SINH HÓA ĐỘNG P5

CHƯƠNG XIV :
CHUYỂN HOÁ PROTIT VÀ AXIT NUCLEIC
14.1. SƠ LƯỢC VỀ CHUYỂN HOÁ PROTIT
Chuyển hoá protit - là trung tâm của toàn bộ quá trình trao đổi chất trong cơ thể. Nó liên quan chặt chẽ với sự chuyển hoá của tất cả các loại chất khác, bởi vì men xúc tác tất cả các phản ứng đều là các protit. Ngoài ra, các sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi protit luôn chuyển hoá thành các hợp chất khác và chuyển hoá ngược lại. Bởi vì protit là nguyên liệu xây dựng cơ bản của các cấu trúc sinh học khác nhau, nên chuyển hoá protit đóng vai trò hàng đầu trong các quá trình phân huỷ và tái tạo chúng. Việc hồi phục protit trong cơ thể người xảy ra khá nhanh : protit của gan được thay mới một nửa sau 10 ngày đêm, của huyết tương - sau 20-40 ngày đêm, còn của cơ thì sau 50 ngày.

Các protit mô bị phá huỷ dẫn đến sự tạo thành aminoaxit và một số chất khác, chúng có thể được sử dụng ngay trong tế bào đó hoặc được đào thải vào máu.
- Nguyên liệu cần thiết cho sự tái sinh protit mô là protit của thức ăn. Tuy vậy chúng không thể tham gia vào cấu trúc thành phần tế bào nếu không có sự phân huỷ. Thí nghiệm truyền dung dịch protit trực tiếp vào máu đã cho thấy, các protit lạ sẽ tạo ra các kháng thể bảo vệ để phân huỷ các protit đó. Khi đó quá trình trao đổi chất sẽ bị phá vỡ. Việc đưa vào máu một lượng lớn protit lạ có thể gây nên trạng thái bệnh lý trầm trọng, và thậm chí là tử vong. Điều này có liên quan đến tính đặc thù loại rất cao của protit.
Protit của các cơ quan khác nhau (đôi khi là của các cơ quan khác nhau trong cùng một cơ thể ) có sự khác biệt nhau rất lớn về thành phần axit amin, về cấu trúc và chức năng. Vì thế protit của thức ăn nhất thiết phải được phân huỷ trong hệ tiêu hoá đến đơn vị cấu tạo không đặc thù : axit amin hay peptit phân tử thấp, và có khả năng hấp thụ vào máu, sau đó được sử dụng trong chuyển hoá nội bào. Sự phân huỷ protit thức ăn xảy ra theo dạng thuỷ phân.
Trong tế bào các cơ quan khác nhau, đặc biệt là của gan, aminoaxit có thể được tạo thành từ các chất phi protit - là những sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hoá lipit và hydrat cacbon. Cũng có thể có sự chuyển hoá từ loại axit amin này sang axit amin khác. Tuy vậy, chỉ có một phần amino axit (được gọi là thay thế) có thể được tổng hợp trong cơ thể người. Các axit amin còn lại (không thay thế) cần được đưa vào cơ thể theo thức ăn. Protit thức ăn chứa đầy đủ các axit amin không thay thế được gọi là protit hoàn toàn. Đó là protit của trứng, thịt, cá, váng sữa và các sản phẩm khác có nguồn gốc động vật. Protit không chứa các axit amin không thay thế được gọi là không hoàn toàn. Đó là protit thực vật.
Con người có thể được cung cấp tất cả các axit amin không thay thế ngay từ thức ăn thực vật, bởi vì trong các protit thực vật khác nhau sẽ thiếu hụt các axit amin khác nhau. Nhưng trong trường hợp này số lượng protit chung, mà cơ thể cần phải tổng hợp lại đã tăng cao. Aminoaxit không thay thế ở người là là valin, lơxin, izolơxin, treonin, methionin, phenylalanin, tryptophan, lizin, histiđin và acginin.
14.2. TIÊU HOÁ PROTIT
Protit theo thức ăn vào ống tiêu hoá và bị phân huỷ dưới ảnh hưởng của các men thuỷ phân protit hay peptithyđrolaza. Các men này thúc đẩy quá trình thuỷ phân các liên kết amit giữa các axit amin. Các peptithyđrolaza có tính đặc thù tương đối : chúng chỉ có khả năng xúc tác phân huỷ các liên kết giữa một số axit amin nhất định. Các men peptithyđrolaza được tiết ra dưới dạng chưa hoạt hoá (điều đó có tác dụng bảo vệ thành ống tiêu hoá và các men tiêu hoá khác khỏi bị tự tiêu huỷ).
