GT hoa sinh (1)

Với mục tiêu cung cấp cho sinh viên kiến thức ở mức độ cơ chế phân tử của các quá trình sống: cấu tạo hóa học và tính chất của các sinh chất cùng các con đường chuyển hóa các chất này tr

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BẮC NINH

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BẮC NINH

LỜI MỞ ĐẦU

Hóa sinh học là khoa học nghiên cứu thành phần hóa học, cấu trúc và tính chấtcác hợp phần của tế bào, nghiên cứu quá trình trao đổi chất và năng lượng trong cơ thểsinh vật, hay nói khác là khoa học nghiên cứu cơ sở hóa học của sự sống

Với mục tiêu cung cấp cho sinh viên kiến thức ở mức độ cơ chế phân tử của

các quá trình sống: cấu tạo hóa học và tính chất của các sinh chất cùng các con đường

chuyển hóa các chất này trong cơ thể sống như: cơ chế xúc tác của enzym; sự hô hấp

mô bào; các nguồn cung cấp và dự trữ, các con đường chuyển hóa năng lượng; các giaiđoạn trung gian trong sự thoái hóa và tổng hợp các chất glucid, lipid, protein và acidnucleic; sự bảo tồn và truyền đạt thông tin di truyền

Với các kiến thức trên sinh viên dễ dàng tiếp thu và hiểu sâu hơn các môn học

cơ sở khác và các môn chuyên ngành có liên quan Bên cạnh ý nghĩa thực tiễn đó, hóasinh cũng giúp tạo nên ở người học một thế giới quan khoa học duy vật biện chứng

Vì lần đầu biên soạn, mặc dù đã rất cố gáng nhưng chắc chắn còn nhiều thiếusót, kinh mong quý thầy cô, bạn đồng nghiệp đóng góp, xây dựng ý kiến để giáo trìnhđược hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cám ơn!

MỤC LỤC

Mục tiêu

1 Trình bày được cấu tạo và vai trò sinh học của vitamin tan trong nước và dầu

2 Trình bày được định nghĩa và chức năng của hormon

3 Trình bày được bản chất hóa học và tác dụng của hormon

4 Trình bày được danh pháp và phân loại theo quốc tế của enzym

5 Trình bày được thành phần cấu tạo của enzym

 Tạo ra các chất căn bản xây dựng cơ thể Tạo hình

 Tạo năng lượng Tạo thân nhiệt

Tạo công đảm bảo hoạt động sống

1.1.2.Động hóa học

Các phản ứng hóa học được chia làm 2 loại

Phản ứng 1 chiều không thuận nghịch A B

 k 1 [C][D] = =

k 2 [A][B]

[C] = [D] = 0  v2 = 0Khi A phản ứng với B tạo C và D:

[A] và [B] giảm dần  v1 giảm dần[C] và [D] tăng dần  v2 tăng dần

Đến một lúc nào đó v 1 = v 2  trạng thái cân bằng động

Ở trạng thái cân bằng động, phản ứng vẫn xảy ra theo hai chiều với tốc độ bằng nhau.Với: v 1 = v 2

 k1[A][B] = k2[C][D]

K cb

Mỗi phản ứng thuận nghịch có hằng số cân bằng (K cb ) riêng.

Về mặt nhiệt động học: có 2 loại phản ứng

 Phản ứng phát năng (về nhiệt độ, phản ứng tỏa nhiệt)

 Phản ứng thu năng (về nhiệt độ, phản ứng thu nhiệt)

1.1.3 Năng lượng tự do

Năng lượng tự do là phần năng lượng có thể biến thành Công (năng lượng có thể

sử dụng được)

Xét phản ứng từ A  B

Với năng lượng tự do của A, B là GA và GB (G: Gibbs)

Biến thiên năng lượng tự do: G = GB – GA (Công sinh ra)

2 VITAMIN

Vitamin là một nhóm chất hữu cơ có tính chất lý, hoá học rất khác nhau, tác dụnglên cơ thể sinh vật cũng rất khác nhau nhưng đều rất cần thiết cho sự sống của sinh vật,nhất là đối với người và động vật Khi thiếu một loại vitamin nào đó sẽ dẫn đến nhữngrối loạn về hoạt động sinh lý bình thường của cơ thể

Vitamin được tổng hợp chủ yếu ở thực vật và vi sinh vật Ở người và động vậtcũng có thể tổng hợp được một số ít vitamin, tuy nhiên không đáp ứng đủ nhu cầu cơthể nên phải tiếp nhận thêm ở ngoài vào bằng con đường thức ăn

Có nhiều loại vitamin khác nhau, được gọi tên theo nhiều cách như gọi theo chữcái, gọi theo danh pháp hoá học, gọi theo chức năng Ví dụ vitamin B1 còn có tênhóa học là thiamin, đồng thời theo chức năng của nó còn có tên antinevrit

Kiểu phân loại vitamin được sử dụng phổ biến nhất là dựa vào khả năng hòa tanvào các dung môi, chia làm 2 nhóm: vitamin tan trong nước và vitamin tan trong mỡ.Vitamin tan trong nước chủ yếu tham gia vào các quá trình liên quan tới giảiphóng năng lượng (quá trình oxi hoá khử, quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ )Vitamin tan trong mỡ tham gia vào các phản ứng tạo nên các chất có chức năngcấu trúc các mô, các cơ quan

2.1 Vitamin tan trong nước

2.1.1.Vitamin B1 (Thiamin)

Vitamin B1 là loại vitamin rất phổ biến trong thiên nhiên, đặc biệt trong nấm mencám gạo, mầm lúa mì Trong đó cám gạo có hàm lượng vitamin B1 cao nhất

Trong cơ thể vitamin B1 có thể tồn tại ở trạng thái tự do (Thiamin pyrophosphat),

là dạng liên kết với phosphat có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của

cơ thể Thiamin pyrophosphat là coenzym xúc tác phân giải các acid cetonic như acidpyruvic, acid oxaloacetic … Thiếu vitamin B1 sự chuyển hoá các acid cetonic bị ngừngtrệ, cơ thể tích luỹ các acid cetonic làm rối loạn trao đổi chất và gây nên các bệnh lýnguy hiểm

Nhu cầu vitamin B1 của cơ thể là 1.5 mg/ ngày, tuy là loại vitamin lành nhưngcũng có trường hợp gây phản ứng tuy ít gặp Ngoài gây sốc phản vệ khi tiêm, dùngvitamin B1 có thể bị các tác dụng phụ như tăng huyết áp cấp, ngứa, nổi mề đay, khóthở, kích thích tại chỗ tiêm

2.1.2.Vitamin B 2 (Riboflavin)

Vitamin B2 là dẫn xuất của vòng isoalloxazin, thuộc nhóm flavin Trong cơ thể B2

liên kết với phosphat tạo nên coenzym FMN và FAD ( enzym dehydrogenase hiếukhí) Ở trạng thái khô vitamin B2 bền với nhiệt và acid

Vitamin B2 có nhiều trong nấm men, đậu, thịt, sữa, gan, trứng Khi thiếu vitamin

B2 sự tổng hợp các enzym oxy hoá-khử bị ngừng trệ ảnh hưởng đến quá trình oxyhoá- khử tạo năng lượng cho cơ thể Đồng thời, thiếu vitamin B2 việc sản sinh tế bào

của biểu bì ruột bị ảnh hưởng gây nên sự xuất huyết tiêu hóa hay rối loạn hoạt độngcủa dạ dày, ruột Ngoài ra, vitamin B2 giúp cơ thể kháng khuẩn tốt hơn Nhu cầuvitamin B2 hàng ngày khoảng 2-3mg.

