TRƯỜNG DẠI HỌC THẢNH ĐÔ
KHOA V - DƯỢC
HÓA SINH HỌC
SÁCH DÙNG CHO Đ Á O TẠO
Dược
ỉ i t>6< HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ
KHOA Y -D Ư Ợ C
HÓA SINH HỌC
LỜI NÓI ĐẦU
Hóa sinh là một ngành khoa học sự sống, hiện đang thu hút sự đầu tư nghiên cứu của nhiều nhả khoa học trên toàn thế giới và là một trong những ngành khoa học đạt nhiều giải Nobel. Thành tựu khoa học về hóa sinh đã góp phẩn giải thích cơ sờ phân tử của sụ sống, sự xắp sếp và sự tương tác của chúng. Các cơ thể, từ vi khuẩn đến con người đều sử đụng những phân tử hóa học cơ bản để xây dựng nên những đại phân tử sinh học. Hóa sinh đã góp phần giải thích cơ chế hóa học cùa nhiều quá trinh cơ bản của sự sổng, giúp con người cỏ khả năng hiểu biết nhiều hơn nữa về quá trình tiến hóa của loài người, về bản chất của quá trình sống, đồng thời cũng giúp con người có khả năng chữa được nhiều bệnh.
- Hóa sĩnh hiện nay đổng góp vai ừò quan trọng ữong y học, đóng góp nhiều cho các chẩn đoán lâm sàng. Các xét nghiệm hóa sinh được sử dụng rộng rãi để sàng lọc, chẩn đoán, tiên ỉượng và theo dõi điểu trị. Hiểu biết về những biến đổi di truyền cho phép con người có thể phát hiện và điều trị bệnh có hiệu quả hơn.
- Trong ngành được, hóa sinh cổ những đóng góp quan ừọng trong phát triển thuốc mới như; giúp khám phá cơ chế tác đụng của thuốc ở mức độ tế bào và phân tử, trên cơ sở đó, giúp thiết kể các phân tử thuốc tác dụng tại đích đặc hiệu; kỹ thuật tái tổ hợp ADN và công nghệ sinh học dược mở ra những khả năng sản xuất nhiều protein trị liệu. Đặc biệt, một hướng điều trị mỏi đang thành hiện thực có giá trị óng dụng to lởn ừong điều trị là trị liệu gen và ừị liệu bằng tế bào gổc.
Cuốn giáo trình hóa sinh này nhằm cung cấp cho sinh viên dược những kiến thức cơ bản về cấu tạo và thành phần hóa học của các hợp chất trong cơ thể sống, mối liên quan giữa cẩu trúc và chức năng, các quá trình chuyển hóa của chúng và năng lượng trong cơ thể.
Mặc đù đã rất cố gắng biên soạn cuốn sách trong thời gian gấp rút để kịp thời. phục vụ cho việc học tập của sinh viên và đáp ứng yêu cầu đổi mới chxiơng ừình, theo hộ thống tín chỉ. Cuốn sảch đã hoàn thành nhung vẫn còn chưa thật đầy đủ và chắc chắn không tránh khỏi thiểu sót. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự đóng gỏp của các giáo sư phản biện và rất mong nhận được ỷ kiến đóng góp của các đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc để lần xuất bản sau được hoàn thiện hơn.
Lời nói đầa
MỤC LỤC
Trang 3 Chương 1. Gỉucíd 5 Chương 2. Lipỉd 21Chương 3. Acid amin, peptiđ và protein 33
Chương 4. Acid nucỉeỉc 58
Chương 5* Enzym 75
Chương 6. Hormon 107
Chương 7. Trao đỗi chẩt, oxy hổa sinh học, 128
chu trình Krebs
Chương 8. Chuyển hóa Gỉuciđ 154
Chơơng 9. Chuyễn hỗa Lỉpỉd 190
Chương lO.Chuyển hỏa aciđ nucleic 221
Chương 11. Chuyền hóa protein 248
Chương 12. Trao đỗi nưửc và các chất YÔ ccr, 294
thăng bằng acid base
Chương 13. Hóa sinh máu 311
Chương 1
GLƯCID
MỤC TIÊU
1. Trình bày được định nghĩa, phân ỉoại và vai trỏ chung của glucid.
2. Trình bày được cẩu tạo, cẩu trúc, tinh chất hóa học và vai trỏ cùa các monosaccarid, dừaccariậ và poỉysaccarỉd quan trọng trong cơ thể sổng và trong y dược.
1. ĐẠI CƯƠNG 1.1. ĐỊNH NGHĨA
Glucid là những polyhyđroxy aldehyd hay polyhydroxy ceton (cổ 2 nhóm - OH trở lên) và dẫn xuất của chúng. Phần lởn glucid có công thức tổng quát là (CH20)nj số còn lại có thể chứa N, p hoặc
s
trong công thức phân tử.1.2. PHÂN LOẠI
Glucid được phân loại thành 3 nhóm:
• Monosaccarid hay đường đan, là những gluciđ đom giản nhất, không bị M y phân thành những chất đơn giản hơn và được coi là đem vị cẩu tạo của glucid Có thể gọi tên monosaccáriđ theo số carbon có trong mạch hydrocarbon hoặc theo nhổm chức aldehyd hay ceton ữong phân tử của nỏ như sau:
Công thức hóa học Aldose Cetose
Triose (3C) C3H6O3 Glycerose Dihydroxyceton
Tetrose (4C) C4IỈ8O4 Erythrose Erytrulose
Pentose (5C) C5H10O5 Ribose Ribulose
Hcxose (6C) CôH^Oô Glucose Fructose
• Olỉgosaccarĩd là một chuỗi ngắn các monosaccarid được nối vởi nhau bằng liên kết glycosiđ. Oligosaccarid phổ biến nhất là các disaccarid gồm 2 phân tử đường đơn, ví dụ như maltose, lactose và saccarose.
• Poỉỵsaccarỉd là những glucỉd cỏ chứa nhiều hơn 20 đcm vị monosaccarid. Tùy thuộc vào thành phần tạo ra sau khỉ thủy phân, poỉysaccarid được chia thành polysaccarid thuần và polysaccarid tạp (xem thêm mục 4).
1.3. VAI TRÒ
Glucid đóng vai ữò quan ừọng trong cấu tạo và chuyển hỏa. Ở thực vật, ịluciđ được tổng hợp tò CƠ2 và H20 nhờ quá trinh quang hợp để tạo thành tinh )ột, cellulose và một số chất khác. Mặc dù động vật có thể tự tổng hợp một ượng nhô glucid, nguồn gluciđ của chúng chù yếu được cung cấp từ thực vật. ỉhần lớn glucid từ thức ăn được cơ thể động vật hấp thu dưới dạng glucose. Ở ỉộng vật có vú, glucosc là nguồn nhiên liệu chính cung cấp năng lượng cho cơ hể đồng thời được cơ thể sử đụng để tổng hợp nên nhiều thành phần khác có :hức năng đặc biệt như: dự trữ năng lượng (glycogen); cấu tạo nên acid nucleic ribose vả deoxyribose), lactose của sữa (galactose), màng tế bào (peptidoglycan, glycoprotein, glycolipid) hay dịch ngoại bào (proteoglycan, glycosaminoglycan); ham gia nhận diện tế bào (glycoprotein, glycolipid, proteoglycan).
». MONOSACCARID
Monosaccarid chứa từ 3 carbon trờ lên, ít nhất 2 nhóm -OH và 1 nhỏm - > 0 . Monosaccarid quan trọng nhất trong tự nhiên là glucose.
5.1. CẮU TRÚC CỦA GLUCOSE
Cẩu trúc của glucose được trình bày dưới 2 dạng: mạch thẳng (hình 1.1A) /à mạch vòng. Mạch vòng của glucose thường được biểu thị duới dạng công hức mặt phẳng chiếu của Haworth (hình 1.1B). Tuy nhiên bằng nhiễu xạ tia X, Ìgưòi ta đã chứng minh vòng 6 cạnh của glucose không nằm trên một mặt phẳng ìhư trong công thức Haworth mà có cấu dạng ghế trong tự nhiên (Hình 1.1 .C).
A B HO--OH -OH -OH OH HO— CH2OH
Hình 1.1. Các dạng cấu trúc của a-D-glucose
12. ĐỒNG PHÂN CỦA GLUCOSE
Các monosaccariđ (ngoại trừ hydroxyaceton) đều có chứa ít nhất 1 carbon Dất đối, vì thế chúng tồn tại ở các dạng đồng phân quang học. Một monosaccarid
cố n carbon bất đối trong công thức phân tử thì có 2n đồng phân quang học. Glucose ờ dạng mạch thẳng cổ 4 carbon bất đổi, vi thế nó có 16 đồng phân. Tuy nhiên dạng mạch vòng sáu cạnh của glucose có thêm 1 carbon bất đối, nên số đồng phân quang học của nó là 32. Các dạng đồng phân quan ữọng nhất của monosaccariđ là: H O -OH -OH -OH CHjOH P-Gkicosa 2.2.1. Dạng D và L D và L biểu thị 2 dạng đồng phân, qua gương căn cứ vào vị trí của nhóm -OH ở carbon liền kề carbon mang nhỏm chức alcol bậc nhất (nhỏm -OH ở carbon số 5 đối vởi glucose). Nếu nhóm -OH này nằm ở bên phải, đường đó thuộc dãy D; nếu nhóm -OH nằm ở
bên ừái, đường thuộc dãy L. Đa số các monosaccarid ừong cơ thể sống cổ cấu hình D và các enzym chuyển hóa chúng cũng đặc hiệu cho cấu hình này.
