng isoalloxazin

Hóa sinh Hà 2012

c. Các porphyrin Fe2+ ( còn gọi là coenzym hem ): - coenzym hem là coenzym của hệ thống cytochrom , của enzym catalase,

peroxidase , monooxygenase và dioxygenase - Vai trò : vận chuyển điện tử nhờ khả năng biến đổi thuận nghịch giữa Fe2+

và Fe3+ : Fe2+ - e <-> Fe3+ - Các phản ứng được xúc tác bởi các loại coenzym hem

o 2 điện tử được vận chuyển từ cytochrom b sang cytochrom c trong chuỗi hô hấp tế bào

o Phản ứng phân hủy H2O2 xúc tác bởi catalase

o Phản ứng phân hủy H2O2 xúc tác bởi peroxidase đòi hỏi kèm theo

1 cơ chất dạng khử

o Phản ứng oxygen hóa 1 cơ chất ( thuốc hoặc chất xenobiotic ) xúc

tác bởi monooxygenase (thuộc hệ cytochrom P-450) có coenzym là cytochrom P-450 là 1 loại coenzym hem và đòi hỏi 1 coenzym dạng khử là NADPH+H+ như sau

Phản ứng này có tác dụng biến 1 chất độc ,ít tan thành ko độc hoặc tan nhiều hơn để đào thải khỏi cơ thể

o Các enzym dioxygenase xúc tác phản ứng peroxy hóa 1 cơ chất :

d. Acid lipoic - Là acid béo chứa 2 nhóm sulfur(-SH) gọi à acid 6,8- dithio-octanoic . Có

phổ biến trong các chất tự nhiên , tham gia vào phức hợp enzym khử carboxyl oxh của acid pyruvic và acid α-ceto glutaric cùng các coenzym khác như TPP, coenzym A , FAD và NAD+

4.2 Các coenzym vận chuyển nhóm a. Thiamin pyrophosphat (TPP) vận chuyển nhóm CO2 - Trong thành phần TPP có thiamin là vitamin B1 - TPP là coenzym của các enzym có vai trò tách nhóm CO2 của các acid

α-cetonic như a.pyruvic , a.α-cetoglutaric - Sự thiếu thiamin ảnh hưởng chủ yếu TK ngoại biên , đường tiêu hóa và

hệ thống tim mạch. Thiamin điều trị các bệnh như Beriberi , viêm TK do rượu , viêm TK do thai nghén …

b. Coenzym A vận chuyển nhóm acyl - Coenzym A(viết tắt CoA-SH) gồm acid pantotenin (vitamin B3) nối với 1

thioethanolamin tạo pantethein và nối với 1 gốc phosphat và với 1

Hóa sinh Hà 2012

nucleotid là adenosin monophosphat qua lk pyrophosphat . Coenzym A có vai trò trong chuyển hóa các acid béo , thể cetonic , acetat và các aa

- VD: coenzym A kết hợp acetat thành “acetat hoạt động “ là acetyl CoA , chất này có thể kết hợp a.oxaloacetat tạo a.citric , mở đầu chu trình Krebs , có thể tham gia vào sinh tổng hợp acid béo, sinh tổng hợp cholesterol và hormon steroid

c. S- adenosyl – methionin : tác dụng vận chuyển nhóm methyl –CH3d. Acid tetrahydrofolic (FH4): vận chuyển nhóm 1 nguyên tử Carbon e. Biotin : là coenzym của các enzym carboxylase, xúc tác sự gắn CO2

(gọi là sự carboxyl hóa ) f. Pyridoxal phosphat : là dẫn xuất của pyridoxin (vitamin B6 ) , là

coenzym của enzym trao đổi amin có vai trò chuyển nhóm amin của acid α-amin 1 cho 1 acid α-cetonic 2 để biến thành acid α-cetonic 1, còn acid α-cetonic 2 nhận nhóm amin để biến thành acid α-amin 2

Cơ chế hoạt động của enzym transaminase- Ngoài tham gia trao đổi amin , pyridoxal phosphat còn là coenzym của

các enzym khử carboxyl của 1 số aa như tyrosin arginin , a.glutamic ….Sản phẩm khử carboxyl của aa là các amin có hoạt tính sinh học . VD: khử carboxyl của a.glutamic tạo γ- amino butyric acid (GABA) là chất ức chế TK , khử carboxyl của histidin tạo histamin là 1 hormon của mô, làm tăng thấm mạch và gây dị ứng , sự hydroxy hóa cùng khử carboxyl của phenylamin và tyrosin tạo norepinephrin và epinephrin .

5. Cơ chế tác dụng của enzym a. Sự biến thiên năng lượng tự do ( G <0)- Năng lượng tự do của 1 hệ thống phản ứng là năng lượng có thể tạo ra

công có ích . Kí hiệu năng lượng tự do là G . 1 phản ứng hóa học chỉ có thể xảy ra theo chiều NL tự do giảm , biến từ chất có NL tự do cao thành chất có mức NL thấp hơn , nghĩa là đk cần của phản ứng hóa học là biến thiên năng lượng tự do phải âm ( G< 0)

Hóa sinh Hà 2012

A + B = C + D G1> G2 G = G2 – G1 < 0

- Tuy nhiên do vật chất có sức ỳ về mặt hóa học nên 1 phản ứng dù có G< 0 vẫn chưa tự xảy ra được

b. Sức ỳ về mặt hóa học của vật chất - Vật chất thường có sức ỳ về mặt hóa học do các yếu tố sau gây nên

o Yếu tố về entropy ( sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử vật chất )

o Lớp áo nước cản trở và có thể làm mất hoạt tính của cơ chấto Hình thể ko gian cồng kềnh của cơ chấto Sự sắp xếp chưa định hướng của các nhóm chức năng trên phân

tử enzym - Vì vậy , 1 số phản ứng hh dù có đk cần là G< 0 vẫn ko xảy ra , muốn

phản ứng xảy ra cần thêm đk đủ là cung cấp cho hệ thống phản ứng 1 NL để thắng sức ỳ về mặt hóa học của vật chất . NL cần cung cấp ấy gọi là NL hoạt hóa

c. Năng lượng hoạt hóa(activation energy :Ea) - Ea : là NL cần để nâng tất cả các phân tử của 1mol cơ chất ở 1 nhiệt độ

nhất định lên trạng thái chuyển tiếp (transition state ) ở đỉnh của hàng rào NL , để phản ứng enzym có thể xảy ra .

- ở trạng thái chuyển tiếp , mỗi phân tử cơ chất có thể sẵn sàng tham gia vào sự tạo thành sp phản ứng

d. Cơ chế tác dụng của enzym - Có 1 cách để cung cấp nhiều NL hơn cho phản ứng là làm tăng nhiệt độ ,

vì làm tăng tương tác giữa các phân tử, tuy nhiên điều này ko xảy ra trong đk sinh lí bthg

- Cơ chế tác dụng của enzym là làm giảm NL hoạt hóa của phản ứng để các cơ chất dễ dàng đạt được mức NL trạng thái chuyển tiếp, từ đó phản ứng có thể xảy ra .Tốc độ của phản ứng phụ thuộc số các phân tử cơ chất vượt qua hàng rào NL vào trạng thái chuyển tiếp

- Enzym làm giảm NL hoạt hóa của phản ứng bằng cách kết hợp với cơ chất tạo phức enzym –cơ chất (E-S ) theo phản ứng qua 2 bước sau :

E + S <-> ES E + P (a) (b)

- E là enzym , S là cơ chất, P là sản phẩm of phản ứng. Như vậy enzym biến 1 phản ứng hh đơn thuần thành 1 phản ứng hóa học qua 2 bước gồm phản ứng liên phân tử (a) và phản ứng nội phân tử (b) nhờ tạo thành phức hợp E-S , cả 2 phản ứng này đều đòi hỏi NL hoạt hóa thấp hơn nhiều so với phản ứng ko có xúc tác của enzym

- Cách làm giảm NL hoạt hóa của enzym là enzym kết hợp cơ chất tạo phức hợp E-S qua trạng thái chuyển tiếp E-S1* bằng những tương tác, tạo ra các lk yếu nhờ 1 NL hoạt hóa thấp, đồng thời giải phóng NL tự do . NL tự do được giải phóng này lại góp phần hoạt hóa phức hợp E-S để đưa phức hợp này vào trạng thái chuyển tiếp E-S2* với NL hoạt hóa cũng rất thấp để tạo sản phẩm P và E tự do , đồng thời cũng giải phóng NL tự

Hóa sinh Hà 2012

do . Như vậy , = cách tạo phức hợp E-S , enzym chỉ cần NL hoạt hóa rất nhỏ cũng có thể thúc đẩy phản ứng xảy ra , vì vậy , các phản ứng enzym dễ dàng xảy ra trong đk sinh lí cơ thể

6. Động học enzym a. Tốc độ phản ứng - Đn : tốc độ phản ứng của 1 enzym là lượng cơ chất bị biến đổi dưới tác

dụng của enzym ấy trong 1 phút ở nhiệt độ 25 độ C , dưới các đk được chuẩn hóa

- Đơn vị đo tốc độ phản ứng enzym : o Đơn vị quốc tế IU hoặc U , định nghĩa là lượng enzym làm biến đổi

1 μmol cơ chất thành sp trong 1 phút ở 25 độ C dưới các đk được chuẩn hóa

- Tốc độ ban đầu (v) o Tốc dộ ban đầu của 1 phản ứng enzym có nồng độ enzym , nồng

độ cơ chất, ở 1 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 chưa bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của nhiệt độ ,pH , nồng độ sp phản ứng

o Tốc độ ban đầu tăng lên 1 cách tuyến tính , sau đó cong đi .Hoạt độ enzym chỉ đo 1 cách chính xác ở tốc độ ban đầu , nghĩa là đo trong khoảng 5 phút đầu tiên của phản ứng

- Tốc độ cực đại o Với 1 nồng độ enzym thích hợp , nhiệt độ , pH thích hợp , khi nồng

độ cơ chất tăng lên thì tốc độ phản ứng tăng lên .Khi các phân tử enzym đều bão hòa cơ chất thì tốc độ phản ứng đạt tốc độ tối đa (Vmax)

b. Thuyết Michaelis – Menten - Là thuyết về vai trò của nồng độ cơ chất trong việc hình thành phức hợp

enzym – cơ chất ES- Sự liên quan nói chung giữa enzym,cơ chất và sp phản ứng :

- Giả thuyết của Michaelis –Menten về sự liên quan giữa v phản ứng và

nồng độ cơ chất được tính toán theo p/tr Michaelis –Menten

- ở đây : v: tốc độ phản ứng ; Vmax: tốc độ tối đa , [S] : nồng độ cơ chất ;

KM = hằng số Michaelis của enzym với cơ chất - khi nồng độ cơ chất thấp hơn KM rất nhiều ,trong ptr M-M ta có thể bỏ

[S] ở mẫu, ptr trở thành v= Vmax [S]/ KM , đây là ptr tuyến tính dạng y=ax , nghĩa là tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ cơ chất [S] .Lúc này phản ứng là phản ứng động học bậc 1 bởi v phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ cơ chất

Hóa sinh Hà 2012

- Khi nồng độ cơ chất tăng lên = Km thì ptr M-M trở thành v= Vmax /2 nghĩa là v phản ứng = 1/2 v tối đa

- Khi nồng độ cơ chất lớn hơn Km rất nhiều thì ta có thể bỏ Km ở mẫu số của ptr M-M ptr trở thành v= Vmax, có nghĩa là tốc độ phản ứng đạt tốc độ tối đa (Vmax) , lúc này tất cả các phân tử enzym đều bão hòa cơ chất , phản ứng đạt động học “ bậc không” vì dù có tiếp tục tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng cũng ko đổi và lúc này tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc nồng độ enzym

Hình vẽ : Đồ thị M-M về sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ cơ chất : Km là nồng độ cơ chất mà ở đó tốc độ phản ứng =1/2 tốc độ tối đa

- Ý nghĩa của các giá trị Km

o 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 ứng đạt bằng 1/2 tốc độ tối đa . Như vậy , Km được tính bằng mol/l

o Km là hằng số đặc trưng của mỗi enzym với mỗi cơ chất, nó thể hiện ái lực của enzym đối với mỗi cơ chất, KM càng nhỏ , ái lực của enzym với cơ chất càng lớn, vì chỉ cần lượng nhỏ cơ chất tốc độ phản ứng đã đạt 1/2 Vmax .KM càng lớn …(ngược lại)

o Muốn đạt được Vmax , nồng độ cơ chất phải >= 100 lần KM - Ý nghĩa của V max : tốc độ tối đa Vmax thể hiện số vòng quay của 1

enzym .Hằng số động học k2 được gọi là số vòng quay .Số vòng quay của 1 enzym là số phân tử cơ chất được biến đổi thành sp trong 1 đơn vị thời gian , khi enzym này được bão hòa đầy đủ với cơ chất

- Ptr và đồ thị Lineweaver – Burk :Vmax rất khó có thể được xác định 1 cách chính xác từ đồ thị hyperbol của M-M , vì vậy L-B đã cải tiến ptr M-M bằng cách nghịch đảo ptr này thu được ptr tuyến tính dạng y= ax+b như sau

= x +

Hóa sinh Hà 2012

- Ý nghĩa của đồ thị L-B: o Đồ thị này đã biến đồ thị hyperbol thành đồ thị tuyến tính (dạng

thẳng) , như vậy , từ đồ thị này có thể tìm KM và Vmax 1 cách dễ dàng

o Đồ thị này là công cụ để xác định pH và nhiệt độ tối ưu o Đồ thị này cũng là công cụ để xác định loại chất ức chế là chất ức

chế cạnh tranh hay ko cạnh tranh đối với 1 loại enzym nhất định7. Các yếu tố ảnh hưởng hoạt động của enzym a. Nồng độ cơ chất [S]: sự ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến hoạt động

của enzym được mô tả ở phần động học enzym với ptr và đồ thị M-Mb. Nồng đọ enzym [E]: - Nồng độ enzym cũng ảnh hưởng tốc độ phản ứng enzym . Đối với cùng

1 lượng cơ chất, tốc độ phản ứng enzym tăng khi tăng nồng độ enzym và ngược lại .Tuy nhiên , giá trị KM ko phụ thuộc vào nồng độ enzym

c. Nhiệt độ - Nhiệt độ tăngtăng v phản ứng hóa học do làm tăng sự chuyển động

của các phân tử ,tăng số va chạm hiệu quả của các phân tử enzym và cơ chất và cũng cung cấp NL cho phản ứng . Tuy nhiên sau khi đạt được Vmax, v phản ứng giảm dần vì enzym là protein nên nhiệt độ tăng dẫn tới biến tính proteinmất hoạt tính xúc tác của chúng .

- Hầu hết các enzym có 1 ranh giới nhiệt độ tối ưu giống như đk nhiệt độ sinh lý của cơ thể, sự biến tính xảy ra từ 40-50 độ và cao hơn .

- Thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cũng ảnh hưởng hoạt động của enzym . Enzym có thể chịu được nhiệt độ cao hơn trong thời gian ngắn . Ở ranh giới nhiệt độ enzym chưa bị biến tính , khi tăng 10 độ , v phản ứng tăng gấp 2 ,nghĩa là giá trị hệ số nhiệt độ Q10 bằng 2 .

- Như vậy kết quả phân tích enzym phải được nêu rõ thực hiện ở nhiệt độ nào và phải hiệu chỉnh theo nhiệt độ nếu cần .Các mẫu huyết tương có thể bảo quản lạnh trong 1 thời gian nhất định đến khi phân tích mà các enzym ko bị mất hoạt tính , tuy nhiên nếu gây đông lạnh rồi lại làm tan ra nhiều lần có thể gây biến tính protein

- Người ta phát hiện 1 số enzym bền với nhiệt có khả năng chịu nhiệt rất cao ở các vi khuẩn sống ở đáy biển nóng hoặc suối nước nóng…ứng dụng trong phản ứng chuỗi polymerase (PCR)

d. pH môi trường - Enzym là protein nên mang điện . Độ pH khắc nghiệt có thể gây biến tính

enzym hoặc ảnh hưởng đến trạng thái ion hóa của enzym , gây thay đổi

Hóa sinh Hà 2012

cấu trúc hoặc thay đổi điện tích trên các gốc aa ở trung tâm hoạt động .Vì vậy , mỗi enzym chỉ hoạt động trong 1 ranh giới pH đặc hiệu và hoạt động tối ưu ở 1 pH đặc hiệu .

- Hầu hết các phản ứng enzym sinh lí xảy ra trong 1 giới hạn pH khoảng 7 8 nhưng 1 số enzym hđộng trong 1 giới hạn pH rộng hơn 1 số khác .

e. các chất hoạt hóa - Là chất làm tăng tốc độ phản ứng enzym hoặc làm enzym ở trạng thái

ko hoạt động thành trạng thái hoạt động .Chúng thường là các phân tử nhỏ hoặc các ion, như là các KL (Ca2++ , Fe3+ , Mg2+ , Mn2+ , Zn2+ , K+ ) hoặc á kim (Br-, Cl-).

