Bài giảng liên quan và điều hòa chuyển hóa

Chứng minh được sự thống nhất của các chuyển hóa, sự biến đổi qua lại giữa G, L, P, AN, nhưng không thể thay thế nhau hoàn toàn được.. Giải thích được điều hòa chuyển hóa ở mức tế bào bằ

LIÊN QUAN và ĐIỀU HÒA

CHUYỂN HÓA

TS BS Đông Thị Hoài An

MỤC TIÊU

1 Trình bày được sự liên quan giữa các chuyển hóa

glucid, lipid, protid và acid nucleic (G, L, P, AN) Chứng minh được sự thống nhất của các chuyển hóa, sự biến đổi qua lại giữa G, L, P, AN, nhưng không thể thay thế nhau hoàn toàn được.

2 Giải thích được điều hòa chuyển hóa ở mức tế bào bằng cơ chế ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme hoặc ảnh hưởng đến sinh tổng hợp enzyme.

DÀN BÀI

1 LIÊN QUAN CHUYỂN HÓA

2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HÒA CHUYỂN HÓA

2

Chuyển hóa Glucid

Sự đường phân (Glycolysis )

Chuỗi hô hấp tế bào (respiratory chain, electron transport chain)

NADHH+ 3 ATP

FADH2 2 ATP

Chuyển hóa Lipid

Sự tạo các thể ceton từ acetyl CoA

Sự tạo thành và vận chuyển các thể ceton

Chuyển hóa Protid

CÁC QUÁ TRÌNH THOÁI HÓA CHUNG CỦA ACID AMIN

Sự thoái hóa gốc R của các acid amin

Glucid, lipid, protid, acid nucleic

 có những con đường chuyển hóa riêng

 có những điểm chung

 giữa chúng có những mối liên quan chặt chẽ với nhau

Các quá trình chuyển hóa

 được kiểm soát chặt chẽ bởi tế bào và cơ thể

 và được điều hòa theo nhu cầu của cơ thể

Trong tế bào có hàng loạt các trạng thái thăng bằng và các trạng thái này luôn luôn bị phá

vỡ và được tái lập

14

1 LIÊN QUAN CHUYỂN HÓA

1.1.Sơ đồ tổng quát

Citric Acid Cycle

1.2 Sự thống nhất chuyển hóa:

được thể hiện ở:

Chu trình acid citric:

- là giai đoạn thoái hóa chung cuối cùng của G, L, P.

- sản phẩm chung là Acetyl CoA CO 2 và H 2 O.

Sự hô hấp tế bào:

G, L, P đều bị “đốt cháy” theo những cơ chế và hệ thống enzyme

chung của quá trình hô hấp tế bào:

+ tạo CO 2 nhờ sự khử carboxyl bởi decarboxylase , + tách dần từng 2H và đưa tới O 2 thở vào qua chuỗi hô hấp tế bào, tức quá trình oxy hóa- khử sinh học, để tạo thành H 2 O

*một phần năng lượng đó được tỏa ra dưới dạng nhiệt

*một phần được tích trữ dưới dạng ATP

1.3 Sự biến đổi qua lại giữa glucid, lipid và protid

dùng chất đồng vị phóng xạ đã chứng minh là glucid, lipid, protid có thể biến đổi qua lại

- không xảy ra trực tiếp

- mà phải thông qua những chất “ngã ba đường” , chúng vừa là sản phẩm thoái hóa chung, vừa là tiền chất cho sự tổng hợp các chất glucid, lipid, protid

Ví dụ: pyruvat, acetyl CoA, oxaloacetat,PGA

Glucid Lipid

Chất “ngã ba đường”

Protid

18

Nhưng chúng không thể thay thế nhau hoàn toàn được

- Glucid là nguồn năng lượng chủ yếu của cơ thể.

- Lipid: các acid béo cần thiết thì cơ thể

không thể tổng hợp được (acid linoleic, acid linolenic).

- Protid: các acid amin cần thiết thì cơ thể

cũng không thể tổng hợp được.

Do đó cơ thể cần có một chế độ dinh dưỡng

hợp lý, đủ chất với một tỷ lệ nhất định.

10 acid amin không cần

1.4 Sự liên hợp giữa các phản ứng và quá trình

 Phản ứng liên hợp:

phản ứng thoái hóa giải phóng năng lượng +

phản ứng tổng hợp thu năng lượng.

 HDP : cung cấp oxaloacetat , đưa acetyl CoA (sản phẩm oxy hóa acid béo) vào chu trình acid citric.

 Chu trình acid citric (Krebs): cung cấp succinyl CoA cho quá trình tạo Hem.

 Chu trình Krebs : có liên quan tới chu trình urê:

Malat

Arginin

24

1.5 Quan hệ chuyển hóa giữa các bào quan

trong tế bào

1.6 Quan hệ chuyển hóa giữa các mô

26

2.KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HÒA CHUYỂN HÓA

Cơ thể sống có khả năng tự điều hòa

- mức tế bào (sự điều hòa chuyển hóa)

- mức toàn cơ thể (kiểm soát chuyển hóa nhờ hormone, thần kinh).

Cơ chế điều hòa ảnh hưởng chủ yếu:

- đến hoạt tính của enzyme

- hoặc đến sinh tổng hợp enzyme.

2.1 Điều hòa nhờ cơ chế làm thay đổi hoạt tính của enzyme

Lượng enzyme không đổi, nhưng hoạt tính enzyme thì thay đổi làm tốc độ chuyển hóa thay đổi

Hoạt tính của enzyme thay đổi, do

- thay đổi nồng độ cơ chất hoặc nồng độ coenzyme

- hoặc do cơ chế dị lập thể

2.2 Điều hòa nhờ cơ chế ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp

enzyme

Thay đổi lượng enzyme thay đổi hoạt độ của enzyme

thay đổi tốc độ chuyển hóa

2.2.1 Giả thuyết operon

Monod và Jacob: nghiên cứu sự hấp thụ và sử dụng lactose ở E.coli

Có 3 enzyme: - galactosidase

galactosid permease galactosid transacetylase

Nuôi cấy E coli:

- trong môi trường có glucose : cả 3 enzyme đều có lượng rất nhỏ.