■ VI — OH ( L-Glu '11 thfeOH co sa Hình 1.2. Đồng phân D, L cùa glucose C H j O H a-Đ-Gỉucopyranos* 2.2.2. Dạng vòng pyranose-fiiranose Trong dung dịch, monosaccarid có từ 5 carbon trở lên có thể tạo thành dạng cấu trúc vòng tương tự như vòng của pyran hay fiiraiL cẩu trúc vòng này được tạo thành từ phản ứng giữa nhỏm -OH với nhóm -CHO hoặc với nhóm -C =0 trên phân tử monosaccarid để tạo
dân xuất bán acetal hoặc bán cetal. Hơn 99% glucose trong dung địch tồn tại ở dạng pyranose, chỉ có dưới 1% glucose ở dạng íìiranose (Hỉnh 1.3).
a-£Hjiucofurano$*
Hỉnh 1.3. Dạng pyranos* v i furanos* cùa glucoM
2.2.3. Dạng anomer a và p
Nguyên từ carbon của nhóm carbonyl (hay nguyên tử carbon bán acetal) được gọi là carbon anomer. Đồng phân ở vị trí carbon anomer cỏ 2 dạng là a và p. Glucose ở dạng kết tinh là ot-D-glucopyranose. Trong dung dịch, nó tồn tại ở dạng hỗn hợp đồng phân a-glucopyranose (36%) và p-glucopyranose (63%), ỉ% cỏn lại chủ yếu là các anomer a và p-glucofuranose. Dạng tồn tại trên cùa glucose trong dung dịch là trạng thái cân bằng. Trạng thái này đạt được đi kèm
với hiện tượng chuyển quay quang học (mutarotation) giữa dạng a, dạng p và dạng mờ vòng bán acetal (Hình 1.4). Độ quay quang học cùa glucose ừong đung dịch là quay phải (dextrogyre), vì thế nó cổ tên gọi khác là dextrose.
ÓH
i
a-D-Glucopyranose H C L X H2OH O H a-D-Glucofuranos9 % r H OH " H **0 11 D-Gki —OH ĨH2OH coso O H 0-D-GlucofùranoseHình 1.4. Hiện tượng chuyển quay quang học của glucose Ỉ.2.4. Dạng epimer
Các đồng phân epimer quan ừọng nhất của glucose về mặt sinh học là nannose (epimer hóa ở carbon sổ 2) và galactose (epimer hóa ở carbon số 4) Hình 1.5). C H 2 O H D-Mannose r"H 1r —" "UM HO""■ “rl n — UỈ1 r r c D-Qli — ' V ì 1 ĩHaOH c o s e I H OH H O -1 — H 0 7 - H H — — O H C H 2 O H D -Galactosa
Hình 1.5. Các đồng phân epimer của glucose
ỉ.2.5. Đồng phân alđose và cetose
Fructose và glucose có cùng công thức phân tử nhưng công thức cấu tạo ihác nhau, fructose có nhổm ceton ở carbon số 2 ừong khi glucose có nhóm .ldehyd ở carbon số 1.
Thoái hóa glucose theo con đường đường phấn chỉ tạo các đẫn xuất của triose. Tuy nhiên bằng con đường oxy hóa trực tiếp, không chi triose mà teừose, pentose và sedosheptulose (7C) cũng được tạo thành. Pentose là thành phần quan trọng của acid nucleic và nhiều coenzym (Bảng 1.1). Các hexose cỏ vai ừò sinh lý quan trọng nhất là glucose, galactose, fructose và mannose (Bảng 1.2).
2.2. CÁC MONOSACCARID THƯỜNG GẶP c ó VAI TRÒ QUAN TRỌNG
Bảng 1.1. Các pentose cỏ vai trò sinh lý quan trọng
Pentose Nguồn gốc Vai trò sính học
D-Ribose Acid nucleic Cấu tạo của acid nucleic, các coenzym (ATP, NAD, NADP và các flavoprotein). Ribose phosphat là chất trung gian trong con đường pentose phosphat D-Ribulose Được tạo ra trong các
quá trinh chuyển hóa
Ribulose phosphaí là chất trung gian trồng con đường pentose phosphat
D-Àrabinose Gôm Arabic, gôm của mận và anh đào
Thành phần của glycoprotein D-Xylose Proteoglycan,
Glycoaminoglycan
Thảnh phần của glycoprotein .
D-Lyxose Cơ tim Thảnh phần của lyxoflavin phân lập từ cơ tìm người IKXylulose Chất trung gian của con đường thoái hỗa acid
uronic
Băng 1.2. Các hexose có vai trò sinh ỉỷ quan trọng
Hexose Nguồn gốc Vai trò sinh học Ý nghĩa lâm sàng
D-Glucose Các dịch thủy phân tỉnh bột, đường mỉa, maltose và lactose Đường vận chuyển qua raảu và là dạng sử dụng chính của các tổ chức
Có trong nước tiểu của người bị bệnh tiểu đường kèm theo tăng glucose ừong mảu D-Fructose Dịch ép trải cây,
địch mật ong, từ sự thửy phân đường mỉa và ỉnnulỉn
C6 thể được biển đoi thành glucose ở gan và ruột, do đó cỏ thể được cơ thể sử dụng.
Không đung nạp fructose bẩm sinh gảy tích lũy fructose và hạ đường huyểt
D-Galactose Thủy phân lactose Có thể biển đổi thành glucose ở gan và được chuyển hóa. Galactose là thành phần của lactose, gjycolipid và glycoprotein. Bệnh không chuyển hóa galactose bẩm sinh gây tăng galactose huyết và đục thủy tinh thể D-Mannose Thủy phân một sổ gôm và nhựa cây Thành phần của glycoprotein
cấu tạo của các cetose và aldose đóng vai trò quan ừọng trong chuyển hóa rung gian của tế bào được trình bày ờ Hình 1.6 và 1.7.
CHaOH U o CH2OH CHaOH = 0 -OH CHjOH HO- H-CH2OH = 0 ■H ■OH CH,OH ch2oh = 0 - OH - OH CHjOH HO-
H-Dihyđroxyaceton D-Erythrulose D-Xylulose' D-Ribulose
CH2OH = 0 -H -OH -OH CH2OH D-Fructose Hình 1.6. Các cetose 3C, 4C, 5C và 6C 3 carbon CHO --- OH Ổh2o h Glyceralđehyd 4 carbon CHO H--OH “OH CH2OH D-Threose HO- H-CHO --- H — -O H Ổh2o h D-Erythreose 5 carbon c:h o 1ÍƯ' “ — n h ư ■ H— — H — OH ỏ h2o h D-Lyxose HO H-CHO -OH -H -OH CHO CH2OH D-Xylose H O — — H H — — O H H — — O H CH2OH D-Arabinose 6 carbon H- HO-H O H-CHO -OH -H -H -OH ÒH2OH D-Glucose c h2o h D-Gaíacíose CHO OH OH OH CH2OH D-Ribose HO HO- H-CHO -H -OH -OH CH2OH D-Mannose Hình 1.7. Các aldose 3C, 4C,
sc,
6C2.3. MỘT SỐ DẪN XUẮT CỦA MONOSACCARID CÓ VAI TRÒ SINH HỌC QUAN TRỌNG
2.3.1. Dấn xuẩt acid
• Acid aldonic. được tạo thành do sự oxy hóa chức aldehyd, ví dụ acid
gluconic (hình í.8).
^
N
° H
OH c h2o h J — OH IíC?H
>
ỔH <L ÒHP-D-Glucuronic Acid a-D-Iduronic Acid D-Gluconic D-Glucono-ô-lacton
HÌDh 1.8. Dan xuất acid của glucose
• Acid uronic: được tạo thành đo sự oxy hóa chức alcol bậc 1. Dan xuất
uronic của glucose là aciđ D-glucuronic và acid L-iđuronic (hình 1.8); dẫn xuất của galactose là acid galacturonic thường gặp ừong thành phần của polysaccharid phức tạp. Acid glucuronic còn tham gia cơ chế khử độc vả liên hợp với bilirubin tại gan. Dan xuất uronic của N-acetylmannosamin là N-acetylneuraminic là thành phần cấu tạo của nhiều glycoprotein và glycolipid ở động vật
2.3.2. Dần xuất amin c h2o h c h2o h c h2o h c h2oh < £ * > _ ó h N — f O H Ó h N -IT OH N 1 --- ^ ỎH nh2 o^ nh nh2 c h3
a-D-Glucosamin N-acetyl-a-D-Glucosamin a-D-Galactosamin a-D-Mannosamin
R » -C H — OH I CH—OH c o o " CH2OH 1 -COO c h3
Acid N-acetylmuramic Acid N-acetylneuraminic
Dần xuất amìn được tạo thành do sự thay thế nhỏm -OH ờ carbon số 2 của đường gốc bởi một nhóm -NH2. Glucosamin, galactosamin, mannosamin là những đường amin có trong tự nhiên. Các chất này có thể được acetyi hóa, ví dụ như N-acetylglucosarain và aciđ N-acetylmuramic (Hình 1.9). Chúng tham gia vào cấu tạo của các polysaccarid phức tạp và một sổ kháng sinh (ví dụ erythromycin và carbomycin).
