Bài giảng Hóa sinh động vật - Tiêu hóa và hấp thu Lipid

9.1. TIÊU HÓA VÀ HẤP THU LIPID 9.1.1 Tiêu hóa lipid - Lipid không tan trong nước, sự tiêu hóa và hấp thu lipid có những nét đặc thù riêng. - Ở miệng: nước bọt không chứa lipase. - Dạ dày gia súc non có chứa lipase, nhưng hoạt lực yếu. Tuy nhiên, mỡ sữa đã ở dạng nhũ tương, nên được tiêu hóa một phần. Ở dạ dày động vật trưởng thành hầu như không có quá trình thủy phân lipid. - Tiêu hóa lipid bắt đầu ở hành tá tràng nhờ tác dụng phối hợp của lipase và acid mật (muối mật). Tác dụng của acid mật (muối mật): Các acid mật (muối mật): cholate, deoxycholate, chenocholate và litocholate hình thành ở gan từ cholesterol. Trước khi dự trữ trong túi mật, thường liên kết với glycine hay taurine  taurocholate và glycocholate (các muối mật liên hợp). Khi vào ruột non sẽ nhũ tương hóa lipid của TĂ . Trong ruột , các gốc glycine và taurine sẽ bị tách ra, một lượng nhỏ muối mật bị bài tiết, phần lớn được ruột tái hấp thu và được đưa trở lại gan. Tại ruột non , lipid được nhũ hóa (phân tán thành những hạt nhỏ có nước bao bọc xung quanh) nhờ muối mật. Cơ chế: Do lưỡng cực (có hai đầu kỵ nước và ưa nước), các acid mật hay muối mật dễ xen vào các hạt lipid, làm giảm sức căng bề mặt, làm lipid được tách ra thành những hạt nhỏ dưới dạng nhũ tương. Ở trạng thái được nhũ hóa như vậy, diện tích bề mặt tăng, lipase dễ dàng tiếp xúc để thủy phân. Tác dụng của lipase: - Lipase ở tá tràng có 2 nguồn (từ d/tụy và từ n/mạc ruột non) Lipase tụy khi mới tiết ở dạng zymogen, được h/hóa bởi các acid mật; đóng v/trò chính trong tiêu hóa TAG của TĂ, được tiết cùng bicarbonate. Khi HCl vào ruột sẽ k/thích ruột tiết secretin, hormone này lại k/thích tụy tiết bicarbonate. Bicarbonate trung hòa HCl từ dạ dày vào ruột, làm tăng độ pH trong dịch ruột đến khoảng pH tối ưu cho h/động của các enzyme tiêu hóa trong ruột. Lipase thủy phân TAG thành glycerol và các acid béo. Các l/kết ở C-1 và C-3 bị th/phân nhanh. Phần còn lại là 2-MAG bị th/phân chậm hơn, để tiếp tục được th/phân phải được đồng phân hoá thành 1-MAG. - Sự th/phân TAG ở hành tá tràng không triệt để, tạo ra hỗn hợp gồm: TAG, DAG, MAG, các AB và glycerol. Dịch Tụy còn chứa: - Cholesterylesterase: th/phân cholesterylester thành cholesterol và 1 AB. - Phospholipase A2: th/phân phospholipid cho ra 1 AB tự do và 1 lysophospholipid 9.1.3. Sự hấp thu và vận chuyển lipid của TA Glycerol tan trong nước , th / thấu nhanh vào TB niêm mạc ruột. Các AB l / kết với acid mật tạo thành phức "choleic acid" hòa tan và được h / thu ( phần lớn theo ph / thức ẩm bào ) . Sau khi vào TB thành ruột, acid mật tách khỏi AB, vào tĩnh mạch , trở về gan. Tại TB biểu mô thành ruột, AB k / hợp với