- Cơ chế hoạt động của chất hoạt hóa là tạo nên 1 vị trí hoạt động tích điện dương để có thể tác động vào các nhóm tích điện âm của cơ chất .Các chất hoạt hóa khác có vai trò làm thay đổi cấu hình ko gian của enzym , làm ổn định cấu trúc bậc 3 , bậc 4 của enzym , làm enzym dễ gắn cơ chất , cũng có thể có vai trò liên kết cơ chất với enzym hoặc coenzym , hoặc tạo ra sự oxh hoặc sự khử

- 1 số coenzym có vai trò như 1 chất hoạt hóa với 1 số enzym . VD: NAD +

là cofactor bị khử thành NADH trong đó cơ chất thứ nhất bị oxh f. Các chất ức chế : - Là chất khi gắn với enzym có tác dụng ức chế hoạt động enzym , nghĩa

là giảm hoặc mất hoạt tính của những enzym nhất định - ức chế cạnh tranh :

o là ức chế của những chất có cấu trúc tương tự cơ chất cạnh tranh cơ chất gắn vào trung tâm hoạt động của enzym . Ức chế cạnh tranh có thể thuận nghịch , vì vậy có thể được khắc phục sự ức chế cạnh tranh = cách tăng nồng độ cơ chất

o Từ đồ thị L-B , giá trị Vmax ko đổi nhưng giá trị Km là lớn hơn , chứng tỏ cần nồng độ cơ chất lớn hơn để đạt được động học bậc “0” do các ảnh hưởng của chất ức chế cạnh tranh

o VD: ở phản ứng succinat fumarat , cơ chất là succinat , enzym succinat dehydrogenase , các chất ức chế cạnh tranh với enzym succinat dehydrogenase là chất có cấu trúc gần giống succinat như oxalat, malonat , glutarat …

- ức chế ko cạnh tranh o Xảy ra khi chất ức chế này gắn vào enzym ở vị trí ko phải trung tâm

hđ . Sự gắn này có thể xảy ra với cả enzym và với cả phức hợp enzym –cơ chất tạo phức hợp EI và ESI

E + I = EI ES + I = ESI

o Sự gắn này gây 1 thay đổi cấu hình ko gian của cấu trúc phân tử enzym , làm cho trung tâm hoạt động cũng bị thay đổi , ko thể tiếp nhận đc cơ chất, nếu đã tiếp nhận cơ chất cũng ko thể biến đổi cơ chất thành sản phẩm . Sự tăng nồng độ cơ chất ko ảnh hưởng đến sự gắn của ức chế ko cạnh tranh vào phân tử enzym nên ko khắc phục được tình trạng ức chế bằng cách tăng nồng độ cơ chất .Do

Hóa sinh Hà 2012

đó ảnh hưởng của ức chế ko cạnh tranh trên động học phản ứng là giảm Vmax bởi tốc độ tối đa ko thể đạt được do enzym bị bất hoạt nhưng giá trị Km ko đổi .VD: chì , thủy ngân

- Ức chế phi cạnh tranh o 1 kiểu ức chế có khả năng thuận nghịch khác gọi là ức chế phi cạnh

tranh . Xảy ra khi 1 chất ức chế gắn vào phức hợp ES ở 1 vị trí khác với trung tâm hoạt động để hình thành phức enzym –cơ chất-chất ức chế (ESI) mà ko tạo sp P

o ES + I = EISo Sự tăng nồng độ cơ chất thực sự làm tăng sự ức chế bởi vì đã cung

cấp nhiều phức hợp ES hơn để chất ức chế gắn vào . Ảnh hưởng của chất ức chế phi cạnh tranh là giảm Vmax do bất hoạt enzym và giảm KM

Chuyên đề 2: Sự hô hấp tế bào1. Sự tạo thành CO2 , H2O - CO2 tạo thành do phản ứng khử carboxyl nhờ enzym decarboxylase

o RCOOH RH + CO2 o Phản ứng này ko giải phóng nhiều năng lượng

- H2O tạo thành nhờ 1 dây chuyền phản ứng : tách H2 khỏi cơ chất và vận chuyển H2 qua 1 chuỗi dài các chất trung gian , cuối cùng tới O2 . Trong quá trình này cả hydro và oxy đều được hoạt hóa thành các ion H+ và O2- hoạt động mạnh -> khi gặp nhau tạo H2O . Quá trình này giải phóng nhiều năng lượng

2. chuỗi vận chuyển điện tử - Phức hợp 1 : NADH –CoQ reductase

o Điện tử từ NADH FMN trung tâm sắt lưu huỳnh CoQ tạo CoQH2

NADH + H+ + CoQ NAD+ + CoQH2 o Cơ chế vận chuyển điện tử của trung tâm FeS là thay đổi hóa trị ion

sắt- Phức hợp 2 :succinat –CoQ reductase

o Điện tử từ succinat FAD trung tâm FeS -> CoQ tạo CoQ H2 Succinat +CoQ fumarat +CoQH2

Hóa sinh Hà 2012

o CoQ hay ubiquinon là 1 chất mang nguyên tử hydro .Quinon dạng oxh có thể nhận 1 e- để hình thành semiquinon và nhận tiếp 1e- và 2 H+ tạo hydroquinon

- Phức hợp 3 : CoQH2 – cytc reductase o Gồm 3 thành phần : cyt b , trung tâm FeS , cyt c1 o Điện tử từ CoQH2 cyt b trung tâm FeS cyt c1 cyt c tạo

cyt c dạng khử CoQH2 + 2 cyt c – Fe3+ CoQ + 2 H+ + 2 cytc-Fe 2+

o Cytc : chứa nhóm hem , Fe nằm ở trung tâm của hem làm nhiệm vụ chuyển e bởi quá trình oxy hóa khử : Fe3+ + e- Fe2+

- Phức hợp 4 : cytochrom oxidase o Điện tử từ cyt c chuyển tới Cu2+ (cyt a ) cyt a3 O2 tạo O2- . O2-

kết hợp 2 H+ tạo H2O . 2cyt c- Fe2+ + 1/2 O2 + 2 H+ 2 cyt c –Fe3+ + H2O

3. Ý nghĩa về mặt năng lượng - Thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử được định hướng chặt chẽ

theo trật tự: e- đi từ chất có thế năng oxh –khử thấp tới cao - Năng lượng giải phóng được tính bằng G o = -nf ∆E o’

o ∆Go : sự biến thiên năng lượng tự do tính theo kcal ở đk chuẩn ( pH= 7 , t = 25oC)

o n: số e- vận chuyển o F: số faraday = 23, 062 o ∆Eo’ :sự chênh lệch thế năng của hệ thống cho và nhận e-

- Tính ra : sự thay đổi năng lượng tự do của 1 cặp e- từ NADH / NAD+ ( Eo’ = -0,32V) đến H2O / 1/2 O2 (Eo’= 0,82) ta có ∆Go’= -2. 23,062 ( 0,82 + 0,32) = -52, 6 kcal / mol

- Toàn bộ năng lượng trên được giải phóng dần từng chặng . Năng lượng đủ để tạo vài ATP từ ADP và Pi ( vì ∆Go’ cần để tạo ATP từ ADP và Pi là 7,3 kcal ) còn 1 phần năng lượng tỏa ra dưới dạng nhiệt

Chuyên đề 3 :Sự phosphoryl hóa – oxy hóa1. Các loại liên kết phosphat trong hợp chất hữu cơ - Liên kết phosphat nghèo năng lượng - Khi thủy phân liên kết này có 1-5 kcal được giải phóng , kí hiệu R-P - VD: liên kết phosphat estephosphat

o Gốc –PO3H2 được kí hiệu là - Liên kết phosphat giàu năng lượng - Khi thủy phân liên kết phosphat giàu năng lượng có > 7 kcal được giải

phóng . Kí hiệu là - Acylphosphat :

o do H3PO4 kết hợp với gốc acid của chất hữu cơ. o VD: Acid 1-3 diphosphoglyceric

Hóa sinh Hà 2012

=> 10,1 kcal

- Enol phosphat :

o do H3PO4 kết hợp với nhóm chức enol của chất hữu cơ o VD: phosphoenolpyruvic

=> 14,8 kcal - Amid phosphat :

o do H3PO4 kết hợp với nhóm amin o VD: phosphocreatinin => 10,3 kcal

- Anhydrid phosphat (pyrophosphat ) :

o là liên kết giữa 2 gốc phosphato VD: ATP là lk giàu năng lượng quan trọng nhất o => 7,3 kcal

2. sự phosphoryl hóa –oxh và ý nghĩa sinh học của nó - Sự phosphoryl hóa

o Sự phosphoryl hóa là sự gắn 1 gốc H3PO4 vào 1 phân tử chất hữu cơ

RH+ H3PO4 -> R- PO3H2 + H2O Phản ứng phosphoryl hóa là phản ứng tổng hợp nên cần

năng lượng và enzym phosphoryl kinase o Phản ứng ngược lại là phản ứng khử phosphoryl

R-PO3H2 + H2O RH+ H3PO4 Trong quá trình này năng lượng được giải phóng đúng bằng

số năng lượng đã dùng để tạo lk phosphat - Sự oxh- khử : Trong chuỗi vận chuyển điện tử , quá trình e- đi từ chất có

thế năng oxy khử thấp tới cao là quá trình oxy – khử . Trong quá trình này , năng lượng giải phóng ra được dùng để tổng hợp ATP nhờ phản ứng phosphoryl hóa ADP

- 2 quá trình trên luôn đi kèm , nghĩa là sự phosphoryl hóa ADP thành ATP đi kèm với sự oxh khử

Hóa sinh Hà 2012

- Ý nghĩa : Phosphoryl hóa-oxh là quá trình trọng bậc nhất trong chuyển hóa chất vì vai trò : tích trữ và vận chuyển năng lượng , hoạt hóa các chất

Chuyên đề 5 : Chu trình acid citric1. Các phản ứng của chu trình acid citric (chu trình krebs) - Phản ứng 1 : tổng hợp citrat

o 1 phân tử acetyl CoA kết hợp 1 phân tử oxaloacetat (4C ) tạo thành citrat (6C) nhờ enzym citrat synthetase

- Phản ứng 2 : đồng phân hóa citrat thành isocitrat o Citrate loại đi 1 H2O tạo thành cis-aconitate (2a) và lại kết hợp ngay

với 1 H2O tạo isocitrat (2b) . Cả 2 phản ứng đều do enzym aconitase xúc tác

- Phản ứng 3 : khử carboxyl oxh isocitrat thành α-cetoglutarat o Isocitrate loại đi 1 cặp H2 nhờ xúc tác của enzym isocitrate

dehydrogenase có coenzym là NAD sẽ chuyển thành oxalosuccinate (3a) . Oxalosuccinate loại 1 phân tử CO2 tự phát tạo thành α-cetoglutarat(3b)

- Phản ứng 4 : khử carboxyl oxh α-cetoglutarat tạo succinyl coAo α-cetoglutarat nhờ xúc tác của phức hợp α-cetoglutarat

dehydrogenase ( gồm 3 enzym ) sẽ loại đi 1 cặp H2 dưới dạng NADH2 , 1 phân tử CO2 và có sự tham gia của HS CoA tạo succinyl CoA . Đây là phản ứng phức tạp , diễn ra qua nhiều bước tương tự quá trình chuyển pyruvat thành acetyl CoA

- phản ứng 5 : tạo succinat o succinyl CoA thủy phân tạo succinat nhờ enzym thiokinase . o Năng lượng được giải phóng khi thủy phân liên kết giàu năng lượng

thioeste trong succinyl CoA được dùng để tạo GTP từ GDP và H3PO4

- phản ứng 6 : oxy hóa succinat thành fumarat o succinat loại đi 1 cặp H2 nhờ enzym succinat dehydrogenase có

coenzym FAD sẽ tạo thành fumarat - phản ứng 7 : hydrat hóa fumarat thành malat

o fumarat kết hợp 1 H2O tạo malat nhờ enzym fumarase - phản ứng 8 : oxy hóa malat thành oxaloacetat

o malat loại đi 1 cặp H2 nhờ enzym malat dehydrogenase có coenzym là NAD .

2. Ý nghĩa - Kết quả :

o 2 nguyên tử C dưới dạng acetyl CoA vào chu trình ngưng tụ với oxaloacetat => 2 nguyên tử C ra khỏi chu trình dưới dạng CO2 do các phản ứng khử CO2 ở (3) và (4)

o 4 cặp H2 ra khỏi chu trình : 3 ở dạng NADH và 1 là FADH2 . Các cặp H2 này vào chuỗi hô hấp tế bào cho 11 ATP . 1 liên kết

Hóa sinh Hà 2012

phosphat giàu năng lượng hình thành GTP được dùng tạo 1 ATP . Kết quả tạo ra 12ATP ; 2 phân tử H2O được sử dụng

- Đặc điểm : xảy ra trong ti thể , trong đk ái khí - Ý nghĩa :

o Là giai đoạn thoái hóa chung , cuối cùng của các chất glucid , lipid và protein

o Cung cấp nhiều năng lượng & các chất chuyển hóa trung gian cho các chuyển hóa khác

Sơ đồ chu trình krebs

Chuyên đề 5: Thoái hóa glucose1. Sự thoái hóa của glucose theo con đường đường phân ( hexose

diphosphat ) - Đường phân là 1 chuỗi các phản ứng hóa học chuyển hóa glucose (6C)

thành pyruvat (3C) , xảy ra ở bào tương , qua 2 giai đoạn với 10 phản ứng

o Giai đoạn 1 : gồm 5 phản ứng , phân tử glucose được phosphoryl hóa và bị chặt đôi thành 2 triose : glyceraldehyd -3-phosphat với sự chi phí 2 ATP đầu tư

o Giai đoạn 2 : gồm 5 phản ứng : 2 phân tử glyceraldehyd -3 –phosphat chuyển hóa thành pyruvat tạo 4 ATP

Hóa sinh Hà 2012

- Phản ứng 1 :o Phản ứng 1 là sự vận chuyển của 1 ATP đến glucose tạo glucose-

6-phosphat (G6P) xúc tác bởi hexokinase o Hexokinase có trong tất cả tế bào , xúc tác sự phosphoryl hóa của

D-glucose , D-mannose , D-fructose , hoạt động cần ion Mg2+ - Phản ứng 2 :

o Là sự đồng phân hóa G6P thành fructose -6 – phosphat( F6P) được xúc tác bởi phospho glucose isomerase , là phản ứng thuận nghịch

- Phản ứng 3:o Phosphoryl hóa F6P thành fructose -1,6 –diphosphat (F-1,6DP )

xúc tác bởi phosphofructokinase (PFK) , cũng cần Mg2+

- Phản ứng 4 :o Cắt đôi phân tử F-1,6DP thành 2 triose : glyceraldehyd -3

phosphat (GAP ) và dihydroaceton phosphat (DHAP ) xúc tác bởi aldolase

- Phản ứng 5: o DHAP có thể bị biến đổi thuận nghịch thành GAP 1 cách nhanh

chóng nhờ enzym triose phosphat isomerase .o Chỉ có GAP tiếp tục thoái hóa theo con đường đường phân

- Phản ứng 6 : o Oxy hóa và phosphoryl hóa GAP thành 1,3 diphosphoglycerat (1,3

DPG ) bởi NAD+ và Pi , được xúc tác bởi glyceraldehyd-3-phosphat dehydrogenase

- Phản ứng 7 o 1,3 DPG chuyển gốc phosphat cho ADP tạo ATP và 3PG nhờ xúc

tác của enzym phophoglycerat kinase ( PGK )o Đây là phản ứng đầu tiên của con đường đường phân tạo ATP

- Phản ứng 8 o Chuyển 3PG thành 2PG nhờ xúc tác của phosphoglycerat mutase

- Phản ứng 9 o Khử nước của 2PG thành phosphoenol pyruvat (PEP) xúc tác bởi

enolase , có Mg2+

- Phản ứng 10 o PEP chuyến gốc phosphat sang ADP để tạo ATP và pyruvat nhờ

xúc tác của pyruvat kinase

Hóa sinh Hà 2012

2. Sự thoái hóa tiếp theo của pyruvat trong đk yếm khí và ái khí a. Thoái hóa pyruvat trong đk yếm khí - Trong con đường đường phân như đã mô tả trên , số lượng NAD+ giảm

sau phản ứng 6 - ở cơ , trong quá trình hoạt động , khi nhu cầu ATP cao , oxy máu cấp ko

đủ => lactatdehydrogenase xúc tác phản ứng

o pyruvat + NADH.H+ lactat + NAD+

o LDH cấu tạo bởi 2 dưới đơn vị H và M tạo 5 isoenzym là : M4, M3H, M2H2, MH3, H4

o Typ H có chức năng trong oxy lactat thành pyruvat, trong khi typ M có xu hướng ngược lại

o Typ H thường ở tổ chức có oxy như cơ tim , typ M hay ở gan , cơ , xương

- Bilan năng lượng toàn bộ quá trình đường phân và khử pyruvat thành lactat

o Glucose + 2 ATP + 2 NAD+ + 2 Pi + 4 ADP + 2 NADH + 2H+ 2 lactat + 2 ADP + 2 NADH + 2H+ + 4 ATP + 2 H2O

Hóa sinh Hà 2012

o Rút gọn là : Glucose + 2ADP+ + 2 Pi 2 lactat + 2 ATP + 2 H2O ∆Go’ = -196 kJ/mol , cùng với sự tạo ATP , 31% tạo ra dưới

dạng nhiệt b. Thoái hóa pyruvat trong điều kiện ái khí - Với sự có mặt oxy , pyruvat vào ty thể , oxh thành acetyl CoA , đi vào chu

trình acid citric và oxy hóa thành CO2 và H2O . - Phân tử NADH tạo ra ở phản ứng 6 được chuyển vào ti thể để oxy hóa

trong chuỗi hô hấp tế bào , tại đây mỗi phân tử NADH tạo 3ATP , phân tử pyruvat thành acetyl CoA cho 3 ATP , acetyl CoA oxy hóa trong chu trình citric cho 12 ATP

- Vậy thoái hóa hoàn toàn glucose trong đk ái khí cho :2+ 3x2+ 3x2 + 12x 2 = 38 ATP

3. sự phân hủy glycogen - Cơ và gan là nơi xảy ra quá trình thoái hóa glycogen . Ở cơ , khi tế bào

hoạt động cần ATP , glycogen được thoái hóa thành G6P cho con đường đường phân . Ở gan , khi nồng độ glucose máu giảm , glycogen thoái hóa thành G6P rồi tiếp tục thành glucose để đưa vào máu

- Quá trình nhờ 3 enzym : o enzym phosphorylase xúc tác quá trình phosphoryl phân (bẻ gẫy

liên kết 1,4 glucosid bằng sự thay thế nhóm phosphat ) tạo thành glucose -1 phosphat ( G1P ) . enzym này chỉ tác dụng tới khi còn 4 gốc glucose tính từ điểm chia nhánh thì ko hoạt động nữa

o enzym cắt nhánh ( glycogen debranching enzym ) có 2 hoạt tính Hoạt tính chuyển nhánh [oligo-( α 1,4 α 1,4 ) glucosyl

transferase ] thủy phân liên kết 1,4 glucosid giữa gốc thứ nhất và gốc thứ 2 tính từ gốc nhánh , chuyển 1 đoạn 3 gốc glucose đến gắn vào đầu 1 chuỗi thẳng khác bằng cách tạo liên kết 1-4 glucosid , nhánh glycogen này được kéo dài thêm 3 glucose , nhánh còn lại chỉ còn 1 gốc glucose với liên kết 1-6 glucosid

Hoạt tính cắt nhánh [amylo- (α 1,6 ) glucosidase ] thủy phân liên kết 1,6 glucosid của gốc glucose còn lại giải phóng glucose tự do

o Enzym phosphoglucomutase : chuyển G1P thành G6P . G6P có thể đi tiếp vào con đường đường phân ở cơ hoặc có thể bị thủy phân thành glucose ở gan

o Sau quá trình thoái hóa 90% gốc glucose của glycogen chuyển thành G1P và 10% chuyển thành glucose tự do

Chuyên đề 6 : Tổng hợp glycogen1. Sự tổng hợp glycogen mạch thẳng và mạch nhánh từ glucose - Sự tổng hợp glycogen chủ yếu ở cơ và gan , xảy ra trong bào tương .