2.3.3. Dẩn xuất phosphat
Dần xuẩt phosphat được tạo thành do phản ứng tạo liên két ester phosphat giữa acid phosphoric với một nhỏm -OH của đường, thường gặp ữong các phản ứng sinh tổng hợp và chuyển hóa glucid. Ví dụ: glucose 6-phosphat (Hình 1.10), glucose 1-phosphat.
2.3.4. Đường khử oxy
Đây là những đường cổ một nhóm -OH bị thay thế bởi một nguyên tử H. Ví dụ như đưòng 2-deoxyribose (Hình 1.10) là thành phần cấu tạo nên DNA, đường 6-deoxygalactose và 2-deoxygIucose (một chất ức chế quan trọng trong chuyển hóa glucose) dược tỉm thấy trong thành phần của glycoprotein.
P-D-Glucose-6-phosphat 2-đeoxyribofuranose
Hỉnh 1.10. Dần xuất phosphat và đưòng khử oxy 2.3.5. Dẩn xuất glycosid
Dần xuất glycosid được tạo thành do một nhóm của đường (thông qua
c
anomer) gắn với một nhổm của chẩt khác bởi Iỉên ~kểt glycosid. Ví dụ như lactose, maltose, saccarose hoặc các polysaccarid. Glycosid là thành phần cẩu tạo của tổ chức động vật và có trong nhiều loại thuốc (như: giỹcosiđ trự- streptomycin).
2.4. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Nểu đường bị oxy hóa chức aldehyđ thi sản phẩm là acid aldonic, còn nếu bị oxy hóa ở chức alcol bậc 1 thì sản phẩm là acid uronic (Hình 8).
2.4.2. Phản ứng tạo ester nội phân tử (ỉacton)
Acid aldonic và acid uronic đều tạo ester nội phân tử bền vững (Hình 1.9).
2.4.3. Phản ứng khử hóa các ose cho polyalcol •
Do nhóm chức -C =0 của monosaccariđ bị khử thành chức alcol.
Ví dụ: Glucose — -►Sorbitol Mannose ---► Mannitol
Fructose---> Sorbitol Ribose ---► Ribitol
2.4.4. Phản ứng định tính và định lượng glucose trong máu và nước.tiểu để chẩn đoán và theo dõi bệnh đái tháo đường.
Glucose oxydase
p-D'glucose + H20 + 0 2 ---> Acid D-gluconic + H20 2
Peroxydase
H20 2 + 4-aminoantipyrm + pHBS — — --- > Iminoquinon (màu đỏ) + H20
3. DISACCARED
Dỉsaccariđ là những đường gồm 2 đơn vị monosaccarid liên kểt với nhau bằng liên kết O-glycosid. Nếu trong phân tỏ disaccarid còn 1 nhóm -O H bán acetal thì disaccarid này có tính khừ (maltose, lactose), nếu không còn nhóm - OH bán acetal nào thỉ disaccarid không còn tỉnh khử (saccarose). Các disaccarid có vai trò sinh lý quan trọng lả: maltose, saccarose và lactose (bảng 1.3 và hình
1 . 1 1 ) .
Bàng 1.3. Các dỉsaccarid cỏ vai trò sinh lý quan trọng
Dỉsaccarid Nguồn gốc Ỹ nghĩa lâm sàng
Maltose Mạch nha và ngũ cốc đang nảy mầm (mầm lúa,
men bia). Là sản phẩm do sự thủy phân tinh bột -Lactose Sữa cùa các loài động vật Đôi khi bải xuất ra
nưức tiểu trong quá trình thai nghén
Khi thiều hụt lactase, cơ thể hấp thu kẻm lactose Saccarose Đường mía, cử cải đỏ và rế cà rổt. Khi thiểu hụt saccarase, cơ
Maltose (dạng a)* Saccarose
a-D-gJucopyranosyK 1-+4)- a-O-glucopyranose a-D-glucopyranosyl-(1-»2)-p-D-fructofuranosid
Lactose (dạng P)
p-D-galactopyranosy1-{1-+4)-p-D-glLicopyranose
Hình 1.11. Cẩu tạo của một số disaccarid điển hình
4. POLYSACCARID
Phần lớn glucid ứong tự rihiên là các polysaccarid có phân tử lượng lón. Chúng khác nhau về số lượng và chủng loại của các đơn vị monosaccarid cẩu tạo nên chúng, vể loại liên kết giữa các đơn vị monosaccarid và về mức độ phân nhánh. Có 2 loại polysaccarid là polysaccarid đom giản và polysaccariđ phức tạp.
4.1. POLYsACCARID ĐƠN GIẢN
Polysaccarid đơn giản là những glucid khi thủy phân cho duy nhất một loại monosaccarid* Một vài polysaccarid thuần đổng vai ừò dự trữ năng lượng cho cơ thể, quan trọng nhất là tính bột ở thực vật và glycogen ở động vật Một số khác như cellulose, chitỉn đóng vai ừò là thành phần cẩu trúc màng tế bào thực vật và khung xương ngoài của động vật
4.1.1. Tinh bột
Tinh bột là dạng dự trữ glucid ở các mô thực vật đồng thời là thức ăn ghicid chính của người vả động vật. Tinh bột gồm 2 loại polymer của glucose là amylose và amylopẹctin (Hỉnh 1.12):
• Amylose chiếm 15-20% ữong tỉnh bột, xỏ cấu trúc mạch thẳng xoắn
két (al-»4) glycosid.
• Amylopectin chiếm 80-85% trong tinh bột, có cấu trúc phân nhánh, chứa
24-30 gốc a-D-glucopyranose nối với nhau bằng liên kết (al-»4) glycosiđ ở mỗi mạch thẳng và bằng liên kết (al-> 6) glycosid tại điểm nhánh.
Amylose c h2o h CH2OH CH2OH CHjOH 0 J---- ° \ J ---- ° v J ----OH M O H tì Ă X 0 -B I 0 -< 5 V ^ 1--ft -r '— u — J ><— / 1— 0 —J X < I— O OH r V OH OH OH Amylopectin Liên két (a1-*- 6) tại điểm nhánh Liôn kểt (a1 -*>4) tại mạch chính
Hỉnh 1.12. Cấu trúc của amyỉose và amylopẹctin 4.1.2. Glycogen
Glycogen là dạng glucid dự trữ chính của các tế bào động vật, cỏ cấu trúc giống amylopectin của tinh bột nhưng phân nhánh nhiều hơn, mỗi nhánh chỉ gồm 8» 12 đơn vị a-D-glucopyranose. Glycogen cỏ rất nhiều ờ gan và cơ xirơng.
4.1.3. Chỉtm
Chitin cũng là một polysaccarid mạch thẳng, được tạo bời các gốc N- acetylglucosaráin bằng liên kết ((31-*4) glycosiđ. Chitin là thành phạn cơ bản cấu tạo nên bộ xương ngoài của côn trùng.
4.1.4* Cellulose
Cellulose là thành phần cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Cellulose có cấu trúc thẳng, không phân nhánh, gồm 10.000-15.000 đơn vị ị3-D-glucofuranose nối với nhau bằng liên kết (pi->4) glycosiđ (Hình 1.13). Các liên kết hydro giữa
các chuỗi làm cho cẩu trúc của cellulose thêm chật chẽ. Cellulose không có giá trị về dinh dưỡng đối với con người vi cơ thể người không có enzym thủy phân liên kết (Pl-»4)
glycosíd, nhưng cổ ý nghĩa về dinh Hình 1.13. cấu tạo của cellulose dưỡng đối với động vật ăn cỏ như
trâu, bò vì trong ống tiêu hóa của chúng chứa các vi sinh vật có thể sản xuất enzym cellulase thủy phân được cellulose,
4.1.5. Dextran
Dextran là những polysaccarid của vi khuẩn và nấm men, được cấu tạo bởi các đom vị a-D-glucose nối với nhau bằng liên kết ( a l- » 6) glycosid ở mạch thẳng và bằng liên kết (al-»3) gỉycosid hoặc đôi khi là liên kết (al-»2) hay (al-*4) gỉycosid ờ điểm nhánh.
4.2. POLYSACCARID PHỨC TẠP
Polysaccarid phức tạp là những glucid khi thủy phân cho từ hai loại monosaccarid trờ lên hoặc có thêm thành phần không phải glucid. Các polysaccarid phức tạp đóng vai ứò sinh lý quan trọng là:
4.2.1. Peptiđoglycan
Peptidoglycan gồm các chuỗi N-acetylglucosamỉn Acỉd N-acetylmuraru' c disaccarid lặp lại của acid N-
acetylmuramic liên kết với N- acetylglucosamin bằng liên kết (P1—>4) glycosid, mạch thẳng, nằm song song và sát cạnh nhau trong cấu trúc thành tế bào vi khuẩn, đan chéo nhau bằng những chuỗi oligopeptid ngắn tạo cấu trúc như một mạng lưới (hình 1.14).
Peptidoglycan ỉà thành phẩn cơ bản của thành tế bào vi khuẩn.