glycerol để tái tạo thành mỡ . Khoảng 70-80% mỡ tái tạo kết hợp với cholesterol và một nhóm protein đặc hiệu tạo nên phức hợp lipoprotein gọi là chylomicron. Chylomicron tan trong nước , nên dễ được v /c ở dịch lâm ba vào máu. Từ ống lâm ba cụt đi theo con đường lâm ba, lên lâm ba ngực rồi vào hệ tuần hoàn về gan và các mô mỡ. Một phần rất nhỏ (10-15%) mỡ và acid béo có phân tử lượng nhỏ đi vào tĩnh mạch. Sự hình thánh các chylomicron: Các AB và MAG được TB niêm mạc ruột hấp thu. TAG được tái tổng hợp và kết hợp với các lipid khác và poprotein B-48 tạo thành các chylomicron, các chylomicron đi vào hệ lâm ba (lymph system). Cấu trúc phân tử của một chylomicron Lớp ngoài là các phân tử phospholipid với đầu ưa nước hướng ra ngoài. Các triacylglycerol ẩn vào bên trong, chiếm trên 80% khối lượng. Một số apolipoprotein (B- 48, C-III, C-II) nhô ra bề mặt, là các tín hiệu cho sự hấp thụ và chuyển hóa các thành phần của chylomicron. Chylomicron có đường kính khoảng 100 – 500nm. Sự tiêu hóa mỡ ở động vật có xương sống 9.1.3. Vai trò của gan với sự tiêu hóa và hấp thu lipid Gan đóng v/trò q/trọng trong q/trình t/hóa và h/thu lipid. Gan sản sinh acid mật (nh/tương hóa mỡ và h/hóa lipase). Nếu q/trình tiết mật kém, sự t/hóa và h/thu mỡ bị đình trệ. Các mô khác nhau đều có kh/năng khai thác NL từ mỡ, nhưng chủ yếu dưới dạng các SP của mỡ đã được ch/biến ở gan. Hàng ngày mỡ luôn được chuyển từ các mô dự trữ về gan và được gan sơ chế trước khi v/chuyển đến cho các mô khác s/dụng. Trường hợp cơ thể thiếu carbohydrate do dinh  dưỡng, hoặc bệnh lý, ... lượng mỡ ở gan tăng lên rõ rệt. Nếu TB gan không hoạt động oxy hóa tốt do các nguyên nhân bệnh lý, mỡ sẽ ứ đọng ở gan (nhiễm mỡ). 9.2. SỰ PHÂN GIẢI LIPID - TAG (Mỡ) thường được dự trữ nhiều ở mô mỡ, bị lipase ph/giải thành glycerol và các AB. Lipase của TB mô mỡ khu trú tại microsome thường nhạy cảm với hormone. Sự h/hóa lipase (phosphoryl hóa lipase) cần protein kinase và ATP được th/hiện nhờ hệ thống ATP-cAMP cùng AC. - Sự ch/hóa glycerol cần glycerolkinase (không có ở m ô mỡ)  glycerol được đưa đến các mô khác để phân giải. Glycerolkinase có nhiều ở gan, thận, niêm mạc ruột và tuyến vú đang làm sữa. - Các AB được đưa vào máu, gắn với albumin huyết thanh tạo thành lipoprotein rồi được v/chuyển đến các mô để được OXH. Các mô như gan, tim, thận, cơ, phổi, tinh hoàn, mô mỡ đều có khả năng OXH các AB có mạch C dài. Một số mô như cơ tim chủ yếu s/dụng NL từ q/trình OXH AB. Sự luân chuyển triacylglycerol ở động vật 9.2.1. Sự phân giải glycerol Glycerol là SP dễ chuyển hóa trong cơ thể. Cung cấp khoảng 5% tổng NL OXH của TAG. Ở gan và một số cơ quan khác, glycerol  glycerol-3-phosphate nhờ glycerolkinase. Glycerol-3-phosphate  