Chương II: Biến dưỡng Glucid ppsx

BÀI GIẢNG SINH HÓA HỌCPhần II TRAO ĐỔI CHẤT VÀNĂNG LƯỢNG SINH HỌC Chương II- BIẾN DƯỠNG GLUCID TP.HCM - 2007 2 Chương II SỰ BIẾN DƯỠNG GLUCID 1.. VAI TRÒ CỦA SỰ BIẾN DƯỠNG GLUCID Nguồn

BÀI GIẢNG SINH HÓA HỌC

Phần II TRAO ĐỔI CHẤT VÀNĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Chương II- BIẾN DƯỠNG GLUCID

TP.HCM - 2007

2

Chương II SỰ BIẾN DƯỠNG GLUCID

1 Vai trò của biến dưỡng glucid

2 Sự tiêu hóa và hấp thu

3 Biến dưỡng glycogen

4 Sự đường phân

5 Chu trình Krebs

6 Chu trình pentose phosphate

7 Sự tân sinh đường

8 Điều hòa biến dưỡng glucid

3

1 VAI TRÒ CỦA SỰ BIẾN DƯỠNG GLUCID

Nguồn gốc :

- Ngoại sinh : thức ăn tinh bột, đường đôi, cellulose

- Nội sinh : thoái biến glycogen dự trữ ,

tân sinh đường từ amino acid, glycerol, lactate

Vai trò :

- Cung cấp 70 – 80% nhu cầu năng lượng,

- Cấu tạo mô bào (glycoprotein)

- Khử độc (acid glucuronic)

4

2.TIÊU HÓA

 TIÊU HÓA TINH BỘT

(thú dạ dày đơn – một túi)

 TIÊU HÓA CELLULOSE

(thú dạ dày kép – bốn túi)

TIÊU HÓA TINH BỘT

-Chủ yếu xẩy ra ở ruột non

- Các enzyme và tác động :

(1) αα-amylase(nước bọt, dịch ruột, dịch tụy)

(αα 1→4 glucan hydrolase) → thủy phân tất cả các liên kết

glycosidic ααα (1→4) của amylose và AP

TINH BỘT oligosaccharide + maltose +

glucose và dextrin (chứa LK 1→6)

(2) αα 1→6 glucosidase(dịch ruột) : cắt liên kết 1→6

(3) Maltase: thủy phân maltose → 2 glucose

(4) ββ-amylase(thực vật): p/giải tinh bột→ maltose

6

TIÊU HÓA CELLULOSE

Cellulose là thức ăn glucid quan trọng của thú nhai

lạidạ dày kép (4 túi):

dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ dày trước dạ lá sách

vàdạ múi khế (dạ dày tuyến)

Sự tiêu hóa xẩy ra chủ yếu ởdạ cỏnhờhệ vi sinh vật ký sinhở đó (protozoa, nấm và vi khuẩn) Kết quả trong một ngày đêm tạo ra khoảng 4 kg các acid béo bay hơi, trong đó :

- Acid acetic : 75%

- Acid propionic : 15%

- Acid butyric : 10%

7

Hình 4.1 H Ệ THỐNG TIÊU HĨA THÚ NHAI LẠI

1 Receptor khoang miệng 2 Đường dẫn từ receptor khoang miệng

3 Trung khu thần kinh hành tủy 4 Sợi ly tâm đi vào thần kinh mê tẩu

8 Dạ tổ ong 9 Dạ lá sách 10 Dạ múi khế 11 Vỏ não

8

 Vi sinh vật dạ cỏ phân hủy cellulose và chất bột đườngở ngoài tế bào vi sinh vật→ oligosaccharide

 SF chuỗi C ngắn được đưavàotế bào vi sinh vật→ thủy phânhoặcphosphoryl phânthành các phân tử đường đơn (glucose)

 Glucose được lên men tạo rapyruvate→biến đổi thành acid béo bay hơi (acetate, propionate, butyrate), CO2, CH4

…(hình 2.1)

(1)

(2) (3)

3 CON ĐƯỜNG CHUYỂN HĨA CHÍNH CỦA GLUCOSE

3 SỰ BIẾN DƯỠNG GLYCOGEN 3.1 SỰ THOÁI BIẾN GLYCOGEN (Glycogenphosphorolysis)

Các enzyme :

-Phosphorylase: cắt lần lượt các liên kếtαα (1→4)-glycosidic ở

đầu không khử→G-1-P

-Glucantransferase: chuyển 3 gốcglucose sang mạch bên ->

lảm bộc lộ liên kếtαα (1→6)

