TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Giới thiệu về trao đổi chấtChuyển hóa các chất: là những phản ứng và quá trình hóa học xảy ra trong cơ thể sống từ khi thức ăn được đưa vào cơ thể đến chất cặn bã thải ra ngoài.. • Đồng

Chương 2:

TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG

1 Khái niệm chuyển hóa các chất và chuyển hóa năng lượng

2 Chuyển hóa glucid

3 Chuyển hóa protein

4 Chuyển hóa lipid

I Giới thiệu về trao đổi chất

Chuyển hóa các chất: là những phản ứng và quá trình hóa học xảy ra trong cơ thể sống từ khi thức ăn được đưa vào cơ thể đến chất cặn bã thải ra ngoài

Chuyển hóa gồm: đồng hóa và dị hóa

• Đồng hóa: Là quá trình biến đổi các đại phân tử hữu cơ có tính đặc hiệu theo nguồn gốc thức ăn thành các đại phân tử glucid hay acid nucleid có tính đặc hiệu của cơ thể

Quá trình đồng hóa diễn ra theo ba bước: Tiêu hóa, Hấp thu, Tổng hợp

Quá trình đồng hóa

Đại PT: P, L,

G

+ H2O

Tiêu hóa

Đơn vị cấu tạo không

có tính đặc hiệu

Máu

Bạch huyết, hấp thu quan niêm mạc ruột

non

Đại phân tử đặc hiệu của cơ thể

Lipid

Protein

oxy hóa Năng lượng

Thân nhiệt

tích trữ Q

Q = 7,3 kcal/mol Công (co cơ, tổng hợp các chất)

Quá trình dị hóa

Chuyển hóa trung gian (CHTG)

Xảy ra nhanh chóng, pH trung tính, nhiệt vừa phải

Có trạng thái ổn định động ( cân bằng tổng hợp và thoái hóa)

Các quá trình chuyển hóa G, L, P, acid nucleic có liên quan chặt chẽ nhau và có thể được điều hòa chung theo nhu cầu cơ thể

Chuyển hóa năng lượng

Chuyển hóa các chất gắn liền với chuyển hóa năng lượng: phản ứng tổng hợp thu năng lượng, phản ứng thoái hóa giải phóng năng lượng

Ánh sáng mặt

Người Thực vật

CO , H O, muối

Quang hợp

Năng lượng

Hoạt động

Chuyển hóa năng lượng

Trong cơ thể người, CHNL gồm:

-giải phóng năng lượng từ các chất hữu cơ: các phản thoái hóa, phản ứng oxy hóa khử

-Tích trữ năng lượng nhờ phosphoryl hóa (ADP →ATP)

-Sự vận chuyển và sử dụng năng lượng nhờ sự kêt hợp phosphoryl hóa và khử phosphoryl

H3PO4 = Pvc = acid phosphoric = photphat vô cơ

Vc= vô cơ, NL = năng lượng

Phản ứng khử phosphoryl là phản ứng ngược lại.

Phosphoryl hóa và khử

phosphoryl

Thu năng (tích trữ năng

lựơng) Do enzyme xúc tác

với cơ chất là P vô cơ

hoặc P hữu cơ

Tạo P vô cơ tự do hay chuyển gốc phosphate từ chất hữu cơ phosphate sang chất khác

các chất “giàu” năng lượng

NDP ADP,GDP,CDP… VDP…

các chất “giàu” năng lượng

R – C – CO ~ AMP

l

NH2

Các chất “giàu” năng lượng

3 Enol phosphat

R - C - O ~ P

ll CH l

PEP (phosphoenolpyruvat) COOH

l

C - O ~ P ll

Vai trò của sự phosphoryl hóa và khử

Vai trò của sự phosphoryl hóa và khử

Hô hấp tế bào ( oxy hóa khử sinh

học)

Quá trình đốt cháy chất hữu cơ trong tế bào thành CO2 và H2O

C6H12O6 + 6O2 →6H2O + 6CO2 + 688Kcal

KQ: giống như đốt cháy glucose ngoài cơ thể

-Ngoài cơ thể: CO2 và H2O, NL giải phóng cùng lúc

- Trong tế bào: oxy không trực tiếp tác dụng C, O của glucose, thoái hóa qua PU trung gian

Hô hấp tế bào ( oxy hóa khử sinh

2H

-H2o

Sự vận chuyển hydrogen từ cơ chất cho hydrogen tới oxy thở để

Sơ đồ tổng quát về chu trình TĐC

trong sinh giới

Pyruvat Acetyl - CoA

Chu trình Krebs

Hô hấp

tế bào

Vận chuyển hydrogen ADP + P

Glycogen Glucose

Chu trình acid citric

• Giai đoạn thoái hóa chung cuối cùng G, L, P và là nơi cung cấp cơ chất cho nhiều H nhất