- trong môi trường có lactose : cả 3 enzyme đều tăng hàm lượng rõ rệt

- trong môi trường có glucose : cả 3 enzyme đều giảm rõ rệt

Vậy lactose : chất cảm ứng

3 enzyme trên : enzyme cảm ứng

Cơ chế: sự cảm ứng tổng hợp enzyme.

Giả thuyết operon :

34

R, Re: Regulator O: Operator

P: Promotor S: Structural gene

2.2.2 Tổng quát về cơ chế kiểm soát của protein điều hòa đối với sự chuyển mã ở tế bào nhân sơ

Gen điều hòa R chỉ huy sự tổng hợp protein điều hòa Re

(protein này có thể là chất kìm hãm R' hoặc chất hoạt hóa A').

Protein kìm hãm R' hoạt động có tác dụng đóng gen (nó gắn vào gen khởi động P, ngăn ARN polymerase bám vào P).

Protein hoạt hóa A' hoạt động có tác dụng mở gen (nó gắn vào P và giúp cho ARN polymerase bám vào P) Khi chất kết (ligand) gắn vào protein điều hòa Re sẽ ảnh hưởng tới sự đóng mở gen.

Loại Điều hòa âm Điều hòa dương

- Loại bỏ chất kết thì A’ tách khỏi P: gen đóng.

36

Cơ chế điều hòa hoạt động gen

2.2.3 Cơ chế kìm hãm tổng hợp enzyme (đối với các enzyme tổng hợp)

Ví dụ: Sự tổng hợp tryptophan ở E coli ứng với operontryptophan

Sự điều hòa tổng hợp các enzyme tổng hợp tryptophan là

sự điều hòa âm

Trp-operon có 5 gen cấu trúc ứng với 5 enzyme của quá trình tổng hợp tryptophan

Đóng mở gen của Trp-operon

Apol: ARN polymerase; L: ligand, chất kết.

• Gen điều hòa của Trp-operon chỉ huy sự tổng hợp proteinđiều hòa là chất kìm hãm R’ không hoạt động (gọi làaporepressor) Khi R’ kết hợp với chất kết (gọi là chất đồngkìm hãm co-repressor) thì phức hợp tạo thành ở dạng hoạtđộng (bám vào O ngăn không cho ARN polymerase bám vào

P, do đó sự chuyển mã không xảy ra)

• Khi nồng độ Trp trong tế bào vi khuẩn thấp (tế bào có nhu cầu

về Trp), chất kết trp không gắn vào R’ và R’ ở trạng tháikhông hoạt động, gen mở ARN polymerase bám vào P và sựchuyển mã xảy ra

• Khi nồng độ Trp trong tế bào cao (tế bào không có nhu cầutổng hợp trp), chất kết Trp bám vào R’ tạo nên phức hợp hoạtđộng bám vào O ngăn không cho ARN Polymerase bám vào

P, do đó gen đóng, sự chuyển mã không xảy ra Sự tổng hợpcác enzyme tổng hợp Trp đã bị kìm hãm

2.2.4 Cơ chế cảm ứng tổng hợp enzyme (đối với

enzyme thoái hóa)

Lac-operon (operon của lactose) ở E coli kết hợp 2 cơ chế điều hòa âm và dương.

 Điều hòa âm: theo cơ chế cảm ứng tổng hợp enzyme Trướckhi cảm ứng,

β galactosidase

Lactose galactose + glucose

galactose + glucose allolactose

(có liên kết 1,6-glycosid)

Allolactose là chất cảm ứng và nó mở lac-operon bằng cách kếthợp với chất kìm hãm để làm bất hoạt chất này

40

Lac-operon với các gen cấu trúc lac-z, lac-y và lac-a; chất kìm hãm Lac-R’.

(A) Không có chất cảm ứng, chất kìm hãm đóng gen.

(B) Có chất cảm ứng: phức hợp chất cảm ứng - chất kìm hãm không hoạt động, gen mở

và lac-ARNm được tổng hợp (ARNm polycistronic) và các enzyme tương ứng được tổng hợp Z: β galactosidase; Y: permease; A: transacetylase.

 Điều hòa dương:

protein điều hòa sẽ hoạt động như những chất hoạt hóa chuyển hóa (A’) hay protein hoạt hóa gen.

E coli hoạt hóa gen khiến E coli có thể sử dụng nguồn carbon khác glucose khi không có mặt glucose(glucose là nguồn carbon thông thường và

ưa thích của E coli).

khiến cho CAP bám vào được một đoạn ADN đặc hiệu gần đoạn khởi động P và mở các gen tương ứng (chỉ huy sự tổng hợp các enzyme xúc tác sự thoái hóa chất tạo nguồn carbon khác glucose).

42

Kiểm soát kép đối với lac-operon

Cơ chế tăng đường huyết do adrenalin

• Đối với động vật bậc cao, sự điều hòa nhờ cơ chế thần kinh (qua

đường huyết nhờ một loạt phản ứng nội bào dẫn đến sự hoạt

sự vận chuyển tích cực các chất qua các màng) và mức phân tử

• Tốc độ phản ứng rất nhanh, sự oxy hóa xảy ra trong 10-4

tạp và phong phú của điều hòa chuyển hóa

huyết và giảm đường huyết; ức chế và hoạt hóa )./