-Amylose (1→6) glucosidase: cắt liên kếtαα (1→6) → làm mất nhánh của amylopectin

- Phosphorylasetiếp tục cắt các gốc G của amylose

→ G-1-P → G-6-P → G vào máu, hoặc oh→NL

Cấu trúc phân tử glycogen

14 Hình 2.2 : Sơ đồ thoái biến glycogen

15

(C6H10O5)n (C6H10O5)n-1+ n(Glu-1-P)

Ở gan : Glu-6-P Glucose (tăng

đường huyết)

Ở cơ : Glu-6-P tham gia qúa trình đường phân để giải

phóng năng lượng

Phosphorylase

Pi

(n-1)Pi

P.glucomutase

Phosphatase

- Pi

- Glucantransferase

- Amylose (1→6) glucosidase

Glycogen

16

3.2 TỔNG HỢP GLYCOGEN Ở GAN VÀ CƠ (Glycogenesis)

(2) Glucose 1-P + UTP UDP-glucose + H4P2O7

(3) UDP-Glu + Glycogen primer (C6H10O5)n +1 + UDP

(mạch amylose)

(4) T/lập chuỗi amylopectin –amylose (1,4 → 1,6) transglucosidase

Một hệ thống hoàn chỉnh cho sự tổng hợp glycogen trong cơ thể đòi

hỏi: G-1-P + UTP + glycogen primer + glycogen synthetase và

amylo(1,4 →→→ 1,6) transglucosidase

Hexokinase

P.glucomutase

Glycogen-synthetase

18

(1) Hoạt hóa glucose G-6-P Glu -1-P

P.glucomutase

CH2OH

OH OH

OH

OH ATP.MgADP.Mg2+ 2+

Hexokinase

CH2

O-OH OH

OH OH

Glucose

Glucose 6-P

P

CH2

O-OH

OH OH Glucose 1-P

P Glucose 6-P

6

1

1

19

CH2

O-OH

OH

OH

Glucose 1-P

P

CH2

O-O-P– O- P OH

OH OH

Uridine diphosphoglucose

(UDP-Glu)

HN 2 4

O

O

-O-CH2

H OH

H

1’

5’

2’

3’

4’

OH

N 1

5 6 3

+ Uridine triphosphate

(UTP) (2) Thành lập chất trung gian UDP-Glu

- 2Pi

20

(3)TL mạch amylose (1→ 4):gốc Glu tách khỏi UDP-Glu và gắn vào đầu không khử của một đoạnglycogen mồi (primer) với sự thành lập liên kết glycodidic ααα (1→ 4) :

UDP-Glu+ (C6H10O5)nprimer (C6H10O5)n+1

Mạch amylosevới liêên kết glycodidicαα(1 → 4)

5

CH2OH

OH

OH

CH2OH

OH

OH

5

CH2OH

O-R(n+1) OH

OH

HO

UDP Glycogen synthetase

(4) Tạo nhánh: E amylo(1,4 → 1,6)transglucosidase

chuyển 1 phần chuỗi 1→4 (tối thiểu 6 gốc Glu) sang

chuỗi bên, tạo điểm phân nhánh vớiLK(1→6)

Amylopectin

22

4 SỰ ĐƯỜNG PHÂN (Glycolysis)

(Sơ đồ Embden-Mayehoff – EM)

4.1 MỤC ĐÍCH :oxy hóa glucose để lấy năng lượng

trong điều kiện kỵ khí(nghèo hoặc vắng O2)

• - Xảy ra trong mô bào nghèo O2→sự đường phân

• - Xẩy ra ở VSV →sự lên men

• - ATP được thành lậpkhông đi qua chuỗi hô hấpmà do

sựphosphoryl hóa trực tiếp cơ chất

• - Hiệu qủa khai thác năng lượng từ glucose chỉ khoảng

2-3%

26

27

4.2.NĂM GIAI ĐOẠN ĐƯỜNG PHÂN :

GĐI : Hoạt hóa glucose →G-6-P (pư1 –tốn 1 ATP)

GĐII : Biến đổi G-6-P (C6) → 2 SF C3 có khả năng

bị oxy hóa (pư 2-3-4-5, tốn 1 ATP)

GĐIII : O.h 2Glyceraldehyde-3-P →2 Glycerate-3-P

(pư 6-7, TL 2ATP + 2 NADH + H+)

GĐIV : B/đổi 2 Glycerate-3-P → 2 Pyruvate

(pư 8-9-10, TL2 ATP)

GĐ V : Khử 2 Pyruvate→2 Lactae (pư 11)