Nguyên liệu để tổng hợp là glycogen là glucose . Glucose chuyển thành Hóa sinh Hà 2012

G6P rồi thành G1P . từ G1P sự tổng hợp glycogen gồm 3 bước nhờ 3 enzym : UDP- glucose pyrophosphorylase , glycogen synthetase và enzym gắn nhánh

- Trước hết , enzym UDP- glucose pyrophosphorylase xúc tác sự tạo thành phân tử UDP- glucose từ G1P và UTP . UDP –glucose là chất năng lượng cao , cho phép chuyển phân tử glucose đến gắn vào phân tử glycogen kéo dài phân tử này

- Sau đó glycogen synthetase vận chuyển UDP –glucose đến nhóm 4-OH của phân tử glycogen có sẵn ở đầu không khử tạo thành liên kết 1,4-glucosid và giải phóng UDP . UDP được tạo thành sẽ tác dụng với ATP dưới tác dụng của nucleosid diphosphokinase . Glycogen synthetase ko có khả năng tổng hợp glycogen từ đầu mà chỉ có thể kéo dài mạch glycogen bằng liên kết 1,4

- Sự tổng hợp từ đầu 1 phân tử glycogen là sự gắn gốc glucose vào nhóm OH của tyrosin 194 của phân tử protein được gọi là glycogenin bởi enzym tyrosin –glucosyltransferase , sau đó sự xúc tác gắn thêm 7 gốc glucose từ UDP-glucose tạo thành đoạn mồi “ primer “ cho sự mở đầu tổng hợp glycogen . Protein glycogenin tách rời khi hạt glycogen đạt kích thước tối thiểu . Sự có mặt của glycogenin và glycogen synthetase tỉ lệ 1:1

- Sự tạo mạch nhánh : tạo liên kết 1,6 glucosid nhờ enzym gắn nhánh (branching enzym ) gọi là amylo-( α 1,4 α 1,6) transglucosylase . Khi chuỗi thẳng dài 11 gốc glucose , enzym trên chuyển 1 đoạn gồm 6-7 gốc glucose ở đầu ko khử đến nhóm C6-OH của gốc glucose và mạch nhánh được hình thành . Mạch nhánh cũ và mới được tiếp tục kéo dài bằng sự tạo liên kết 1,4 glucosidase

2. sự tổng hợp glucose từ các ose khác và từ các sản phẩm chuyển hóa trung gian

a. Sự tổng hợp glucose từ pyruvat và oxaloacetat - não , HC sử dụng glucose là nguồn năng lượng chính nhưng lại ko tổng

hợp được glucose . Sự tổng hợp glucose xảy ra khi đói và cạn kiện glycogen dự trữ . Cơ quan chủ yếu của sự tân tạo glucose là gan (90%) và 10% được tân tạo ở thận và ruột

- Quá trình tổng hợp glucose sử dụng các enzym của con đường đường phân . Có 3 enzym ko xúc tác phản ứng thuận nghich là hexokinase , phosphofructokinase và pyruvat kinase . Các phản ứng tân tạo glucose gồm những phản ứng gần như ngược lại của con đường đường phân , trừ 3 enzym ko xúc tác thuận nghịch

- Từ pyruvat thành PEP phải trải qua các phản ứng sau : trước hết pyruvat vào trong ty thể , dưới tác dụng của pyruvat carboxylase cần ATP chuyển thành oxaloacetat , sau đó từ oxaloacetat tạo thành malat , malat được chuyển ra bào tương nhờ con thoi malat-aspartat. Ở bào tương , malat chuyển thành oxaloacetat , sau đó oxaloacetat carboxyl hóa dưới tác dụng của phosphoenol pyruvat carboxykinase cần GTP tạo PEP

- Phản ứng từ F-1,6DP thành F6P cần sự xúc tác của enzym fructose 1,6 –diphosphatase

Hóa sinh Hà 2012

- Phản ứng từ G6P thành glucose cần xúc tác của glucose 6 phosphatase - Năng lượng cần thiết để tổng hợp glucose từ pyruvat có thể viết

o 2 pyruvat + 2 NADH + 2 H+ + 4 ATP + 2 GTP + 6 H2O glucose + 2 NAD+ + 4ADP + 2 GDP + 6 Pi

- Đối với chuyển hóa glucose thành pyruvat o Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 pyruvat + 2 NADH + 2 H+ + 2

ATP + 2 H2O - Như vậy năng lượng cần cho sự tổng hợp 1 phân tử glucose từ pyruvat

là 4 ATP b. Sự tổng hợp glucose từ các ose khác và từ các sản phẩm chuyển

hóa trung gian - Fructose :

o ở gan : fructose được phosphoryl hóa bởi ATP thành F1P nhờ

fructokinase F1P bị chặt đôi thành dihydroxyaceton phosphat và

glyceraldehyd nhờ aldolase typ B Glyceraldehyd bị phosphoryl hóa bởi ATP thành GAP nhờ

glyceraldehyd kinase hoặc Glyceraldehyd khử thành glycerol bởi NADH dưới tác dụng

của alcol dehydrogenase, rồi phosphoryl hóa bởi ATP thành glycero-3-phosphat nhờ glycerol kinase và oxh lại bởi NAD+ thành DHAP nhờ glycerol phosphat dehydrogenase , cuối cùng nhờ triose phosphat isomerase thành GAP

Fructose sinh năng lượng tốt vì sự chuyển hóa của nó nhanh hơn glucose ( hoạt động của fructokinase mạnh hơn glucokinase ), ko phụ thuộc hormon

o Ở cơ Fructose chuyển thành F6P nhờ hexokinase

- Galactose o Chuyển hóa ở gan o Galactose được phosphoryl hóa bởi ATP thành Galactose -1 –

phosphat nhờ galactokinaseo Galactose -1 –phosphat được chuyển nhóm uridylyl của UDP-

glucose nhờ galacto-1-phosphat uridilyl transferase => tạo G1P và UDP- galactose

o UDP – galactose -4-epimeraase chuyển UDP-galactose thành UDP-glucose

o G1P sẽ đồng phân hóa thành G6P -> vào con đường đường phân - Mannose

o Mannose chuyển thành mannose -6 –phosphat nhờ hexokinase o Phosphomannose isomerase đồng phân hóa thành F6P

- Từ lactat

Hóa sinh Hà 2012

o Lactat sinh ra ở cơ được chuyển về gan tái tạo pyruvat theo phản ứng

o lactat + NAD+ pyruvat + NADH.H+

- Từ các thể cetonic : trong nhiều tổ chức trong đó có cơ , alanin transaminase chuyển acid cetonic thành acid amin . VD : trong cơ pyruvat chuyển thành alanin được vận chuyển về gan tái tạo lại thành pyruvat ( chu trình glucose –alanin ) sơ đồ : nguồn nguyên liệu tổng hợp oxaloacetat và các sản phẩm chuyển hóa trung gian của quá trình tổng hợp glucose ( hình 7.9 và 7.11)

3. sự khác nhau giữa quá trình tổng hợp glycogen ở gan và ở cơ (sơ đồ??? )

chuyên đề 7 : sự thoái hóa acid béo bão hòa1. Sự hoạt hóa và vận chuyển acid béo đã hoạt hóa vào ti thể - Sự hoạt hóa acid béo

o RCOOH + ATP + CoASH R-CO~ScoA + AMP + PPi

o PPi + H2O 2(P)

o ATP + AMP 2 ADP

o Như vậy sự hoạt hóa acid béo cần 2 ATP o Enzym acyl CoA synthetase gồm các isoenzym khác nhau đặc hiệu

cho các acid béo chuỗi ngắn , trung bình và dài , chúng có mặt ở màng ngoài ti thể

- Sự vận chuyển các acid béo đã hoạt hóa vào ti thể Hóa sinh Hà 2012

o Các acid béo mạch dài dưới dạng acylCoA được hình thành ở màng ngoài ti thể ko qua được màng trong ti thể để vào chất khuôn (matrix ) – nơi chúng bị oxy hóa . Chúng được vận chuyển theo cơ chế đặc hiệu nhờ carnitin – là amin bậc 4 mang chức alcol bậc nhì , có thể este hóa với acid béo . Phản ứng este hóa acid béo và carnitin được xúc tác nhờ carnitin acyltransferase I có ở mặt ngoài màng trong ti thể . Este acyl-carnitin đi qua màng trogn ti thể vào trong ti thể bởi sự khuếch tán dễ dàng thông qua hệ thống vận chuyển acyl-carnitin/carnitin

o Trong ti thể , gốc acyl được chuyển từ carnitin tới CoA có ở trong ty thể dưới tác dụng của carnitin acyltransferase II khu trú ở mặt trong của màng trong ty thể . Carnitin được giải phóng sẽ trở lại khoảng giữa 2 màng ty thể theo hệ thống vận chuyển acylcarnitin/carnitin . Cơ chế vận chuyển trên giữ cho 2 nguồn CoA và acid béo ở trong và ngoài ty thể cách biệt nhau

o Trong ty thể có 1 loại acylCoA synthetase xúc tác phản ứng hoạt hóa những acid béo ở trong ty thể, enzym này ko sử dụng ATP mà dùng GTP

2. sự β- oxy hóa acid béo bão hòa - Xảy ra trong matrix của ti thể , gồm 4 giai đoạn nhằm cắt dần acid béo

thành những mẩu 2C dưới dạng acetyl CoA từ nhóm carboxyl tận của gốc acyl

o Phản ứng khử hydro lần thứ nhất : sự khử hydro sản sinh 1 liên kết đôi giữa C α và Cβ ( C2 và C3 ) tạo thành trans- ∆2-enoylCoA . Có 4 loại acylCoA dehydrogensase , mỗi enzym đặc hiệu với 1 loại acid béo có độ dài hydrocarbon nhất định , các enzym này đều có chất cộng tác là FAD . FAD nhận điện tử và điện tử này đi vào 1 cặp điện tử

o Phản ứng kết hợp nước : sự kết hợp 1 phân tử nước vào liên kết đôi ∆2- trans dưới tác dụng của enoyl-CoA hydratase có tính đặc

Hóa sinh Hà 2012

hiệu không gian và tạo nên L- 3-hydroxyacylCoA . enzym này cũng có khả năng xúc tác phản ứng kết hợp nước và liên kết đôi ∆2 –cis của các acylCoA không bão hòa và sinh ra D-3- hydroxyacylCoA

o Pứ khử hydro lần thứ 2 : dưới tác dụng của β-hydroxyacylCoA dehydrogenase có chất cộng tác là NAD+ tạo ra 3-cetoacylCoA . enzym này ít đặc hiệu với chiều dài chuỗi hydrocarbon của acid béo nhưng đặc hiệu tuyệt đối với dạng đồng phân không gian L . NADH hình thành sẽ nhường điện tử cho NADH –dehydrogenase và 3 phân tử ATP được tạo ra ứng với 1 cặp điện tử được chuyển từ NADH đến O2 trong chuỗi hô hấp TB

o Pứ phân cắt , tạo acetyl CoA : có sự tham gia của acylCoA acetyltransferase (thiolase hay β-cetothiolase ) và 1 phân tử CoA , cắt ra 1 phân tử acetyl CoA . Gốc acyl của acid béo bị ngắn đi 2 carbon . Phân tử acylCoA mới này lại tiếp tục trải qua 4 phản ứng như trên của quá trình β-oxy hóa cho đến khi gốc acylCoA chỉ còn 1 phân tử acetyl CoA . Như vậy , ví dụ 1 phân tử palmitic có 16C được hoạt hóa thành palmitylCoA và trải qua 7 vòng oxh để giải phóng 8 phân tử acetyl CoA

3. Năng lượng tạo thành khi thoái hóa hoàn toàn 1 phân tử palmitic Hóa sinh Hà 2012

- 1 phân tử acid béo có số carbon chẵn 2n bị oxh hoàn toàn sẽ cho ra n phân tử acetyl CoA , ứng với 12n ATP ; (n-1) phân tử FADH2 và (n-1) NADH hoặc 5(n-1) ATP

- Quá trình hoạt hóa acid béo cần 2 ATP , như vậy số ATP thu được là o [5(n-1) + 12n ]-2 = 17n-7

- Palmitic có n=8

Chuyên đề 8: Sự tạo thành thể cetonic và ý nghĩa của chúng1. Sự tạo thành thể cetonic - Trong cơ thể người và ĐV có vú, acetylCoA được hình thành ở gan trong

quá tình oxy hóa acid béo có thể đi vào chu trình acid citric hoặc có thể tạo ra các thể ceton gồm acetoacetat và D- β hydroxybutyrat và aceton cung cấp cho các mô ngoại vi

- Sơ đồ sự tạo thành các thể ceton từ acetylCoA

2. Ý nghĩa trong quá trình chuyển hóa - ở người khỏe mạnh , aceton được hình thành với số lượng rất ít .

Acetoacetat và D- β -hydroxybutyrat sẽ khuếch tán ra ngoài tế bào gan , rồi theo máu tuần hoàn đến các mô ngoại vi như cơ xương , cơ tim , vỏ thượng thận …Bình thường chất đốt để cung cấp cho não chủ yếu là

Hóa sinh Hà 2012

glucose . Khi bị đói kéo dài hoặc sự cung cấp glucose bị hạn chế thì não có thể dùng D- β -hydroxybutyrat được tạo thành trong gan từ acid béo làm “chất đốt” chính để cung cấp năng lượng (75% năng lượng cần cho não có nguồn gốc từ các thể ceton )

- tại các mô ngoại vi , D- β -hydroxybutyrat được oxy hóa thành acetoacetat , sau đó chất này được hoạt hóa thành acetoacetylCoA và rồi phân tách tạo nên 2 phân tử acetylCoA . acetylCoA sẽ đi vào chu trình acid citric

sơ đồ sự tạo thành acetylCoA từ D- β -hydroxybutyrat ở mô ngoại vi

- Sự hình thành và vận chuyển các thể ceton từ gan đến các mô ngoại vi

tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa tiếp tục của acid béo và acetylCoA trong tế bào gan . Bình thường , nồng độ các thể ceton trong máu rất thấp . Khi đói glucid hoặc khi bị bệnh đái tháo đường , sự thoái hóa glucid giảm và cơ thể cần phải oxy hóa lipid dự trữ đề bù đắp cho nhu cầu của cơ thể và gây nên nồng độ bệnh lí của các thể ceton . Các thể ceton tăng rất cao trong máu và nước tiểu , đôi khi có mùi aceton trong hơi thở . Sự tạo thành các thể ceton bệnh lí là hậu quả của sự mất cân đối giữa chuyển hóa glucid và chuyển hóa lipid , dẫn đến

o Thiếu NADPH-coenzym được tạo nên từ con đường hexose monophosphat và cần thiết cho quá trình tổng hợp acid béo

o Thiếu succinyl CoA –sản phẩm chuyển hóa trung gian của chu trình acid citric và là chất cung cấp CoA để hoạt hóa acid acetoacetic

- Tóm lại, sự ứ đọng các thể ceton trong cơ thể là do tốc độ tạo thành các chất này ở gan vượt quá khả năng sử dụng chúng ở mô ngoại vi

Hóa sinh Hà 2012

Chuyên đề 9: Tổng hợp acid béo1. Sự tổng hợp acid béo bão hòa ở bào tương tế bào - Nguyên liệu : Là acetylCoA được hình thành trong ty thể ( do quá trình

khử carboxyl hóa pyruvat , oxy hóa 1 số acid amin , oxy hóa acid béo ) và được vận chuyển ra bào tương theo 2 cách

o Nhờ hệ thống vận chuyển tricarboxylat Trong ty thể : acetylCoA + oxaloacetat -> citrat + HSCoA Bào tương : citrat + ATP + HSCoA oxaloacetat +ADP +Pi

+acetylCoA

o Nhờ chất vận chuyển carnitin

- Chất trung gian để tổng hợp acid béo là malonyl CoA : chất này được

hình thành nhờ enzym acetylCoA carboxylase . enzym này có 3 vùng chức năng : protein mang biotin , biotin carboxylase hoạt hóa CO2 bằng cách gắn CO2 với nguyên tử N của vòng biotin nhờ phản ứng phụ thuộc ATP và trans carboxylase làm nhiệm vụ vận chuyển CO2 được hoạt hóa từ biotin đến acetylCoA để tạo thành malonyl CoA . Quá trình trên có thể tóm tắt như sau :

Hóa sinh Hà 2012

- Chu trình tổng hợp acid béo gồm 6 phản ứng liên tiếp nhau do 6 enzym của hệ thống tổng hợp acid béo xúc tác . Hệ thống này là multi enzym gọi là acid béo synthase , gồm 6 enzym và 1 protein ko có hoạt tính enzym

o ACP- acyltransferase (AT)o ACP- malonyltransferase (MT)o β- cetoacyl- ACP synthase (KS)o β-cetoacyl- ACP reductase (KR)o β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD)o enoyl-ACP reductase (ER)o ACP: protein mang nhóm acylo Phức hợp multienzym có 2 nhóm –SH : -SH trung tâm thuộc ACP

và –SH ngoại vi của cystein trong phân tử KSo Phản ứng (1); (2) : Sự tạo thành acetyl ACP và malonyl ACP : sau

bước này , phức hợp multienzym được khởi động để sẵn sàng thực hiện chuỗi phản ứng gắn 2 mẩu acetyl với nhau , phức hợp mang nhóm acetyl este hóa với –SH ngoại vi và nhóm malonyl este hóa với –SH trung tâm

o (3)Phản ứng ngưng tụ : dưới tác dụng của KS, nhóm acetyl được chuyển đến C2 của nhóm malonyl và đồng thời khử carboxyl

o (4)Phản ứng khử lần 1 :xúc tác bởi KRo (5)Phản ứng khử nước :xúc tác bởi HDo (6)Phản ứng khử lần 2 :xúc tác bởi ERo Sau 6 phản ứng , butyryl ACP được hình thành , nhóm butyryl

được chuyển sang –SH của KS, tạo điều kiện cho –SH của ACP tiếp nhận nhóm malonyl mới từ malonyl CoA để tiếp tục các phản ứng trên cho đến khi palmityl ACP được tạo ra

o Gốc palmityl có thể được giải phóng , tạo acid palmitic tự do dưới tác dụng của thioesterase , hoặc có thể được chuyển sang phân tử coenzym A , tạo palmityl CoA . Với hầu hết cơ thể sống, sự tổng hợp acid béo ở bào tương sẽ dừng lại khi acid palmitic được tạo thành (có thể do tính đặc hiệu của KS với chiều dài gốc acyl mà nó tiếp nhận )

Hóa sinh Hà 2012

2. sự tổng hợp acid béo bão hòa ở ti thể tế bào - Là sự tổng hợp acid béo mạch dài mà chất tiền thân là acid palmitic . Cơ

chế kéo dài chuỗi carbon của acid béo được thực hiện tương tự ngược với quá trình β-oxy hóa và chất v/chuyển gốc acyl là phân tử coenzymA

Hóa sinh Hà 2012

3. Mối liên quan và khác biệt giữa quá trình tổng hợp acid béo ở ty thể với quá trình tổng hợp acid béo ở bào tương tế bào