• Xảy ra trong ĐK hiếu khí ở ty thể

• Hệ thống enzyme trong dịch ty thể

• Nguyên liệu: AcetylCoA và Oxaloacetate

Chu trình Kreb

-Năng lượng: Oxy hoá 1 phân tử acetylCoA

Phản ứng - Enzyme Dạng năng lượng ATP Isocitrate dehydrogenase NADH.H+ 3 ATP

α-ketoglutarate dehydrogenase NADH.H+ 3 ATP

SuccinylCoA synthetase GTP ATP

Succinate dehydrogenase FADH2 2 ATP

Malate dehydrogenase NADH.H+ 3 ATP

Ý nghĩa:

− “Chu trình biến dưỡng trung tâm của động vật”

− Biến dưỡng năng lượng

− Trao đổi chất

Mối quan hệ:

− Đường phân EM, β oxid hoá acid béo, chuỗi hô hấp

Chu trình acid citric mang ý nghĩa trung gian cho nhiều quá trình sinh tổng hợp

Chuyển hóa glucid

1. Tiêu hóa và hấp thụ glucid:

2. Thoái hóa glucid:

3. Tổng hợp glucid

Tiêu hóa và hấp thụ glucid

1. Tiêu hóa:

- Oligosacharid, polysacharid→→monosacharid

- Miệng, ruột non, tá tràng

- Tinh bột →→dextrin →→maltose, isomaltose

- Maltose →→glucose

2 Hấp thụ:

- Khuếch tán tích cực cần năng lượng và chất protein tải đặc hiệu đồng chuyển với

Na+

- Khuếch tán đơn thuần do sự chênh lệch về nồng độ monosacharid

Glucose, galactose > frucctose; tập trung về gan

Thoái hóa glucid

Bắt đầu: glucoose hoặc glycogen

Glucose →G-6-P

Glycogen →G -1-P; đồng phân hóa G6P.

G6P thoái hóa theo 2 con đường:

(1)Hexose diphosphat;

(2)Hexosemonophosphat

Thoái hóa glucid theo con đường

hexo diphosphat

1. Diễn biến con đường hexose diphosphat: 3 giai đoạn, 14 phản ứng

- Giai đoạn 1: hoạt hóa, glucose được phosphoryl hóa 2 lần và đồng phân hóa thành F1,6 –

DP, tiêu thụ ATP

- Giai đoạn 2: oxy hóa F1,6-DP đến pyruvat, tạo ATP, NADH, H+

- Giai đoạn 3: acid pyruvic trong điều kiện hiếu khí (tạo CO2 , H2 O, ATP), yếm khí (tiêu thụ

NADH, H+ tạo acod lactic)

Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

-Thoái hóa glucid theo con đường hexo monophosphat

(Pentose – Phosphate)

- Con đường Pentose - Phosphate

Giai đoạn 2

Con đường Entner – Doudoroff (2-keto-3deoxy-6-phosphogluconat)

 Mục đích và ý nghĩa đường phân

Chu trình cori (CT lactic)

SỰ TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI GLYCOGEN

HOH2C

H O H

Glucose-1-P

UDPG pyrophosphorylase

UTP PPi

Sự tổng hợp glycogen

(glycogenesis)

• Nguyên liệu: UDPG

• Enzyme tổng hợp glycogen

- UDPG pyrophosphorylase

- Glycogen synthetase (Glucosyl transferase 1-4)

- Amylo-1,4 → 1,6 transglucosidase

Sự phân giải glycogen

O-P Glucose-1-P Glucan 1,6 → 1,4 transferase

Amylo 1,6 glucosidase

Aspartate

PyruvateAcetylCoA

CH3

H C-OH

COOH

CH3C=OCOOH

Oxaloacetate

COOH

CH2C=OCOOH

NAD+

NADH.H+

2 1

2 PEP carboxykinase

1 Malate dehydrogenase

Glutamate

Tiến trình tân tổng hợp glucose (Gluconeogenesis)

Glycolysis:

glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 

2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP

Gluconeogenesis:

2 pyruvate + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP 

glucose + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi

CC

CH2

O O−

OPO32−

CC

O O−

O−O

HCO3−

GTP GDP

CO2

pyruvate oxaloacetate PEP

Pyruvate Carboxylase PEP Carboxykinase

Lên men rượu

Lên men

bia

Lên men

sữa chua

Lên

men

acetic

Chuyển hóa protein

Trong cơ thể acid amin có 2 nguồn gốc:

(1)Ngoại sinh: protein thức ăn →peptid →acid amin, được hấp thu qua niêm mạc ruột vào tĩnh mạch cữa tới gan và qua máu tới các tế bào và mô.