(sự dụng 2 NADH+H+từ GĐIII

CÁC PHẢN ỨNG ĐƯỜNG PHÂN EM

GĐI : Hoạt hóa glucose →G-6-P ( tốn 1 ATP)

(1)Hoạt hóa glucose -> G-6-P với enzyme xúc tác

hexokinase.Pư này không thuận nghịch

CH2OH

OH OH

OH

OH ATP.MgADP.Mg2+ 2+

Hexokinase

CH2O-P=O

OH OH

OH OH

OH OH

30

GĐII : Biến đổi G-6-P (C6) -> 2 SF C3 có khả năng bị oxy hóa (pư 2-3-4-5 ,tốn 1 ATP)

(2) Đồng phân hóa G-6-P → Fructose-6-P Enzyme phosphoglucose isomerase

CH2

O-OH OH

OH OH Glucose 6-P

OH OH OH

H

1 6

3 4

P Phosphoglucose isomerase

Fructose 6-P P

31

(3)Phosphoryl hóa lần 2 →Fru-1,6-diP

Enzyme xtphosphofructokinase, tiêu tốn ATP lần

thứ 2 Phản ứngkhông thuận nghịch, quyết định tốc độ

đường phân

O-OH OH OH

H

1 6

P

Fructose 1,6- di P

OH OH OH

H

1 6

P

Fructose 6-P

P

P.fructokinase ATP.Mg 2+

ADP.Mg 2+

32

(4) Phân cắt phân tử C6 thành 2 phân tử C3 với sự xúc tác củaaldolase

CH2 -O-C=O HO-C- H H- C-OH

H- C- OH

CH2

O-P

P Fructose 1,6- di P

Aldolase

CH2- O-C=O

CH2OH

Dihydroxyacetone phosphate

P

O

C H

CH - OH

CH2- O-Glyceraldehyde

3 phosphate

P

(5) 2 triose chuyển hóa lẫn nhau , chủ yếu tạo thành

glyceraldehyde-3-P là sản phẩm được oxy hóa

Enzyme xt làtriosephosphate isomerase

Như vậysau 5 pư :1p/tử Glu sử dụng 2 ATP →

2 pt glyceraldehyde-3-P

CH2-

O-C=O

CH2OH

Dihydroxyacetone

phosphate (ketose)

P

O

C H

CH - OH

CH2- O-Glyceraldehyde

3 phosphate (aldose)

P

Triophosphate isomerase

34

GĐIII : O.h 2Glyceraldehyde-3-P→2 Glycerate-3-P

(pư 6-7, TL 2ATP + 2 NADH + H+) (6) oxy hóa glyceraldehyde-3-P nhờ enzymeglyceraldehyde 3-phosptate dehydrogenase (tetramer) →hình thành nối(~ P) trong SP1,3 BPG và NADH+ H+

O

C O~

CH - OH

CH2- O- 1,3-Biphospho-glycerate

P

O

C H

CH - OH

CH2- O-Glyceraldehyde

3 phosphate (aldose)

P

+ NADH+ H+

Glyceraldehyde 3-P dehydrogenase +Pi

35

(7) Sử dụng trực tiếp gốc(~P) của cơ chất để TL ATP

(phosphoryl hóa ở mức cơ chất, không qua chuỗi HH)

Enzyme xt làphosphoglycerate kinase→2 ATP

Phosphoglycerate kinase

O

C O~

CH - OH

CH2-

O-

1,3-Diphospho-glycerate

P

P

O

C O

-CH - OH

CH2- O- 3-Phospho-glycerate

P

36

GĐIV : B/đổi 2 Glycerate-3-P → 2 Pyruvate

(pư 8-9-10, TL2 ATP) (8) Phản ứngđồng phân hóachuyển gốc P từ C3 lên C2

Enzyme xúc tác làphosphoglycerate mutase (9) Pưkhử nướcvới sự xúc tác củaenolase→có sựsắp xếp lại mạch nốitrong nội bộ ph/tử→tạo(~ P)

O

C O

-CH – OH

CH2- O- 3-Phospho-glycerate

P

O

C O

-CH

–O-CH2-OH 2-Phospho-glycerate

P

O

C O

-CH - O~

CH2 P.enol-pyruvate

P

P-glycerate mutase

Enolase

H2O

(10) Pưthành lập ATP lần thứ haitrong đường phân

với sự xúc tác củapyruvatekinase→SFTG quan trọng

PYRUVATE

O

C O

-CH - O~

CH2

Phosphoenol-pyruvate

P

O

C O

-C =O

CH3 Pyruvate Pyruvate kinase

ADP ATP

38

GĐ V : Khử 2 Pyruvate→2 Lactae(pư 11)