- Mối liên quan : o acetylCoA được tổng hợp ở trong ti thể ( do quá trình khử carboxyl

hóa pyruvat , oxy hóa 1 số acid amin , oxy hóa acid béo ) và được vận chuyển ra bào tương để làm nguyên liệu cho tổng hợp palmitic ở bào tương

o Palmitic là chất tiền thân để tổng hợp các acid béo mạch dài trong ty thể

- Sự khác biệt o Về enzym xúc tác

Bào tương : multienzym gồm 6 enzym( kể tên ) + ACP Ti thể : gồm 4 Enzym ( kể tên )

o Sự kéo dài mạch Bào tương : phản ứng ngưng tụ nhờ KS, acyl nC ngưng tụ

với malonyl Ti thể : phản ứng ngưng tụ nhờ b-cetothiolase , acyl nC

ngưng tụ với acetyl CoAo Chất trung gian cho 2C :

Bào tương : malonyl Ti thể : acetyl CoA

o Chất mang nhóm acyl Bào tương :ACP Ti thể : CoA

o Chất cho điện tử Bào tương : NADPH Ti thể : NADPH và NADH

Chuyên đề 10 : sự thoái hóa và tổng hợp triglycerid Sự thoái hóa và tổng hợp lecithin

1. Sự thoái hóa và tổng hợp triglycerid c. Sự thoái hóa - Dưới tác dụng của lipase , triglycerid bị thủy phân thành glycerol và acid

béo và xảy ra theo từng giai đoạno Trước tiên , liên kết este ở C1 và C3 bị thủy phân khá nhanh , phần

còn lại là 2-monoglycerid bị thủy phân chậm - Enzym lipase khu trú ở microsome của TB mỡ và nhậy cảm với

hoeemon enzym hoạt động dưới dạng phosphoryl hóa, cần proteinkinase và ATP

- Enzym glycerokinase o Xúc tác sự hoạt hóa glycerol , tạo glycerol -3 phosphat o Enzym này có nhiều trong : gan , thận, niêm mạc ruột , tuyến vú o Glycerol – 3 phosphat được oxh thành dihydroxy aceton phosphat

(DAP) rồi đồng phân hóa thành glyceraldehyd -3 –phosphat

Hóa sinh Hà 2012

(GAP) được oxh qua nhiều bước tạo pyruvat acetylCoA vào chu trình krebs

- Acid béo tự do vào máu , gắn với albumin huyết thành 1 dạng lipoprotein rồi được dòng máu đưa đến các mô để thực hiện quá trình oxh và tạo năng lượng

Hóa sinh Hà 2012

d. Sự tổng hợp - triglycerid được tổng hợp mạnh ở TB động vật có xương sống và thực vật

bậc cao - 2 tiền chất chủ yếu cho sự tổng hợp triglycerid là : glycerol-3 phosphat và

acyl CoA - Glycerol 3 phosphat được hình thành từ 2 con đường

o (1) từ hydroxyaceton phosphat (DHAP) dưới tác dụng của glycerol – 3-phosphat dehydrogenase trong bào tương

o (2) từ glycerol tự do dưới tác dụng của glycerol kinase ở TB gan và thận

- Trong niêm mạc ruột , tổng hợp triglycerid trong thời gian hấp thụ acid béo từ lòng ruột xảy ra khá mạnh và trong quá trình này các monoglycerid được tạo thành do sự tiêu hóa ở ruột có thể được acyl hóa trực tiếp nhờ monoglycerid palmityltransferase ( ko qua trung gian acid phosphatidic)

- Trong mỡ dự trữ của mô động thực vật , triglycerid thường là triglycerid hỗn hợp

Hóa sinh Hà 2012

2. Thoái hóa và tổng hợp lecithin a. Thoái hóa

- Lecithin là phosphatidyl cholin , công thức cấu tạo : - Nhiều enzym xúc tác sự thủy phân lk este của lecithin , đó là những

phospholipase có phổ biến ở các mô và mỗi enzym có tính đặc hiệu riêng

o Phosphalipase A : xúc tác sự thủy phân lk este ở C2 của lecithin giải phóng 1 phân tử acid béo và tạo lysolecithin . Enzym này thường có trong nọc rắn, nọc ong, dịch tụy

o Phospholipase B : xúc tác sự thủy phân 2 lk este ở C1 và C2 của lecithin , giải phóng 2 phân tử acid béo và phần còn lại là glycero-phosphat –base nito

Hóa sinh Hà 2012

o Lysophospholipase: xúc tác sự thủy phân đặc hiệu lk este C1 của lysolecithin

o Phosphodiesterase : đặc hiệu với lk phosphodieste , cắt 1 lk este giữa glycerol và acid phosphoric tạo base nito được phosphoryl hóa và diglycerid

o Phospholipase D : xúc tác thủy phân lk este giữa a.phosphoric và cholin để tạo a. phosphatidic và cholin

o Phosphomonoesterase (phosphatase) : xúc tác sự thủy phân tiếp sản phẩm thủy phân của phosphodiesterase ( thủy phân phosphocholin để giải phóng cholin và a.phosphoric )

b. Tổng hợp lecithin - Trong mô động vật , lecithin được tổng hợp theo 2 con đường khác nhau

o (1): con đường methyl hóa trực tiếp nhóm amin của cephalin bởi nhóm methyl của S-adenosyl methionin ( chất cho nhóm methyl )

o (2) : con đường sử dụng cholin ngoại sinh ( từ thức ăn ) hoặc cholin

được giải phóng trong quá trình thủy phân lecithin

Chuyên đề 11: Lipoprotein

Hóa sinh Hà 2012

1. Định nghĩa - Lipid không tan trong nước . Lipid lưu hành trong máu và dịch sinh vật

bao gồm chủ yếu là cholesterol , triglycerid , phospholipid và 1 số acid béo tự do . Lipid liên kết với protein đặc hiệu gọi là apoprotein (apo) tạo nên các phân tử lipoprotein có khả năng hòa tan trong nước và là dạng vận chuyển của lipid trong tuần hoàn

2. Phân loại lipoprotein huyết tương, đặc điểm sinh học và chức năng chính của từng loại lipoprotein

- Chyomicron (CM) : là lipoprotein có kích thước lớn nhất , hàm lượng triglycerid cao , apo chủ yếu là apoB-48 , apoE và apoC-II. CM được tổng hợp độc nhất ở lưới nội nguyên sinh của tế bào niêm mạc ruột , chỉ có mặt trong thời gian ngắn ở huyết tương sau bữa ăn giàu mỡ , là yếu tố làm cho huyết tương màu đục và trắng .CM sẽ biến mất sau vài gờ và huyết tương của người bình thường khi đói phải trong

o Chức năng của CM là vận chuyển triglycerid ngoại sinh (thức ăn )từ ruột tới gan . ApoC-II hoạt hóa lipoprotein lipase trong mao mạch của mô mỡ, tim , cơ xương …để giải phóng acid béo tự do cho các mô này . Phần CM còn lại chứa cholesterol , apoE , apoB48 (CM tàn dư ) tiếp tục vào máu đến gan , tại đây chúng được thoái hóa trong lysosom

- Lipoprotein tỷ trọng rất thấp (VLDL): được tạo thành ở tế bào gan , là dạng vận chuyển triglycerid nội sinh vào hệ tuần hoàn . Apo của VLDL bao gồm apo-100 , apoC-I, apoC-II , apoC-III và apoE . VLDL được vận chuyển từ gan đến mô mỡ và tại đây , enzym lipoprotein lipase được hoạt hóa nhờ apoC-II sẽ xúc tác sự thủy phân triglycerid , giải phóng acid béo . VLDL còn lại (VLDL tàn dư) tiếp tục được thoái hóa trong lysosom

- Lipoprotein tỷ trọng thấp (LDL) là sản phẩm thoái hóa của VLDL trong máu tuần hoàn , rất giàu cholesterol và cholesterol este . ApoB-100 là apo chính của LDL .Chức năng chủ yếu của LDL là vận chuyển cholesterol đến các mô .LDL được gắn với receptor đặc hiệu ở màng tế bào , sau đó chúng được đưa vào trong tế bào . Cholesterol trong LDL được coi là cholesterol “xấu” vì nó tham gia vào sự phát triển các mảng xơ vữa động mạch ở thành động mạch

- Lipoprotein tỷ trọng trung gian (IDL): có tỷ trọng giữa VLDL và LDL .VLDL sau khi giải phóng triglycerid , nhận thêm cholesterol este và mất đi apoC sẽ chuyển thành IDL và chất này nhanh chóng thoái hóa thành LDL

- Lipoprotein tỷ trọng cao (HDL) :tạo thành ở gan và ruột non , được giải phóng dưới dạng HDL mới sinh hình đĩa , rồi chuyển thành HDL-3 HDL-2 nhờ sự xúc tác của LCAT (lecithin cholesterol acyl transferase ). HDL giàu protein và apo chính là apoA-I. HDL vận chuyển cholesterol ở các mô ngoại vi về gan (vận chuyển cholesterol trở về ) và ở gan chúng thoái hóa thành acid mật . Cholesterol của HDL được coi là cholesterol tốt vì chúng bảo vệ thành mạch , ko gây xơ vữa động mạch .Lượng HDL càng thấp (<0,3g/l)có nguy cơ xơ vữa động mạch càng cao và ngược lại

Hóa sinh Hà 2012

Chuyên đề 12 : hóa sinh acid amin 1. Sự khử amin oxy hóa của các acid amin - Khử amin oxh các acid amin thông thường

o Quá trình khử amin oxh gồm 2 giai đoạn , oxh acid amin tạo acid α-Imin thủy phân tự phát acid Imin tạo acid α-cetonic và NH4 + . Quá trình này xảy ra ở bào tương, xúc tác cho phản ứng là các L acid amin oxidase có coenzym FMN

o Các L – acid amin oxidase có ở lưới nội bào gan thận , hoạt tính

thấp nên ko có vai trò quan trọng trong phản ứng khử amin oxh - Khử amin oxy hóa glutamat : glutamat tạo ra chủ yếu trong quá trình trao

đổi amin , được chuyển vào ty thể và bị khử amin oxh nhờ enzym glutamat dehydrogenase có ở ty thể . enzym này có coenzym NAD+ hoặc NADP+

o Enzym GLDH có hoạt tính xúc tác mạnh , nên trong hầu hết các SV

glutamat được khử amin oxh với tốc độ cao . Vì vậy quá trình này có vai trò trung tâm trong việc khử amin của các aa .Phản ứng thuận nghịch tùy nhu cầu cơ thể . Tổng các phản ứng được xúc tác bởi transaminase và glutamat dehydrogenase (GLDH) có thể viêt:

2. sự trao đổi amin của acid amin - Phần lớn các aa loại nhóm α-amin bằng cách vận chuyển nhóm α-amin

đến C α của acid α-cetonic . Acid amin trở thành acid α-cetonic tương ứng , còn acid α- cetonic nhận nhóm amin trở thành acid amin mới . Quá trình này gọi là phản ứng trao đổi amin , xúc tác phản ứng này là các enzym transaminase . Phản ứng tổng quát

Hóa sinh Hà 2012

- Hầu hết các aa chuyển nhóm amin sang chất nhận là α- cetoglutarat .Ez xúc tác phản ứng này là enzym transaminase . Các enzym này phổ biến ở mô và có hoạt tính xúc tác cao như : AST ( aspartat transaminase) , ALT( alanin transaminase). 2 enzym này xúc tác sự vận chuyển nhóm amin của Asp, Ala sang chất nhận α-cetoglutarat tạo glutamat

- Các enzym transaminase có cả ở ty thể và bào tương, coenzym là pyridoxalphosphat. ALT, AST thường được xét nghiệm đo hoạt độ trong huyết thanh giúp chẩn đoán , tiên lượng bệnh về cơ tim , bệnh gan

- Kết quả nhờ quá trình trao đổi amin , nhóm amin của nhiều aa được vận chuyển đến α-cetoglutarat tạo glutamat

3. liên quan giữa trao đổi amin và khử amin oxh - Các aa thông thường đã khử amin oxh gián tiếp qua glutamat vì nhóm

amin của hầu hết acid amin tập trung tạo ra glutamat trong quá trình trao đổi amin do hoạt tính enzym glutamat aminotransferase cao .Hoạt tính của glutamat dehydrogenase cũng rất mạnh nên glutamat được khử amin oxh với tốc đọ cao và có lợi về mặt NL. Hơn nữa các enzym L-acid amin oxidase xúc tác quá trình khử acid amin oxh các aa thông thường hoạt động yếu và quá trình này sinh ra H2O2 độc

4. sự khử carboxyl của acid amin - Phản ứng khử carboxyl nhờ enzym decarboxylase amin - Enzym này đặc hiệu từng loại aa . Tổng quát

- 1 số aa khử tạo amin có hoạt tính sinh học

o Khử carboxyl của glutamat tạo γ- aminoacid (GABA) : chất ức chế dẫn truyền TK . Chất này có nhiều trong TKTU , đặc biệt trong não . Sự khử carboxyl của histidin tạo histamin là chất DTTK .Histamin có ở nhiều mô khác nhau , phản ứng khử carboxyl của glutamat :

o Khi hết tác dụng các amin tiếp tục khử amin oxh nhờ các enzym

mono amino oxidase (MAO) hoặc diamino oxidase tạo aldehyd rồi thành acid tương ứng . Phản ứng

o RCOOH tiếp tục thoái hóa đến CO2 và H2O

Hóa sinh Hà 2012

Chuyên đề 13: số phận của NH31. Sự tạo thành glutamin và ý nghĩa quá trình này - NH4+ được sinh ra ở hầu hết các mô và là chất độc đối với cơ thể .Khi

NH4+ tăng cao có biểu hiện nhiễm độc , thể hiện trạng thái hôn mê cấp tính do thay đổi pH tế bào, làm cạn kệt cơ chất của chu trình acid citric . Vì là chất độc với tế bào và mô , nên NH4+ phải được biến đổi thành chất ko độc trước khi được dưa vào máu để tới gan hoặc thận . NH4+ được gắn vào glutamat để tạo glutamin nhờ enzym glutamin synthetase. Phản ứng qua 2 bước

o Bước 1 :tạo hợp chất trung gian γ-glutamyl phosphat o Bước 2 :tạo glutamin

Hóa sinh Hà 2012

- Glutamin không độc , trung tính nên dễ dàng qua màng tế bào . Glutamin từ mô vào máu rồi đến gan thận , nhờ enzym glutaminase ở ty thể thủy phân glutamin thành glutamt và NH4+ :

o Ở thận sự thủy phân glutamin tạo NH4+ cung cấp cho nước tiểu. Sự đào thải NH4+ ở thận góp phần điều hòa thăng bằng acid-base của cơ thể

o Ở gan , NH4+ được biến đổi thành ure rồi đào thải qua thận ra nước tiểu

2. các yếu tố tham gia tổng hợp ure , quá trình tổng hợp urê và mối liên quan giữa chu trình urê và chu trình acid citric

- Sự tổng hợp urê xảy ra trong tế bào gan , NH4+ được biến đổi thành urê qua chu trình urê .

- Nguyên liệu để tổng hợp urê gồm có o 1 phân tử N lấy từ NH4+ tự do o 1 phân tử N lấy từ aspartat o 1 phân tử C lấy từ CO2 dưới dạng HCO3- o 3 phân tử ATP o 1 phân tử ornitin làm mồi o 5 enzym

- Quá trình tổng hợp urê qua 2 bước o Bước 1 : tổng hợp carbamyl phosphat

Phản ứng xảy ra ở ty thể tế bào gan , từ nguyên liệu là HCO3- và NH4+ nhờ enzym carbamylphosphat synthetase I có ở ty thể

o Bước 4 : gồm 4 phản ứng

Phản ứng 1: tạo citrullin từ carbamyl phosphat và ornitin . Phản ứng ở ty thể nhờ enzym xúc tác là ornitin carbamyl

Hóa sinh Hà 2012

transferase . Citrulin tạo thành từ ty thể ra bào tương phản ứng với aspartat

Phản ứng 2 : tạo arginosuccinat từ citrulin và aspartat nhờ

enzym arginosuccinat synthetase

Phản ứng 3 : tạo arginin và fumarat từ arginosuccinat , enzym xúc tác là arginosuccinat lyase

Phản ứng 4 : tạo ure và ornitin từ arginin nhờ enzym arginase. Arginase là 1 protein có 4 tiểu đơn vị , cần Mn ++ cho hoạt động xúc tác , có ở não , thận ….

Ornitin tạo thành được chuyển vào ty thể phản ứng với

carbamyl phosphat , bắt đầu chu trình mới Urê hình thành ở gan và máu tới thận để đào thải .Bình

thường lượng urê trong máu từ 0,2 0,4 g/l (3,5 -7 mmol/l) , trong nước tiểu từ 15-20g/24h . Lượng urê thay đổi phụ thuộc vào khẩu phần ăn giàu protein . Việc xét nghiệm ure máu có ý nghĩa cho CĐ bệnh gan , thận , nhiễm trùng nhiễm độc …

Năng lượng trong tổng hợp urê Sự bài tiết nito dưới dạng urê từ NH4+ tiêu tốn khoảng 15%

năng lượng của sự thoái hóa acid amin Sơ đồ chu trình urê

Hóa sinh Hà 2012

- Liên quan giữa chu trình urê và chu trình acid citric o Chu trình urê cung cấp fumarat cho chu trình citric . Oxaloacetat

trong chu trình acid citric tham gia phản ứng trao đổi amin với acid

Hóa sinh Hà 2012

amin , đặc biệt glutamat tạo thành aspartat và α-cetoglutarat. Aspartat phản ứng với citrulin của chu trình urê tạo arginosuccinat

- Điều hòa chu trình urê : chủ yếu ở mức tổng hợp carbamyl phosphat . enzym carbamyl phosphat synthetase I xúc tác phản ứng đầu tiên của chu trình urê được hoạt hóa vởi N- acetyl glutamat . N- acetyl glutamat bị thủy phân bởi enzym deacyclase . Ngoài ra điều hòa chu trình urê còn bị ảnh hưởng bởi nồng độ các chất trung gian của chu trình như ornitin

Chuyên đề 14 : Acid nucleic- Cấu tạo , cấu trúc phân tử ADN và ARN ; thoái hóa a.nucleic dưới tác dụng thủy phân của các nuclease . Sự thoái hóa các nucleotide có nhân purin ở người ;quá trình tái bản bảo tồn phân tử ADN ( các yếu tố tham gia và các giai đoạn tổng hợp chuỗi chậm ADN ) 1. Thoái hóa acid nucleic dưới dạng thủy phân của nuclease - Acid nucleic trong thức ăn ko bị hủy ở dạ dày chỉ bị thoái hóa ở tá

tràng bởi nuclease của tụy và phosphodiesterase ở ruột non.- Các sản phẩm này không qua được màng tế bào, tiếp tục bị thủy

phân tạo thành các nucleoside với xúc tác của nucleotidase và phosphatase.