(2)Nội sinh: protein tế bào →acid amin nhờ cathepsin (lysosom)

Acid amin tham gia theo nhiều con đường chuyển hóa:

- Thoái hóa: CO2, H2O, các hợp chất có nito (NH3 )

- Tổng hợp protein: enzym, hormon

Sự oxy hoá khử amin của amino acid

(Oxidative deamination)

 Sự oxy hoá khử amin trực tiếp

Chuyển hoá N vô cơ N hữu cơ

 Sự oxy hoá khử amin gián tiếp

Chuyển amin

 Sự chuyển nhóm amin của amino acid (Transamination)

− SGOT-Serum Glutamate-Oxaloacetate Transaminase

− SGPT-Serum Glutamate-Puruvate Transaminase

2.3 Sự vận chuyển và khử độc ammonia tự do trong máu

 Trúng độc kiềm (Alkalosis)

 Sự khử độc ở não: Tổng hợp glutamine và asparagine

 Sự khử độc ở gan: Chu trình Urea (chu trình Ornithine)

Tổng hợp glutamine hay asparagine ở não

Sự khử độc ở gan – chu trình urea

(ornithine)

Chuyển hóa lipid

1 Tiêu hóa và hấp thu

2 Chuyển hóa acid béo

3 Chuyển hóa triglycerite, phospholipid

4 Chuyển hóa cholesterol

Chuyển hóa lipid

1 Tiêu hóa và hấp thu

a Tiêu hóa:

- Lipid từ thức ăn xuống ruột non, nhũ tương hóa

nhờ muối mật→ dễ dàng tiếp xúc enzym với dịch ruột→lipid bị thủy phân giải phóng năng lượng từ từ

Chuyển hóa lipid

b hấp thu:hỗn hợp acid béo thủy phân chưa hoàn toàn, được hấp thu qua màng ruột.

� 95%năng lượng tạo

ra nhờ 3 gốc AB →ß OXY HÓA, 5% năng lượng tạo ra nhơ

øGlycerol:glycerol kinase biến đổi glycerol thành L- glycerol-3-P

→Dihydroxyaceton-P

P

→tiếp chu trình HDP hay tân tạo glucose.

Phân giải

glucose

SỰ OXY HOÁ LIPID

Quá trình mà trong đó các acid béo bị phân cắt, kết quả là giải phóng năng lượng

Gồm 2 gđ chính:

◦ Hoạt hóa acid béo và vận chuyển acylCoA

từ bào tương vào trong ty thể

◦ Quá trình β oxy hóa

Acid béo được vận chuyển qua màng ngoài ti thể bởi carnitine-palmitoyl transferase I (CPT-I), và sau đó được chuyển qua màng trong ti thể bởi carnitine

Một acid béo muốn được oxy hoá phải trải

2 Gắn Acyl-CoA vào carnitine để tạo thành acyl carnitine:

Chất này đi qua màng ti thể

Trong ti thể các gốc acyl của acid béo được vận chuyển lại cho HS-CoA

3 Tạo Acyl-CoA trở lại :

Quá trình này ngược lại

bước gắn acyl vào carnitine

Carnitine được giải phóng

và trở lại mặt ngoài của ti thể

Quá trình β oxi hoá

Là sự oxi hoá nguyên tử carbon ở vị trí β so với nhóm carboxyl

Kết quả tạo thành acetyl-CoA và acid béo mới có mạch carbon ngắn hơn trước 2 nguyên tử carbon

Tiếp tục lặp lại nhiều lần cho đến khi toàn bộ phân tử acid béo được chuyển thành các acetyl-CoA

Tổng quát, β-oxy hóa hay sự phân giải các axít

béo tự do diễn ra như sau:

1 Khử hyđrô bởi acyl-CoA dehydrogenase, tạo

1 FADH2

2 Hyđrat hóa bởi enoyl-CoA hydratase

3 Khử hyđrô bởi 3-hydroxyacyl-CoA

dehydrogenase, tạo 1 NADH

4 Phân cắt bởi thiolase, tạo 1 acetyl-CoA và 1

axít béo được làm ngắn đi 2 cacbon (acyl-CoA)

Pứ khử H2lần 2

Pứ kết hợp nước

Pứ phân cắt

Bên cạnh β-oxy hóa, đôi khi còn có các con đường oxy hoá khác:

béo không thể trực tiếp trải qua quá trình β-oxy hóa

thực hiện ω-oxy hóa, chủ yếu để giải độc nhưng có thể trở nên phổ biến trong các trường hợp quá trình β-oxy hóa bị trục trặc

Các acid béo với chuỗi cacbon quá dài (20 cacbon hoặc nhiều hơn) đầu tiên được phân cắt tạo ra các kích cỡ phù hợp (dễ sử dụng) trong peroxisomes

Ý nghĩa

Sự oxy hoá acid béo ở tế bào của các

mô nói chung nhằm mục đích cung cấp

acetyl-CoA cho chu trình Krebs để biến

đổi tạo năng lượng cho các phản ứng

tổng hợp và các quá trình sinh học khác

của cơ thể

Năng lượng

Một vòng -oxy hoá: 5ATP

◦ Phản ứng 1: 1 FADH2 qua HHTB  2 ATP

◦ Phản ứng 3: 1 NADH2 qua HHTB  3 ATP

Σ ATP = 5 ATP

Oxy hoá hoàn toàn 1 acid béo có 2nC

◦ Số vòng oxy hoá: (n -1)  ATP= 5(n -1)

◦ Số Acetyl-CoA : n  ATP= 12 n

Σ ATP = 17n - 5

Trừ đi 2ATP sử dụng để hoạt hoá:

Σ ATP = 17n - 7

ßOxy hóa acid béo không no

>1 nối

đôi

ßOxy hóa acid béo có số carbon le ûtạo Succinyl CoA

Tổng hợp choles

terol