Chuyển hóa đạm: Quá trình quan trọng tạo amino acid cho sự sống

1.  Cấu trúc Amino acid là gì?

Rất nhiều người không biết amino acid là gì và amino acid có tác dụng gì? Có thể hiểu 1 cách đơn giản, Amino acid là thành phần cơ bản xây dựng nên protein. Chúng là một hợp chất hữu cơ có cấu tạo hóa học gồm 3 phần: Nhóm chức amino (-NH2), acid carboxylic (-COOH) và mạch bên có gốc hữu cơ R.

Protein (chất đạm) được hình thành nhờ các amino acid gắn với nhau thông qua liên kết peptit. Sự khác biệt của gốc hữu cơ R là yếu tố quyết định tính chất độc đáo của từng amino acid cũng như sự đa dạng của protein.

2. Amino acid có tác dụng gì?

Như chúng ta đã biết, amino acid đóng vai trò là thành phần cơ bản xây dựng nên protein, giúp tham gia vào quá trình xây dựng và sửa chữa các tế bào. Khi chúng ta tiêu thụ protein từ thức ăn, protein sẽ được phân giải thành amino acid trong quá trình tiêu hóa. Các amino acid này sẽ được tế bào sử dụng để tổng hợp các protein mới cần thiết cho sự phát triển, sinh sản, sửa chữa tế bào, hình thành cơ bắp, duy trì làn da, tóc và móng tay khỏe mạnh.

Nhiều thành phần của hệ miễn dịch bao gồm: Các tế bào miễn dịch như bạch cầu lympho, đại thực bào,... và các yếu tố miễn dịch như kháng thể, hệ thống bổ thể, đều được cấu thành từ protein. Amino acid là thành phần quan trọng để tổng hợp nên các protein liên quan đến miễn dịch, giúp cơ thể nhận biết và đối phó với các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, virus và các tác nhân ngoại lai khác, góp phần xây dựng một hệ miễn dịch khỏe mạnh.

Amino acid không chỉ là thành phần cấu trúc mà còn có vai trò chức năng trong các quá trình sinh học trong cơ thể như: Là thành phần của các men, các chất xúc tác, các chất dẫn truyền thần kinh và nội tiết tố. Men là các chất xúc tác sinh học thúc đẩy các phản ứng hóa học trong cơ thể. Ngoài ra, các amino acid như glutamate và glycine là tiền chất của gamma-aminobutyric acid (GABA) và neurotransmitter là các chất truyền tin hóa học chuyển tín hiệu giữa các tế bào thần kinh trong não và khắp hệ thần kinh, có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh kích thích thần kinh và tình trạng lo âu.

Mặc dù carbohydrate là nguồn năng lượng chính của cơ thể nhưng amino acid sẽ được sử dụng như một nguồn năng lượng thay thế khi lượng carbohydrate cạn kiệt. Khi cơ thể thiếu năng lượng từ đường, amino acid sẽ được phân giải thông qua quá trình gluconeogenesis để sản xuất glucose cung cấp năng lượng cho các chức năng chuyển hóa cơ bản của cơ thể đặc biệt là cho não.

3. Cơ thể con người chuyển hóa amino acid như thế nào?

Quá trình chuyển hóa amino acid ở cơ thể người diễn ra qua các giai đoạn sau:

Trong mỗi tế bào, protein liên tục được tạo ra và phân hủy, một quá trình được gọi là quay vòng protein. Việc phân hủy protein giải phóng các axit amin. Các axit amin này trộn lẫn với các axit amin từ chế độ ăn uống để tạo thành một "hồ chứa axit amin" bên trong các tế bào và máu tuần hoàn. Tốc độ phân hủy protein và lượng protein ăn vào có thể thay đổi, nhưng mô hình của các axit amin trong hồ chứa vẫn tương đối không đổi. Bất kể nguồn gốc của chúng, bất kỳ axit amin nào cũng có thể được sử dụng để tạo ra các protein cơ thể hoặc các hợp chất chứa nitơ khác mà cơ thể cần, hoặc chúng có thể bị tước bỏ nitơ và được sử dụng để tạo ra glucose hoặc năng lượng.