(sự dụng 2 NADH+H+từ GĐIII

O

C O

-C =O

CH3 Pyruvate

Lactatedehydrogenase

(nghèo O2) NADH+ H+ NAD+

NADH + H+ NAD+ (đủ O2)

O

C O

-CH- OH

CH3 Lactate

Lên men rượu :

41 42

Bảng 3.1: NL giải phóng từ tiến trình ĐFEM

8 Số ATP còn lại

1 Tiêu hao ATP

P-fructokinase (3)

1 Tiêu hao ATP

Hexokinase (1)

10 Số ATP được thành lập

2 oxy hóa ở mức cơ chất

Pyruvate kinase (10)

2 oxy hóa ở mức cơ chất

P-glyceratekinase (7)

6 Qua chuỗi HH mô bào oxy hóa 2NADH + H +

Glyceraldehyde 3-P dehhdrogenase (6)

Số ATP Phương thức tạo nối ~P

Enzyme xúc tác P/ư

Ghi chú: trong điều kiện mô bào nghèo oxygen , pyruvate sẽ sử dụng NADH + H + của p/ư (6) đểhồnnguyên thành lactate, do đó số ATP còn lại sẽ là 2

5 SỰ OXY HÓA HẢO KHÍ GLUCOSE

(TRICARBOXYLIC ACID CYCLE, KREBS CYCLE)

- Đây làcon đường chungcủa sự oxy hóa các chất hữu cơ để tạo ra ATP cung cấp cho các hoạt động của cơ thể, bởi

vìglucose(từ glucid), acid béo(từ lipid) vàamino acid(từ protein) khi thoái biến đều dẫn đếnACETYL CoA

-Chu trình này xẩy ra trong phần khuôn ty thể nhằmoxy hóa ACETYL CoAthành CO2+ H2O + giải phóng toàn bộ năng lượng dự trữ

5.1 SỰ KHỬ CARBOXYL-OXY HÓA PYRUVATE →

ACETYL CoA

Pyruvate dehydrogenase complex :

E1: pyruvate decarboxylase (vit.B1)

E2: Dihydrolipoyl transacetylase (lipoic acid)

E3: Dihydrolipoyl dehydrogenase (FP5-FAD)

O

C O

-C =O

CH3

Pyruvate

Pyruvatedehydrogenase

Complex (E1, E2 ,E3),

CoASH

O

CH3-C ~S-CoA

ACETYL CoA

+ CO2

Phản ứng tổng quát :

46

O

CH3-C- COO

-O

CH3-C ~S-L-SH

O

CH3-C ~S-CoA

CoASH

OH

CH3-C –TPP H

TPP

CO2

SH L SH

S L S

FAD FAD H2

NAD +

NAD H + H +

(vào chu ỗ i hô hấp)

ACETYL CoA Pyruvate

E3 S-acetyl lipoate

47

Hình 2.8 : CHU TRÌNH KREBS

Mepacrin

Streptomycin Cocain Salicylate

Fluoarocetate

Morphin Thuốc tê Thuốc ngủ

Tetracyclin

Aureomycin

Salicylate

Morphin

Salicylate

Tác động

của một số

loại thuốc

ức chế các

enzyme

của chu

trình

Krebs

48

Citrate synthetase

(1) Phản ứng kết hợp của acetyl CoA (sản phẩm sẽ bị oxy

hóa) với oxaloacetate để thành lậpcitratevới sự xúc

tác củacitrate synthetase

52

(2) Citrate biến đổi thành isocitrate qua trung gian cis-aconitate :

Cis-aconitase

(3) (4) Sự oxy hóa isocitrate, sau đó là sự khử carboxyl

đề thành lập ααα-ketoglutarate, enzyme xúc tác là

isocitrate dehydrogenase và decarboxylase

+ NAD+

(3ATP)

54

(5) Phản ứng khử carboxyl -oxy hóa ααα-ketoglutarate với sự xúc tác củaα-ketoglutarate dehydrogenase complex (tương tự như đối với pyruvate) : cần sự tham gia của TPP, lipoate, NAD+và CoA.SH

(3ATP)

55

(6) Sự khửnối thioestercủa succinyl -CoA, năng lượng

giải phóng được đưa vào một nối phosphate cao năng

củaGTPđể sau đó thành lập1 ATP

ATP

56

(7) Phản ứng oxy hóa succinate bởiFP2– succinate dehydrogenase, với CoE là FAD :

(2ATP)

(8), (9) Phản ứnghydrate hóafumarate để thành lập

malate và tiếp theo là sựoxy hóamalate để cho ra sản

phẩm oxaloacetate :