Trong khoang miệng thức ăn chỉ được nghiền nhỏ một cách cơ học, và không chịu sự biến đổi hoá học, bởi vì trong nước bọt không có men peptithyđrolaza.
Chúng được hoạt hoá bởi cơ chế phản xạ có điều kiện khi thức ăn đi tới từng đoạn tương ứng của hệ thống tiêu hoá. Hoạt hoá pepsin và trypsin diễn ra theo cơ chế tự xúc tác, còn các peptithyđrolaza khác được hoạt hoá bởi trypsin.

Biến đổi hoá học của protit được bắt đầu khi có mặt trypsin và axit clohydric trong dạ dày. Dưới tác động của axit chohydric, protit nở ra và men có điều kiện đi vào các vùng bên trong của các phân tử. Pepsin thúc đẩy thuỷ phân các liên kết amin bên trong (nằm xa các đầu mút của phân tử ). Kết quả là từ phân tử protit đã tạo ra các mảnh lớn-peptit cao phân tử.
Nếu đưa vào dạ dày là protit tạp thì pepsin và axit chohydric có khả năng xúc tác tách nhóm phụ.
Peptit cao phân tử ở trong ruột sẽ chịu sự chuyển hoá tiếp theo trong môi trường kiềm nhẹ dưới tác động của trypsin, kimotrypsin và peptiđaza. Trypsin thúc đẩy thuỷ phân các liên kết amit do các nhóm cacboxyl của acginin hay lysin tham gia tạo thành; kimotrypsin phân huỷ liên kết amit- được tạo ra có sự tham gia của các nhóm cacboxyl của tryptophan, tyrozin hay phenylalanin. Kết quả tác động của các men này làm cho peptit cao phân tử chuyển hoá thành peptit phân tử nhỏ và một số axit amin tự do. Peptit phân tử nhỏ tại ruột non chịu sự tác động của men cacboxipeptiđaza A và B có tác dụng tách các axit amin ở đầu mút phía có nhóm cacboxyl tự do.
Men aminopeptiđaza cũng tạo nên tác động tương tự từ hướng có nhóm amin tự do. Kết quả là tạo ra các đipeptit và chúng tiếp tục bị thuỷ phân đến axit amin tự do dưới ảnh hưởng của đipeptiđaza. Axit amin và một lượng nhỏ các peptit phân tử nhỏ được hấp thụ bởi các nhung mao ruột. Quá trình này cần phải có năng lượng. Một phần nhỏ axit amin ngay ở thành ruột đã được đưa vào quá trình tổng hợp protit đặc hiệu, còn phần lớn sản phẩm của quá trình tiêu hoá được đưa vào trong máu (95%) và vào bạch huyết. Máu sé chuyển chúng tới gan. Các axit amin và peptit không được sử dụng tại gan sẽ vào vòng tuần hoàn lớn.
Một phần axit amin được tạo ra trong quá trình tiêu hoá và các protit chưa được tiêu hoá ở phần dưới của ruột sẽ bị hư thối dưới ảnh hưởng của vi khuẩn ruột. Từ một số axit amin sẽ tạo ra các sản phẩm độc : amin, fenol, mecaptan. Chúng thường được đào thải ra ngoài theo phân và khí ruột, một phần rất nhỏ được hấp thụ vào máu, chuyển tới gan và tại đó xảy ra quá trình loại nước khỏi chúng. Quá trình này đòi hỏi tiêu hao nhiều năng lượng từ ATP.
14.3. TỔNG HỢP PROTIT
Tổng hợp protit từ aminoaxit trong cơ thể sống là một quá trình phức tạp có nhiều bước, bao gồm hoạt hoá aminoaxit, xếp đặt chúng theo một trật tự trong mạch polypeptit của phân tử protit, khép nối các liên kết amit và cuối cùng là sự tạo thành cấu trúc bậc ba đặc trưng cho mỗi protit.