- Nucleosid có thể hấp thụ tự do qua thành ruột hoặc tiếp tục thoái hóa để tạo base tự do, ribose, hoặc ribose-1-phosphat nhờ enzyme nucleosidase và nucleoside phosphorylase.

Nucleosid+ H20 base + ribose

Nucleosid+ H20 base + ribose-1-P

- Các a.nucleic trong TB thường xuyên bị thoái hóa và quá trình đó nằm trong sự thay đổi liên tục của tất cả các bộ phận cấu thành tế bào

a. Thoái hóa của purin nucleotide

Hóa sinh Hà 2012

- Khởi đầu quá trình thoái hóa là phản ứng thủy phân gốc phosphat dưới tác dụng của 5-nucleotidase .

- Adenylat : Sau khi thủy phân gốc phosphat, adenylat tạo thành adenosin . Adenosin tiếp tục khử amin thành inosin dưới sự xúc tác của adenosine deaminase . Inosin bị thủy phân giải phóng hypoxanthin và ribose-1-P dưới tác dụng của nucleosid phosphorylase . Hypoxanthin oxh thành xanthin rồi thành a.uric dưới tác dụng của xanthine oxidase

- Guanylat : trước hết bị thủy phân tạo thành guanosin dưới tác dụng của 5nucleotidase . Guanosin tiếp tục bị thủy phân giải phóng guanin tự do và ribose 1-P dưới xúc tác của nucleosid phosphorylase . Guanin lại bị khử amin tạo thành xanthin nhờ enzym guanin desaminase .Sau đó xanthin bị oxh tạo a.uric với sự tham gia của xanthin oxidase

- Sản phẩm thoái hóa cuối cùng của base purin là acid uric.Nồng độ Acid uric trong máu người 2,2-8 mg/dL( 130-480 μmol/l). A.uric trong nước tiểu: 0,3-0,8 g/24h và thay đổi theo chế độ ăn. Trong bệnh Gout, bệnh tăng bach cầu, acid uric trong máu có thể tăng tới 7-8 g/dL có sự lắng động urat tại một số tổ chức như sụn , bao gân, túi nhầy của khớp, thận, cơ.

o Nguyên nhân Gout do tổn thương quá trình bài tiết acid uric,

rối loạn chuyển hóa trong hội chứng Lesch-Nyhan hay von Gierke.

o Điều trị bằng phối hợp chế độ ăn và dùng thuốc ức chế

xanthin oxidase sản phẩm tạo ra xanthin và hypoxanthin tan trong nước , thải qua nước tiểu.

b. Thoái hóa của pyrimidin nucleotide - Các phản ứng thoái hóa pyrimidin nucleotid lần lượt là khử

phosphoryl hóa, khử amin hóa và chặt đứt liên kết glycosidic .Uracil và thymin tiếp tục bị thoái hóa ở gan qua quá trình khử thay vì oxh như quá trình chuyển hóa purin

- Sản phẩm thoái hóa cuối cùng của chuyển hóa pyrimidin là aa : β-alanin và β-amino-isobutyrat . Hai aa này thông qua phản ứng trao đổi amin để tạo manonyl –CoA và methylmalonyl-CoA để tiếp tục tham gia chuyển hóa

2. quá trình tái bán bảo tồn phân tử ADN ( các yếu tố tham gia và các giai đoạn tổng hợp chuỗi chậm ADN)

a. các yếu tố tham gia: - ADN helicase, Protein gắn với chuỗi đơn (SSB):

Hóa sinh Hà 2012

o ADN helicase là enzym mở xoắn kép bao gồm DnaB protein

o Dna B Protein có tác dụng tách 2 chuỗi xoắn kép ADN bằng

cách trượt dọc theo chiều dài chuỗi ADN mẹ theo chiều 5’ 3’, kèm với sự thủy phân ATP ( hoặc GTP or CTP)

o hai chuỗi đơn tách riêng biệt được SSB ( protein bám chuỗi

đơn) bám vào để không cho 2 mạch liên kết trở lại để có thể làm khuôn cho sự xúc tác tổng hợp của Pol III

o Ngoài ra , có helicase khác là Rep Protein và priA protein . Cả

2 enzym này tham gia vào tái bản ở E.coli, trượt dọc theo chiều 3’5’ của ADN kèm theo sự thủy phân ATP

- ADN gyrase ( Topoisomerase)::o Tác dụng mở xoắn kép tại chạc ba tái bản. Enzym này quan

trọng trong quá trình tái bản của vi khuẩno 1 số kháng sinh nhóm quinolon ức chế ADN gyrase qua đó

làm ngừng quá trình tái bản của ADN- ARN primase:

o Thuộc nhóm ARN polymerase

o Xúc tác tổng hợp sợi ARN mồi ngắn(10-60nu) liên kết bổ sung

với chuỗi ADN mồi trong quá trình tổng hợp những đoạn Okazaki trong chuỗi chậm.

o Rifampicin ức chế đặc hiệu ARN polymerase và primase

- DNA polymerase I:o Xúc tác tổng hợp ADN từ deoxynucleosid triphosphat với sự

có mặt của ADN làm khuôn.Pứ đòi hởi trong môi trường có đủ 4 loại deoxynucleosid triphosphat. Nếu thiếu 1 trong 4 loại , tổng hợp ADN sẽ bị ngừng

o ADN polymerase I là chuỗi pp có 928 aa với 2 trung tâm hoạt

động là ADN polymerase I và exonuclease (3’->5 và 5-> 3) . Trong đó trung tâm polymerase có tác dụng kéo dài chuỗi theo chiều 5’->3’ còn 35 và 53 exonuclease có tác dụng sửa chữa những sai sót bằng cách cắt bỏ đoạn có sai sót này

- DNA pol II:Chưa được biết rõ. Có hoạt tính exonuclease theo chiều 35 nhưng không có chiều ngược lại

- DNA pol III:Có vai trò chủ yếu trong kéo dài chuỗi DNA mới theo chiều 5 3 ở E.coli. Pol III cũng chỉ có hoạt tính exonuclease theo chiều 35. Đây là 1 phân tử lớn có 13 tiểu đơn vị liên kết với nhau

- DNA ligase: xúc tác việc nối các đoạn Okazaki thông qua việc tạo thành lk phosphodieste giữa đầu 3’hydroxyl của mẩu ADN này với

Hóa sinh Hà 2012

đầu 5’phosphat của mẩu ADN khác với NL từ ATP . ADN ligase có thể tham gia quá trình nối 2 đầu sợi ADN bị đứt hoặc nối kín để tạo ADN vòng .

b. các giai đoạn của tổng hợp chuỗi chậm DNA: - Mở đầu:

o Nhận diện điểm mở đầu : ở E.coli, điểm mở đầu là đoạn

oriC chứa 245 base. Tại đây , DnaA protein gắn vào để tạo phức hợp mở đầu, ( năng lượng từ ATP+ protein HU) vùng giàu AT phía trái đoạn oriC được mở xoắn.

o DnaA protein định hướng cho DnaB6và DnaC6 gắn vào để tạo

tiền phức hợp mồi và giải phóng DnaC. Tiếp theo , với sự tham gia của SSB , gyrase và DnaB , enzym gyrase tiếp tục tháo xoắn chuỗi ADN ở vùng tiền phức hợp mồi theo cả 2 hướng để tạo đk cho primase và ARN polymerase gắn vào . ARN polymerase hoạt hóa primase tổng hợp đoạn ARN mồi theo NTBS. Các mấu ARN mồi này cần cho sự tổng hợp các đoạn Okazaki tại các điểm khởi đầu

- Kéo dài:o Chuỗi chậm

DNA polymerase III xúc tác tổng hợp đoạn Okazaki nối tiếp với ARN mồi. Đoạn này được kéo dài cho đến đoạn mồi tiếp theo.

ARN mồi được tách ra dưới dạng tác dụng của exonuclease của ADN polymerase I . Enzym này đồng thời xúc tác phản ứng kéo dài chuỗi ADN thế chỗ cho vị trí ARN mồi.

Các đoạn Okazaki được nối với nhau nhờ sự xúc tác của enzym ADN ligase thông qua sự hình thành lk phosphodieste giữa 2 đầu tự do của đoạn ADN mới được tổng hợp

o Chuỗi nhanh : ADN pol III xúc tác tổng hợp chuỗi nhanh theo

chiều 5’->3’ - Kết thúc:

o Vùng gen mà quá trình tái bản kết thúc khá lớn và kẹp giữa

các gen Ter E, Ter D và Ter A ở cùng 1 vị trí và gen Ter F, Ter B và TerC ở 1 vị trí khác.

o Chạc 3 tái bản (theo chiều ngược kim đồng hồ vượt qua các

gen Ter F, B, C nhưng kết thúc khi gặp các gen Ter E, D, A .

Hóa sinh Hà 2012

o Tương tự , chạc 3 tái bản theo chiều kim đồng hồ lại vượt qua

các gen Ter E, D, A nhưng kết thúc khi gặp các gen Ter F, B, C . Như vậy vùng gen kết thúc có 2 cực , cho phép chạc 3 tái bản dừng tại đó chứ ko vượt qua. Quá trình này cần có sự tham gia của Tus protein ( terminator utilization substance)

o Sau đó dưới xúc tác của topoisomerase hai chuỗi DNA mới

tách khỏi DNA mẹ.

Chuyên đề 15: Hemoglobin: cấu tạo hemoglobin : globin , hem , 2,3-DPG; chuyển hóa chung của hemoglobin ;ý nghĩa của việc định lượng bilirubin tự do , liên hợp trong huyết thanh và sắc tố mật trong nước tiểu trong CĐ bệnh gan mật 1. Cấu tạo Hemoglobin: gồm hem, globin, phân tử 2,3 –DPG.- Hem :

o Cấu tạo từ protoporphyrin 9 gắn với ion Fe 2 .⁺

o Protoporphyrin tạo thành từ porphin

o Porphin gồm 4 vòng pyrol liên kết với nhau qua 4 cầu

metylen, kí hiệu là α,β,ϒ,δ . Các vòng pyrol được đánh số I, II, III, IV.

o Các nhóm thế metyl (M), etyl (E),vinyl (V), acetat(A),

propironat(P) thế vào 8 vị trí trên phân tử porphin được phân tử protoporphyrin.

o Sự gắn Fe2 vào vị trí trung tâm của protoporphyrin IX, Fe⁺ 2+

liên kết với 4 nguyên tử N nằm trên mặt phẳng của vòng porphyrin tạo thành hem.

- Globin :o Là protein của Hb, quyết định đặc tính loài của Hb. Mỗi phân

tử Hb có 4 chuỗi globin . Mỗi chuỗi có 8 đoạn xuắn A,B,C,D,E,F, G,H.

o Giữa đoạn xuắn là đoạn không xuắn được gọi theo tên ghép

của đoạn xoắn trước, VD : AB. Mỗi chuỗi globin có cấu trúc bậc 2,3 .Các chuỗi lk nhau tạo hemoglobin

o Các chuỗi liên kết với nhau tạo Hb

- 2,3-DPG :Có nguồn gốc từ thoái hóa glucose, lượng 2,3 DPG cao trong hồng cầu, có tác dụng làm giảm ái lực Hb với oxy.

o Công thức cấu tạo

Hóa sinh Hà 2012

- Tóm lại, Hb Gồm 4 tiểu đơn vị. Mỗi tiểu đơn vị gồm 1 Hem gắn với

1 chuỗi globin α hoặc β. TLPT Hb là 64.000. Phân tử 2,3-DPG nằm ở trung tâm của Hb theo tỉ lệ 1 : 1, liên kết muối với 2 chuỗi β

2. Chuyển hóa chung của hemoglobin   : - Hb chiếm 34% tổng lượng protein hồng cầu. Đời sống hồng cầu

trung bình là 120 ngày. Hồng cầu già bị hủy ở hệ thống liên võng nội mô giải phóng Hb thủy phân thành Hem và globin:

o Globin thủy phân thành acid amin tái sử dụng để tổng hợp

proteino Hem thoái hóa thành bilirubin

- Sự tổng hợp Hemoglobin là tổng hợp globin và tổng hợp hem : sai sót 1 aa trong chuỗi globin hoặc sai sót về tỉ lệ các chuỗi trong phân tử Hb gây bệnh lí về hemoglobin và bệnh thalassemia. Rối loạn tổng hợp hem gây bệnh Porphyria

2.1. Sự thoái hóa của Hb: - Sự thoái hóa Hb ngoài mạch

o HC già bị phá hủy trong lách giải phóng Hemoglobin và

được thoái hóa . 90% hemoglobin thoái hóa trong tổ chức liên võng ngoài hệ thống tuần hoàn . Hemoglobin thoái hóa tạo globin và hem

o Globin thủy phân thành aa tái sử dụng để tổng hợp protein,

những aa ko được tái sử dụng sẽ bị thoái hóa.o Hem được mở vòng ở Carbon α giải phóng CO và Fe3+ nhờ

enzym hemoxygenase , có coenzyme là NADPH và cần 1 phân tử Oxy

Fe3+ được vận chuyển đến transferin Sản phẩm tạo thành của phản ứng này là biliverdin có

màu xanh. ở người: biliverdin tiếp tục khử thành bilirubin nhờ

enzym bilivedin reductase có coenzym NADPH và giải phóng NADP⁺

Hóa sinh Hà 2012

Bilirubin không tan trong nước,có ái lực cao với lipid và albumin của huyết thanh kết hợp lipid màng gây hư hại chức năng màng tế bào, đặc biệt hệ thống thần kinh

Bil được vận chuyển vào máu, kết hợp với albumin huyết thanh và được vận chuyển đến gan . Tại gan , bilirubin được tách ra nhanh chóng khởi albumin đi vào tế bào gan. Trong tế bào gan , bilirubin kết hợp với acid glucuronic tạo bilirubin liên hợp . Chất cho glucuronat là UDP glucuronat , enzym xúc tác phản ứng là glucuronyl transferase)

bil liên hợp được bài tiết vào đường dẫn mật về túi mật và là thành phần chính sắc tố mật

Bil liên hợp phản ứng trực tiếp với muối diazo tạo chất máu azo gọi là phản ứng Van der bergh

Bệnh lý: bilirubin kết hợp chặt chẽ với albumin của huyết thanh mà ko tách ra được trong bệnh Gilberts

Bilirubin glucuronid từ túi mật xuống ruột nhờ các enzym của vi khuẩn đườg ruột thủy phân tách thành glucuronat và bilirubin . Bilirubin bị oxy hóa thành urobilinogen. Urobilinogen tiếp tục oxh thành stercobilinogen.2 sắc tố này đào thải qua phân và bị khử

Hóa sinh Hà 2012

thành urobilin và stercobilin tương ứng phân có màu vàng.

20 % urobininogen và stercobilinogen được tái hấp thu vào tĩnh mạch cửa về gan để tái tạo lại sắc tố mật. quá trình này là chu trình ruột –gan . 1 phần sắc tố mật bị lọc qua thận và đào thải ra nước tiểu và bị khử thành urobilin và stercobilin , 2 chất này tạo màu nước tiểu bình thường

Trẻ sơ sinh: do thiếu enzyme của vi khuẩn đường ruột trong những ngày đầu sau sinh, bilirubin không bị khử ở ruột mà tự oxy hóa thành biliverdin. Người dùng kháng sinh ảnh hưởng vi khuẩn đường ruột phân màu xanh

Xác định nồng độ bil tự do và bil liên hợp trong máu đã được sử dụng để chẩn đoán bệnh về gan mật

- Sự thoái hóa Hb nội mạch:o Bình thường có < 10% hemoglobin được giải phóng trực tiếp

vào máu . Vào máu , hemoglobin phân ly thành dimer α và dimer β. Các dimer này kết hợp với haptoglobin của huyết tương tạo phức hợp lớn hơn nên ko bị đào thải qua thận . Sự lk với haptoglobin làm ổn định lk hem-globin trong các dimer . Phức hợp haptoglobin- dimer được chuyển đến gan và thoái hóa xảy ra như trên

o Nếu lượng haptoglobin giảm , các dimer sẽ bị lọc qua cầu

thận và được tái hấp thu rồi biến đổi thành hemosiderin o Nếu lượng hemoglobin > 5g/ngày sẽ xuất hiện hemoglobin ra

nước tiểu hoặc oxh thành met-hemoglobin hoặc thủy phân thành hem tự do . Những hem tự do kết hợp với protein hemopexin tạo phức hem –hemopexin . Phức hợp này được chuyển về gan và thoái hóa ở gan . Khi quá nhiều hem vượt quá khả năng kết hợp của hemopexin thì hem kết hợp với albumin huyết và được giữ đến khi có hemopexin để kết hợp và thoái hóa ở gan

2.2. Sự tổng hợp Hb: a. Tổng hợp Hem: - Xảy ra mạnh ở gan và tủy xương, ở cả ty thể và bào tương tế bào.

Sự vận chuyển các chất qua màng ti thể là một quá trình phức tạp, là điểm gây ra gián đoạn trong sự tổng hợp hem.

- Qua 8 bước

Hóa sinh Hà 2012

o 1: tạo δ amino levulinic acid (ALA) từ succinyl CoA và glycin

loại CO2 và CoASH nhờ enzym ALA synthase . Phản ứng xảy ra ở ty thể , ALA tạo thành đi ra bào tương

o 2: tạo porphobilinogen (PBG) từ 2 phân tử ALA nhờ enzym

ALA dehydratase loại đi 1 H2O o 3: tạo hydroxymetylbilan nhờ enzym PBG deaminase

o 4: tạo thành uroporphyrinogen III nhờ enzym

uroporphyrinogen III synthase o 5: tạo coproporphyrinogen III nhờ enzym uroporphyrinogen

III decarboxylase . Coproporphyrinogen III từ bào tương đi vào ty thể

o 6: tạo protoporphyrinogen IX nhờ enzym

Coproporphyrinogen oxidase , loại đi 2 CO2 và 2 hydro o 7: tạo protoporphyrin IX nhờ enzym protoporphyrinogen

oxidase o 8: tạo thành hem do sự gắn ion Fe2+ vào protoporphyrin IX

nhờ enzym ferrochelatase

o Điều hòa tổng hợp hem :

Thông qua điều hòa số lượng ez ALA synthase theo cơ chế điều hòa ngược. Nếu tăng nồng độ Hem trong gan sẽ làm giảm hình thành ALA synthase và ngược lại

Điều hòa tổng hợp hem còn phụ thuộc nhu cầu hemoprotein trong gan

Ngoài ra 1 số yếu tố khác cũng góp phần điều hòa tổng hợp hem như : số lượng HC trong tủy xương, các ez

Hóa sinh Hà 2012

trên con đường tổng hợp hem và tốc độ giữ sắt của tế bào .

o Rối loạn tổng hợp hem

Thiếu hụt enzyme di truyền hay mắt phải gây ứ đọng các sản phẩm của quá trình chuyển hóa porphyria trong tủy xương hay trong gan bệnh porphyria tăng các sản phẩm trung gian trong máu , nước tiểu và phân . Tình trạng bệnh tương ứng với sự thiếu hụt enzym trong mỗi bước tổng hợp hem trừ ALA synthase .

b. Tổng hợp globin - Theo cơ chế tổng hợp các protein ở bào tương

- Hem từ ti thể ra bào tương kết hợp globin tạo thành hemoglobin. Sự kết hợp xảy ra khi các chuỗi globin tách khỏi polysom , hoặc chuỗi alpha tách khỏi polysom đến kết hợp với chuỗi beta còn đang gắn polysom để tạo thành dimer αβ ->hai dimer αβ kết hợp lại tạo thành α2β2

- Gen mã hóa cho chuỗi α nằm trên NST 16, chuỗi khác α nằm trên NST 11

c. Sai sót trong tổng hợp globin: - Sai về chất lượng chuỗi globin bệnh lý hemoglobin:

o Là sai sót về 1 aa trong chuỗi globin, có thể ở chuỗi α hay β.