Ỉ ^ 0 H C P1 - 4 ) QH o. NH 0=0 ÒH3 0 ỘH-CHa <pH2 L -A Ỉanin D -G lụtam ic 1 L-Lysin I NH 6=0 c h 3 D-AỊanin ỉ D-AỊanin ị D -A lanin--- L-Lysin B acid amin I liên kết cbéo ỉ Hình 1.14. Cấu trúc peptídoglycan ở vi khuẩn Gram (+)
lysozym tiêu diệt tế bào vi khuẩn bằng cách thủy phân liên kết (pi->4) glycosid giữa acid N-acetylmuramic và N-actylglucosamin của peptiđoglycan. Enzym này có nhiều trong nưóc mắt, có thể là một cơ chế bảo vệ chống lại nhiễm khuẩn ở mắt. Ngoài ra, lysozym cũng được sản xuất bởi một số vi rút kí sinh ừong vi khuẩn, để đảm bảo vi rút có thể được giải phóng khỏi tế bào vi khuẩn chủ. Penicillin và một số kháng sinh cùng nhóm tiêu diệt vi khuẩn bằng cách ngăn cản sự đan chéo của những chuỗi peptiđ ngắn, vỉ thế làm cho thành tế bào vi khuẩn trở nên yếu và dễ bị phân cắt
4.2.2. Gỉỵcosaminoglycan và proteoglycan
Glycosaminoglycan và proteoglycan là 2 thành phần của dịch gian bào hay chất nền (bao quanh tế bào, có tác dụng giữ các tế bào ở cạnh nhau đồng thời tạo ra những kẽ hở, giúp khuyếch tán chất dinh dưỡng và oxy đến từng tế bào).
• Glycosamìnoglycan còn được gọi là mucopolysaccarid, có cấu tạo mạch
thẳng, gồm chuỗi disaccarid lặp lại của acid Iironic (acid D-glucuronic hoặc L- iđuronic) và đường amin (N-acetylglucosamin hoặc N-acetlygalactosamin). Các glycosaminoglycan quan trọng là:
- Acid hyaluronic (Hyaluronan): gồm khoảng 50.000 chuỗi disaccarid lặp lại của aciđ D-glucưronic và N-acetylglucosamin (hình 1.15). Acid hyaluronic tạo thành dung dịch trong và cổ độ nhởt cao, có tác đụng làm ừơn hoạt dịch của các khóp và thủy tinh dịch của mắt, giúp cho sự vận động và ngăn chặn nhiều độc tố xâm nhập vào cơ thể. Acid hyaluronic còn là thành phần của dịch gian bào của tể bào sụn và gân, do đó làm tăng sức căng và sự co giãn của các tổ chức này. Một số vi khuẩn gây bệnh có khả năng tiết ra enzym hyaluronidase có tác dụng thủy phân liên kết glycosid của acid hyaluronic, khiến cho các tổ chức này dễ bị vi khuẩn tấn công hơn. Enzym này cũng có hoạt tính mạnh ở tinh dịch và nọc rắn.
- Condroitin sulfat có đoa vị là disaccarid gồm acid p-glucuronic và N- acetylgalactosamin sulfat nối với nhau bằng liên kết (Ị31-»3) glycosid (hình 1.15). Nó tạo nên sức căng của các tổ chức sụn, gân, dây chằng và thành động mạch chủ.
- Heparin là chuỗi disaccarid lặp lại của acid iduronic và glucosamin gắn sulfat (Hình 1.15). Heparin được sử dụng để chống đông máu nhờ khả năng gắn vói antithrombin, do đỏ ức chế thrombin và ngăn cản tạo cục máu đông.
Heparin (n ~ 15-90) Hình 1.15. A c id h y a lu ro n ic ( n ~ 5 0 .0 0 0 ) C h o n d ro itin - 4 -s u l f a t (n ~ 2 0 -6 0 )
• Proteoglycan là những đại phân từ trên bề mặt màng tể bào hoặc nằm
•ong dịch ngoại bào. Đơn vị proteoglycan cơ bản gồm một protein “lõi” liên kết ộng hóa trị với một hay nhiều chuỗi glycosaminoglycan sulfat (như condroitin ulfat, keratan suifat hay heparin sulfat...) bằng liên kết glycosid giữa các gốc ường với nhóm -OH cùa acid amin (serin hoặc threonin) trong phân tử protein.
Một số proteoglycan có thể ình thành tổ hợp proteoglycan - một iêu phân từ cực lớn gồm nhiều rotein lõi gắn xung quanh một phân í hyaluronat (hình 1,16). Phân tử lõi ủa siêu phân từ này gắn với nhiều huỗi chondroitin sulfat và keratan nlfat. Vai ừò của proteoglycan là tạo nh co giãn, tính nhớt, độ ứơn tại các hóp, tổ chức liến kết và mô nâng đỡ.
,2.3. Glycoprotein
NHSO,
Công thức hóa học của một số glycosaminoglycan
Glycoprotein là những phân tử protein có gắn một hoặc nhiều chuỗi ligosaccarid. Thành phần đường chiếm 1-70% khối lượng của glycoprotein, có
thể là các đường amin (osamin), acid sialic, acid neuramic, pentose, hexose hay íìicose... Glycoprotein phân bố ở mặt ngoài của màng tế bào, ừong dịch ngoại bào hoặc trong máu. Chúng cũng có thể được tim thấy trong tế bào, ở những bào quan như thể Golgi, hạt tiết và lysosom. Glycoprotein có những chức năng sinh lý quan trọng như:
- Là thành phẩn của dịch nhầy (mucin) và tạo cho chất nhầy đặc tính trơn. - Phần lớn các protein ừong máu là glycoprotein. Ví dụ như các immunoglobulin (kháng thể) và một số hormon như FSH, LH hoặc TSH.
- Nhiều glycoprotein giữ vai trò quan ừọng ở màng tế bào như khảng nguyên nhóm máu A, B, o ở màng hồng cầu và các đích nhận biết trên bề mặt tế bào.
Phần oUgosaccarid của glycoprotein rất giàu thông tin, tạo thành những vị trí đặc hiệu để các phân tử Iectin nhận diện và gắn với ái lực cao. Nhiều vi khuẩn và vi rứt gắn vào chuỗi oligosaccarid trên glycoprotein màng tế bảo vật chủ như là bước đẩu tiên của quá trình xâm nhập vào những tế bào này. Thành phần oligosaccariđ cùa glycoprotein trên màng tế bào là đích để nhận biết các tế bào cùng loại hay nhận biết tế bào lạ xâm nhập vào cơ thể. Trong quá trinh kiểm soát chất lượng protein mới sinh, các chuỗi oligosaccarid gắn với protein mới sinh ở lưới nội chất và đóng vai ừò là chất đảnh dầu các protein cuộn sai để tế bào phân hửy các protein này.
Acid N-acetyl neuraminic (Neu- NAc), một acid sialic, là thành phần cẩu tạo của glycoprotein và gangliosid và có nhiều tác dụng quan ữọng. Các gốc Neu-NAc thường nằm ở cuối oligosaccarid của nhiều glycoprotein, đây là thông tin báo hiệu một protein sẽ tiếp tục lưu thông trong máu hay sẽ bị gan đào thải. Ví dụ như ceruloplasmin - glycoprotein vận chuyển đồng ứong máu - bị mất acid sialic sẽ được nhận diện đặc hiệu bởi receptor ừên màng tể bào gan, sau đó bị gan thu giữ và được chuyển hóa ở lysosom và do đó bị đào thải nhanh khỏi máu. Hồng cầu già cũng bị loại khỏi máu theo cơ chế tương tự.
4.2.4. Gỉycoỉipiđ
Glycolipid là những sphingolipid màng có đầu phân cực là các oligosaccarid (acid sialic và các monosaccarid khác) và tham gia vào cấu tạo màng tế bào. Glycolipid cỏ nhiều trong não và các neuron thần kinh, giúp truyền tín hiệu thần kinh và hĩnh thành các sợi myelin. Độc tố của một số vi khuẩn (độc tố của vỉ khuẩn tả và ho gà) gắn vào oligosaccarid của glycoiipid trước khi xâm nhập vào tế bào.
CÂU HỎI ÔN TẬP
Trình bày định nghĩa, phàn loại và vai trò sinh học của gỉucicL
ĩ. Trình bày nguồn gốc, cẩu trúc, vai trỏ sinh học và ý nghĩa lâm sàng của một
0 pentose, hexose và các disaccarid quan trọng.
1 Trình bày các dọng đồng phân quan trọng của monosaccarìd: D và L, vòng lyranose và fiiranose, anomer a và p, epimer, aldose, và cetose.
(. Trình bậy tính chất khử của monosaccarid và một sổ dìsaccarỉd. So sánh cấu trúc, vai trò sinh học của tinh bột, glycogen và cellulose.
K Trình bày cấu trúc và va/ trò sinh học của peptidogỉycan, các \lycosaminogỉyccm, proteoglycan, glycoprotein và gỉycolipid.
Chương 2
LIPID
MỤC TIÊU/. Trình bày được khải niệm, phân loại và vai trò chung của ỉipỉd.
2. Trình bày được cẩu tạo, cẩu trúc, danh pháp, tỉnh chất và vai trò của cấc lipid quan trọng đổi với cơ thể sống và Ưongy dược.
1. ĐẠI CƯƠNG 1.1. Kháỉ niệm về ỉỉpid
Lipid là các hợp chất sinh học không tan ữong nước, gồm nhiều nhỏm cấu trúc hóa học khác nhau. Phần Ịớn lipid trong Qơ thể sống là dẫn chất este hoặc amid cùa aciđ béo với một số alcol (glycerol, cholesterol,....) và amino alcol (sphingosin). Ngoài ra, thủy phân lipid còn có thể tạo ra các chất khác như acid phosphoric, một sổ base hữu cơ (cholin, ethanolamin...) và carbohydrat (glucose, galactose, lactose...).