Fumarase dehydrogenaseMalate

58

Bảng 2-2 : Số ATP được giải phóng từ chu trình Krebs

12 Tổng cộng

3 oxy hóa NADH + H +

trong chuỗi hô hấp Malate dehydrogenase

P/ư 9

2 oxy hóa FADH2 trong chuỗi hô hấp

Succinate dehydrogenase

P/ư 7

1 Phosphoryl hóa ở mức

cơ chất -> GTP Succinate thiokinase

P/ư 6

3 oxy hóa NADH + H +

trong chuỗi hô hấp

P/hợp α-ketoglutarate α dehydrogenase

P/ư

5

3 oxy hóa NADH + H +

trong chuỗi hô hấp

Isocitrate dehydrogenase

P/ư 3

Số ATP t/lập.

Phương thức sinh nối

(~P) Enzyme xúc tác

STT

59

6 CON ĐƯỜNG HEXOSE MONOPHOSPHATE

(HMP pathway, Pentose phosphate cycle)

Mục đích :

 Oxy hóa trực tiếp Glu-6-P (không phosphoryl hóa lần thứ

hai→gọi là con đường HMP)

 NADPH+H+: cung cấp các cặp Hcho các phản ứng tổng

hợp chất cần H (tổng hợp acid béo, cholesterol, các

hormone steroid…)

 Sản phẩmpentose-5-Pđược sử dụng đểtổng hợp các

nucleotide →acid nucleic Nếu không sử dụng thì các

pentose 5-P sẽ biến đổi để tổng hợp trở lại Fru-6-P →

Glu-6-P →tên gọi “chu trình pentose phosphate”

60

Phản ứng tổng quát :

3 Glu-6-P + 6 NADP+ 2Glu-6-P + Gly-3-P

+ 3CO2+ 6 (NADPH + H+)

Hai giai đoạn phản ứng :

 GĐoxy hóa trực tiếp 3 phân tử Glu-6-P→

6(NADPH+H+ ) vaø+ 3 p/tử ribulose-5-P (Ru5P), (P/ư 1-2 &3)

GĐbiến đổi 3 p/t Ru5P →2 Fructose-6-P (F6P) + Glyceraldehyde-3-P (GAP)(P/ư 4-5-6-7&8)

CH2

O-OH OH

OH

OH

+ NADP+

Glucose 6-P dehydrogenase

CH2

O-=O OH

OH OH

6-Phosphoglucono-δ

δ lactone

GIAI ĐOẠN OXY HÓA

Pư 1: oxy hoá trực tiếp glucose 6-phosphate :

Mỗi vòng chu kỳ pentose sử dụng đồng thời 3 pt Glu-6P :

64

6-Phosphoglucono-lactonase

6-Phosphoglucono-δ

δ lactone

Pư 2: khử vòng tạo phân tử dạng thẳng

6-phosphogluconate

H2O

C- OH H- C-OH HO-C-H H- C- OH H- C- OH

CH2 O- 6-Phospho-gluconate

CH2

O-=O OH

OH OH

P 1

P

6-Phosphogluconate-dehydrogenase

Pư 3:phản ứng khử carboxyl (C1) và oxy hóa (C3)→

thành lập pentose 5-phosphate (Ru5P)

+NADP+

NADPH+H+

O

C1- OH

H- C-OH

HO-C3-H

H- C- OH

H- C- OH

CH2

O-

6-Phospho-gluconate

CH2-OH

C = O H- C- OH H- C- OH

CH2 O- Ribulose-5-phosphate (Ru5P)

+ CO2

P P

66

7 SỰ TÂN SINH GLUCOSE (Gluconeogenesis)

 Tổng hợp glucose từ lactate, glycerol và aminoacid; ở thú nhai lại là propionate

 Cung cấp glucose cho cơ thể, đặc biệt lànão và hồng cầu(vì

2 cơ quan này chỉ sử dụng năng lượng từ đường, khơng dùng mỡ) khi nguồn glucid cung khơng đủ trong khẩu phần

 Cơ chế tân sinh đườngmơ phỏng theo các p/ư đi ngược đường phân EM Tuy nhiên ở những g/đ mà p/ư đường phân

khơng thuận nghịchthì tân sinh đường phải đitheo đường vịng

67

3 giai đoạn tân sinh đường khơng theo p/ư nghịch của đường phân

(2) FRUCTOSE 1,6 - BIPHOSPHATE FRUCTOSE 6-P

(3) GLUCOSE 6-PHOSPHATE GLUCOSE

68

T Â

N S I N

H Đ Ư Ờ N G

Hình 2.12 : SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA TRAO ĐỔI ĐƯỜNG