Cân bằng nitơ:

Quay vòng protein và cân bằng nitơ đi đôi với nhau. Ở người lớn khỏe mạnh, quá trình tổng hợp protein cân bằng với quá trình phân hủy, và lượng protein ăn vào từ thức ăn cân bằng với lượng nitơ bài tiết trong nước tiểu, phân và mồ hôi. Khi lượng nitơ ăn vào bằng với lượng nitơ thải ra, người đó ở trạng thái cân bằng nitơ, hoặc cân bằng nitơ bằng không. Các nhà nghiên cứu sử dụng các nghiên cứu cân bằng nitơ để ước tính nhu cầu protein.

Nếu cơ thể tổng hợp nhiều hơn so với lượng bị phân hủy, thì protein được bổ sung và trạng thái nitơ trở nên dương. Trạng thái nitơ dương xảy ra ở trẻ sơ sinh, trẻ em, thanh thiếu niên đang phát triển, phụ nữ mang thai và cho con bú, và những người đang hồi phục sau tình trạng thiếu hụt protein hoặc bệnh tật. Ở những người này lượng nitơ ăn vào vượt quá lượng nitơ thải ra. Họ đang giữ lại protein trong các mô mới để thêm vào các tế bào máu, xương, da và cơ vào cơ thể của họ.

Nếu cơ thể phân hủy nhiều hơn so với lượng được tổng hợp, thì protein đang bị mất và trạng thái nitơ trở nên âm. Trạng thái nitơ âm xảy ra ở những người đang đói hoặc chịu các căng thẳng nghiêm trọng như bỏng, chấn thương, nhiễm trùng và sốt; ở những người này lượng nitơ thải ra vượt quá lượng nitơ ăn vào. Trong những thời điểm này, cơ thể mất nitơ khi nó phân hủy các protein cơ bắp và các protein cơ thể khác để tạo ra glucose hoặc năng lượng.

Chuyển hóa acid amin thành các hợp chất khác:

Các axit amin có thể được sử dụng để tạo ra các hợp chất khác ngoài protein. Ví dụ, axit amin tyrosine được sử dụng để tạo ra các chất dẫn truyền thần kinh norepinephrine và epinephrine, những chất truyền tín hiệu hệ thần kinh khắp cơ thể. Tyrosine cũng có thể được sử dụng để tạo ra sắc tố melanin, chịu trách nhiệm cho màu nâu của tóc, mắt và da, hoặc hormone thyroxine, giúp điều chỉnh tốc độ trao đổi chất. Một ví dụ khác, axit amin tryptophan là tiền chất cho vitamin niacin và serotonin, một chất dẫn truyền thần kinh quan trọng trong việc điều chỉnh giấc ngủ, kiểm soát cảm giác thèm ăn và nhận thức cảm giác.

Chuyển hóa acid amin tạo năng lượng:

Hydrat Carbon và chất béo đáp ứng hầu hết nhu cầu năng lượng hàng ngày của cơ thể, nhưng protein thường đóng góp khoảng 10 đến 15% những nhu cầu này. Đóng góp này có thể tăng khi lượng năng lượng ăn vào bị hạn chế. Nếu cần thiết, cơ thể sẽ phân hủy các protein từ mô nạc và sử dụng các axit amin để đáp ứng nhu cầu năng lượng. Theo cách này, protein có thể duy trì mức glucose trong máu, nhưng với hậu quả là mất khối cơ. 

Chuyển hóa axit amin để tạo glucose:

Khi lượng hydrat carbon ăn vào không đủ, cơ thể có thể tạo ra glucose từ các axit amin bắt nguồn từ chế độ ăn uống hoặc mô nạc nếu cần thiết.