2.1.3.Vitamin B 3 (Acid nicotinic, nicotinamid)

Vitamin B3 là acid nicotinic và amid của nó là nicotinamid, là thành phần của coenzym NAD, NADP có trong các enzym thuộc nhóm dehydrogenase kỵ khí

Vitamin PP có nhiều trong gan, thịt nạc, tim, đặc biệt là nấm men Thiếu vitamin

B3 ảnh hưởng đến các quá trình oxi hoá - khử

Vitamin B3 có tác dụng ngăn ngừa bệnh ngoài da, sưng màng nhầy ruột, dạ dày,giúp cơ thể chống lại bệnh pellagra (bệnh da sần sùi, bệnh dẫn đến sưng màng nhầy dạdầy, ruột, sau đó sưng ngoài da) Nhu cầu hàng ngày khoảng 15-25 mg vitamin B3

2.1.4.Vitamin B6 (Pyridoxin)

Vitamin B6 tồn tại trong cơ thể ở 3 dạng khác nhau: Piridoxol, Pyridoxal,

Pyridoxamin Ba dạng này có thể chuyển hoá lẫn nhau

Vitamin B6 là thành phần coenzym của nhiều enzym xúc tác cho quá trìnhchuyển hoá acid amin, là thành phần cấu tạo của phosphorylase Vitamin B6 cónhiều trong nấm men, trứng, gan, hạt ngũ cốc, rau, quả

Thiếu Vitamin B6 sẽ dẫn đến các bệnh ngoài da, bệnh thần kinh, rụng lông tóc Hàng ngày, người lớn cần 1,5-2,8 mg, với trẻ em cần 0,5-2 mg vitamin B6

Ngoài các loại vitamin trên, trong nhóm vitamin tan trong nước còn một số

vitamin khác như vitamin B5, Bc, H

2.1.6.Vitamin C (Acid ascorbic)

Trong cơ thể vitamin C tồn tại ở 2 dạng: dạng khử (acid ascorbic) và dạng oxy hóa (dehydro ascorbic)

Vitamin C tham gia nhiều quá trình sinh lý quan trọng trong cơ thể:

- Quá trình hydroxyl hoá do hydroxylase xúc tác

- Duy trì cân bằng giữa các dạng ion Fe+2/ Fe+3, Cu+1/Cu+2

- Vận chuyển H2 trong chuỗi hô hấp phụ

- Làm tăng tính đề kháng của cơ thể đối với những điều kiện không thuận lợi của môi trường, các độc tố, làm giảm các triệu chứng bệnh lý do phóng xạ

Ngoài ra vitamin C còn tham gia vào nhiều quá trình khác có vai trò quan trọng trong cơ thể

Vitamin C có nhiều trong rau quả tươi, nhất là quả có múi như cam, chanh, bưởicam, Nhu cầu hàng ngày cần 70-80 mg/người Nếu thiếu vitamin C sẽ dẫn đến bệnhhoại huyết, giảm sức đề kháng của cơ thể, chảy máu răng, lợi hay nội quan.

2.2 Vitamin tan trong dầu

Có nhiều trong dầu cá, lòng đỏ trứng Trong thực vật có nhiều tiền vitamin A caroten) nhất là cà rốt, cà chua, quả gấc, đu đủ Nhu cầu với người lớn 1-2 mg, trẻ emdưới 1 tuổi 0,5-1 mg/ngày

(β-2.2.2 Vitamin D

Các vitamin D là dẫn xuất của các sterol, được tạo ra từ tiền vitamin D (dưới da)nhờ ánh sáng mặt trời (tia tử ngoại) Trong cơ thể tồn tại quan trọng nhất là D2 và D3.Vitamin D có nhiều trong dầu cá, mỡ bò, lòng đỏ trứng Tiền vitamin D cósẵn trong mỡ động vật Thiếu hoặc thừa vitamin D đều ảnh hưởng đến nồng độphospho và canxi trong máu Thiếu vitamin D trẻ em dễ bị bệnh còi xương, ở ngườilớn bị bệnh loãng xương

2.2.3 Vitamin E (Tocopherol)

Vitamin E có nhiều dạng khác nhau là α, β, γ, δ tocopherol Các dạng này đượcphân biệt bởi số lượng và vị trí của các nhóm methyl gắn vào vòng thơm của phân

tử Trong các loại vitamin E, dạng α-tocopherol có hoạt tính cao nhất:

Vitamin E có nhiều ở các loại rau xanh, nhất là xà lách, ngũ cốc, dầu thực vật,gan bò, lòng đỏ trứng, mầm hạt hoà thảo

Vitamin E là chất chống oxi hoá, có tác dụng bảo vệ các chất dễ bị oxi hoá trong

tế bào vitamin E còn có vai trò quan trọng trong sinh sản Nhu cầu vitamin E hàngngày khoảng 20 mg cho một người lớn

2.2.4 Vitamin K

Vitamin K cần cho quá trình sinh tổng hợp các yếu tố làm đông máu(prothrombin), thiếu vitamin K tốc độ đông máu giảm, máu khó đông Có nhiều loạivitamin K

Vitamin K có nhiều trong cỏ linh lăng, bắp cải, rau má, cà chua, đậu, ngũ cốc,lòng đỏ trứng, thịt bò Ở người khỏe mạnh, vi khuẩn dường ruột có khả năng cungcấp khá đủ vitamin K cho cơ thể, chỉ cần bổ sung thêm khoảng 0,2-0,3 mg/ngày

3 HORMON

3.1 Đại cương

Hormon là những chất xúc tác sinh học do tế bào đặc biệt sản xuất, có tác dụngđiều hoà các hoạt động sống trong cơ thể Với một lượng rất thấp, hormon hấp thuthẳng vào máu, tới mô đích để kích thích, hoạt hóa những hoạt động sinh lý, sinh hóađặc hiệu trong cơ thể mà không tham gia trực tiếp vào các phản ứng

Hormon có cả ở thực vật và động vật Ở động vật hormon được sản xuất tại cáctuyến nội tiết và tác động đến các mô khác nơi nó được tạo ra Hormon từ tuyến nộitiết được tiết trực tiếp vào máu và được máu vận chuyển đến các mô chịu tác dụng.Hormon tác động đến tốc độ sinh tổng hợp protein, enzym, ảnh hưởng đến tốc

độ xúc tác của enzym; thay đổi tính thấm của màng tế bào, qua đó điều hoà hoạt độngsống xảy ra trong tế bào

3.2 Các hormon quan trọng

Hormon động vật có nhiều loại với cấu tạo và chức năng rất khác nhau Dựavào cấu tạo hoá học có thể chia thành 3 nhóm:

- Hormon là dẫn xuất của acid amin

- Hormon steroid là dẫn xuất của cholesterol

- Hormon là peptid hay protein

3.2.1.Hormon là dẫn xuất acid amin

- Adrenalin và noradrenalin (tuyến thượng thận) tác dụng kích thích sự phângiải glycogen, làm giảm sự tổng hợp glycogen nên làm tăng glucose trong máu

- Thyroxin (tuyến giáp) tác dụng tăng cường trao đổi chất, giúp cơ thể phát triểnbình thường Thiếu thyroxin gây nên thiểu năng tuyến giáp ( bướu cổ đơn thuần, đầnđộn) Thừa thyroxin gây ưu năng tuyến giáp (Basedow)

- Kích thích phân giải protein, lipid

- Chông viêm, tích nước, muối

3 Mineral corticoid Andosteron Vỏ thượng thận - Tăng hấp thụ Na

Buồng trứng

- Phát triển các đặc điểm giới nữ

- Phát triển niêm mạc tử cung

3.2.3.Hormon là peptid hoặc protein

Đây là nhóm hormon có vai trò quan trọng trong quá trình điều hoà trao đổi chất trong cơ thể, đặc biệt là điều hoà lượng đường trong máu

Bảng 2.2 Một số hormon là peptid:

TT Hormon Nơi tạo ra Vai trò

1 Tyrocalcitonin Tuyến giáp Giảm hàm lượng Ca++ trong máu

2 Oxytoxin (HGF) Tuyến yên Gây co dạ con, kích thích sinh

3 Vasopressin (ADH) Tuyến yên Tăng áp, chống bài tiết

4 Melanotropin (MSH) Tuyến yên Kích thích tăng sắc tố da

5 Somatotropin (STH) Tuyến yên Kích thích tăng trưởng, tăng TĐC

6 Corticotropin (ACTH) Tuyến yên Kích thích tuyến trên thận

7 Thyroid-Stimulating

Hormon (TSH) Tuyến yên Kích thích tuyến giáp

8 Kích nang tố (FSH) Tuyến yên Kích thích tạo estradiol

- Insulin: đ ư ợ c t iết từ tế bào β của t i ể u đảo Langerhans của tuyến tụy Khi

lượng đường trong máu cao, Insulin kích thích các quá trình tổng hợp và kìm hãm cácquá trình phân giải glycogen ở gan, mô mỡ Insulin còn kích thích sự phân giảiglucose, làm giảm lượng đường trong máu, chống lại bệnh đái tháo đường

Insulin có khối lượng phân tử là 5800 Dalton, gồm 2 chuỗi polypeptid liên

kết với nhau bằng 2 liên kết disunfit Chuỗi A có 21 acid amin, chuỗi B có 30 acid amin Tiền chất của insulin là proinsulin và preproinsulin.

- Glucagon: có tác dụng ngược với insulin Khi lượng đường trong máu giảm

quá mức cho phép thì tuyến tuỵ sản sinh ra glucagon có tác dụng làm tăng lượngđường trong máu nhờ kìm hãm quá trình tổng hợp glycogen

Glucagon có khối lượng phân tử 3.500, gồm 29 gốc acid amin tạo thành

Khả năng xúc tác của enzym rất lớn, có thể làm tăng nhanh phản ứng hàng triệu lần với liều lượng rất thấp

CO2 + H2O H2CO3Enzym xúc tác phản ứng là carbonic anhydratase, một phân tử enzym hydrat hóa

105 phân tử CO2 trong 1 giây  tăng tốc độ phản ứng lên 10 triệu lần

Enzym không làm thay đổi hệ số cân bằng mà chỉ làm cho phản ứng mau đạt đến trạng thái cân bằng

Enzym có tính đặc hiệu (chuyên biệt) rất cao, nghĩa là xúc tác những phản ứng nhất định với những cơ chất nhất định

Tinh

bột α- Amylase Maltose, Glucose Maltas e Glucose

4.2 Cách gọi tên và phân loại enzym

4.2.1.Cách gọi tên: 4 cách

a) Tên cơ chất + tiếp vĩ ngữ ase Ví dụ: urease (urê), proteinase (protein),…

b) Tên tác dụng + tiếp vĩ ngữ ase Ví dụ: oxidase (tác dụng oxy hóa),

aminotransferase (trao đổi amin enzym), decarboxylase (khử nhóm CO2),…

c) Tên cơ chất, tác dụng + tiếp vĩ ngữ ase Ví dụ: lactat dehydrogenase (khử

hydro trên cơ chất lactat), …

d) Tên thường gọi : cách gọi tên này không có tiếp vĩ ngữ ase Ví dụ : pepsin,

trypsin, chymotrypsin,…

4.2.2.Phân loại

Dựa vào tính đặc hiệu phản ứng của enzym, người ta chia enzym ra làm 6 lớp.Mỗi lớp chia thành nhiều tổ (dưới lớp), mỗi tổ chia thành nhiều nhóm (siêu lớp)

a) Oxydoreductase: Xúc tác các phản ứng oxi hoá-khử Gồm các dưới lớp:

dehydrogenase…

- Oxidase: Sử dụng oxy là chất nhận e nhưng không tham gia vào thành phần cơ

chất Ví dụ: cytochrom oxidase, xanthin oxidase…

- Reductase: Đưa H và e vào cơ chất Ví dụ: -cetoacyl -ACP reductase

- Catalase : 2H2O2  O2 + 2H2O

- Peroxidase: H2O2 + AH2  A + 2H2O

- Oxygenase (hydroxylase): gắn một nguyên tử oxy vào cơ chất Ví dụ: Cytp-450

xúc tác phản ứng: RH + NADPH + H+ + O2  ROH + NADP+ + H2O

b) Transferase: Xúc tác cho các phản ứng chuyển vị Gồm các dưới lớp:

- Aminotransferase: vận chuyển -NH2 từ acid amin sang acid alpha cetonic Ví

dụ: AST, ALT

- Transcetolase và transaldolase: chuyển đơn vị 2C và 3C

- Các acyl-, metyl-, glucosyl-transferase, phosphorylase

- Các kinase: chuyển gốc phosphat từ ATP vào cơ chất Ví dụ: Hexokinase

- Các thiolase: chuyển CoA –SH vào cơ chất Ví dụ: acyl CoA

- Acetyl transferase

- Các polymerase: DNA polymerase, RNA polymerase

c) Hydrolase: Xúc tác cho các phản ứng thủy phân Gồm các dưới lớp:

- Các esterase: thủy phân liên kết este Ví dụ: triacylglycerol lipase.

- Các glucosidase: thủy phân liên kết glycosid

- Các protease: thủy phân liên kết peptid

- Các phosphatase: thủy phân liên kết este phosphat

- Các phospholipase: thủy phân liên kết este phosphat trong phân tử phospholipid

- Các amidase: thủy phân liên kết N-osid Ví dụ: nucleoside

- Các desaminase: thủy phân liên kết C-N, tách nhóm amin ra khỏi cơ chất Ví

dụ: adenosin deaminase

- Các nuclease: thủy phân liên kết este phosphat trong DNA hay RNA

d) Lyase: Xúc tác các phản ưng phân cắt không cần nước Gồm các dưới lớp:

- Các decarboxylase: tách CO2 khỏi cơ chất Ví dụ: glutamat decarboxylase

- Các aldolase: tách 1 phân tử aldehyd từ cơ chất.

- Các lyase: VD arginosuccinase.

- Các hydratase: gắn 1 phân tử nước vào cơ chất.VD: fumarase.

- Các dehydratase: tách 1 phân tử nước từ cơ chất VD: -hydroxyacyl-ACP

dehydratase

- Các synthase: gắn 2 phân tử mà không cần có sự tham gia của ATP Ví dụ:

ATP synthase, glycogen synthase, citrat synthase…

e) Isomerase: Xúc tác cho các phản ứng đồng phân hoá Gồm các dưới lớp:

- Các racemase: chuyển dạng đồng phân D và L.

- Các epimerase: chuyển đồng phân epime Ví dụ: ribose-5 phosphat epimerase.

- Các isomerase: chuyển đồng phân nhóm chức aldehyd và ceton.

- Các mutase: chuyển nhóm hóa học giữa các nguyên tử trong 1 phân tử.

f) Ligase (synthetase): Xúc tác cho các phản ứng tổng hợp có sử dụng liên kết

giàu năng lượng của ATP v.v… Gồm các dưới lớp:

- Synthetase.

- Carboxylase: Ví dụ: pyruvat carboxylase.

- Ligase: ví dụ DNA ligas.

4.3 Bản chất hóa học của enzym

Trừ một nhóm nhỏ ARN có tính xúc tác, tất cả enzym đều là protein Tính chất xúc tác phụ thuộc vào cấu tạo của protein Enzym có trọng lượng phân tử khoảng12.000 đến hơn 1000.000 Dalton Enzym bị biến tính hay phân tách thành những tiểuđơn vị thì hoạt tính xúc tác thường mất đi, tương tự protein, enzym bị phân cắt thànhnhững acid amin Theo điều kiện hoạt động, người ta chia enzym thành 2 loại:

a) Enzym không cần cộng tố: là các enzym có bản chất protein thuần, gồm các

enzym thủy phân: pepsin, trypsin, cathepin

b) Enzym cần cộng tố (cofactor): là các enzym protein tạp gồm 2 phần Protein

thuần + cộng tố (cofactor) = Holoenzym.