DHAP nhờ glycerol-3-phosphate dehydrogenase, sau đó Isomerase đồng phân hóa DHAP  GAP . Tiếp theo, GAP có thể được chuyển hóa theo 2 hướng: - Tiếp tục bị OXH trong các p/ứ của đường phân và vòng Krebs  CO 2 , H 2 O và NL, hoặc - Bằng các p/ứ ngược với đường phân  Glucose 9.2.2. Sự oxy hóa  acid béo - Phần lớn AB được ph/giải bằng cách tách dần từng đoạn 2C từ đầu carboxyl, theo cơ chế β-OXH, tạo ra acetyl-CoA. - Sinh vật còn có cơ chế α-oxy hoá,  -OXH (không phải là cơ chế chủ yếu). - Ở đ/vật, acetyl-CoA tạo ra có thể được OXH trong vòng Krebs để cho NL. (Ở hạt nảy mầm, acety-CoA thường là ng/liệu tạo đường và SP khác). a. Quá trình  - oxy hoá acid béo có số carbon chẵn - Ở đ/vật, diễn ra chủ yếu trong chất nền ty thể (ngoài ra còn ở peroxisome). - Trước khi OXH, các AB phải được hoạt hoá (cần ATP, CoA.SH, acyl-CoA synthetase hay thiokinase): tạo ra acyl-CoA (AB h/động). Acyl-CoA synthetase có trong lưới nội chất, peroxisome, bên trong và trên bề mặt màng ngoài ty thể. Phản ứng hoạt hoá: PPi + H 2 O 2Pi Pyrophosphatase Hoạt hoá acid béo và vận chuyển acyl vào chất nền Bốn bước được lặp lại cho đến khi một acid béo chẵn carbon được phân giải hoàn toàn đến acetyl-CoA. Các cặp FAD.H 2 và NADH được oxy hóa trong chuỗi hô hấp để tạo ATP Khái quát về  - oxy hóa: OXH ở C  diễn ra nhờ tách lk C  -C  , tạo acetyl-CoA và acyl-CoA ban đầu ngắn đi 2C. b. Sự oxy hóa các acid béo có số carbon lẻ Hình thành propionyl-CoA từ các acid béo lẻ carbon Biến đổi propionyl-CoA thành succinyl-CoA c. Sự oxy hóa các acid béo không no Các AB không no được β-OXH gần giống như các AB bão hoà. Có 2 vấn đề cần chú ý: (1) Lk đôi trong AB không no trong tự nhiên ở dạng cis , còn trong SPTG của AB bão hoà thuộc dạng trans . (2) Các lk đôi của hầu hết các AB không no thường thấy ở những vị trí mà sau khi phân cắt dần những mẩu 2C kể từ đầu carboxyl sẽ tạo ra những enoyl.CoA có lk đôi ∆ 3 , không phải là ∆ 2 như trong các SPTG của các AB bão hoà. Qua 3 vòng OXH, từ oleoyl-CoA tạo ra cis-∆ 3 –dodecenoyl-CoA. Chất này được đồng phân hoá thành trans-∆ 2 -enoyl-CoA, rồi được enoyl-hydratase chuyển thành L-β-OH-acyl-CoA. Sự OXH lại tiếp tục, khi kết thúc từ oleoyl-CoA tạo ra 9 acetyl-CoA (Hình .....). d. Sự hình thành và chuyển hóa các thể ketone Thể ketone là dạng vận chuyển acetyl trong máu để đưa tới các mô ngoại vi (ngoài gan), là tên gọi chung của 3 chất: acetoacetate, -OH-butyrate và aceton Hình thành: ở gan Chuyển hóa: 9.3 SINH TỔNG HỢP LIPID 9.3.1 Tổng hợp glycerol-3-phosphate Glycerol-3-phosphate có thể được tạo thành bằng cách phosphoryl hoá glycerol tự do, hoặc khử DHAP của quá trình đường phân 9.3.2 Sinh tổng hợp acid béo ở bào tương 9.3.2.1  Tổng hợp