1.2. Vaỉ trồ của Iipid
Lỉpid có nhiều vai ữò quan ừọng đổi với cơ thể sống. Triacylglycerol (dầu, mỡ) là dạng dự trữ năng lượng chủ yếu của nhiều sinh vật. Lipiđ dự trữ ờ mô mỡ còn đóng vai trò cách nhiệt ở những tổ chức dưới da và xưng quanh một số cơ quan. Phospholipid và sterol là thành phần chính cấu tạo màng tế bào. Lipid cấu tạo sợi trục thần kinh còn cổ tác dụng cách điện giúp truyền nhanh tín hiệu. Một số lipid đỏng vai trò là nhóm ngoại của enzym, chất vận chuyển điện tử, chất hấp thụ ánh sáng, chất hỗ trợ protein tạo cấu trúc phù hợp và gắn với màng tế bào. Ngoài ra, một sổ lipỉd là chất nhũ tương hỏa trong đường tiêu hóa, số khác là các chất cỏ tác đụng điều hòa hoạt động của cơ thể.
Kiến thức hóa sinh về lipid có ý nghĩa quan trọng trong y dược như: nghiên cứu sinh lý tế bào, cơ chế bệnh sinh của của một số bệnh và nghiên cứu tác dụng của thuốc.
1.3. Phân loại lipid
Theo cách phân loại của Bloor, lipid được chia thành 3 nhóm: lipid đơn giản (glycerolipid và ceriđ), lipiđ phức tạp (phospholipid và glycolipid), và dẫn chất của lipid (acid béo, alcol, và sterol).
Dựa vào vai trò trong cơ thể sống, lipiđ được chia thành ba nhóm chính: nhóm lipid dự trữ, nhổm lipid màng, và nhóm lipid cổ vai trò khác (truyền tin, nhỏm ngoại của enzym...). Đây là cách phân loại cỏ ý nghĩa thực tiễn cao trong
lĩnh vực y dược học, giúp những người muốn tìm hiểu, nghiên cứu lipid không chỉ có cái nhìn tổng quát về cấu trúc hóa học của lipid mà còn thấy được vai trò của lipid đối với cơ thể sống.
2.LIPID D ự TRỮ
Dạng lipid đự trữ chủ yếu trong cơ thể sổng là đầu và mỡ đều là các dẫn chất este của acid béo với glycerol (glycerolipid). Ngoài ra, trong một sổ sinh vật dạng lipid dự trữ là este của acid béo vởi một số alcol có trọng lượng phân tử cao (ceriđ).
2.1. Aciđ béo
2.1.1. Cẩu tạo và danh pháp
Acid béo là những acid mono carboxyiic cỏ sổ carbon từ 4 đén 36 (C4 đến ^36). Đa số acid béo có số carbon chẵn (thông thuòng từ 14 đến 24 carbon) do íược sinh tổng hợp từ các mẩu 2 carbon. Acid béo được chia thành 2 nhóm ;hính: Aciđ béo bão hòa (acid béo no) và aciđ béo không bão hòa (acid béo íhông no). Những acid béo thường gặp nhất được nêu trong bảng 2.1.
Danh pháp đơn giản của mỗi acid béo biểu thị độ dài chuỗi hydrocarbon ;ủa acid béo và số liên kết đôi cách nhau bởi dấu hai chấm (:). Vị trí của các liên cểt đôi được biểu hiện bằng số mũ của delta (A). Ví đụ, acĩd béo no palmitic có 16 carbon được ký hiệu là 16:0, acid béo oleic có 18 carbon và một liên kết đôi ở
ỉ\ trí carbon sổ 9 được ký hiệu là 18:1 (A9).
Trong các acid béo cỏ nhiều liên kểt đôi, các liên kết đôi thường không >ao giờ liên hợp (-CH=CH-CH=CH-) mà cách nhau bời một nhỏm methylen (- 3H=CH-CH2-CH=CH-); liên kểt đôi đầu tiên thường ở vị trí carbon số 9 (A9),
úc liên kết đôi tiếp theo là A12 và A15 (trừ acid arachidonic). Trong tự nhiên, các
iên kết đôi của hầu hết acid béo không bão hòa cổ cẩu hĩnh cis. Theo quy ước, icid béo có liên kết đôi nằm giữa C3 và C4, tính từ carbon Cừ (là carbon của ihóm methyl xa nhóm carboxyl nhất), được gọi là acid bẻo CD - 3; nếu liên kết tôi nằm giữa C6 và C7 thì ỉà aciđ béo Củ - 6. Các aciđ béo co - 3 và co - 6 có vai rò sinh lý rất quan ừọng đối với con người. Tuy nhiên, cơ thể người thiếu các :nzym để tổng hợp một số acid béo này. chỉnh vì vậy "các acid Cừ - 3 và (0 - 6 tược gọi là các acid béo thiết yếu và cần phải được bổ sung trong thức ăn để đáp mg nhu cầu cùa con người.
Bảng 2.1. Một sổ acỉd béo thường gộp trong tự nhiên Khung
carbon
Cấu tạo Tên hệ thống Têa thông
thirờng
12:0 CH3(CH2)i0COOH rt-Dodecanoic acid Aciđ lauric
14:0 CHa(CH2)12COOH n-Teữađecanoic acid Aciđ
myristic
16:0 CH3(CH2)i4COOH w-Hexađecanoic acid Acid
palmitic
18:0 CH3(CH2),6COOH «-Octađecanoic acid Acid stearic
20:0 CH3(CH2)18COOH «-Eicosanoic aciđ Acid
arachidic
24:0 CH3(CH2)22COOH n-Tetracosanoic acid Acid
lignoceric 16:1 (Ay) CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH cứ-9-Hexadecenoic acid Acid
pạlmitoleic 18:1 (A*) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Cỉí-9-Octadecenoic acid Acid oleic 18:2 (A ) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH( CH2)7COOH cis-,cis-9,12- Octađecađienoic acỉd Acid Iinoleic 18:3 (A ) c h 3c h 2c h = c h c h 2c h = c h c h 2CH=CH(CH2)7COOH cis-,cis-,cis- 9,12,15- Octađecaửienoic acid Acid a-Iinolenic 20:4 (A5’8’11-14) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH CH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3 COOH cis-,cis-,cis-tcis‘ 5,8,11,14- Icosateừaenoic acid Acid arachidonic 2.1.2. Tỉnh chất
Tính chất lý học của acid béo phụ thuộc vào độ dài và mức độ không bão hòa của chuỗi hydrocarbon ừong acid béo. Chuỗi hydrocarbon càng dài và số liên kết đôi trong acid béo càng ít thì điểm nóng chảy càng tăng. Ví dụ, điểm nóng chảy của của acid palmitic (16:0), acid linoleic (18:2), và acid oleic (18:1), acid stearic (18:0), lần lượt là 63,1°C; 1 đến 5°C; 13,4°C; và 69,6°c.
2.2. Glycerolipid
2.2.1. Cẩu tạo và danh pháp
Glycerolipid (còn gọi là glycerid) là este của acỉd béo và glycerol. Căn cứ vào số nhóm -OH của glycerol được este hóa mà có thể có monoglycerid, diglyceriđ, và ừiglyceriđ. Trong đó, hầu hết glycerolipid tự nhiên là triglycerid (Hinh2.1).
Triglycerid bao gồm triglycerid thuần nhất (gồm 3 acid béo giống nhau) và triglyceriđ hỗn hợp (gồm 2 hoặc 3 acỉd béo khác nhau). Trong tự nhiên, hầu hết các trỉglyceriđ đều là dạng hỗn hợp và chủ yếu đóng vai trò dự trữ năng
lượng. Do triglycerid có tính kỵ nước (không kết hợp với nước nên tiết kiệm không gian dự trữ) và acid béo có trạng thái khử cao (1 gam acid béo có năng lượng dự trữ lởn hơn hai lần so với 1 gam carbohydrat) nên dạng triglycerid có thể dự trữ được nhiều năng lượng hơn cho cơ thể so với dạng carbonhydrat.
Các gỉycerid được gọi tên theo các acid béo cấu tạo nên glyceriđ đó. Ví dụ, các triglycerid đcm giản cấu từ acid béo 16:0, 18:0, 18:1 có tên gọi lần luợt là tristearin, tripalmitin, và triolein. Tên của triglycerid hỗn hợp bao gồm tên và vị trí của từng acid béo tạo liên kết este với glycerol (ví dụ 1-StearoyI, 2-linoleoyl, 3-paImitoyl glycerol - Hình 2.1).
Hình 2.1. Triglyceriđ: 1-Stearoyỉ, 2-linoleoyl, 3-palmitoyl glycerol
2.2.2. Tỉnh chất
Tỉnh chất vật lỷ: Glycerid hầu như không tan trong nước, tan ừong các
ỉung môi hữu cơ. Điểm nóng chảy và trạng thái của glycerid phụ thuộc vào hành phần acid béo. Điểm nỏng chảy giảm khi số lượng aciđ béo mạch ngắn và chông bão hòa tăng. Vỉ dụ, ở 25°c dầu oliu tồn tại ở dạng lỏng, bơ tồn tại ở trạng M i mềm, mỡ bò tồn tại ở dạng rắn Ịà vì dầu oliu có tỷ lệ acid béo không bão hòa rên acid béo bão hòa cao, trong khi w tỷ lệ này trong bơ và mỡ bò thấp hơn Hỉnh 2.2).