Chuyển hóa axit amin để tạo glycogen và chất béo:

Cơ thể không có vị trí lưu trữ protein đặc biệt như nó dành cho carbohydrate và chất béo. Cần hiểu rằng glucose được lưu trữ dưới dạng glycogen trong gan và chất béo dưới dạng triglyceride trong mô mỡ, nhưng protein không được lưu trữ như vậy. Khi lượng năng lượng ăn vào vượt quá nhu cầu, protein dư thừa được chuyển đổi thành glucose (thông qua quá trình gluconeogenesis) hoặc các thể ceton, sau đó được lưu trữ trong cơ thể dưới dạng glycogen và chất béo.

Sử dụng axit amin để tạo protein và axit amin không thiết yếu:

Như đã đề cập, các tế bào có thể lắp ráp các axit amin thành protein. Nếu thiếu một axit amin thiết yếu, cơ thể có thể phân hủy một phần mô nạc của nó để thu được axit amin đó. Nếu một axit amin không thiết yếu cụ thể không sẵn có, các tế bào có thể tổng hợp nó từ một keto axit - nếu có nguồn nitơ. Các tế bào cũng có thể tổng hợp một axit amin không thiết yếu bằng cách chuyển một nhóm amino từ một axit amin sang keto axit tương ứng của nó. Thông qua nhiều phản ứng chuyển amin như vậy, liên quan đến nhiều keto axit khác nhau, các tế bào gan có thể tổng hợp các acid amin không thiết yếu.

Khử amino các amino acid:

Khi các axit amin bị phân hủy (như xảy ra khi chúng được sử dụng cho năng lượng hoặc để tạo ra glucose hoặc các thể ceton), chúng trước tiên bị khử amino - bị tước bỏ các nhóm amino chứa nitơ của chúng. Hai sản phẩm phát sinh từ quá trình khử amino: 1 là amoniac (NH3); sản phẩm còn lại là cấu trúc carbon không có nhóm amino - thường là một keto axit. Các keto axit có thể tham gia vào một số con đường chuyển hóa. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng cho năng lượng hoặc để sản xuất các axit amin không thiết yếu, glucose, các thể ceton, cholesterol hoặc chất béo.

Chuyển đổi amoniac thành urê:

Quá trình khử amin tạo ra amoniac. Amoniac là một hợp chất độc do nó là một bazơ, nên lượng quá nhiều sẽ làm mất cân bằng axit-bazơ quan trọng trong máu. Để ngăn chặn khủng hoảng như vậy, gan kết hợp amoniac với carbon dioxit để tạo thành ure, một hợp chất ít độc hơn nhiều. Sản xuất ure tăng lên khi lượng protein ăn vào tăng, cho đến khi sản xuất đạt tốc độ tối đa ở mức ăn vào gần 250 gam protein mỗi ngày. (Để có cái nhìn tổng quan, lượng protein trung bình hàng ngày ở Hoa Kỳ là 80 gam.)

Thải ure:

Thông thường, gan sẽ phụ trách hoàn toàn việc thu nhận Amoniac, tạo ure từ đó và giải phóng ure vào máu; sau đó thận lọc urê ra khỏi máu để thải qua nước tiểu.

Tóm lại, Amino acid là đơn vị nhỏ nhất cấu tạo nên protein, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng, xây dựng tế bào mới, tổng hợp hormone và chất dẫn truyền thần kinh. Để cung cấp đủ các loại amino acid cần thiết, cần duy trì một chế độ ăn đa dạng các loại thực phẩm nhằm đảm bảo cơ thể được cung cấp đầy đủ acid amin.

Tài liệu tham khảo

1.1. Lopez MJ, Mohiuddin SS. Biochemistry, Essential Amino Acids. In: StatPearls [Internet]. StatPearls Publishing; 2023. Accessed July 20, 2023. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557845/

2. Edwards M, Mohiuddin SS. Biochemistry, Lipolysis. In: StatPearls. StatPearls Publishing; 2023. Accessed July 18, 2023. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560564/

3. Amino acids: MedlinePlus Medical Encyclopedia. Accessed July 20, 2023. https://medlineplus.gov/ency/article/002222.htm

4. Amino Acid: Benefits & Food Sources. Cleveland Clinic. Accessed July 20, 2023. https://my.clevelandclinic.org/health/articles/22243-amino-acids