Những sai sót này gây ra bất thường về cấu trúc mất khả năng vận chuyển oxy của hemoglobin

o Hb bệnh lý kí hiệu : HbC( thay aa số 6 glu lys trên chuỗi

β) ,HbS (thay aa số 6 glu val trên chuỗi β).- Sai về tỉ lệ chuỗi bệnh Thalassemia

o Tạo chuỗi globin không cân bằng gây bệnh hồng cầu nhỏ

nhược sắc, đôi khi làm biến dạng hồng cầuo Sự tích tụ quá nhiều các chuỗi globin trong hemoglobin của

quá trình phát triển HC gây tủa protein phá hủy HC trong tủy xương tế bào máu trưởng thành ko tới được máu ngoại vi

o Thalassemia là bệnh di truyền trội rất phổ biến, có 2 type

Alpha thalassemia giảm hoặc ko có sự tạo thành chuỗi α

Beta thalassemia giảm hoặc ko có sự tạo thành chuỗi β3. Ý nghĩa của việc định lượng Bilirubin tự do và liên hợp trong

huyết thanh và định lượng sắc tố mật trong nước tiểu trong chẩn đoán bệnh gan mật.

Hóa sinh Hà 2012

- Lượng bilirubin trong huyết thanh là kết quả của sự cân bằng giữa hình thành bilirubin do thoái hóa Hb và khả năng liên hợp bilirubin của gan.

- Người bthg: bil toàn phần < 1 mg%: bilirubin tự do < 0,8 mg%, bilirubin liên hợp < 0,2 mg%. Sự tăng bil toàn phần trong huyết thanh gây vàng da

- Có 3 nhóm nguyên nhân gây vàng da: trước gan, tại gan, sau gan. Định lượng Bil giúp chẩn đoán nguyên nhân vàng da.

a. Vàng da trước gan - Nguyên nhân : Do tăng bil toàn phần, nguyên nhân do tan máu quá

nhiều, tan máu có thể do di truyền hoặc mắc phải.o Tan máu mắc phải: do truyền nhầm nhóm máu, do hóa chất,

do một vài loại ung thư, hoặc do thuốco Tan máu di truyền do hồng cầu không bình thường, làm tăng

tốc độ hủy hồng cầu trong tủy xương tăng bil giải phóng từ tủy xương và ít hồng cầu từ tủy xương vào máu tuần hoàn.

o Ngoài ra còn do tăng phá hủy các thành phần hem không phải

của Hb ở gan và 1 số mô khác - Hầu hết TH vàng da trước gan chức năng gan bình thường

- Vàng da ở trẻ sơ sinh : bil TP > 15 mg% xuất hiện vài ngày sau sinh hoặc > 10 mg% sau khi sinh 2 tuần.

o Nguyên nhân: tăng sự tan máu trong khi sinh, gan chưa hoàn

thiện thiếu hụt tạm thời enzyme glucuronyltransferase. Vì vậy có sự tăng bilirubin tự do gây tăng bil trên 10 mg%

o Trẻ bình thường bil cao 2, 3 ngày sau sinh rồi giảm nhanh trở

về bình thường dưới 7 tuần. Khi bil cao dai dẳng >2 tuần, hoặc tiếp tục tăng > 15 mg% nghĩ tới bệnh lý như nhóm máu Rh.

b. Vàng da tại gan:- Do khuyết tật sự vận chuyển Bil vào tế bào gan -> tăng nhiều bil tự

do : gặp trong hội chứng Crigler-Najar và trong bệnh Gilberts do thiếu hụt enzyme glucuronyl transferase liên hợp bil với glucuronat

- Do tế bào gan bị hủy hoại hoặc do sự bài tiết sản phẩm từ tế bào bị tổn thương Bil liên hợp gặp nhiều hơn. Gặp trong hội chứng Rotor, viêm gan virus, do nhiễm độc, do khối u.

c. Vàng da sau gan:- Do tắc mật gây cản trở mật xuống ruột. Ng/nhân phổ biến nhất do

sỏi đường mật,u đầu tụy ,u các cơ quan khác chèn vào đường mật

Hóa sinh Hà 2012

- Tăng chủ yếu Bil liên hợp. Lượng Bil tới ruột giảm nên phân bạc màu nhưng có nhiều bil thải qua nước tiểu nên nước tiểu vàng đậm.

- Có nhiều trường hợp tắc mật kéo dài làm tế bào gan tổn thương, khả năng liên hợp giảm nên Bil liên hợp có thể tăng nhưng ko cao không cao.

Chuyên đề 16: Sự sinh tổng hợp protein :các yếu tố tham gia quá trình sinh tổng hợp protein ở E.coli ; các giai đoạn tổng hợp protein ở E.coli (có hình vẽ ).Cơ chế điều hòa sinh tổng hợp protein ở E.coli1. Các yếu tố tham gia - ADN:

o Là cơ sở vật chất di truyền quyết định cấu trúc đặc hiệu của

protein,quyết định tính chất sinh học, chức năng của protein.o Mọi biến đổi trong cấu trúc di truyền của ADN sẽ dẫn đến thay

đổi cấu trúc của protein được tổng hợp - mARN:

o mARN có chức năng truyền thông tin di truyền từ ADN tới

phân tử protein được tổng hợp nên nó có thành phần và trật tự các nu phù hợp với đoạn ADN tương ứng.

o Nó qui định trật tự các aa trong phân tử protein tổng hợp

thông qua các bộ ba mã hóa,mỗi bộ ba mã hóa gồm 3 nu liền nhau.

o Có 4 loại mononucleotide : A, U, G, C tổ hợp thành các bộ 3

mã hóa cho 20 aa.- tARN :

o là 1 loại ARN hòa tan trong dịch bào, có chức năng gắn kết và

vận chuyển aa tới ribosom.o Có 6 vị trí chức năng trên phân tử t ARN, trong đó có vị trí gắn

aa ( -CCA) và vị trí đối mã tương ứng với bộ 3 mã hóa trên phân tử mARN

o Có 60 loại tARN

- rARN:o rARN kết hợp với các protein đặc biệt, tạo nên ribosom.

Hóa sinh Hà 2012

o Ribosom của mọi tế bào gồm 2 tiểu đơn vị : tế bào nhân sơ là

30S+50S tạo nên ribosom 70S. Trên ribosom có các vị trí chức năng khác nhau cần cho tổng hợp protein.

o Phần lớn ribosom tự do trong bào tương, phần nhỏ gắn vào

lưới nội bào. Nhiều ribosom gắn cùng trên 1 phân tử mARN trong tổng hợp protein tạo thành polysom.

- Enzyme:o Enzym aminoacyl-tARN synthetase: xúc tác tạo phức hợp aa-

tARN. Đặc hiệu với aa và tARN tương ứng.o Enzym Peptidyl transferase xúc tác tạo liên kết peptide.

- Các yếu tố mở đầu, kéo dài, kết thúc:o Yếu tố mở đầu IF: tế bào nhân sơ có 3 yếu tố: IF1, IF2, IF3

o Yếu tố kéo dài EF: EFT , EFG.

EFT có 2 loại EFTu và EFTs, cả 2 đều có hoạt tính GTPase ( thủy phân GTP giải phóng năng lượng cho sự chuyển aa-tARN đến ribosom)

EFG cần cho sự chuyển vị của peptidyl-tARN.o Yếu tố kết thúc: RF1,RF2, RF3

- Năng lượng và các ion : ATP, GTP, Mg , NH4 , K⁺⁺ ⁺ ⁺- Nguyên liệu là 20 aa2. Các giai đoạn tổng hợp Protein ở E.Coli ( có hình vẽ): - Hoạt hóa aa:

o Xảy ra ở bào tương. Nhờ xúc tác của enzyme aa-tARN

synthetase, mỗi aa liên kết đồng hóa trị với tARN.o Phản ứng qua 2 bước:(1) tạo aminoacyl-AMP,(2)tạo

aminoacyl-tARN- Mở đầu chuỗi:

o Sự mở đầu tổng hợp bắt đầu từ aa methionin mã hóa bởi bộ

ba mở đầu AUG trên mARN, dưới dạng fMet-tRNA.o Hình vẽ

30S +IF3+ mARN+IF1 Sau đó , fMet-tARN + GTP+ IF2 Phức hợp này gắn

với phức hợp 30S +IF3+ mARN+IF1 tạo nên phức hợp ở đầu và giải phóng IF3. GTP gắn trên IF2 thủy phân tạo năng lượng gắn 50S vào 30S , đồng thời giải phóng IF1 và IF2 tạo ribosom 70S hoạt động

o Kết quả: fMet-tARN gắn vào vị trí P (peptid) của ribosom

tương ứng với mã mở đầu AUG của mARN.

Hóa sinh Hà 2012

- Kéo dài:o Sau mở đầu, vị trí P trên ribosom gắn với fMet-aa và vị trí A

trên ribosom trống sẵn sàng nhận aa tiếp theo. Tùy bộ 3 ở vị trí A mã hóa cho aa nào mà phức hợp aa-tARN đó được đưa đến(VD: GCU mã hóa ala)

o GTP kết hợp EF-Tu tạo EFTu-GTP, rồi kết hợp với Ala-tARN

tạo phức hợp EFTu-GTP-Ala-tARN. Phức hợp này gắn vào vị trí A trên ribosom: bộ ba đối mã trên tARN gắn vào bộ 3 mật mã GCU trên mARN nhờ năng lượng do GTP thủy phân. Sau đó ,EF-Tu-GDP tách khỏi ribosom

o Sau đó, Peptidyl transferase xúc tác tạo liên kết peptid giữa

nhóm amin của Ala-tARN với nhóm carboxyl của fMet-tARN tạo thành peptidyl fMet-Ala-tARN vẫn gắn ở A. Phản ứng lấy năng lượng từ sự thủy phân fMet-tARN

o Sau đó , nhờ tác dụng của EFG (có gắn CTP) ribosom trượt

theo chiều 5’-3’ một khoảng = 1 bộ ba mã hóa. Peptidyl-tARN chuyển từ A sang P. EFG tách khỏi ribosom, vị trí A trống và sẵn sàng nhận aa-tARN mới ,bắt đầu chu kì kéo dài mới.

- Kết thúc:Sự kéo dài kết thúc khi vị trí A xuất hiện bộ 3 kết thúc UAA,UAG, UGA. Các yếu tố kết thúc RF1,RF2,RF3 gắn vào ribosom làm tách các thành phần của phức hợp ribosom hoạt động: chuỗi polypeptide, tARN cuối cùng, mARN, ribosom 70S phân ly thành 30S và 50S.

3. Cơ chế điều hòa sinh tổng hợp protein ở E.Coli. a. Hiện tượng cảm ứng tổng hợp (VD: operon lactose ) - Hiện tượng :

o Nếu nuôi E.coli trong môi trường có glucose , E.coli phát triển

bình thường .Nếu loại bỏ glucose trong môi trường và thay vào đó lactose , E.coli lúc đầu ko phát triển và thấy có enzym β-galactosidase là enzym thủy phân lactose thành galactose và glucose . Sau 1 thời gian , E.coli phát triển và lượng β-galactosidase tăng rất cao. Như vậy quá trình tổng hợp enzym đã tăng lên , lactose chính là chất gây cảm ứng tổng hợp enzym

- Cấu trúc : operon lactose là 1 đoạn ADN chứa 3 gen cấu trúc (Z, Y, A) mã hóa 3 enzym cần thiết của E.coli để có thể sử dụng được lactose

o Gen Y: mã hóa enzym permease là enzym giúp lactose

chuyển qua màng vi khuẩn dễ dàng Hóa sinh Hà 2012

o Gen A: mã hóa enzym acetylase , vai trò chưa rõ

o Gen Z: mã hóa enzym β-galactosidase có tác dụng thủy phân

lactose thành galactose và glucose o Ngoài gen cấu trúc , operon còn chứa

Đoạn gen khởi động , kí hiệu P là vị trí gen gắn với ARN-polymerase bắt đầu sự phiên mã

Đoạn gen chỉ huy , kí hiệu O là gen điều khiển hoạt động của gen cấu trúc

Đoạn gen điều hòa , kí hiệu R mã hóa 1 protein có tác dụng kìm hãm hoạt động của operon lactose nên gọi là chất kìm hãm

- Giải thích sự cảm ứng o Khi môi trường có glucose , vi khuẩn ko cần sử dụng lactose

nên operon ở trạng thái kìm hãm . Quá trình kìm hãm này như sau

Gen R sản xuất chất kìm hãm I , chất I ở trạng thái hoạt động có khả năng nhận diện và gắn vào gen O của operon gen bị khóa ko cho ARN polymerase bám vào gen P gen cấu trúc ko sản xuất các protein enzym sử dụng lactose

o Khi có mặt lactose (chất cảm ứng ), lactose kết hợp với chất

kìm hãm I tạo làm chất kìm hãm bị bất hoạt , mất khả năng nhận diện và gắn vào gen O operon được giải kìm hãm , lúc này , ARN pol gắn vào vị trí khởi động P phiên mã của các gen cấu trúc trong operon và tổng hợp các enzym cần thiết cho việc sử dụng lactose

o Tồn tại 1 kiểu điều hòa tổng hợp protein khác là điều hòa

dương tính với sự tham gia của cAMP và CAP . Khi có cả glucose và lactose trong môi trường , vi khuẩn sử dụng glucose trước và việc sử dụng lactose bị kìm hãm .Khi glucose trong môi trường giảm thì lượng cAMP tăng, cAMP tăng sẽ kết hợp với protein CAP tạo cAMP-CAP , phức hợp này gắn với vùng khởi đầu P làm tăng ái lực gắn của vị trí P với ARN pol tăng cường phiên mã các gen cấu trúc

b. Hiện tượng kìm hãm tổng hợp (VD: operon tryptophan ) - Hiện tượng

o Khi cho tryptophan vào môi trường nuôi cấy , người ta thấy

lượng enzym E1, E2,E3( các enzym tham gia tổng hợp

Hóa sinh Hà 2012

tryptophan ) của vi khuẩn giảm đi . Vậy tryptophan đã kìm hãm tổng hợp các protein enzym E1,E2,E3

- Giải thícho Mô hình operon tryptophan cũng có các đoạn gen O, P, gen

cấu trúc sản xuất enzym E1,E2,E3 và gen điều hòa sản xuất chất kìm hãm I

o Khi ko có tryptophan , chất kìm hãm ở trạng thái ko hoạt động

nghĩa là nó ko kết hợp với gen O và ARN pol tự do gắn vào gen P để khởi động phiên mã của các gen cấu trúc tạo ra enzym E1,E2,E3 .

o Khi cho tryptophan vào môi trường hoặc tryptophan được

tổng hợp dư thừa, nó sẽ kết hợp với chất kìm hãm I tạo phức hợp hoạt động . Phức hợp này gắn vào gen O ngăn chặn sự gắn ARN pol vào vùng khởi đầu P -- > các gen cấu trúc ko phiên mã tổng hợp enzym nữa

o Đây là cơ chế điều hòa để tiết kiệm năng lượng sống của sinh

vật

Chuyên đề 17: hormone : Định nghĩa , phân loại hormon (mỗi loại cho 1vd) .Các chất truyền tin thứ 2 và cơ chế tác dụng đã biết .

1. Định nghĩa: Hormon là những chất hữu cơ được sản xuất ra với lượng rất nhỏ bởi những tế bào của tuyến nội tiết. hormone được bài tiết trực tiếp vào máu và được vận chuyển tới các bộ phận khác nhau của cơ thể gọi là cơ quan nhận( cơ quan đích). Ở đó hormone tạo ra những biến đổi hóa lý giúp cơ thể duy trì được sự hằng định nội môi.

2. Phân loại Hormone . Mỗi loại cho 1 ví dụ2.1. Theo cấu tạo hóa học: - Hormon là Peptid và protein:

o Có từ 3 aa tới hơn 200 aa. Chủ yếu là hormone vùng dưới

đồi, tuyến yên, tuyến tụy.VD : Insulin, glucagon.- Hormon là Amin ( dẫn xuất của acid amin) :

Hóa sinh Hà 2012

o Có trọng lượng phân tử thấp. Là những dẫn xuất của tyrosin

gồm những hormon của tủy thượng thận tan trong nước và hormon tuyến giáp ít tan trong nước. VD : adrenalin, noradrenalin. T3, T4.

o Chúng thường được sinh tổng hợp trong tuyến nội tiết ở dạng

phân tử tiền chất lớn( preprohormon) . Phân tử tiền chất chứa đoạn peptid ngắn( 16-22 aa) là đoạn tín hiệu, đoạn này sẽ được loại bỏ sau khi phân tử tiền chất vào lưới nội bào trở thành tiền chất hormon( prohormon) . Prohormon tích lại các túi dự trữ trong bào tương và sẽ giải phóng vào máu.

o Chúng được vận chuyển trong máu ở dạng tự do ( trừ T3, T4

của tuyến giáp).o Có thời gian bán hủy ngắn.

- Hormon Steroid :o Gồm hormon vỏ thượng thận, tuyến sinh dục nam , nữ.

o Bắt nguồn từ cholesterol và có nhân cấu tạo cơ bản.

o Chia 2 nhóm theo số lượng C :

C18 estrogen, C19 androgen  C21: corticoid chuyển hóa đường, corticoid chuyển hóa

muối và progestin.o Hormon steroid có thể khuếch tán tự do qua màng tế bào vào

dòng máu. Trong máu chúng kết hợp với protein vận chuyển đặc hiệu có trong huyết thanh. Ở dạng tự do hormon mới có thể kết hợp với các receptor và thể hiện hoạt tính sinh học, tuy nhiên dạng tự do dễ bị thoái hóa.