Dầuoliu, Bơ, Mỡ bò,
Lòng Mềm Rắn
Hình 2.2. Trạng thải của một số lipid ở
25°c
Tỉnh chất hóa học:+ Phản ứng thủy phân: Trong cơ thể người, thủy phân glycerid được xúc tác bởi lipase. Tại mô mỡ, Iipase có ứong tế bào mỡ giúp giải phóng acid béo tự đo để cung cấp cho các mô khác ừong cơ thể. Trong máu, glycerid được thủy phân bởi lipase có nguồn gốc từ tuyến tụy tạo ra acid béo, glycerol và các sản phẩm trung gian là diglycerid và monoglycerid.
+ Phản ứng tự oxy hóa (Peroxy hóa lipid - POL): Peroxy hỏa lipid có acid béo không bấo hòa tạo ra các gốc tự do (ROO\ R \ không chi gây hiện tượng ôi thiu thực phẩm mà còn gây phá hủy các tổ chức và cổ thể là một ừong những nguyên nhân gây ung thư. Một trong các sản phẩm tạo ra từ quá trình PQL lipiđ là malondialdehyd được sử dụng để xác định quá trinh POL (Hình 2.3).
Quá trình POL trong cơ thể được xúc tác bởi các hợp chất có hem và các lipoxygenase có trong tiểu cầu và bạch cầu. Trong cơ thể, quá trình chuyển hóa các chất cũng tạo ra các gốc tự do tham gia vào các giai đoạn cùa POL. Các gốc tự do này gây phá hủy tế bào (thoái hóa oxy hỏa các thành phần ữong tế bào như protein và ADN). Đẻ kiểm soát và làm giảm quá trình POL, ừong cơ thể cổ những enzym đóng vai trò ỉà những tác nhân chổng oxy hóa như superoxid- dismutase (SOD), catalase, glutathion peroxydase. Ngoài ra, acid uric, glutathion, mannitol, vitamin Cy vitamin E và các flavonoid cũng đã được chứng minh là những chất đóng vai ữò “chất thu dọn” gốc tự đo sinh ra từ quá trình POL.
Hydroperoxyd ROOH
ROO
M alondialdehyd Endoperoxyd
Hình 2.3. Peroxy hóa lipid
. LIPID MÀNG
Lipid màng gồm những lipid lưỡng cực: một đầu thân dầu và một đầu thân ước. Các lipid màng cấu tạo nên màng lipiđ kép đóng vai trò như một hàng rào găn không cho những phân tử phân cực và ion đi qua. cấu trúc của các lipid làng rất đa dạng với nhiều nhóm, phổ biến nhất là 2 nhóm: glycerophospholipid
ì sphingolipid
1. Gỉycerophospholỉpỉd
1.1. Cẩu íạo và danh pháp
Glycerophospholipid (còn gọi ỉà phosphoglycerid) thường gồm 2 liên kết ite tạo bởi 2 acid béo với nhỏm OH ở vị trí carbon số 1 (Cl) và sổ 2 (C2) cùa ỳcerol; vị trí carbon sổ 3 của glycerol mang một nhóm phân cực hoặc mang .ện tích nhờ liên kết phosphođieste. Thông thưởng các glycerophospholipiđ ang acid béo bão hòa cổ 16 đển 18 carbon ờ vị trí C l, và acid béo không bão ỉ>a cổ 18 đến 20 carbon ở vị trỉ C2 (Hình 2.4). Các glycerophospholipid được ?i tên dựa vào acid phosphatidic (Bảng 2.2).
o 0 1 C H 2— o — C ' o 3 Ổh2— o — P — o — x I Ỏ"
Hình 2.4. Cấu trúc chung của glycerophospholipiđ
Bảng 2.2. Một số glycerophospholipid thường gặp trong tự nhiên Tên của
gỉycerophosphoỉipid
Tên của X Cấu trúc của X
Acid phosphatidic - ----H Phosphatidylethầnolamin Ethanolamin — ch2- c h2—nh3 Phosphatiđylchoỉin Cholin .— ch2— ch2— N(CH3)3 Phosphatidylserin Serin — CH2— CH---- NH3 COQr Phosphatiđylinositol 4,5-bisphosphat Inositol 4,5- biphosphat X 1 ỉ \ H \ [ c >—© \ H >H/
7
0---0 Cardiolipin Phosphatidyl glycerol ----ch2r
ỎHOH 0 1ỉ
ÒHj—0—P—o—ch2 0 í - ĩ i CH—0---C---R,L
CH2—0--C---R2 0 Trong một số glycerophospholipiđ, một liên kết este được thay thế bởi liên kết ete, ví đụ ừong plasmalogen (Hình 2.5) và yếu tố hoạt hóa tiểu cầu (Hình 2.6).CH2 — o — CH~=CH --- ^
I
o I LỊ CH--- o — c — CH3I
°
ch2—o —p—o —ch2—ch2—N(CH3)3 O"Hinh 2.6. Yéu tố hoạt hóa tiểu cầu
,1.2. Vaỉừò
Ngoài vai trò tham gia cẩu tạo màng tế bào, một số glycerophosphoỉipid ảm nhiệm những vai ừò đặc biệt khác. Ví đụ:
Dipalmityl phosphatidylchoỉin là một chất có tác dụng làm giảm sức căng ề mặt ở mặt ữong của phổi, giúp tránh được hiện tượng kết dính do áp ỉực bề lặt. Nếu thiếu chất này ở phổi sẽ gây cho trẻ nhỏ hội chứng suy hô hấp.
Yếu tổ hoạt hóa tiểu cầu (do bạch cầu ựa base tiết ra) có tác dụng kết tập ểu cầu và kích thích tiểu cầu tiết serotonin gây co mạch.
Phosphatidylinositol 4,5-biphosphat lả tiền chất cửa 2 chất truyền tin nội ào là diacylglycerol và inositol 1,4,5-triphosphat, có vai trò là chất truyền tin lư hai ừong đáp ứng của tế bào với một số hormon.
Trong ngành Dược, glycerophospholid còn được ứng dụng để tạo thành iposom làm nguyên liệu chế tạo thuốc tác dụng tại đích. Ví dụ, liposom có gắn ác kháng thể trên bề mặt được sử dụng để mang dược chất điều trị ung thư cisplatin, bleomycin, 5-fluorouracil, doxorubicin, dactinomycin, 6- lercaptopurine, paclitaxel, topotecan, vinblastin, etoposide....) có khả năng làm ẫng tác dụng ăiệt tế bào ung thư và giảm tác dụng không mong muốn của thuốc. ~
12. Sphingolipid
12.1. Cẩu trúc và danh pháp
Cẩu trúc chung cùa sphingolipid gồm: một acid béo liên kết với phingosin bằng liên kết amid tại vị t í carbon sổ 2; một nhóm phân cực (các )hân tứ đường hoặc gốc phosphat) liên kết với sphingosin tại vị trí carbon số 3 >àng liên kết glycosid hoặc liên kết phosphodieste (Hình 2.7). Dựa vào cẩu trúc *ua nhóm phân cực, sphingolipid được chia thành 3 nhỏm: sphingomyelin, ịlycosphingolipid (glycolipid trung tính) và gangliosid. Sphingomyelin chứa )hosphocholin hoặc phosphoethanolamin; glycosphingolipid chứa một nhóm lường (cerebrosid) hoặc nhiều nhóm đường (globosid); gangliosid là ;phingolipid phức tạp nhất, chứa nhỏm oligosaccarid và một hoặc nhiều acid
N-acetylneuramỉnic (Neu5Ac - một acid sialic). Tất cà các sphingolipid này đều là đẫn xuất của ceramid (Bảng 2.3).
HO— CH— o — CH=*CH' 3 í
2 C H -^ N H —
C-1CH2— o — X
Hình 2.7. Cấu trúc chung của sphingolipid
Ghi chủ: X - nhóm thế
Bảng 2.3. Một sổ sphingolipid thường gộp
Tên cửa sphingolipid
Tên của X Cấu trác của X
Ceramid - ----H Sphingomyelin Phosphocholin 0
■
— P—0 —c h2- c h2— N(CH3)3 0~ Gỉucosyỉcerẹbrosiđ (Glycolipiđ trung tính) GlucoseỊ / i
ĨHjOHP
(p f
)H Lactosylceramiđ (Glycolipid trung tính) Lactose Gangliosid GM2 Hồn hợp oligosaccarid ( NeuíAcy ---/ Glc ỵ { Gal ỳ— / GaINAc\3.2.2. Vai trò
Hiện nay đã xác định được hơn 60 sphingolipiđ khác nhau trong cơ thể người. Một số sphingolipid có hàm lượng cao ừong tế bào thần kinh, ví dụ như sphingomyelin có vai trò làm tăng tổc độ dẫn truyền thần kinh; một số sphingolipid là vị trí nhận diện trên bề mặt tế bào cụa tế bào miễn địch, vi khuẩn, virus.... Ví dụ điền hình cho vai ừò nhận diện của sphingoỉipid là các glycosphingolipid có ừò xác định nhỏm máu (nhóm o , A, B) ở người (Hình 2.8).