Các aminoaxit được hoạt hoá nhận năng lượng của các liên kết giàu năng lượng ATP có sự tham gia của các men thuộc nhóm aminoaxilsyntetaza nằm trong bào tương. Các phản ứng của các axit amin khác nhau với ATP được xúc tác bởi các aminoaxilsyntetaza khác nhau. Dưới tác dụng của enzym , ATP giải phóng một phân tử pirophotphat H4P2O7, còn gốc AMP cùng với dự trữ năng lượng sẽ kết hợp với aminoaxit tạo ra dạng hoạt động - aminoaxilađenilat.
Aminoaxilađenilat là những hoạt chất rất mạnh và ở bên ngoài cơ thể nó dễ dàng tham gia phản ứng với các aminoaxit tự do tạo thành các liên kết amit. Trong cơ thể, để không tạo ra những liên kết amit không cần thiết, các aminoaxilađenilat nằm trong liên kết bền vững với các men cho đến khi chưa tham gia vào giai đoạn chuyển hoá tiếp theo.
14.4. TỔNG HỢP AXIT NUCLEIC
Chức năng quan trọng của axit nucleic là giữ và truyền các thông tin di truyền. Việc nghiên cứu quá trình tổng hợp và phân huỷ chúng cho phép chúng ta hiểu được rằng, chính loại hợp chất này trong quá trình tiến hoá đã được chọn lựa để hoàn thiện chức năng này.
Trước tiên axit nucleic là một trong số các phân tử polime mạch thẳng khổng lồ có tính bền vững cao nhất trước các tác động bên ngoài, thứ hai là trong quá trình tổng hợp chỉ có chúng là được sao chép lại một cách hoàn toàn chính xác.
Những chất ban đầu được sử dụng để tổng hợp axit nucleic là các nucleotit tự do (nucleozittriphotphat). Đối với các axit đezoxiribonucleic đó là ATP, -GTP, XTP, TTP. Đối với axit ribonucleic đó là ATP, GTP, XTP, UTP. Trong nhân và trong bào tường luôn có một lượng vừa phải nucleozittriphotphat tự do. Khi có nhu cầu sử dụng lớn, chúng được tổng hợp trong tế bào từ các sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hoá protit và hydrat cacbon. Quá trình tạo các nucleotit purin diễn ra từ CO2 glixin, axit focmic, axit asparaginic, glutamin và ribozophotphat thông qua axit inozinic.
Các chất ban đầu để tổng hợp nucleotit pirimiđinic là cacbamin- photphat, axit asparaginic và ribozophotphat. Sản phẩm trung gian của quá trình tổng hợp là orotiđiloic axit.
ADN được tạo thành từ nucleotit qua con đường khử trực tiếp gốc riboza thành đezoxiriboza.
Các liên kết giàu năng lượng của nucleozittriphotphat cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp axit nucleic. Cơ sở của quá trình này đã trình bày trong phần sinh hoá tĩnh về các quy luật tạo thành các cặp bazơ bổ thể của các axit nucleic. Ngoài các nucleozittriphotphat ban đầu ra thì quá trình tổng hợp này còn rất cần các men đặc hiệu -ADN-polymeraza hoặc ARN- polymeraza và một số ADN tự do ban đầu để thực hiện vai trò khuôn mẫu, mà tại đó sẽ diễn ra sự thu nhận mạch polynucleotit từ các nucleotit bổ thể với ADN.
Theo nguyên tắc bổ sung thì các nucleotit này cần chứa các bazơ có khả năng tạo ra các liên kết hydro với bazơ của phân tử mẫu nằm đối diện nhau trong quá trình tổng hợp. Quá trình nối mạch polynucleotit mới được bắt đầu từ một đầu của mạch mẫu và kéo dài tiếp tục bằng cách gắn tuần tự các nucleotit.
Quá trình tổng hợp ADN diễn ra mạnh khi phân chia tế bào. Nó được gọi là sự sao chép ADN. Quá trình này bắt đầu bằng sự phá vỡ các liên kết hydro giữa hai mạch bổ thể của chuỗi xoắn kép phân tử ADN. Mỗi mạch sẽ trở thành khuôn mẫu để tổng hợp mạch polynucleotit mới trong đó các nucleozittriphotphat tương ứng sẽ liên kết với mạch mẫu và với sự có mặt của ADN-polymeraza đã diễn ra quá trình hình thành mạch mới - là những bản sao của phân tử ban đầu.