- Hormon Eicosanoid :o Ngoài 3 nhóm trên , còn có những chất giống như hormon

được xếp vào loại Eisosanoid . o Không bền vững, không tan trong nước, là dẫn xuất của acid

arachidonic ( 1 acid béo có 20 carbon với nhiều liên kết đôi). o Có 3 phân nhóm : Prostaglandin, leukotrien, thromboxan

o Thường tác dụng chủ yếu tại các mô gần

2.2. Theo cơ chế tác dụng   : - Nhóm kết hợp với thụ thể nội bào :

o Gồm steroid và hormon tuyến giáp

- Nhóm kết hợp với thụ thể ở màng tế bào :o Gồm peptid và amin tan trong nước.

o Kết hợp với thụ thể ở mặt ngoài tế bào nhận .

Hóa sinh Hà 2012

o Chia thành các phân nhóm tùy vào chất truyền tin thứ 2 tham

gia vào cơ chế tác dụng của hormon.3. Các chất truyền tin thứ 2 - cAMP: là chất truyền tin thứ 2 của hormone glucagon, epinephrine,

ACTH, FSH, LH. cAMP được tạo thành từ ATP là dạng năng lượng hóa học dự trữ của cơ thể

o Cơ chế: cAMP làm thay đổi chuyển hóa ở tế bào đích thông

qua việc hoạt hóa protein kinase A . Enzym chịu tác dụng của cAMP gồm 2 phần: phần điều hòa R, phần xúc tác C. Khi không có mặt cAMP thì enzym ở trạng thái không hoạt động R2C2. Khi có tác dụng của hormone tăng cAMP, cAMP gắn với tiểu đơn vị R làm tiểu đơn vị R thay đổi cấu hình tách khỏi tiểu phần C tiểu phần C trở nên hoạt động, xúc tác phản ứng hóa học tương ứng làm thay đổi chuyển hóa tế bào .

o Ví dụ cơ chế tăng đường máu của epinephrine:

Epinephrin kích thích sự hoạt động của glycogen phosphorylase thông qua cAMP . Glycogen phosphorylase tăng chuyển hóa glycogen thành glucose-1P, làm tăng tạo glucose.

Từ 1 phân tử hormon có thể làm thay đổi hoạt động xúc tác của hàng nghìn phân tử enzym thông qua sự khuếch đại tác dụng hormon gắn với chất thụ thể .

- cGMP:o cGMP là chất truyền tin thứ 2 ở một số tế bào của ruột , tim,

mạch máu, não ,ống thu của thận.o Tác dụng

ở thận và ruột: cGMP thay đổi sự vận chuyển ion và sự giữ nước.

ở cơ tim: nó gây giãn cơ ở não: nó tham gia vào sự phát triển não

o Ở động vật có vú : ANF ( Atrial Natriuretic Factor) giải phóng

từ tế bào cơ tâm thất của tim tác dụng hoạt hóa enzym GC ( guanylat cyclase) chuyển GTP thành cGMP. Cơ quan đích là tế bào ống thận: làm tăng bài xuất natri, nước ở ống thận.

o Cơ chế : tác dụng của cGMP thông qua protein kinase phụ

thuộc cGMP ( gọi là protein kinase G) . Protein kinase G gồm vùng xúc tác C và điều hòa R.

Hóa sinh Hà 2012

o Một loại GC thứ 2 ( thấy ở mô cơ tim và cơ trơn mạch máu)

chứa hem và được hoạt hóa bởi NO . Sự tăng cGMP do NO làm giãn tế bào cơ trơn, giãn mạch.

- Dẫn xuất của phosphatidyl inositol biphosphat.o 1 loại thụ thể gắn với phospholipase C qua protein G. Khi

hormon gắn vào thụ thể Phospholipase C xúc tác chuyển phosphatidyl inositol 4,5diphosphat thành 2 chất thông tin thứ 2 : diacyl glycerol(DAG) và inositol 1,4,5 triphosphat(IP3)

o DAG hoạt hóa proteinkinase C phụ thuộc Ca2+ . Proteinkinase

C phosphoryl hóa gốc Ser và Thr của protein ở tế bào nhận làm thay đổi xúc tác của protein này gây ra những biến đổi đáp ứng ở tế bào nhận

o IP3 (inosin triphosphat) khuếch tán tới lưới nội sinh chất và

gắn vào thụ thể đặc hiệu làm mở kênh Ca ở lưới nội sinh ⁺⁺chất,làm tăng nồng độ Ca trong bào tương gấp hàng 100 ⁺⁺lần.

o Ví dụ : vasopressin tác dụng lên tế bào gan, TRF ( yếu tố giải

phóng thyrotropin) lên tế bào tuyến yên- Ca :⁺⁺

o Bình thường nồng độ Ca rất thấp trong nội bào nhờ bơm ⁺⁺Ca trong nội nguyên sinh chất , ty thể và màng tế bào. ⁺⁺

o Kích thích của hormone thần kinh làm 1 dòng Ca2 từ ngoài ⁺màng vào trong tế bào, hoặc giải phóng Ca từ lưới nội chất ⁺⁺và ty thể tăng nồng độ Ca trong bào tương ⁺⁺ hoạt hóa enzyme phụ thuộc Ca thông qua calmodulin.⁺⁺

o Calmodulin

Là protein có 4 vị trí ái lực với Ca⁺⁺. Sự liên kết giữa Ca và calmodulin⁺⁺ làm thay đổi cấu trúc của calmodulin làm calmodulin có khả năng kết hợp với 1 loại protein và điều hòa hoạt động của protein này.

- Thụ thể loại tyrosin kinase.o Khi Insulin kết hợp với thụ thể tại 2 chuỗi α trên mặt ngoài tế

bào gây ra sự tự phosphoryl hóa ở gốc tyrosin của 2 chuỗi β mặt trong tế bào làm cho vùng có hoạt tính enzym tyrosinkinase ở chuỗi β hoạt hóa và phosphoryl hóa các enzyme khác có trong bào tương tế bào,bắt đầu dòng thác phản ứng gây thay đổi ở tế bào đích.

Hóa sinh Hà 2012

o Hormon tác dụng theo cơ chế này : yếu tố phát triển biểu mô

EGF-epidemal growth factor), yếu tố phát triển nguồn gốc tiểu cầu PDGF-platelet derived growth factor)

Chuyên đề 18: Đặc điểm chuyển hóa glucid , lipid , protein và chức năng tạo mật , khử độc của gan 1. Chức năng chuyển hóa glucid - Gan là kho dự trữ glucid của cơ thể dưới dạng glycogen.

- Khi nồng độ glucose máu tăng trên mức bình thường (VD: sau ăn ) , lượng glucose từ thức ăn qua thành ruột theo tĩnh mạch cửa về gan 1 cách ồ ạt , gan sẽ giữ glucose lại và tăng quá trình tổng hợp glycogen nhờ những enzym ở gan .

o Gan có thể tổng hợp glycogen từ các ose khác như :

galactose , fructose và mannose từ các hệ enzym chỉ có ở gan .

o Gan cũng tổng hợp glycogen từ các sản phẩm chuyển hóa

trung gian như : lactate, pyruvat, acetyl coA.. nhờ hệ enzym chỉ có ở gan .Đây cũng là điểm khác nhau cơ bản giữa gan và cơ .Khi cơ hoạt động mạnh phân hủy glycogen hoặc glucose ở cơ nhằm cung cấp NL nhiều trong thời gian ngắn đồng thời tạo sản phẩm trung gian,chúng sẽ theo dòng máu về gan và gan tân tạo lại glucose và glycogen vì cơ ko có khả năng này

- Khi glucose máu giảm dưới mức bthg ,gan sẽ tăng phân hủy glycogen thành glucose cấp cho máu . Mặc dù cơ và 1 số cơ quan khác cũng có glycogen nhưng glycogen ko thể phân ly cung cấp cho máu vì chỉ ở gan có enzyme glucose 6-photphatase, xúc tác chuyển G6P thành Glucose.

o Glucose được hình thành, qua màng tế bào gan vào máu và

đi tới các cơ quan trong cơ thể- Điều hòa đường máu : do có khả năng tổng hợp mạnh glycogen để

dự trữ và phân ly nhiều glucose vào máu mà gan đóng vai trò chủ chốt trong điều hòa đường máu của cơ thể . Toàn bộ hệ thống điều hòa đường máu bằng hormone hoàn toàn phụ thuộc vào sự toàn vẹn chức năng gan

Hóa sinh Hà 2012

- Ngoài tổng hợp glucose , gan còn tổng hợp Heparin -1 chất chống đông máu, có bản chất polysaccarid và ở gan glucose được chuyển thành acid glucuronic-1 thành phần cần thiết cho chức năng khử độc của gan.

2. Chuyển hóa lipid:- Thoái hóa lipid :

o Quá trình βoxy hóa acid béo xảy ra ở gan tạo các mẩu acety

coA. Một phần nhỏ vào chu trình acid citric để tạo năng lượng. Một phần dùng để tổng hợp cholesterol, acid mật.Phần lớn dùng để tổng hợp thể ceton. Thể ceton sau khi tổng hợp ở gan được đưa vào máu , tới các tổ chức khác,rồi được chuyển thành acetyl CoA cho các tổ chức sử dụng(đặc biệt não và thận ).Như vậy thể ceton là dạng vận chuyển acetyl CoA trong máu từ gan đến các tổ chức khác và gan nhờ hệ enzyme của nó đã oxy hóa các a.béo “hộ” các tổ chức khác.

- Tổng hợp lipid:o Nhiều cơ quan tổ chức trong cơ thể có tổng hợp lipid , đặc

biệt ở mô mỡ . Tuy nhiên tổng hợp lipid ở gan có ý nghĩa quan trọng . Sau khi lipid được hấp thụ ở ruột dưới dạng glycerol , acid béo , một phần nhỏ được tái tổng hợp thành lipid ở ruột , phần lớn được vận chuyển về gan.

o Ngoài tổng hợp các lipid trung tính và cholesterol , gan còn

tổng hợp các phospholipid có cực để tham gia cấu tạo lipoprotein huyết thanh.Nhờ vậy mà vận chuyển lipid trung tính và cholesterol ra khỏi gan , tránh ứ đọng mỡ trong gan . Khi chức năng gan bị suy giảm quá trình tổng hợp và vận chuyển lipid khỏi gan bị rối loạn dẫn tới ứ đọng mỡ trong gan

o Gan tổng hợp phần lớn cholesterol huyết thanh.Quá trình este

hóa cholesterol có thể diễn ra ở gan hoặc ở huyết tương nhưng enzyme este hóa cholesterol chỉ do gan sản xuất. Cholesterol este hóa chiếm 60-70% cholesterol toàn phần huyết tương. Khi chức năng gan suy giảm tỉ lệ cholesterol este hóa/cholesterol toàn phần sẽ giảm.

3. Chuyển hóa protein:- Tổng hợp protein :

o Gan tổng hợp toàn bộ Albumin và tổng hợp 1 phần globulin;

tổng hợp fibrinogen, ferritin, prothrombin, cũng như phần lớn các protein huyết tương khác. Gan còn tổng hợp rất nhiều aa

Hóa sinh Hà 2012

ko cần thiết từ các a.cetonic để đưa vào máu cung cấp cho các cơ quan khác tổng hợp protein

o Khi chức năng gan suy giảm tỉ lệ A/G giảm và rối loạn đông

máu.- Thoái hóa protein

o Gan có nhiều enzym tham gia thoái hóa aa.Đặc biệt enzym

transaminase xúc tác trao đổi amin như AST ( GOT), ALT ( GPT).

o Gan tổn thương dẫn tới phá hủy tế bào gan giải phóng

enzyme transaminase vào máu làm tăng nồng độ của chúng trong máu.

o Tổn thương hủy hoại sâu tế bào gan1 số enzyme có ở trong

ti thể tế bào gan như GLDH( glutamate dehydrogenase ) cũng xuất hiện và tăng cao trong huyết thanh.

- Khử độco Tổng hợp Urê từ NH3- ,1 sản phẩm của quá trình thoái hóa

aa. o Enzym tham gia tổng hợp ure ở gan hđ mạnh và gan là nơi

duy nhất tổng hợp ure của cơ thể. Khi ¾ gan bị cắt bỏ chức năng tổng hợp ure của gan vẫn bình thường

o Gan tham gia quá trình thoái hóa Hemoglobin tạo bilirubin tự

do, đặc biệt là tạo bilirubin liên hợpthải qua mật, nước tiểu.4. Tạo mật: gan sản xuất mật liên tục ,dự trữ trong túi mật và bài tiết

từng đợt vào tá tràng. Lượng mật bài tiết trung bình/ngày 1000mla. Thành phần hóa học của mật - Thành phần hóa học chính của mật là muối mật, sắc tố mật, và

quan trọng nhất là acid mật (sản phẩm thoái hóa cuối cùng của cholesterol ở gan).

- Có 3 acid mật chính: a.cholic,a.deoxycholic, a.litocholic. Acid mật được liên hợp với glycin, taurin rồi kết hợp Na hoặcK để tạo muối⁺ ⁺ mật.

- Muối mật kết hợp với 1 số chất hòa tan trong lipid như cholesterol để tạo những phức hợp hòa tan trong nước và được đưa ra khỏi tế bào gan.

- Sắc tố mật :là sản phẩm thoái hóa của hemoglobin. Sắc tố mật chủ yếu là bilirubin liên hợp và bilivecdin

b. Tác dụng của mật:

Hóa sinh Hà 2012

- Mật được tạo ở gan , trữ ở túi mật rồi đưa xuống tá tràng . Ruột hấp thụ 80-90% acid mật và đưa trở lại gan , phần còn lại được bài xuất theo phân ra ngoài .

- Tác dụng của muối mật: o Nhũ tương hóa lipid của thức ăn, làm tăng diện tích tiếp xúc

của lipid với enzyme lipase,đồng thời hoạt hóa lipase giúp cho tiêu hóa lipid được dễ dàng. Những hạt nhũ tương lipid nhỏ có thể hấp thu trực tiếp ở ruột.

o Làm tăng nhu động ruột vì lượng mật hàng ngày dược bài

xuất xuống ruột rất lớn.o Ngoài ra , gan còn đào thải nhiều chất độc cũng như chất cặn

bã của các quá trình chuyển hóa qua việc bài xuất mật xuống ruột rồi theo phân ra ngoài.

5. Khử độc: - Các chất độc gồm chất độc nội sinh(H202,bilirubin tự do, NH3...)

hoặc chất độc ngoại sinh( alcol, thuốc kháng sinh, thuốc ngủ..)--> gan giữ lại chuyển hóa thành chất không độc , đào thải ra ngoài

a. Khử độc theo cơ chế cố định và thải trừ - Theo cơ chế này ,chất độc tới gan, được gan giữ lại và đào thải

nguyên dạng theo đường mật các chất độc được đào thải theo cách này ko bị biến đổi về mặt hóa học .Các chất được gan khử độc theo cách này gồm các muối kim loại nặng (muối Cu, Pb...), một số chất màu

- Thăm dò chức năng gan bằng cách tiêm vào tĩnh mạch một chất màu, sau từng thời gian nhất định, lấy máu và định lượng chất màu.Nếu chức năng gan tốt,hàm lượng chất màu trong máu giảm nhanh chóng theo thời gian.

b. Khử độc theo cơ chế hóa học:Chất độc được biến đổi hóa học thành chất không độc, dễ tan trong nước để đào thải ra ngoài

- Quá trình tạo ure từ NH3: NH3 là 1 sản phẩm thoái hóa của aa hoặc base nito ,đặc biệt độc với não, khi tới gan sẽ được gan tổng hợp thành Ure là một chất không độc , thải ra ngoài nước tiểu.

- Phân hủy H202 : là chất độc được sinh ra trong một số phản ứng hóa học, phân hủy bởi catalase hoạt động mạnh ở gan theo phản

ứng :

H202 H20 + ½ 02

- Phản ứng oxy hóa

Hóa sinh Hà 2012

o Phản ứng oxh các chất hóa học hoặc thuốc của gan được

thực hiện bởi các enzyme cytochrom P450( flavin monooxygenase, amino oxidase) hoặc các dehydrogenase

o Oxy hóa C mạch thẳng : alcol ethylic bị oxh dưới tác dụng của

alcol dehydrogenase thành aldehyd acetic rồi a.acetic

o Oxy hóa C mạch vòng

o Oxy hóa các hydrocarbon thơm

o Khử amin oxy hóa

o N-oxi hóa

- Phản ứng khử: o Khử aldehyd, ceton. VD: cloral khử oxy thành tricloethanol

o Khử nhóm nitro (+2H)

- Phản ứng thủy phân( + H20)

Hóa sinh Hà 2012

- Phản ứng liên hợp

o Liên hợp với acid glucuronic: bilirubin tự do , phenol, alcol

thơm, a.béo, các steroid …được đào thải =cách liên hợp a.glucuronic .Sự liên hợp này được thực hiện qua các lk osid giữa nhóm OH bán acetal của glucuronic với nhóm phenol , alcol hoặc carboxyl.

o Liên hợp với acid sulfuric: các indol,phenol, h.steroid và dẫn

xuất được thải ra dưới dạng liên hợp này

o Liên hợp với acid acetic: đào thải các acid meta- ,

paraaminobenzoic , sulfamid ..

o Liên hợp với glycin: acid thơm và acid dị vòng liên hợp theo

cách này

Hóa sinh Hà 2012

o Lien hợp với glutamine như acid phenyl acetic liên hợp với

glutamine phenyl-acetyl-glutamin.

- Các phản ứng khử độc của gan thực hiện nhờ 2 hệ thống enzyme o Hệ thống enzym Oxidase : có chức năng hỗn hợp, là hệ

thống enzyme ở lưới nội bào trơn, cần tham gia của cytochrom P450

o Hệ thống các E xúc tác phản ứng liên hợp

o Nhiều chất nội sinh và ngoại sinh làm tăng sinh các enzyme

thuộc hai hệ thống trên(hiện tượng cảm ứng tổng hợp) tăng nhanh các phản ứng chuyển hóa của gan đối với chất hóa học.

Chuyên đề 19: Hóa sinh thận và nước tiểu : cơ chế lọc và tái hấp thu của thận Chức phận nội tiết của thận .Các chất bất thường trong nước tiểu . Vai trò thận trong sự điều hòa thăng bằng a-b của cơ thể1. Cơ chế lọc của thận - Sự bài tiết nước tiểu xảy ra ở nephron , đơn vị chức năng của thận .