4. LIPID KHÁC
Ngoài 2 nhóm lipid phổ biến là lipid dự trữ và lipỉđ màng còn một số lipid khác có hàm lượng rẩt thấp trong cơ thể nhưng có vai ứò rất quan ừọng. Các hormon steroid (xem Chương 6. Horaion). Các vitamin tan trong dầu (A, D, E, và K) đỏng vai ứò quan trọng trong chuyển hóa hoặc sinh lý của con người. Ngoài ra còn một số nhóm lipid cỏ vai ứò đặc biệt khác, chương này chỉ trình bày thêm một nhóm Iipiđ, đỏ là eicosanoid.
Eicosanoid được sản xuất bởi nhiều loại té bào từ tiền chất là aciđ arachidonic, gồm 3 nhỏm prostaglandin, thromboxan, và leukotrien (Hình 2.9). Các eicosanoid có tác dụng sinh học rất mạnh kiểu hormon, song khác với horrnon, những chất này không được vận chuyển vào máu mà chỉ tác động lên các tế bào xung quanh tế bào sản xuất ra chúng.
Prostaglandin (PG): Gồm nhiều loại khác nhau thuộc các nhóm được ký
hiệu bằng các chữ cái từ A đến I. Tên của các PG ữong cùng một nhổm được phân biệt bằng chữ số Ả Rập tương ứng với sổ liên két đôi cỏ ừong mạch carbon. Các PG có nhiều tác dụng khác nhau. Một số PG cỏ tác dụng kích thích co cơ ừơn từ cung khi đẻ hay khi cổ kinh nguyệt Những PG khác có thể ảnh hưởng đến lượng máu tới các mô trong cơ thể, chu kỳ thức - ngủ, đáp ứng của một số cơ quan với hormon, hay gây sốt, viêm và đau.
Thromboxan: Được sản xuất bởí tiểu cầu, có tác dụng tạo cục máu đông
và giảm lưu lượng máu tới vị trí cục máu đông. Cảc thuốc chống viêm phi steroid như aspừin, ibuprofen ức chế enzym cyclooxygenase (COX) đẫn đến ức chế tạo ra prostaglandin và thromboxan từ aciđ arachiđonic.
Leukotrỉenĩ Được tìm thấy đầu tiên trong bạch cầu, có tác dụng sinh học
rất mạnh. Ví dụ, leukotrien D4 (dẫn chất cùa leukotrien A4) kích thích co cơ trơn khí quản. Sản xuất thừa leukotrien ữong một số trường hợp dẫn đến những cơn hen phế quản. Do vậy, một sổ thuổc ức chế tổng hợp leukotrien như prednisolon được sử dụng để điều trị hen phế quản. Ngoài ra, hiện tượng co mạnh cơ trơn của phổi còn gặp ở những người quá mẫn vởi nọc ong, penicillin và nhiều tác nhân khác.
Hình 2.9. Sự tạo thành eicosanoid từ acid arachidonic
CÂU HỎI ÔN TẬP /. Trình bậy vai trỏ của lipid, chơ vỉ dụ cụ thể.
2. Trình bậy các cách phần b ạ i lipid, cho ví dụ cụ thể
3. Vẽ cổng thức cấu tạo của các acid béo có dành pháp đơn giàn lần lượt ỉà 16:0,16:ỉ (A9), 18:2 (A912) và 20:4 (A5ÂỈIM).
4. Trình bày vai trò của glycerophospholìpid. Vẽ cẩu trúc chung và chi ra nhóm fhân dầu, nhóm thân nước của lipid này
5. Trình Bày vai trò của sphingoỉìpid Vẽ cẩu trúc chung và chỉ ra nhỏm thân
Chương 3
ACID AMIN, PEPTID VÀ PROTEIN
MỤC TIÊU
1. Trình bày được danh pháp, cấu tạo, phân loại, các tính chất quan trọng, vai trò của 20 acid amin thường gặp. Kể được tên và vai trò sinh học của một so acid amin ít gộp.
2. Trình bày được định nghĩa, đanh pháp cùa peptid. Kể được tên và vai trò của một số peptid cỏ hoạt tỉnh sinh học, ựng dụng trong y-dược.
3. Trình bày được phân loại, tỉnh chất, khái niệm về 4 bậc cẩu trúc của protein. Phân tích được mối liên quan giữa những bậc cẩu trúc của protein với chức năng sinh học của protein.
4. Phân tích được sự phù hợp giữa cẩu trúc và chức năng của hemoglobin.
Phân tích được động học liên kết Ơ2 - hemoglobin và các yếu tố ảnh
hưởng đến liên kết này.
Protein là đại phân tử sinh học (polymer) tham gia vào hầu hết mọi quá trình trong tể bào, đóng vai trò chủ yếu ừong sự hình thành, duy trì cấu trúc và chúc năng của cơ thể sống. Protein không những xuất hiện với số lưcmg lớn mà còn đa dạng về các loại khác nhau ừong tế bào. Bằng chứng hiển nhiên về vai ừò vô cùng quan trọng của protein: sản phẩm trực tiếp cùa sự truyền tải thông tin di truyền. Do đó, protein quy định tính đặc thù của tế bảo, đặc thù cá thể và đặc thù loài.
1. ACID AMIN
1.1 ACID AMIN THƯỜNG GẬP
1.1.1 Cấu tạo và danh pháp
Protein được cẩu tạo chủ yếu từ các đơn vị cơ bản (monomer) là acid amin liên kểt với nhau. Có khoảng 300 acid amin được tìm thấy trong tế bào cùa động vật, thực vật và vi sinh vật nhưng hiện nay chi cỏ 20 acid amin được mã hỏa bởi ADN hay được tìm thấy trong phân tử protein gọi là các acid amin thường gặp (common amino acids) hay các acid amin thông thường. Tat cả 20 acid amin này đều là các a-acid amin, nhóm carboxyl -COOH và nhỏm amin -NH2 cùng gắn vào nguyên tử
c
ở vị trí a (Ca). Cảc acid amin khác nhau là do mạch bên (gốcR) có cấu tạo, kích thước và điện tích khác nhau, làm ảnh hưởng đến khả năng hòa tan trong nước và một số tính chất của các acid amin (hình 3.1).
Trong tự nhiên hầu hết các acid arain ở dạng đồng phân lập thể L. Trừ glycin (R = H), 19 acid am in còn lại đều có Ca bất đối.
Các acid amin thường được gọi tên thông dụng theo nguồn gốc phát hiện ra chúng. Tên thông dụng này được viết tắt của 3 chữ cái hoặc chi là một chữ cái (bảng 3.1), hay được dùng để chỉ thành phần và trình tự các acỉd amin ừong phân tử protein.
1.1.2 Phân ỉoạl
Cỏ nhiều cách phân loại aciđ amin thường gặp khác nhau như: theo độ phân cực của gốc R có thể chia thành 2 nhóm lớn (acid amin phân cực và aciđ amin không phân cực); theo cấu tạo hóa học của gổc R (7 nhóm); hoặc có thể phân loại ứiành 2 nhóm (ậcỉd amỉn mạch thẳng và acid amin mạch vòng)... Trong tài liệu này giới thiệu hai cách phân loại phổ biến sau.
1.1.2.1 Phân loại theo độ phân cực và cẩu tạo hóa học của gổc R
20 acĩd amin được phân thảnh 5 nhỏm cán cứ theo đặc tính khác biệt của các gốc R (hình 3.2), đặc biệt là sự khác biệt về độ phân cực, hay khả năng tương tác của các acid amin với nước ở pH sinh lý (pH~7.4). Các đặc điểm khác thể hiện ờ bảng 3.1. Thứ tự các acid amin trong mỗi nhóm hầu hết được sắp xếp theo sự tăng đần về độ phần cực, kích cỡ và hỉnh dạng của gốc R.
+ Nhóm 1: Các acid amin có gổc R kỵ nước, không phân cực. Nhóm này có 7 acid amin: Gly (G), Ala (A), Pro (p), Val (V), Leu (L), De Ợ), Met (M).
+ Nhóm 2: cảc acid amin có gốc R chứa nhân thơm. Nhóm này có 3 acid amin: Phe (F), Tyr 0 0 , Tip (W).
+ Nhóm 3: các acid amin có gốc R phân cực, không mang điện. Nhỏm này có 5 acid amin: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Asn (N), Gin (Q).
COOH
NU —H
+ Nhóm 4: các acid amin cỏ gốc R mang điện (+). Nhóm này cỏ 3 acid amin: Lys (K), Arg (R), His (H)
+ Nhóm 5: các acid amin có gốc R mang điện (-). Nhóm này có 2 acid amin: Asp (D), Glu (E).