Cộng tố: kim loại (Cu2+, Fe2+/Fe3+, Mn2+, Zn2+, ), chất hữu cơ (coenzym), kimloại và chất hữu cơ Coenzym là phân tử hữu cơ tương đối nhỏ, có thể thẩm tích được,chịu được nhiệt Trực tiếp tham gia vận chuyển điện tử, hydro, các nhóm hóa học, Cácvitamin tan trong nước thường tham gia cấu tạo và hoạt động của coenzym

Bảng 2.3 Một số coenzym và chức năng vận chuyển nhóm tương ứng

Coenzym Vận chuyển

5’- Deoxyadenosylcobalamin

(coenzym B12) Nguyên tử H và nhóm alkyl

Flavin adenin dinucleotid Điện tử

Nicotinamid adenin dinucleotid Ion Hydrid (:H-)

4.4 Sự phân bố enzym

4.4.1.Trong tế bào

- Lysosom: AND-ase, ARN-ase, cathepsin, -glycuronidase, uricase …

- Ty thể: các enzym của chu trình Krebs, enzym oxy hóa acid béo, chuyển amin,

khử amin…

- Nhân: aldolase, enolase, ATP-ase, photphoglyceraldehyd dehydrogenase,

photphatase,…

4.4.2.Trong các tổ chức cơ quan

- Enzym phân hủy glucose: aldolase, photphohexo isomerase có trong xương, gan, niêm mạc, ruột, thận, nhau thai

- GOT có ở gan, tim, cơ vân; creatin kinase có trong cơ vân, cơ tim, não

- Photphatase chỉ có ở tiền liệt tuyến

Có sự liên quan mật thiết, xem xét mức độ đặc hiệu của enzym trong lâm sàng

Qua thực tế xét nghiệm thấy rằng:

- GOT: ở gan > Tim >> Cơ

- GPT, SDH: ở gan >> Tim, cơ

- CPK: ở gan << Tim << cơ

- LDH: ở gan > Tim < cơ

4.4.3.Enzym ở huyết tương

a) Enzym chức năng huyết tương:

Loại này được tạo ra ở gan, có nồng độ ở máu tương đương hay cao hơn các tổchức, gồm các enzym và tiền enzym như lipoprotein, cholinesterase giả, ceruloptamin,tiền enzym đông máu và tan cục máu

b) Enzym không có chức năng huyết tương:

Hoạt độ của các enzym này ở huyết tương rất thấp, gồm các enzym từ các tuyến tiết ra (amylase từ nước bọt, tuyến tụy; lipase, photphatase acid từ tuyến tiền liệt,…).Các enzym nội bào bình thường không có ở huyết tương mà gắn chặt với các thành phần dưới tế bào

4.4.4. Enzym ở nước tiểu

Thường có trọng lượng phân tử thấp, qua được thận, chủ yếu có nguồn gốc từ thận được tách ra trong quá trình thay thế tế bào.

Enzym trong nước tiểu còn có thể có nguồn gốc từ hồng cầu, bạch cầu, các tế bàobiểu mô, chất bài tiết của các tuyến và vi khuẩn luôn đào thải ra đường tiểu

4.5 Liên quan enzym và một số bệnh lý

4.5.1.Tăng tổng hợp enzym

- Photphatase acid tăng khi carcinoma tiền liệt tuyến

- Cholinesterase tăng khi thận hư

- CPK, aldolase tăng khi loạn dưỡng cơ tiến triển

- GPT, OCT tăng trong viêm gan

- Amylase, Lipase tăng trong viêm tụy

- CPK, LDH tăng trong nhồi máu cơ tim

- CPK tăng trong viêm đa cơ

- Amylase, lipase tăng bài tiết tụy cản trở

- Photphatase kiềm tăng khi tắc đường dẫn mật

4.5.2.Giảm tổng hợp enzym

- Do khiếm khuyết về chuyển hóa

- Do bệnh lý về enzym

- Tổn thương nặng cơ quan

- Viêm xơ teo, ung thư dạ dày  giảm uropepsinogen, pepsin

- Thận hư  tăng đào thải ceruloplasmin ra nước tiểu

4.6 Ứng dụng enzym trong y học

Enzym có một vị trí quan trọng trong y học Đặc biệt là các phương pháp địnhlượng và định tính enzym trong hóa học lâm sàng và phòng thí nghiệm chẩn đoán Do

đó, hiện nay trong y học đã xuất hiện lãnh vực mới gọi là chẩn đoán enzym, nhằm:

- Phân tích xác định nồng độ cơ chất như glucose, ure, cholesterol…với sự hổ trợcủa enzym

- Xác định hoạt tính xúc tác của enzym trong mẫu sinh vật

- Xác định nồng độ cơ chất với sự hổ trợ của thuốc thử enzym đánh dấu

Dùng enzym để định lượng các chất, phục vụ công việc xét nghiệm chẩn đoánbệnh, ví dụ: kiểm tra glucose nước tiểu, urease để định lượng ure…

Dùng enzym làm thuốc ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vếtthương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thànhphần của các loại thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm…

Trong y học các protease cũng được dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng đểnuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc… Ngoài ra người ta còndùng enzym protease để cô đặc và tinh chế các huyết thanh kháng độc để chữa bệnh.Amylase được sử dụng phối hợp với coenzym A, cytocrom C, ATP, carboxylase

để chế thuốc điều trị tim mạch, bệnh thần kinh, phối hợp với enzym thủy phân để chữabệnh thiếu enzym tiêu hóa

Bảng 2.4 Một số enzym sử dụng trong điều trị

TÊN ENZYM NGUỒN GỐC ĐIỀU TRỊ

Urate oxidase tái tổ hợp Saccaromyces cereviciae Cao uric máu

Urate oxidase tái tổ hợp Saccaromyces cereviciae Cao uric máu

của đĩa đệm cột sống

bị lệch

dày, loét DD

bệnh fibrin

lactoseUrokinase Nước tiểu người hay tế bào

thận người

Nhồi máu cơ tim cấp

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Vai trò chủ yếu của vitamin B6:

A Tham gia vào cơ chế nhìn của mắt

B Chống bệnh pellagra

C Tham gia vào quá trình đông máu

D Là coenzym của những enzym xúc tác cho phản ứng trao đổi amin và decarboxyl củamột số acid amin

2 Vitamin tham gia cấu tạo coenzym A là :

A.Vitamin E B Vitamin B5 C VitaminA D.VitaminB

3 Vitamin D cần thiết cho:

A Quá trình chuyển hóa Ca2+và phosphor

B Chuyển prothrombin thành thrombin

C Qúa trình tạo máu

D Chống thiếu máu

4 Trong lipid có thể chưá các vitamin sau :

A Vitamin C , Vítamin A B Vitamin B1, B2

C Vitamin PP, B6, B12 D Vitamin A , D, E, K

5 Oxidoreductase là những enzym xúc tác cho các phản ứng:

6 Lyase là những enzym xúc tác cho phản ứng:

7 Enzym Lipase thuộc loại:

8 Trong viêm gan siêu vi cấp tính:

A GOT tăng, GPT tăng, GOT tăng chủ yếu hơn GPT

B GOT tăng, GPT tăng, GPT tăng chủ yếu hơn GOT

C GOT, GPT tăng như nhau

D Amylase máu tăng

9 Multienzym là:

A Tổng hợp nhiều enzym

B Các dạng phân tử khác nhau của enzym

C Nhiều enzym xúc tác cho nhiều phản ứng

D Nhiều enzym khác nhau cùng xúc tác cho 1 quá trình chuyển hoá

10 Định nghĩa về đơn vị enzym (U/l) là:

A Số lượng enzym xúc tác sự biến đổi 1 mol cơ chất trong 1 phút trong nhữngđiều kiện xác định

B Số lượng cơ chất bị biến đổi bởi 1 mol enzym trong 1 phút trong những điềukiện xác định

C Số lượng phức hợp enzym - cơ chất hình thành trong 1 đơn vị thời gian

D Số lượng enzym xúc tác sự biến đổi 1 micromol cơ chất trong 1 phút trongnhững điều kiện xác định

Mục tiêu

1 Giải thích được bản chất của sự hô hấp tế bào

2 Kể được các liên kết phosphat giàu năng lượng quan trọng trong cơ thể sống

3 Trình bài được các giai đoạn của chu trình Krebs

4 Tính được năng lượng giải phóng của sự hô hấp tế bào, chu trình Krebs

5 Nêu được ý nghĩa của sự hô hấp tế bào, sự phosphoryl hóa và chu trình Krebs

Chương 3: CHUYỂN HÓA CHUNG CỦA CÁC CHẤT

1 CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN

1.1 Khái niệm

Để tồn tại và phát triển, cơ thể sống hấp thụ các chất khác nhau từ môi trườngngoài, làm biến đổi các chất đó và một mặt tạo nên các yếu tố cấu tạo của bản thân cơthể sống, mặt khác thải vào môi trường ngoài các sản phẩm phân giải của chính cơ thểcũng như các sản phẩm hình thành trong quá trình sống của cơ thể Quá trình đó thựchiện được là do các biến đổi hóa học liên tục xảy ra trong cơ thể Người ta gọi toàn bộcác biến đổi hóa học đó là sự trao đổi chất

Sự trao đổi chất bao gồm nhiều khâu chuyển hóa trung gian, diễn ra phức tạptrong từng mô, tế bào Gồm 2 quá trình cơ bản: đồng hóa (tổng hợp) và dị hóa (phângiải) tạo nên chu kỳ trao đổi chất liên tục

Quá trình đồng hóa là sự hấp thụ các chất mới từ môi trường bên ngoài, biến đổichúng thành sinh chất của cơ thể; biến đổi các chất đơn giản thành chất phức tạp hơn,

sự tích lũy năng lượng cao hơn

Ngược lại, dị hóa là sự biến đổi các chất phức tạp thành các chất đơn giản và giảiphóng năng lượng cần thiết cho hoạt động sống

Trong quá trình dị hóa, xảy ra nhiều loại phản ứng hóa học như: oxy hóa-khử,thủy phân, chuyển nhóm, tách nhóm, … Trong đó, oxy hóa-khử sinh học đóng vai tròquan trọng nhất trong sự giải phóng năng lượng, một phần được tỏa ra dưới dạng nhiệt(khoảng 50%), phần còn lại được tích trữ dưới dạng ATP (khoảng 50%)

Hai quá trình đồng hóa và dị hóa xảy ra liên tục liên quan với nhau và không táchrời nhau Quá trình đồng hóa là quá trình đòi hỏi năng lượng cho nên đồng thời phảixảy ra quá trình dị hóa để cung cấp năng lượng cho quá trình đồng hóa

1.2 Đặc điểm của quá trình trao đổi chất

Trao đổi chất và trao đổi năng lượng là bản chất của hoạt động sống ở mọi sinhvật Song song với sự trao đổi chất bao giờ cũng có kèm theo quá trình trao đổi nănglượng

RTC ox

E =E o +ln nτCC kh

Quá trình chuyển hóa trong cơ thể sống mang tính thống nhất và riêng biệt Nhìnchung các con đường chuyển hóa lớn trong mọi cơ thể động vật, thực vật, đơn bào, đabào đều theo những giai đoạn tương tự nhau Tuy nhiên, đi sâu vào từng mô, cơ quan,

cá thể từng loài thì lại có những nét riêng biệt

Các phản ứng hóa học trong cơ thể xảy ra liên tục trong điều kiện pH trung tính,nhiệt độ 37oC và enzym xúc tác

Ở động vật, các quá trình chuyển hóa được điều khiển bởi hệ thống thần kinh

1.3 Ý nghĩa của việc nghiên cứu quá trình trao đổi chất đối với Y - Dược học

Nắm được quy luật chuyển hóa của vật chất, điều khiển theo hướng có lợi chocon người

Hiểu được nguyên nhân bệnh do rối loạn chuyển hóa, chẩn đoán bệnh sớm, chínhxác

Giải thích được các tác dụng dược lý của thuốc, giúp cho công tác nghiên cứuthuốc mới hoàn thiện

2 CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

- Sự oxy hóa là sự tách một hay nhiều điện tử hoặc hydro

- Sự khử là sự thu điện tử hoặc hydro

Trong phản ứng oxy hóa-khử, sự oxy hóa và sự khử các chất diễn ra song song vìđiện tử được truyền từ chất bị oxy hóa sang chất bị khử

Phản ứng oxy hóa-khử thực chất gồm hai phản ứng ngược nhau nhưng luôn điđôi với nhau Bao giờ cũng có chất oxy hóa và chất khử, tập hợp nhau thành cặp hay

hệ thống oxy hóa-khử

2.1.2 Thế năng oxy hóa-khử (E)

Tùy theo nhiệt độ các thành phần oxy hóa và khử mà một cặp oxy hóa-khử có xuhướng nhận e- nhiều hay ít, xu hướng này tạo cho dung dịch một thế năng gọi là thếnăng oxy hóa-khử, được tính theo công thức Nernst:

R – H + HO – PO3H2

Phosphorylase(kinase) R – PO3H2 + H2O

R – PO3H2 + H2O Phosphatase R – H + H3PO4

P

P

Với: E: Thế năng oxy hóa-khử Eo: Thế năng oxy hóa-khử chuẩn

R: Hằng số lý tưởng T: Nhiệt độ tuyệt đốiτ: Trị số Faraday (96,500 Coulomb hay 23,07 Kcal.vol-1.mol-1)n: Số điện tử trao đổi

Cox: Nồng độ chất dạng oxy hóa trong dung dịch

Ckh: Nồng độ chất dạng khử trong dung dịchThế năng oxy hóa-khử biểu hiện sự cho và nhận e- của hệ thống: hệ thống có Ethấp, nồng độ chất khử lớn thì xu hương phóng e- cao nghĩa là hệ thống có E thấp dễcho e- và hệ thống có E cao dễ nhận e- Hydro hay e- sẽ di chuyển từ hệ thống có thếnăng thấp đến hệ thống có thế năng cao

2.2 Phosphoryl hóa và khử phosphoryl hóa

2.2.1 Định nghĩa

Sự phosphoryl hóa là sự gắn kết acid phosphoric (gốc phosphat) vào một phân tửchất hữu cơ (R–H) dưới xúc tác của enzym phosphorylase Phản ứng cần cung cấpnăng lượng để tích trữ trong những liên kết phosphat

Sự khử phosphoryl là sự cắt đứt liên kết phosphat nhờ enzym phosphatase, giải phóng năng lượng (bằng năng lượng đã tạo thành liên kết phosphat)

Phosphoryl hóa là một trong những phản ứng quan trọng bậc nhất trong chuyểnhóa các chất, đóng vai trò chủ yếu trong việc tích trữ và vận chuyển năng lượng

2.2.2 Các loại liên kết phosphat

Căn cứ vào năng lượng tự do được giải phóng từ quá trình thủy phân cắt đứt cácliên kết phosphat, các liên kết phosphat được chia làm hai loại: liên kết phosphatnghèo năng lượng và liên kết phosphat giàu năng lượng

)Liên kết phosphat nghèo năng lượng, ký hiệu: 

Khi thủy phân cắt đứt liên kết này chỉ có từ 1000 - 5000 calo được giải phóng.Trong các liên kết phosphat chỉ có este phosphat là nghèo năng lượng

)Liên kết phosphat giàu năng lượng, ký hiệu: 

Khi thủy phân cắt đứt liên kết này, năng lượng giải phóng lớn hơn 7000 calo.Một số liên kết phosphat giàu năng lượng:

- Liên kết pyrophosphat (Anhydrid phosphat): Adenin-Ribose-P~P~P (ATP)

- Liên kết acylphosphat: R-COO~P (tạo thành do gốc acid của chất hữu cơ kết hợp với gốc acid phosphoric).