Sự bài tiết nước tiểu gồm 2 quá trình : siêu lọc và tái hấp thu . Siêu lọc là giai đoạn đầu của quá trình tạo nước tiểu , hàng ngày có tới 180 lít nước tiểu đầu được tạo thành . Sự lọc của cầu thận nhờ áp lực hiệu dụng (Pf)

- Mao mạch cầu thận cho nước và phân tử nhỏ qua lại dễ dàng

- Phân tử lớn như protein TLPT 70.000 không quan được nước tiểu ban đầu trong bao Bowman nồng độ các chất như trong huyết tương, trừ protein

Hóa sinh Hà 2012

- Đo độ thanh thải , kĩ thuật chụp phóng xạ, miễn dịch hóa học, nhận biết được các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến quá trình siêu lọc của các phân tử lớn như protein

- Kích thước các phân tử được lọc:o TN1 : Hb có TLPT 70.000, albumin có TLPT 68000. Khi tiêm

tĩnh mạch Hb nhanh chóng bị thải ra nước tiểu trong khi Albumin nhỏ hơn lại không bị thải

o TN2 : Dựa trên hệ số lọc của inulin =1. Người ta đồng thời xác

định hệ số lọc của dextran( đk 20A ) có hệ số lọc =1 và các dextran có kích thươc tăng dần( 20A đến 40A) , với 3 loại dextran: tích điện dương, trung tính, âm. Kết quả clearance giảm dần,với dextran đk 42A hệ số lọc gần như bằng 0 . sơ đồ minh họa

- Tình trạng lưu lượng máu:

o Sự vận chuyển các phân tử lớn qua màng cầu thận liên quan

tới thẩm thấu, chức năng này phụ thuộc vào kích thước phân tử và quá trình lọc ,nghĩa là phụ thuộc lưu lượng máu cầu thận, gradient áp suất chuyển màng, nồng độ protein trong máu cũng như hệ số siêu lọc của cầu thận

o Lưu lượng máu là V máu qua thận theo thời gian.Người lớn

120 ml/ph. Lưu lượng máu qua thận lớn gấp 8 lần qua mạch vành tim, 400 lần qua cơ xương khi nghỉ.

o Sự phân bố lưu lượng máu qua thận không đồng đều, vùng

vỏ > tủyo Tăng lưu lượng máu làm giảm clearance của phân tử trung

tính và sự giảm lưu lượng máu thì gây ngược lại.o Truyền Angiotensin II vào chuột gây sự giảm lưu lượng máu

và tăng độ thanh thải của albumin, hậu quả gây protein niệu.

Hóa sinh Hà 2012

Điều này cũng giải thích trường hợp protein niệu do tăng huyết áp.

- Sự tích điện của phân tử protein:o Hệ số lọc của albumin là 0,0375 trong khi hệ số lọc của

dextran trung tính có cùng kích thước là 0,24. Ở pH sinh học albumin mang điện âm , người ta thấy hệ số lọc của albumin gần giống hệ số lọc của dextran sulfat ( tích điện âm ) có cùng kích thước . So sánh hệ số lọc của dextran trung tính và hệ số lọc của dextran sulfat , người ta thấy hệ số lọc giảm dần theo sự tăng kích thước phân tử. Tuy nhiên , khi có cùng kích thước phân tử hệ số lọc của dextran tích điện âm < trung tính < (+) TN trên củng cố giả thiết thành mao mạch cầu thận là hàng rào tĩnh điện

o mao mạch cầu thận cấu tạo 3 lớp

lớp nội mạc: tiếp giáp với mao mạch, có những cửa sổ có đường kính lớn 500-1000A⁰

màng cơ bản : gồm 3 lớp dày khoảng 3200 A màng biểu mô: tiếp giáp với bao bowman, có những khe

trống 250-500A o sự lọc cầu thận bị cản trở ở màng cơ bản và khe lọc. Do trên

bề mặt và trong lớp màng cơ bản có những điện tích âm thuộc 2 loại : glycoprotein có gốc acid sialic và các proteoglycan có nhiều nhóm sulfat. Còn tế bào nội mô và biểu mô được phủ mucoprotein giàu acid sialic.Cation gắn trên polyanion của màng cơ bản và tế bào nội môpolyanion là lực cản lớn đối với protein mang điện tích âm.

- Vai trò của hình dáng phân tử:o Phân tử có hình dáng khác nhau được vận chuyển qua mao

mạch cầu thận khác nhau.Những phân tử có cấu trúc mềm dẻo trong dung dịch, sự lọc qua mạch cầu thần dễ dàng.

2. Sự tái hấp thu protein của ống thận: - Thận tái hấp thu phần lớn những protein đã lọc qua thận , 99% alb

lọc qua cầu thận được tái hấp thu ở ống lượn gần - Protein trọng lượng phân tử nhỏ ( các chuỗi nhẹ lamda, kappa,

lysozym, β2-microglobulin, hormone) cũng được tái hấp thu hầu hết ở ống lượn gần nên đào thải qua nước tiểu một lượng ko đáng kể

- Các protein liên kết với diềm bàn chải, thấm vào không bào, hòa vào lysosom , tại đó protein bị thủy phân và các sphẩm phân hủy trở lại máu.

Hóa sinh Hà 2012

- Albumin và protein có TLPT lớn , sự lọc cầu thận ít, cắt bỏ hoàn toàn hai thận thời gian bán hủy hầu như không đổi.Protein TLPT nhỏ, qua màng lọc cầu thận dễ dàng, cắt bỏ hai thận thời gian bán hủy hai thận thay đổi.

- Nhờ tái hấp thu protein ở ống thận mà protein niệu bình thường rất thấp, xét nghiệm thường ko phát hiện được và được coi là ko có

3. Chức phận nội tiết của thận: - Hệ thống Renin-Angiotensin-Aldosteron:

o Thông qua hệ thống này điều, thận điều hòa hằng định nội

môi, thăng bằng nước, điện giải , huyết ápo Renin : được bài tiết ở hệ thống bên cạnh cầu thận và đổ vào

tĩnh mạch thận,có tác dụng thủy phân protein Angiotensinogen ( là polypeptide từ gan ) tạo angiotensin I ( không có tác dụng sinh học gồm 10 aa) .1 enzym khác của máu (enzym chuyển ) cắt 2 aa ở đầu C tận của Angiotensin I tạo thành Angiotensin II có tác dụng :

Co mạch và tăng huyết áp mạnh gấp 50 lần so với adrenalin

Co cơ trơn Tăng bài tiết aldosteron của vỏ thượng thận

o Angiotensin II có đời sống ngắn, dễ thủy phân thành

Angiotensin III nhờ enzyme aminopeptidase. Angiotensin II và III có thụ thể ở màng tế bào vùng cầu của vỏ thượng thận nên chúng kiểm soát sự tổng hợp và bài tiết aldosteron của vùng cầu vỏ thượng thận

o Sơ đồ sự tạo thành và thoái hóa angiotensin I, II, III.

o Sự điều hòa tổng hợp và giải phóng renin:

Hệ thống TK giao cảm và catecholamine điều hòa giải phóng renin qua trung gian của chất cảm thụ beta adrenergic( chất giải phóng adrenalin).Các kích thích giao cảm làm tăng bài tiết renin

Thay đổi áp suất tiểu động mạch : hạ huyết áp, lưu lượng máu đến thận làm tăng bài tiết renin

Tăng nồng độ Na ở TB ống thận⁺ làm giảm bài tiết renin và ngược lại

Angiotensin II ức chế ngược lại sự bài tiết renin

Hóa sinh Hà 2012

o Sự điều hòa tổng hợp và bài tiết aldosteron

Nồng độ Na⁺ máu : Na⁺ hạ sự tổng hợp aldosteron tăng lên. Khi

Na⁺ hạ hơn 10 mEq/l aldosteron tăng bằng cách chuyển corticosteron thành aldosteron

Nồng độ natri máu tăng gây tăng bài xuất ADH, hậu quả là tăng tái hấp thu nước ở ống thận , tác dụng trở lại với sự bài tiết renin

Nồng độ K⁺ máu: K⁺ tăng kích thích chuyển cholesterol thành pregnenolon để thành aldosteron

Sơ đồ :

- Yếu tố tạo hồng cầu:o Erythropoietin Ep

Có tác dụng kích thích tế bào HC tiền thân phát triển thành HC trưởng thành .

Được tạo ra từ alpha-1-globulin do gan tổng hợp Ep không hoạt động hoạt động nhờ yếu tố tạo hồng

cầu của thận là Renal erythropoietin factor ( REF)o REF: là 1 Glycoprotein hormone, được tổng hợp tại tế bào kẽ

ở ống lượn dưới dạng tiền ERF không hoạt động. Tiền ERF nhờ protein kinase chuyển thành dạng hoạt động. Protein kinase dạng ko hoạt động lại được chuyển thành protein kinase dạng hoạt động nhờ cAMP

- Prostaglandino 3 type PG được thấy ở thận là : PGE2, PGI2, TXA2 được sản

xuất ở những đoạn khác nhau của nephron hoặc trong tế bào kẽ.

o Tác dụng

PGE2, PGI2 gây giãn mạch , chống lại tác dụng co mạch của angiotensin II;có tác dụng làm tăng đào thải Na⁺ và lợi liệu nhẹ.

PGE2 còn tác dụng lên sự tổng hợp REF thông qua tác dụng hoạt hóa adenylat cyclase để tạo cAMP

TAX2 : gây co mạch o PG được tăng sản xuất do tăng nồng độ angiotensin II hoặc

do những kích thích TK thận

Hóa sinh Hà 2012

- Vitamin D3 ( cholecalciferol): Là Tiền hormone phụ thuộc tia tử ngoại. Cholecalciferol tạo thành từ da tới huyết tương nhờ sự vận chuyển của D3 binding protein rồi được oxy hóa ở gan thành 25-OH-D3. Sau đó 25-OH-D3 được chuyển tới thận nhờ protein gắn 25-OH-D3. Tại thận , nó được oxy hóa thành 1,25-(OH)2-D3 hay calcitriol tác dụng tăng cường hấp thu Ca ở ruột và tái hấp thu Ca ở ống thận.

- Atrio Natriuretic Factor ANF ( yếu tố bài niệu của tâm nhĩ): Là sản phẩm của tế bào trong tâm nhĩ,có thể cả trong tâm thất

o ANF gây tăng bài xuất Na

o Tăng áp lực thủy tĩnh trong mạch và giảm tái hấp thu NaCl ở

ống gópo Tác dụng đối lập với ADH trên ống góp gây sự giảm tái hấp

thu nước4. Các chất bất thường trong nước tiểu: - Glucid:

o Bình thường có lượng nhỏ ose: glucose, fructose, arabinose,

galactose nên nước tiểu có tính khử yếu khó phát hiện bằng thuốc thử Fheling.

o Đái tháo đường: glucose máu tăng quá ngưỡng 1,7g/l nên bị

thải qua nước tiểu. TH glucose máu ko cao nhưng khả năng tái hấp thu ống thận giảm cũng có glucose trong nước tiểu

o 1 số bệnh rối loạn enzyme bẩm sinh làm xuất hiện galactose,

fructose niệu- Protein:

o Nước tiểu bình thường có lượng nhỏ protein 50-100 mg/24h,

60% có nguồn gốc từ huyết thanh (trong đó 40% là albumin,còn lại là IgG, các mảnh IgA. Chuỗi nhẹ lamda, Kappa), 40% là các glycoprotein có nguồn gốc từ thận và đường dẫn nước tiểu

o Xét nghiệm bình thường không phát hiện được nên coi là

không có protein niệu . Khi Protein niệu > 150 mg/24h được coi là bệnh lý , gặp trong các trường hợp :

(1)sốt cao, lượng protein vừa phải 0,5-1g/24h (2)Bệnh đái tháo đường với tổn thương sớm ở thận thì

trong nước tiểu có 1 lượng alb rất nhỏ gọi là alb niệu vi lượng( microalbumin)

(3)Bệnh hệ thống như viêm đa động mạch, xơ cứng bì albumin khoảng 1g/24h

Hóa sinh Hà 2012

(4)Bệnh paraprotein : nước tiểu có protein trọng lượng phân tử thấp như protein bence Jonce( chuỗi lamda, kappa, các protein này tủa ở 80-85 độ C và tan ở 100 độ C

(5)Bệnh suy tim và đặc biệt trong các bệnh về thận - Các chất cetonic:

o Nước tiểu bình thường: vài mg a. acetic/1l nước tiểu và vài

trăm mg acid beta hydroxybutiric.Các chất này tăng trong trường hợp đói lâu ngày, đái tháo đường và sau một số trường hợp dùng thuốc mê.

- Sắc tố mật và muối mật:o Sắc tố mật là Bilirubin liên hợp .Sắc tố mật và muối mật có

trong nước tiểu trong các TH tổn thương gan, đường mật, viêm gan và tắc mật.

- Hồng cầu và hemoglobino Nước tiểu có HC trong viêm cầu thận cấp, lao thận, ung thư

thậno Có hemoglobin trong TH sốt rét ác tính, hoàng đảm do tiêu

huyết, bỏng nặng- Porphyrin:

o Bình thường: bài xuất 50-200 mg porphyrin/ ngày

o Có 2 loại porphyrin niệu:

Porphyrin niệu vô căn do DT: thiếu 1 enzyme trong quá trình tổng hợp Hem của tủy xương hoặc gan

Thứ phát: nhiễm chất độc có tác dụng ức chế quá trình tổng hợp Hem.

- Dưỡng chấp: o Nước tiểu có dưỡng chấp trong trường hợp bệnh giun chỉ gây

tổn thương bạch mạch tại chỗ liên quan đến đường bài xuất nước tiểu.

- Nitrit:Nitrit tạo thành từ Nitrat do bị khử bởi enzyme reductase do một số vi khuẩn sản xuất vì vậy sự có mặt Nitrit trong nước tiểu biểu hiện nhiễm trùng đường niệu

5. Vai trò của thận trong sự điều hòa thăng bằng acid base của cơ thể:

- Thận điều hòa thăng bằng acid-base bằng cách tái hấp thu Bicarbonat, giữ lại Na , bài tiết H và đào thải acid không bay hơi ⁺ ⁺như acid lactic, thể ceton, acid sulfuric( sản phẩm chuyển hóa các protein) , acid phosphoric ( sản phẩm chuyển hóa của phospholipid)

Hóa sinh Hà 2012

- Các acid này kết hợp cation mà chủ yếu là Na⁺các cation này tái hấp thu ở tế bào ống thận thế chỗ cho ion H đào thải ra ngoài.⁺

- 3 cơ chế chính:

- Tái hấp thu bicarbonate:o Gần 90% bicarbonat được tái hấp thu ở ống lượn gần

o Trong tế bào ống thận , CO2 và H20 tạo thành trong các quá

trình chuyển hóa , được chuyển thành H2CO3 dưới tác dụng của carbonic anhydrase.

o H2CO3 phân ly thành H và HCO3⁺ ⁻ H bài tiết khỏi ống ⁺thận, HCO3 cùng với Na tái hấp thu lại máu.⁻ ⁺

- Đào thải H dưới dạng muối acid và acid không bay hơi:⁺o Ở ống lượn xa: H cũng được đào thải thế chỗ cho Na và ⁺ ⁺

HCO3 được tái hấp thu. Na từ các muối phosphate dinatri ⁻ ⁺chuyển thành phosphate mononatri, pH của nước tiểu cũng giảm

o Thận đào thải acid không bay hơi như acid lactic, thể ceton,

acid sulfuric, a. phosphoric - Đào thải H dưới dạng muối amon⁺

o Xảy ra ở ống lượn xa,thận bài tiết H dưới dạng muối Amon⁺o Cơ chế: glutaminase thủy phân glutamine tạo NH3khuếch

tán thụ động ra nước tiểu cùng với H đào thải dưới dạng ⁺muối amon.

o Hàng ngày khoảng 30-50 mEq ion H đào thải dưới dạng ⁺muối amon, 10-30 mEq dưới dạng muối acid khác.

Chuyên đề 20 : Thăng bằng A-B: pH máu , các hệ đệm của huyết tương, dịch gian bào và HC, vai trò của phổi trong sự điều hòa thăng bằng a-b của cơ thể 1. pH máu- khái niệm

o Nước là chất phân ly yếu : H20 H + OH⁺ ⁻

o Hệ số cân bằng phân ly của nước là  :

o Nồng độ H20 trong 1 lít nước tinh khiết=1000/18=55,5 mol/L

[H ] [OH ] = Keq [H⁺ ⁻ 20]=1,8x10-16 x55,5=1,01x10-14

[H ]=[OH ]=1x10⁺ ⁻ -7 mol/L

Hóa sinh Hà 2012

o Soresen đã biểu thị nồng độ H ra pH bằng cách biến đổi ⁺thông số sau : pH=-log [H ]⁺

[H ] [OH ] =1x10⁺ ⁻ -14

o Lấy log 2 vế và nhân với -1 ta có: log [H ] + log [OH ]=log 10⁺ ⁻ -

14=-14 -log [H ] - log [OH ]=14⁺ ⁻o Kí hiệu –log [H ]=pH và -log[OH]=pOH, ta có pH+pOH=14⁺o Các nồng độ [H ],[OH] liên quan tương hỗ với nhau.Nếu nồng⁺

độ -[H ] cao thì nồng độ [OH] phải thấp⁺- Vai trò

o pH máu được sử dụng để đánh giá tình trạng thăng bằng acid

base của cơ thể là pH máu động mạch hoặc mao mạch đã được động mạch hóa, trong điều kiện máu không tiếp xúc oxy. Để đánh giá tình trạng thăng bằng acid base của cơ thể đánh giá kết hợp pH máu với các thông số thăng bằng acid base khác

o Bình thường pH máu đọng mạnh 7,38-7,42. pH máu duy trì ở

mức độ như vậy là nhờ khả năng đệm của các hệ đệm trong máu và cơ chế hoạt động điều chỉnh của phổi và thận.

2. Các hệ đệm của huyết tương, dịch gian bào và hồng cầu.- Các hệ đệm của huyết tương và dịch gian bào:

o Hệ bicarbonate HCO3 / H⁻ 2CO3

o Hệ đệm phosphate HP042 / H⁻ 2P04⁻

o Hệ đệm protein: proteinat/protein

- Các hệ đệm của hồng cầu:o Hemoglobinat/hemoglobin KHb/HHb

o Oxyhemoglobinat/oxyhemoglobin : KHb02/Hb02

o Khả năng đệm của máu

hemoglobin 82% Protein 10% Bicarbonate 7% Phosphate 1%

3. vai trò của phổi trong điều hòa thăng bằng acid base của cơ thể:

- vai trò của phổi là làm cho cơ thể người thành 1 hệ thống mở thông qua tác dụng của hệ đệm bicarbonate và hemoglobin : CO2 được tạo thành liên tục trong tổ chức với tốc độ 200ml/phút, liên tục đào thải ở phổi

Hóa sinh Hà 2012

- Acid mạnh xâm nhập vào cơ thể, nó tác dụng với NaHCO3 của hệ đệm bicarbonat tạo H2CO3, dưới tác dụng của CA tách thành C02 và H20. C02 tạo thành thải qua phổi. Kết quả là acid mạnh mất đi cơ thể chỉ mất một phần NaHCO3, còn pC02 không đổi

- Khi một base mạnh xâm nhập vào cơ thể ion OH của base ⁻mạnh liên kết với CO2 tạo HCO3 và H2O. Lượng CO2 qua phổi ⁻giảm nhưng pCO2 máu vẫn giữ bình thường sự tăng pH sau khi thêm 1 base mạnh vào cơ thể trở nên không đáng kể.

Hóa sinh Hà 2012