Quá trình tổng hợp các ribonucleic - gồm ARN thông tin ARN vận chuyển và ARN riboxom - cũng diễn ra trên khuôn mẫu ADN, nhưng với sự tham gia của các men khác- ARN- polymeraza. Theo qui luật, quá trình này chỉ diễn ra ở trên một mạch ADN và chỉ một đoạn không lớn phân tử ADN được sao chép lại (tương ứng một gen hay một tổ hợp gen) theo con đường tổng hợp mạch polinucleotit theo nguyên tắc bổ sung. Trong quá trình tổng hợp có sử dụng các nucleozittriphotphat, trong đó thay cho đezoxiriboza là riboza, còn vị trí của bazơ nitơ timin là bazơ uraxin. Trong phân tử ADN mẫu có một đoạn đặc biệt mà từ đó ARN-polimeraza bắt đầu tổng hợp ARN, cũng như có một đoạn thông tin về sự kết thúc của quá trình.
14.5. PHÂN HUỶ PROTIT TRONG TẾ BÀO
Bên cạnh sự tổng hợp protit, trong tế bào luôn luôn xảy ra quá trình phân huỷ chúng. Hàng ngày, trong cơ thể một người nặng 70kg ở điều kiện dinh dưỡng bình thường có khoảng 400g protit bị phân huỷ và được tổng hợp. Sự phân huỷ có thể diễn ra theo hai con đường.
Cách thứ nhất- là thuỷ phân. quá trình này diễn ra tương tự như trong ống tiêu hoá -tạo thành axit amin và peptit phân tử nhỏ. Đối với quá trình này trong tế bào có peptithydrolaza mô, hoặc catpxin chứa trong lizoxom.
Cách thứ hai - tạo nucletitpeptit. Đó chính là sự phân huỷ protit mô khi chúng phản ứng với ATP hay nucleozittriphotphat khác (GTP, UTP, XTP). Kết quả là tạo ra peptit phân tử nhỏ liên kết với gốc ATP hoặc gốc nucleozittriphotphat khác - đó là chất nucleotitpeptit.

Sau đó chúng có thể được sử dụng như các khối peptit sẵn có được đưa tới các phân tử protit đang tổng hợp lại, bởi vì có rất nhiều protit chứa các đoạn có thành phần aminoaxit giống nhau. Cách phân huỷ này của protit chủ yếu chỉ xảy ra trong quá trình trao đổi chất khi một số protit này cần được biến đổi thành protit khác.
14.6. PHÂN HUỶ AXIT NUCLEIC
Quá trình phân huỷ axit nucleic trong mô xảy ra liên tục, song mỗi dạng Axit nucleic phân huỷ theo cách riêng. ADN nhân phân huỷ rất chậm. ARN phân huỷ nhanh hơn, có loại ARN sống chỉ được vài giờ hoặc vài ngày. Axit nucleic được thuỷ phân thành các mononucleotit và quá trình này được xúc tác bởi enzym ribonucleaza và dezoxyribonucleaza. Các mononucleotit bị thuỷ phân thành các bazơ nitơ, riboza và các chất này tiếp tục bị oxy hoá. Bazơ nitơ purin phân giải thành acid uric. Bazơ nitơ pirimidin phân huỷ thành NH3, CO2 và axit amin.
14.7. CÁCH THỨC ĐÀO THẢI AMONIAC KHỎI CƠ THỂ
Kết quả của quá trình khử amin của các aminoaxit, của amin, nucleotit purin và pirimiddin, bazơ nitơ đã tạo ra amoniac tự do. Amoniac tự do dù với hàm lượng nhỏ cũng rất độc hại đối với các tế bào sống. Vì thế, trong cơ thể tồn tại một số cơ chế liên kết amoniac. Một số cơ chế nằm trong sự liên kết tạm thời để vận chuyển amoniac từ cơ quan khác, số cơ chế khác - để tạo ra các sản phẩm cuối cùng rồi bị đào thải ra khỏi cơ thể.
Axit này tham gia vào sự chuyển hoá cuối cùng của amoniac - là tổng hợp ure trong gan. Quá trình tổng hợp ure là quá trình có sự xúc tác của men với sự tiêu hao năng lượng ATP. Ure ở nồng độ sinh lý là chất không gây độc cho cơ thể. Quá trình tạo ure bắt đầu từ sự tổng hợp cacbamilphotphat khi amoniac tác dụng với CO2 và ATP . 
Phương trình tổng hợp chung của chu trình ure có dạng :
2NH3 + CO2+3ATP+ 2H2O NH2-C-NH2+ 2ADP + 2H3PO4+AMP + H4P2O7 ||
O