- Liên kết enol phosphat: liên kết này được tạo thành do gốc acid phosphoric kết hợp với nhóm chức của của chất hữu cơ

- Liên kết Amit phosphat: do gốc acid phosphoric kết hợp với nhóm amin của chất hữu cơ: R-NH~P

Chất liên kết phosphat quan trọng nhất của cơ thể là ATP ATP có một liên kếteste phosphat nghèo năng lượng và hai liên kết pyrophosphat giàu năng lượng

Ngoài các liên kết phosphat giàu năng lượng còn các liên kết giàu năng lượngkhác như liên kết thioste, trong acetyl coenzym A (CH3-CO ~S CoA)

3 SỰ HÔ HẤP TẾ BÀO

Hô hấp tế bào là quá trình đốt cháy các chất hữu cơ trong cơ thể (quá trình oxyhóa-khử tế bào hay quá trình oxy hóa sinh học) cho sản cuối cùng là CO2 và H2O.Trong đó, sự kết hợp hydro và oxy tạo thành nước được gọi là sự hô hấp tế bào

3.1 Bản chất của sự hô hấp tế bào

Ngoài cơ thể, oxy không khí trực tiếp tác dụng với carbon và hydro của các chấthữu cớ để tạo thành CO2 và H2O Phản ứng xảy ra rất nhanh và mạnh, năng lượngđược giải phóng ngay, tỏa nhiệt mạnh và có thể có ngọn lửa

C6 H 12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 688 kcalTrong cơ thể, oxy không trực tiếp tác dụng với carbon và hydro của các chất hữu

cơ Các phản ứng xảy ra qua từng bước, năng lượng được giải phóng dần và được tíchtrữ lại, nhiệt độ không tăng cao và không có ngọn lửa

CO2 được tạo thành do sự khử nhóm carboxyl của các phân tử hữu cơ dưới tácdụng của enzym decarboxylase, phản ứng này không giải phóng nhiều năng lượng

R-COOH  R-H + CO2

H2O được tạo qua một dây chuyền phản ứng gồm các quá trình tách dần hydro rakhỏi cơ chất và vận chuyển qua một chuỗi dài các chất trung gian, cuối cùng tới oxy.Trong quá trình này, hydro và oxy phân tử đều được hoạt hóa thành dạng ion H+ và O2-

dễ dàng kết hợp với nhau tạo thành H2O và giải phóng nhiều năng lượng

Tóm lại, bản chất của sự HHTB là quá trình vận chuyển hydro từ cơ chất tới oxy

tạo thành nước, là quá trình vận chuyển điện tử và giải phóng năng lượng cho cơ thể

3.2 Cơ chế của sự hô hấp tế bào

Có thể chia chuỗi hô hấp tế bào ra làm 5 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Chuyển hydro từ cơ chất (AH2) sang NAD+ (Nicotinamid AdeninDinucleotid) nhờ enzym dehydrogenase có coenzym NAD+:

AH2 + NAD+  A + NADHH+ (phần lớn chuyển cho chuỗi HHTB)

- Giai đoạn 2: NADHH+ chuyển hydro cho FAD (Flavin Adenin DinucleotidFMN) hoặc FMN (Flavin Mononucleotid) nhờ enzym dehydrogenase có coenzymFAD

NADHH+ + FAD  NAD+ + FADH2

Có trường hợp FAD (FMN) nhận hydro trực tiếp từ cơ chất mà không qua NAD+

- Giai đoạn 3: FADH2 chuyển hydro cho coenzym

Q FADH2 + CoQ  FAD + CoQH2

- Giai đoạn 4: CoQH2 nhả hydro và chuyền điện tử đến hệ thống cytocrom (cyt),

từ cyt b  cyt c1  cyt c  cyt a  cyt a3 (cyt a3 còn gọi là cytocrom oxydase hayenzym hô hấp warburg)

CoQH2 + 2cyt b Fe3+  CoQ + 2cyt b Fe2+ + 2H+

2cyt b Fe2+ + 2cyt c1 Fe3+  2cyt b Fe3+ + 2cyt

c1 Fe2+ 2cyt c1 Fe2+ + 2cyt c Fe3+  2cyt

c1 Fe3+ + 2cyt c Fe2+ 2cyt c Fe2+ + 2cyt a Fe3+ 

2cyt c Fe3+ + 2cyt a Fe2+ 2cyt a Fe2+ + 2cyt a3 Cu2+  2cyt a Fe3+ + 2cyt a3 Cu+

- Giai đoạn 5: Cyt a3 chuyển điện tử cho oxy phân tử tạo thành ion O2-, O2- gắnvới 2H+ từ CoQH2 tách ra tạo thành phân tử nước:

2 cyt a3 Cu+ + ½ O2  2 cyt a3 Cu++ +

O2- 2 H+ + O2-  H2OThông thường sản phẩm cuối cùng của chuỗi HHTB là H2O, tuy nhiên cũng cótrường hợp xảy ra phản ứng sau:

2 cyt a3 Cu+ + ½ O2  2 cyt a3 Cu++ +

2O- 2 H+ + 2O-  H2O2

H2O2 là một chất độc đối với tế bào, sau khi được hình thành, chất này sẽ bị thủyphân ngay nhờ enzym catalase: H2O2  H2O + ½ O2

Toàn bộ chuỗi hô hấp tế bào từ cơ chất dạng khử AH2 tới oxygen phân tử qua

AD, flavoprotein, coenzym Q, hệ thống cytochrome được trình bày ở hình 3.1

Như vậy, quá trình vận chuyển hydrogen đến oxygen tạo ra H2O, thực chất làmột quá trình trao đổi electron (cho và nhận) một cách liên tục Bản chất của nó là mộtquá trình oxy hóa khử Vì vậy, người ta gọi hô hấp tế bào là oxy hóa-khử sinh học.Quá trình trên được gọi là chuỗi trung bình, trong một số trường hợp, chuỗi HHTB cóthể kéo dài hay rút ngắn hơn phụ thuộc vào thế năng oxy hóa-khử của cơ chất

- Khi oxy hóa pyruvat hoặc α-cetoglutarat, hydro tách ra được gắn vàolipothitamin pyrophosphat (LTPP) rồi mới chuyển tới NAD+, gọi là chuỗi dài:

Cơ chất  LTPP  NAD +  FAD  Cytocrom  Oxy

Hình 3.1 Sơ đồ chuỗi hô hấp tế bào

- Khi oxy hóa acid béo, hydro từ cơ chất được chuyển thẳng tới FAD Chuỗi HHTB này được gọi là chuỗi ngắn

Cơ chất  FAD  Cytocrom  Oxy

Hình 3.2 Sơ đồ chu trình Krebs

4 CHU TRÌNH KREBS (Chu trình acid citric, chu trình acid tricarboxylic)

Các chất glucid, lipid, protid đều bị thoái hóa trong tế bào đến một sản phẩmchung là gốc acetyl coenzym A (acetyl CoA: CH3-CO ~ ScoA), chất này tiếp tục đượcoxy hóa đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Quá trình này được thực hiện ở điềukiện hiếu khí trong ty thể, được gọi là chu trình Krebs

4.1 Các giai đoạn của chu trình Krebs

Người ta có thể chia chu trình Krebs thành 8 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: ngưng tụ acetyl CoA với oxaloacetat (OOA) tạo thành citrat

- Giai đoạn 2: đồng phân hóa citrat thành isocitrat, qua trung gian là cis-aconitat

và được xúc tác bởi enzym aconitase

- Giai đoạn 3: oxy hóa-khử carboxyl isocitrat thành α-ketoglutarat, qua chất

trung gian oxalosuccinat và enzym isocitrat dehydrogenase có coenzym NAD+

- Giai đoạn 4:

- Giai đoạn 5: tạo succinat từ succinyl CoA, succinat thiokinase (succinyl-CoA

synthetase) xúc tác và cần một acid phosphoric Năng lượng giải phóng dưới dạngGTP, sau đó chuyển thành ATP

- Giai đoạn 6: oxy hóa succinat thành fumarat, với enzym succinat

dehydrogenase có coenzym FAD xúc tác

- Giai đoạn 7: hydrat hóa fumarat thành malat, fumarase xúc tác.