Z i c a a có gốc R kỵ nướ c, kh ô n g p h â n cực coo coo , Ố - C - H H s N - Ổ - H í G ly d a
Hs&-Leudn Iao teu ãa M ethiorũa
C ác a a có gốc gốc R p h â n cực, k h ô n g m an g điện COO-H coo-KjN—ổ—H S erin coo-C ác a a cá g ẩc gốc R c h ứ a n h â n thnrm Coo H,&—Ổ—H coo
PbenyỈHỈBHỈn T jro sin
C á c a a có gốc R m a n g điện (+)
coo coo coo
Lysĩní Àrgmin HiaUdfn
C á c a a có gốc R m a n g diỆD (-)
Aspartat G ta ta m at
Hình 3.2. Phân loại acid amin (aa) theo độ phân cực và cấu tạo hóa học của gốc R
Bàng 3.1. Tên viết tắt, trọng lượng phân tử (TLPT), p l của 20 acid amin
Aciđ amin Tên viết tắt
TLPT pl Acỉđ amin Tên
viết tắt
TLPT pl
Nhóm 1 Nhỏm 4
Glycin GIy,G 75 5.97 Lysin Lys, K 146 9.74
Alanin Ala, A 89 6.01 Histidin HiSjH 155 7.59
Prolin Pro, p 115 6.48 Arginin . Arg, R 174 10.76
Valin Val, V 117 5.97
Leucin Leu, L 131 5.98
Isoleucin n e ,í 131 6.02
Methionin Met,M 149 5.74
Nhóm 2 Nhóm 5
Phenylalanin Phe, F 165 5.48 Aspartat Asp, D 133 2.77
Tyrosin Tyr,Y 181 5.66 Glutamat Glu, E 147 3.22
Tryptophan Trp.w 204 5.98 Nhỏm 3 Serin Ser, s 105 5.68 Threonin Thr , T 119 5.87 Cystein Cys, c 121 5.07 Asparagin Asn, N 132 5.41 Glutamin GIiị, Q 146 5.6
1.1.2.2 Phân loại theo giá ừị dinh dưỡng
+ Nhóm acid amin không thay thể hay còn gọi là aciđ amin thiết yếu, nhóm này có 8 acid amin: Met, Val, Trp, Ile, Phe, Thr, Leu, Lys (với trẻ em thêm: Arg,
His). - . .
+ Nhóm acid amin có thể thay théjy p rò n gọi là acid amin không ứiiết yếu, nhóm này có 12 acid amin: Gly, Ala, Ser, Tyr, Cys, Asp, Asn, GIu, Gin, Arg, His, Pro.
1.2 ACID AMIN ÍT GẬP
Đó là những acid am in ít gặp hoặc không gặp trong cấu tạo protein. Chúng có thể là cảc dẫn xuất của acid amin thường gặp bị biến đổi sau khi protein được tổng hợp hoặc cỏ mặt trong sinh vật sống nhưng không tham gia cấu tạo phân tử protein.
1.2.1 Các acid amỉn là dẫn xuất của acid amỉn thường gặp
Là những dẫn xuất hay là những sàn phẩm do sự biến đổi của các aciđ amin thường gặp. Một số được tìm thấy trong một số loại protein:
Ví dụ:
- 4-hyđroxyprolin (dẫn xuất của prolin) và 5-hydroxy ly sin (dẫn xuất của lysin) đều cỏ trong collagen (protein sợi của tồ chức liên kết).
- 6- N-methylIysin cỏ ừong myosin (protein co cơ).
- Ỵ- carboxyglutamat có trong protein đông máu: prothrombin và cả ữong protein gắn canxi.
- Desmosin (dẫn xuất của 4 gốc lysin) cỏ trong protein sợi: elastín.
- Selenocystein (có cấu trúc tương tự cystein nhung thay ỉưu huỳnh bằng selen) có ừong glutathion-peroxydase và một số protein khác. Là trường hợp đặc biệt, một dẫn xuất hiểm gặp của acid amỉn được tham gia ngay trong quá trình tổng hợp protein chứ không phải quá trình biến đổi sau dịch mã.
Một số đẫn xuất của aciđ amin trong cấu tạo protein dược biến đổi tạm thời để thay đổi chức năng của protein. Ví dụ, một số protein có thể tăng hoặc giảm chức năng khi được phosphoryl, methyl, acetyl, ađenylyl hay ADP-rybosyl... hổa một số đẫn xuẩt acid amin đặc biệt.
Một sổ aciđ amin kMc được tìm thấy ữong tế bào nhưng không tham gia cẩu tạo protein. Bảng 3.2 là ví dụ về một số acid amin không tham gia cấu tạo protein nhưng cỏ vai trò sinh học quan trọng khác.
1.2.2 Các acid amin không ỉà dẫn xuất của acỉd amin thường gặp
Bảng 3.3 thể hiện một số acid amin có nhỏm amin không ở vị trí a đỏng vai trò quan ửọng với cơ thể. Trong tự nhiên ngoài cấu hình L còn có trên 20 acid amin cỗ cấu hình D. Ví dụ: D-alanin và D-glutamat là thành phần của màng tế bào của một số vi khuẩn. Trong kháng sinh cũng có nhiều acid am in có cấu hình
Bảng 3.2. Một sổ acid amỉn không cỏ trong protein
Tên acid a min Vai trò sinh học
Homocystein (acid 2-amino-4- mecaptobutanoic)
Trung gian trong sinh tống hợp methionin
Acid cysteinsulfmic (acid 2-amino-3- sulfinopropanoic)
Trung gian trong chuyển hóa cystein
Homoserm (acid 2 -amino-4- hydroxybutanoic)
Trung gian trong chuyển hỏa threonin, aspartat, meứiionin Omithin (acid 2,5-diaminopentanoic) Trung gian trong sinh tổng hợp
ure, arginin
Citrulin(acid 2-amino- 5-ureidopentanoic) Trung gian ừong sinh tổng hợp ure, arginin
Acid arginosuccinic Trung gian trong sinh tống hợp ure
Dopa (3,4-dihydroxy-phenyIalanin) Tiền chất của melanin
3-monoỉđotyrosin Tiền chẩt của hormon tuyển giáp
3,5-diodotyrosin Tiền chất của hormon tuyến giáp
3,5,3’-Triiođo-ửiyromii (T3) Tiển chất của hormon tuyến giáp Thyroxin (3,5,3’,5’-teữaiodo-thyronin) (T4) Tiền chất của homnon tuyển giáp
Bảng 3.3. Một sổ acid amirt cỏ nhóm NH2 không ở vị trí a
Tên acid amỉn Vai trò sinh học
p alanin (3-amino propanoat) Thành phẩn cấu tạo acid pantothenic (vitamin B5) và coenzyra A
Taurin (a-amino-etyIsulfonat) Là dạng liên hợp ừong acid mật y- aminobutyrat (GABA).(4-
arainobutanoat)
Chất din chuyển thần kinh tạo từ glutamat ở tổ chức não
ị3-ammoisobutyrat (2-metyl-3- aminopropanoat)
Sản phẩm cuối cùng thoái hóa pyrimidin ữong nước tiểu một số nguời
1.3 TÍNH CHẤT CỦA ACID AMIN THƯỜNG GẶP
J.3.1 Tính chất acid-base (tính chit lưỠDg tỉnh)
, Trong dung dịch, acid amin thường ở dạng ion lưỡng cực (zwitter ion), có thể đỏng vai trò như một base (nhận proton) mang điện tích (+) do nhỏm -NH2 ờ dạng -NH3'1’ hay một acid (cho proton) mang điện tích (-) do nhóm -COOH ở
dạng -COO'. Đó là tính ỉưõng tính (amphotetic) của acid amin. Như vậy, dưới dạng lưỡng cực nảy có 2 nhóm có thể tự ion hóa để cho các proton (hình3.3).
R—CH—COOH <■ . R—CH—ccx5 ỵ ■» R-CH-COCP
©
©
©
Hình 3.3. Sơ đồ thể hiện tính lưỡng cực của acid amin
Dựa vào nồng độ proton và hằng số cân bằng ion hóa theo phương ửình Henderson-Hasselbalch mà có thể thiết lập được mối liên quan giữa lượng điện tích của acid amin với pH của dung dịch, đặc biệt là ở dưới dạng ion lưỡng cực (aciđ arain được ion hóa hoàn toàn nhưng lại trung hòa về điện tích).
[chất nhận proton ] pH = pKa + l o g -- --- —
---[chất cho proton ]
Người ta gọi pH tại đó dạng lưỡng cực chiếm đa số, tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm và aciđ amin không di chuyển trong điện trường là pH đẳng điện hay còn gọi là điểm đẳng điện, kí hiệu là pl hay pHi.
Ví dụ, trong dung dịch glycin cổ hai giai đoạn loại proton tương ứng với hằng số cân bằng ion hóa pKị và pKí (hình 3.4).
Tùy thuộc vào pH của môi trường, acid amin có thể là ion lưỡng tính, hoặc mang điện (+) hoặc (-). Do đổ từng acid amin đều có khả năng tạo đệm và cỏ đường cong chuẩn đặc trưng. Nhờ vào tính chất acid-base này có thể phân tách và xác định hàm lượng của một hỗn hợp vị p của Hb, bằng kỹ thuật điện đĩ hoặc phương pháp sẳc ký trao đổi ion... dựa vào mức độ ion hóa khác nhau của aciđ amin ở những giá trị pH xác định.
Tất cả các aciđ amin chửa một nhóm a-NH2, a-COOH đều có đường cong chuẩn độ giổng glycin. Acid amin với gốc R có khả năng ỉon hóa thường có đường cong chuẩn độ phức tạp hơn: gồm 3 giai đoạn ion hóa với 3 giá trị pKa khác nhau.
Trong số 20 acid arnin, riêng mạch bên của histidin có pKa 6,6, đo đó acid amin này cỏ khả năng tạo đệm ở pH gần trung tính (gần với pH sinh lý của đa sổ cơ thể sống), trong khi tất cả các aciđ amin còn lại có pKa khá xa pH 7,0.