acid béo bão hòa - Ở đ/vật bậc cao, q/t t/h AB bão hòa xảy ra ở tất cả các tổ chức, nhưng đặc biệt rất mạnh ở mô mỡ (50%), ruột (12%) gan (5%) và tuyến vú. Nguyên liệu: acetyl-CoA (2C). Chỉ ph/tử đầu tiên là nguyên dạng; từ ph/tử thứ 2 trở đi, vào dưới dạng malonyl-CoA (3C). Sự carboxyl hoá acetyl-CoA thành malonyl-CoA là phản ứng cần ATP và acetyl-CoA carboxylase (có coenzyme là dẫn xuất của vitamin biotin) xúc tác; diễn ra qua hai bước: Bước 1: carboxyl hoá biotin-enzyme, cần ATP Bước 2: chuyển carboxyl cho acetyl-CoA để tạo malonyl-CoA - Enzyme: Tổ hợp đa enzyme t/hợp AB là một dimer. Ở đ/v, 2 monomer giống hệt nhau, mỗi đơn vị là một polypeptide lớn chứa 7 hoạt tính enzyme và ACP với nhóm SH của 4’-phosphopantetheine. Cận kề với mỗi đơn vị là nhóm SH của cysteine thuộc 3-ketoacyl synthase (enzyme ngưng tụ) ở đơn vị thứ 2; hai đơn vị sắp xếp theo kiểu ‘‘đầu-đuôi’’. ( A cyl c arrier p rotein) Cũng là nơi gắn các SPTG đang hình thành trong qt tổng hợp Sự kéo dài acid béo trong lưới nội chất (ER): - Trong cơ thể sinh vật 70-80% các AB ban đầu được tổng hợp dưới dạng palmitate (16C). Sau đó, tuỳ theo nhu cầu của tế bào, acid này có thể được kéo dài thành các acid có chuỗi carbon dài hơn. - Microsome sử dụng malonyl.oA (làm nguồn cung cấp 2C), NADPH (làm chất khử) và hệ thống enzyme elongase để kéo dài các acyl.CoA bão hoà (từ C10 trở lên). Sự kéo dài stearoyl-CoA thành C22 và C24 xảy ra mạnh ở não khi cần tổng hợp sphingolipid để tạo vỏ myelin của tế bào thần kinh. Oxy hóa AB Tổng hợp AB Sản phẩm là acetyl.CoA Tiền chất là acetyl.CoA Không có malonyl.CoA Có malonyl.CoA Không cần biotin Biotin cho p/ứng carboxyl hóa Cần FAD, NAD + Cần NADPH Sản sinh ATP Tiêu tốn ATP Mở đầu ở đầu có COOH Mở đầu ở đầu CH 3 -CH 2 - Xảy ra ở ty thể, các enzyme không liên hợp có trật tự Xảy ra ở cytosol, tổ hợp đa enzyme SPTG gắn với CoA SPTG gắn với ACP Beta OXH và t/hợp AB không phải là sự triển khai thuận nghịch của một quá trình 9.3.2.2. Tổng hợp các acid béo không bão hòa: - AB có 1 lk đôi được t/hợp nhờ h/thống ∆ 9 desaturase. - Gan là nơi chính để t/hợp các AB một nối đôi từ AB bão hòa. Nối đôi đầu tiên đưa vào AB bão hòa luôn ở vị trí Δ 9 . Hệ thống Δ 9 – desaturase trong lưới nội chất xt phản ứng oxy hoá chức năng hỗn hợp chuyển palmitoyl-CoA hoặc stearoyl-CoA, tương ứng thành palmitoleoyl-CoA hoặc oleoyl-CoA. - O 2 và NADH (NADPH) cần cho phản ứng này. Cấu trúc một số acid béo không no (*): Các AB thiết yếu (không thay thế) Đ/vật không t/hợp được linoleic acid (ω6) và linolenic aicd (ω3), do thiếu enzyme. Các acid này phải được c/cấp từ TA, để có thể t/hợp các AB họ ω6 và ω3. Linoleate có thể được chuyển thành arachidonate. 9.3.3. Tổng hợp triacylglycerol