- Giai đoạn 8: oxy hóa malat thành oxaloacetat, enzym malat dehydrogenase có

coenzym NAD+ xúc tác Phản ứng đóng vòng chu trình Krebs và phân tử tiếp tục trởlại ngưng tụ với một phân tử acetyl CoA mới

4.2 Năng lượng giải phóng của chu trình Krebs

Kết quả của chu trình là sự oxy hóa hoàn toàn gốc acetyl, trong đó có hai phảnứng khử carboxyl loại carbon dưới dạng CO2 và bốn phản ứng oxy hóa cung cấp 4 cặphydro để chuyển đến oxy trong chuổi HHTB tạo thành H2O và năng lượng

Năng lượng đươc tích trữ trong chu trình Krebs bao gồm:

- Giai đoạn 3 giải phóng 1 NADHH+ vào chuỗi HHTB được 3 ATP

- Giai đoạn 4 giải phóng 1 NADHH+ vào chuỗi HHTB được 3 ATP

- Giai đoạn 6 giải phóng 1 FADH2 vào chuỗi HHTB được 3 ATP

- Giai đoạn 8 giải phóng 1 NADHH+ vào chuỗi HHTB được 3 ATP

4.3 Ý nghĩa của chu trình Krebs

Chu trình Krebs cung cấp nhiều cơ chất cho hydro, các chất này được chuyển đếnchuỗi HHTB để tạo năng lượng Năng lượng tạo thành của chu trình, một phần tỏa radưới dạng nhiệt, một phần tích trữ lại dưới dạng ATP cho cơ thể sử dụng trong các quátrình tổng hợp và sinh học khác trong cơ thể

Ngoài ra, chu trình Krebs còn là nơi cung cấp các sản phẩm trung gian cần thiếtnhư oxaloacetat, α-cetoglutarat, succinyl CoA, fumarat, … dùng cho các phản ứngtổng hợp, chuyển hóa như: tổng hợp glucid, acid amin, hemoglobin, …

Chu trình Krebs là vị trí nối liền với các quá trình chuyển hóa khác của cơ thểnên chu trình trở thành vị trí trung tâm điều hòa chuyển hóa các chất

Chu trình Krebs có mối liên quan với HHTB và phosphoryl hóa: Chu trình Krebscung cấp cơ chất cho hydro cho chuỗi HHTB, trong chuỗi HHTB chúng bị oxy hóa đểtạo năng lượng, năng lượng này được phosphoryl hóa để tích trữ dưới dạng ATP

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Bản chất của sự HHTB là:

A.Sự đốt cháy các chất hữu cơ

B.Sự oxy hóa khử tế bào

C.Sự đốt cháy các chất hữu cơ trong cơ thể

D.Sự kết hợp hydro và oxy để tạo thành nước

2 Sản phẩm cuối cùng của chuổi HHTB thường là:

A. H2O B CO2 và H2O C H2O2 D H2O và O2

3 Sự phosphoryl oxy hóa là :

A Sự gắn oxy vào acid phosphoric

B Sự gắn acid phosphoric vào ADP

C Đi kèm theo phản ứng oxy hoá khử

A Quá trình biến đổi G, L, P thức ăn thành acid amin, acid béo, monosaccarid

B Quá trình tổng hợp nên các chất G, L, P đặc hiệu cho cơ thể từ các chất khác

C Quá trình tổng hợp thành một sản phẩm đồng nhất từ các chất khác

D Câu A và B

8 Quá trình dị hóa là:

A Quá trinh giải phóng năng lượng

B Quá trình thoái hóa các chất G, L, P thành các sản phẩm trung gian, các chất này được đào thải ra ngoài

C Quá trình thoái hóa các chất G, L, P thành các sản phẩm trung gian, dẫn đến các chất cặn bả rồi đào thải ra ngoài

D Câu A và B

Chương 4 HÓA HỌC VÀ CHUYỂN HÓA GLUCID

Glucid là thành phần quan trọng trong mọi sinh vật Trong cơ thể, glucid vừa cóvai trò cấu tạo vừa có vai trò chuyển hóa năng lượng Nó có thể được tổng hợp từ mộtlượng nhỏ lipid và protein, song phần lớn dược cung cấp từ thực vật

1.3 Phân loại

1.3.1 Monosaccarid: (ose, đường đơn) là đơn vị cấu tạo của glucid không bị thủy

phân thành những chất đơn giản hơn, là chất có chứa nhiều nhóm rượu và một nhómkhử oxy (aldehyd hay ceton)

1.3.2 Oligosaccarid: gồm 2-10 ose nối nhau bằng các liên kết glycosid Tùy theo số

monosaccarid mà gọi tên khác nhau Đơn giản và quan trọng nhất là các disaccarid

a) Disaccarid: saccarose (đường mía), lactose (đường sữa), maltose.

b) Trisaccarid: maltosetriose, rafinose.

c) Oligosaccarid trong glycoprotein có thể chứa tới 14 monosaccarid.

1.3.3 Polysaccarid: là những glucid khi thủy phân cho ra nhiều đơn vị monosaccarid.

Tùy vào bản chất các thành phần tạo ra khi thủy phân mà có các tên gọi khác nhau

Mục tiêu

1 Trình bày được định nghĩa, phân loại và vai trò của glucid

2 Nếu được cấu tạo và tính chất của các mono- và ligo-saccharid

3 Trình bày được quá trình tiêu hóa và hấp thu glucid

4 Trình bày được quá trình thoái hóa glucid ở tế bào và mô

5 Trình bày được quá trình sinh tổng hợp glycogen

6 Nêu được những nguyên nhân gây rối loạn chuyển hóa

2 MONOSACCARID

2.1 Cấu tạo và danh pháp

Bảng 4.1: Tên gọi của một số monosaccarid

Số C Tên gọi theo số C CTPT Aldose Cetose

4 Tetrose C4H8O4 Aldo-tetrose Ceto-tetrose

RiboseAldo-penose

RibuloseCeto-penose

GlucoseAldo-hexose

FructoseCeto-hexoseTùy theo số C trong mạch hydrocarbon mà có thể gọi tên các đường đơn là:triose, tetrose, pentose, hexose Cũng có thể chia saccharid thành 2 phân nhóm là

aldose và cetose dựa vào nhóm chức aldehyd hay ceton trong phân tử.

