Nang luong sinh hoc

Creatin + ATP Creatinphosphat + ADP thành ATP ở cơ, khi đó nhờ adenylatkinase - enzym vận nucleosidmonophosphatkinase, xúc tác phản ứng cung cấp ATP có thể diễn ra theo phương trình dưới

Bộ môn Năng lượng sinh học

Bài kiểm tra

trong sinh tổng hợp

Người hướng dẫn: TS Võ Văn Toàn

Người thực hiện: Nguyễn thị Vi Na

Các phản ứng hoạt hóa trong

- Nhờ ATP và dưới xúc tác của creatinkinase (ở động vật có vú) hay argininkinase, ty thể của tế bào cơ có khả năng tạo thành các liên kết giàu năng lượng thích hợp

Creatin + ATP Creatinphosphat + ADP

thành ATP ở cơ, khi đó nhờ adenylatkinase - enzym vận

nucleosidmonophosphatkinase, xúc tác phản ứng cung cấp

ATP có thể diễn ra theo phương trình dưới đây:

2ADP ATP + AMP

1- Photphoryl hóa

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Trong quá trình trao đổi hydratcacbon thì Glucose-6-photphat

1- Photphoryl hóa

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

Glucose-6-Photphat có thể tham gia vào các quá trình trao đổi hydrocarbon khác nhau:

Tinh bột Glucose

-1-phosphat Glucose

Glucose + ATP

Glucose-6-phosphat

Oxy hóa trực tiếp

Glucose Fructose -6-phosphat

1- Photphoryl hóa

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Acetyl-coenzyme A là dẫn xuất acetyl của

coenzyme A Nhĩm SH của cysteamin là

nhĩm chức năng của coenzyme này

- Acetyl-CoA là một cơ chất quan trọng

nhất của trao đổi chất trung gian Liên

kết thioester giàu năng lượng, khi thủy

phân liên kết này giải phĩng năng

lượng tự do khoảng -26 kj/Mol

- Ngoài ra, phần lớn Acetyl- CoA tham

gia vào hai con đường:

2- Tạo thành acetyl- CoA

Các phản ứng hoạt hĩa trong sinh tổng hợp

Trong cơ thể sống, acetyl-CoA được tào thành từ:

- Axit pyruvic,

- Hoạt hóa axit béo,

- β-oxy hóa axit béo

a Quá trình tạo thành acetyl-CoA từ axit pyruvic:

Axit pyruvic trải qua gia đoạn decarboxyl hóa tạo thành

hóa acetat xúc tác và có sự tham gia của ATP:

2- Tạo thành acetyl- CoA

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Từ glucose-6-phosphat có thể tham gia vào quá trình sinh tổng

 Ở nấm men, mô cơ và thực vật:

Glucose-1-phosphat + ATP Glucose-1,6-diphosphat + ADP

- Từ Glucose-1-phosphat tổng hợp thành glycogen có thể xảy ra như sau:

 Sau đó UDP-glucosid tiếp tục liên kết với chuỗi

polysaccharide đang tổng hợp (nhờ enzyme

glycogensynthetase)

=>Trong quá trình trên có sự tiêu hao năng lượng ở dạng UTP UTP được tạo thành từ ATP như sau:

Như vậy cứ mỗi lần vận chuyển glucose tiêu hao mất một phân tử ATP

- Sự biến đổi tương hỗ giữa Glucose -1,6- diphosphat,

Glucose-1-phosphat và Glucose-6-phosphat quyết định con

đường phân giải hay tổng hợp hydratcarbon

3- Tổng hợp hydratcarbon

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

Bên cạnh con đường tổng hợp polysaccharide chung trên thì

tại gan và thận có khả năng tổng hợp glucose hay glycogenhóa từ lactat, glycerin và các axit amin

3- Tổng hợp hydratcarbon

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

4- Tổng hợp lipit

4.1- Sinh tổng hợp axit béo:

Trong cơ thể người và

nhiều sinh vật khác có thể

tự tổng hợp axit béo chuỗi

ngắn cũng như chuỗi dài,

ở trong cũng như ở ngoài

ty thể Nhưng đối với một

số axit béo, đặc biệt là các

axit béo có nhiều nối đôi

như linolic, linolenic, … cơ

⇒ Các axit béo thường xuyên được đổi mới Ở

quá trình sinh tổng hợp axit béo ở những vùng

khác nhau

4.1- Sinh tổng hợp axit béo:

do acetyl-CoA hay citrat cung cấp

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Do tính chất bán thấm của màng mà liên kết thioester của CoA không thể thấm trực tiếp qua màng mà phải chuyển hóa thành

acetyl-acetylcarnitin giàu năng lượng Phản ứng này được sự xúc tác của enzyme chuyển nhóm acetylcarnitin là acetylcarnitintranferase và

có thể không tiêu hao năng lượng:

acetyl-CoA + Carnitin Acylcarnitin + CoA.SH

4.1- Sinh tổng hợp axit béo:

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

=> Bước tiêu hao năng lượng trong quá trình tổng hợp axit béo ở ngoài ty thể là bước carboxyl hóa từ acetyl-CoA đến

malonyl-CoA

Trong quá trình này malonyl-CoA được tạo thành từ sự cố định một phân tử CO2 trên một phân tử acetyl-CoA có sự xúc tác của enzyme biotin-acetyl-CoA-carboxylase

HCO3- + ATP + acetyl-CoA  ADP + Pi + malonyl-CoA

(inhibited by AMP-Activated Kinase)

Phản ứng này quyết định tốc độ tổng hợp axit béo nói chung

- Nếu citrat là chất tham gia phản ứng thì nhu cầu năng lượng

để tổng hợp axit béo là gấp đôi

thành acetyl-CoA và oxaloacetat, sau đó là phản ứng chuyển acetyl-CoA đến malonyl-CoA như trên

Citrat + CoA.SH + ATP acetyl-S.CoA + Oxalacetat + ADP + P

4- Tổng hợp lipit

4.1- Sinh tổng hợp axit béo:

* Trong ty thể quá trình tổng hợp axit béo diễn ra ngược với

quá trình β-oxy hóa axit béo Tất cả quá trình đều cần có sự

tham gia của NADPH

=> ý nghĩa chủ đạo là tiếp tục kéo dài chuỗi axít béo hiện có

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

a Tổng hợp Triacylglycerol:

Glycerol tham gia vào sự tổng hợp dưới dạng

glycerol-3-phosphat Axit béo trước khi được tổng hợp cũng phải được hoạt hóa tạo thành acyl CoA.

b Tổng hợp Glycerophospholipids

Để tổng hợp Glycerophospholipids, các base nitơ

nitơ cho axit phosphatidic hoặc diglyceric.

R3NCH+ 2CH2OPOPO

R=H; CDP ethanolamine R=CH 3 ; CDP choline CDP = cytidine diphosphate Diacylglycerol

R 3 =NH 3 ; Phosphatidylethanolamine

R 3 =N(CH 3 ) 3 ; Phosphatidylcholine

O O

-CH 2 O 2 C-R 1

CH 2 O-P-O-CH 2 CH 2 R 3

+ +

Phosphatidylserine

O

O OH

c Sinh tổng hợp steric:

Steric là lipid phức tạp tạo bởi sterol và axit béo Nguyên liệu để tổng hợp sterol là acetyl CoA Quá trình sinh tổng hợp sterol (cholesterol) bao gồm các giai đoạn được mô tả khái quát như sau:

- Giai đoạn chuyển acetyl CoA thành mevanolate

- Giai đoạn tổng hợp squanlen

- Giai đoạn chuyển squalen thành cholesterol

Sơ đồ khái quát như sau:

2 CH 3 COSCoA CH 3 COCH 2 COSCoA

CoASH

NADP + NADPH + H +

Liver is primary site of cholesterol biosynthesis

CH 3 -C=CH 2 CH 2 OPOP

CH 3

Dimethylallyl pyrophosphate

Isomerase

OPOP OPOP

Head

Tail Head

Tail

Isopentenyl Pyrophosphate (IPP)

Dimethylallyl

pyrophosphate

Head to tail Condensation

OPOP

Geranyl Pyrophosphate (GPP)

OPOP

Farnesyl Pyrophosphate (FPP)

Head to tail condensation

of IPP and GPP Tail to tail

O 2

2,3-epoxide

Squalene-Chlesterol có vai trò quan trọng trong cơ thể, đặc biệt là ở người Từ cholesterol sẽ tổng hợp nên một loạt các steroids khác là các hormon trong cơ thể

4.3 Sơ đồ điều hòa trao đổi lipid:

5.1- Sinh tổng hợp axit amin:

- Quá trình tổng hợp axit amin là cần thiết đối với mọi dạng

sống

- Khả năng tổng hợp các axit amin phụ thuộc vào dạng niơ mà

cơ thể sử dụng

-Một cách chung nhất, muốn tổng hợp axit amin thì cần tổng

hợp bộ khung carbon và chuyển hóa nitơ thành axit amin

+ Bộ khung carbon của axit amin chủ yếu bắt nguồn từ các sản phẩm trung gian của các quá trình trao đổi chất (đường phân, chu trình Canvil, Crebs,…)

+ Quá trình cố định nitơ trong tự nhiên có thể diễn ra theo

phương trình sau:

5- Sinh tổng hợp axit amin và protein

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Nguồn nitơ (không khí theo nước mưa xuống đất, quá trình

cố định nitơ của vi sinh vật…) amoniac (NH4+)

- Con đường chuyển hóa các amoniac thành axit amin có thể thực hiện theo các con đường sau:

+ Amid hóa các cetoaxit và khử các cetoaxit thành axit amin:

Ví dụ:

(axit pyruvic) NH (Iminoaxit)

NH NH2

3- Những phản ứng hoạt hoá và sinh tổng hợp

3.5- Sinh tổng hợp axit amin và protein

3.5.1- Sinh tổng hợp axit amin:

+ Sinh tổng hợp amid từ các axit amin như:

Axit aspartic + NH3  Asparagin + H2O

+ Sinh tổng hợp các axit amin từ các axit không bảo hòa

như:

HOOC-CH=CH-COOH + NH3 

HOOC-CH2-CHNH2-COOH

(axit fumaric) (axit asparaginic)

+ Chuyển hóa axit amin này thành axit amin khác

dehydrogenase (như glutamat, alanin, aspactat) Bên cạnh

đó sự tổng hợp của một số các axit amin không theo con

tạo thành từ một số sản phẩm của sự trao đổi saccarit

(3-phosphoglycerat, pyruvat, acetyl CoA )

Luận thuyết trung tâm:

Như đã biết, ở Eucaryote, ADN nằm trong nhân Quá trình sinh tổng hợp protein lại diễn ra ở tế bào chất Nếu thông tin được mã hóa trong ADN dùng để chỉ huy tổng hợp protein ở ribosome thì thông tin đó phải được chuyển từ nhân đến ribosome nhờ một chất chuyển trung gian Khoa học đã chứng minh mARN là chất chuyển trung gian đã chỉ huy gắn các axit amin theo một trình tự nhất định, cho phép tổng hợp nên các protein đặc thù Quá trình này được gọi là quá trình dịch mã Như vậy, từ ADN đến protein gồm 2 quá trình nối tiếp nhau: sao mã và dịch mã

5- Sinh tổng hợp axit amin và protein

5.2- Sinh tổng hợp Protein:

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

Thông tin di truyền được sao chép trong mARN đưa đến

protein đòi hỏi phải tồn tại các nhân tố thích ứng (adaptor) để thực hiện đồng thời hai chức năng: nhận cả mã di truyền và axit amin phù hợp theo sơ đồ:

5- Sinh tổng hợp axit amin và protein

5.2- Sinh tổng hợp Protein:

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Ngày nay, khoa học đã chứng minh: chất thích ứng đó là ARN vận chuyển- tARN (transfer ARN).

=> Các vấn đề trên được Francis Crick nêu lên trong luận thuyết trung tâm (central dogma) của sinh học phân tử công bố năm

1958 Nội dung chủ yếu của luận thuyết là:

- Thông tin di truyền được giữ trong axit nucleic (ADN hoặc ở một số virus là ARN), có thể truyền theo hướng axit nucleic  protein, nhưng thông tin không thể truyền theo hướng ngược lại

từ protein đến axit nucleic

- Thông tin di truyền được sao trên mARN chỉ có thể dùng để

dịch ra protein mà không thể quay lại dùng làm vật liệu tổng hợp nên gen

5- Sinh tổng hợp axit amin và protein

5.2- Sinh tổng hợp Protein:

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

Theo luận thuyết trung tâm của sinh học phân tử, thông tin của gen chứa trong axit nucleic có thể truyền cho hàng loạt thế hệ.-Phổ biến cho hầu hết các tế bào là thông tin truyền theo hướng

số virus

Sự giải mã mARN thành trình tự chuỗi polypeptide có thể

chia thành 4 giai đoạn như sau:

- Giai đoạn hoạt hóa axit amin

- Giai đoạn khởi đầu tổng hợp chuỗi polypeptide

- Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide

- Giai đoạn kết thúc chuỗi polypeptide và tách khỏi ribosome

5- Sinh tổng hợp axit amin và protein

5.3- Cơ chế sinh tổng hợp protein trên ribosome:

Giai đoạn hoạt hóa axit amin:

- Axit amin được hoạt hóa bằng cách gắn với tARN riêng của

nó Quá trình này gồm 2 phản ứng được xúc tác bởi cùng một enzyme đặc hiệu đối với mỗi axit amin, đó là aminoacyl-tARN-

Các phản ứng hoạt hóa trong sinh tổng hợp

- Trong phản ứng thứ 2, aminoacyl-AMP sẽ phân li, cho phép axit amin gắn với tARN bằng liên kết este tạo bởi nhóm COO-

của axit amin và nhóm 3’-OH của tARN tạo thành tARN

AA-AMP + tRNA  AA-tRNA + AMP

C C A

O C

C H R

O

C C A

Hai phản ứng trên được khái quát bằng sơ đồ sau đây:

=> Về mặt năng lượng, quá trình sinh tổng hợp protein là một

quá trình thu năng lượng Ở vi khuẩn cũng như Eucaryote, nhucầu năng lượng cho quá trình là rất lớn Như đã trình bày chi tiết

ở trên, để đưa một axit amin vào chuỗi polypeptide cần tiêu hao

03 liên kết cao năng:

- 01 ATP cho sự hoạt hóa axit amin ở giai đoạn đầu Hình thành aminoacyl-tARN

- 01 GTP để đưa aminoacyl-tARN trong tổ hợp ba

(aminoacyl-tARN-EF-Tu-GTP) vào khu A của ribosome

- 01 GTP cần để ribosome di chuyển một bộ mã

Do giai đoạn khởi đầu còn cần 1 GTP tham gia để hình thành

phải sử dụng tới 4 liên kết cao năng

Người ta cho rằng phân tử GTP tham gia vào quá trình này có 2