2.2 Tính chất của monosaccarid

Các monosaccarid là những chất không màu, không mùi tan trong nước, khôngtan trong dung môi hữu cơ, tạo tinh thể khi cô đặc và có vị ngọt; có tính hoạt quang(trừ biose vì không có C*- carbon bất đối xứng)

2.2.1 Tính chất do nhóm aldehyd, ceton

a) Phản ứng với các chất oxy hoá

- Chất oxy hoá nhẹ như nước brom: Đường aldose sẽ thành acid aldonic, với cetose phản ứng không xảy ra

- Chất oxy hoá mạnh như HNO3 đậm đặc có sự oxy hoá xảy ra ở cả chức rượu bậc một và chức aldehyd, đều chuyển thành acid

- Nếu bảo vệ nhóm -OH glucoside bằng cách methyl hóa hay acetyl hoá trước khioxy hoá bằng nước brom, sản phẩm tạo thành là acid uronic

- Tác nhân oxy hóa là Cu++: Trong môi trường kiềm nóng, các saccarid ở dạngendiol không bền để khử nhanh các ion kim loại nặng (Cu++, Mg++…) có hoá trị caothành ion có hóa trị thấp hay các ion kim loại thành kim loại, làm đứt các nối đôi tạohỗn hợp đường, acid

b) Phản ứng với chất khử

- Tạo polyalcohol: Khi bị khử: monose sẽ biến thành polyalcohol

- Tạo ozazon: Tác dụng với amin, các ozazon thường là các chất tinh thể, vì vậy

có thể dựa vào dạng tinh thể tạo thành để nhận ra loại monosaccarid tương ứng

2.2.2 Tính chất của nhóm -OH

Các gốc rượu của monose có khả năng kết hợp với acid vô cơ và hữu cơ như:

CH3COOH, H2SO4, H3PO4 … để tạo thành este Các este phosphat quan trọng thườnggặp trong chuyển hóa: glucose-6-phosphat, fructose-6-phosphat, ribose-5-phosphat…

2.2.3 Tính chất do nhóm -OH bán acetal, tạo thành liên kết glycosid

Tương ứng với các dạng vòng α, β của monosaccarid có thể thu được các dạngliên kết α-, β-glycosid Sự tạo thành các có thể xảy ra giữa các monosaccarid với nhau

để tạo thành oligo- và polysaccarid

2.2.4 Các monosaccarid quan trọng

Bảng 4.2: Các pentose có vai trò sinh lý quan trọng

Đường Nguồn Tầm quan trọng/ hóa sinh Dấu hiệu lâm

sàng

D – Ribose Acid nucleic

Chất trung gian trong quá trìnhthoái hóa glucose Tham gia vào cấu tạo acid nucleic và coenzym

D – Ribulose Trong chuyển hóa Thoái hóa glucose

D – Xylose Gum gỗ, proteoglycan

và glycoamino-glycan Thành phần của glycoprotein

D – Xylusoe Chất trung gian trong con đường thoái hóa acid uronic

trong nước tiểucủa người pentose niệuBảng 4.3: Các hexose có vai trò sinh lý quan trọng

Đường Nguồn Tầm quan trọng Dấu hiệu lâm sàng

D – Glucose

Dịch thủy phân tinhbột, đường mía,maltose và lactose

Đường vận chuyển qua máu và là dạng sử dụngchính của các tổ chức

Có trong nước tiểu người bệnh đái tháo đường kèmtăng glucose/ máu

D – Fructose

Các dịch, mật ong,thủy phân đườngmía và inulin

Có thể biến đổi thành glucose ở gan và ruột

Không dung nạp fructosebẩm sinh  tích lũyfructose  hạ đường máu

D – Galactose Thủy phân lactose

Chuyển hóa thànhglucose ở gan và đượctổng hợp ở tuyến vú tạolactose, thành phầnchính của glycolipid,glycoprotein

Không có khả năngchuyển hóa gây galactosehuyết và bệnh đục thủytinh thể

D - Mannose Thủy phân mốt số

gum và nhựa cây

thành phần của nhiều glycoprotein

3 OLIGOSACCARID

Do các monose liên kết nhau bằng liên kết glycosid, tạo thành giữa -OH glucosidcủa ose này với -OH glucosid của ose kia, hay giữa nhóm -OH glucosid của ose nàyvới

-OH không phải glucosid của ose kia Disaccarid chỉ có tính khử khi ít nhất một trong

2 nhóm -OH glucosid ở trạng thái tự do

- Disaccarid khử tiêu biểu như maltose, lactose, trong thành phần phân tử còn chứa nhóm -OH glucosid

- Disaccarid không khử tiêu biểu như saccarose, trong thành phần phân tử không chứa nhóm -OH glucosid

Các disaccarid có vai trò sinh lý quan trọng:

3.1 Maltose

Do 2 phân tử α-D-glucose liên kết với nhau ở vị trí C1-C4, nhóm -OH glucosid ởC1 của phân tử này kết hợp với nhóm -OH rượu của phân tử kia ở C4

Maltose it gặp ở trạng thái tự do, thường thu nhận bằng cách thủy phân tinh bột,

có nhiều trong mầm lúa và mạch nha (maltum) nên gọi nó là maltose

3.2 Lactose (đường sữa)

Do một phần tử β-D-galactose và một phân tử β D-glucose kết hợp với nhau nhờnhóm ở vị trí C1-C4 Lactose có trong sữa người và động vật nên còn gọi là đường sữa

3.3 Saccarose

Do một phần tử αDglucose liên kết với một phân tử βDfructose qua 2 nhóm

-OH glucosid ở vị trí C1-C2, do đó nó không có tính khử Saccharose còn gọi là đườngmía, đường củ cải, rất phổ biến trong thiên nhiên, có ý nghĩa quan trọng đối với dinhdưỡng của người

4 POLYSACCARID

Polysaccarid là đường đa, có trọng lượng phân tử rất cao, do nhiều gốcmonosaccarid kết hợp với nhau nhờ các kiểu liên kết α- hoặc β-glycosid Công thứcchung: (C6H10O5)n

Tùy vào thành phần monose, polysaccarid được chia thành polysaccarid thuần(chứa một loại monose) và polysaccarid tạp (có ít nhất 2 loại monose)

Polysaccarid đóng vai trò quan trọng trong đời sống động-thực vật Tùy theonguồn gốc được chia thành các nhóm: polysaccarid thực vật, động vật, vi sinh vật Một

số polysaccarid thường gặp như tinh bột, glycogen, cellulose

4.1 Polysaccharid thuần

4.1.1 Tinh bột

Đây là nguồn glucid quan trọng trong khẩu phần thức ăn của người và động vật.Tinh bột là một polysaccarid dự trữ của thực vật, có nhiều trong các loại củ, hạt ngũcốc

… có hình dạng, kích thước cấu tạo khác nhau tùy nguồn gốc

Tinh bột không tan trong nước, đun nóng thì hạt tinh bột phồng lên rất nhanhtạo thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột Phản ứng đặc trưng để nhận biết tinh bột làtác dụng với iod, cho màu xanh tím.

Tinh bột có cấu tạo hai phần: amylose và amylopectin, ngoài ra có khoảng 2%phospho dưới dạng ester Tỷ lệ amylopectin/amylose ở các đối tượng khác nhau làkhác nhau Amylose và amylopectin khác nhau về cấu tạo và tính chất

4.1.2 Glycogen

Là polysaccarid dự trữ ở động vật được tìm thấy trong gan và cơ, hiện nay còntìm thấy trong một số thực vật như ngô, nấm

Có cấu tạo giống amylopectin, nghĩa là trong phân tử có chứa liên kết α-(1-4)

và α-(1-6) glucosid, nhưng phân nhánh nhiều hơn và độ dài mạch nhánh ngắn hơn,mỗi nhánh gồm 11-18 gốc α-D-glucose

Acid hyaluronic bị thủy phân bởi hyaluronidase, enzym này được tìm thấytrong vi khuẩn gây bệnh, trong tinh trùng Hyaluronidase tạo dễ dàng cho tinh trùng đivào noãn của buồn trứng, mặt khác nó cũng là yếu tố giúp cho các chất khác và vikhuẩn gây bệnh đi vào các mô trong cơ thể

4.2.2 Chondroitin sulfat

Đươc cấu tạo bởi chuỗi disaccarid lặp lại gồm: acid β-glucuronic và acetylgalactosamin sulfat (β1-3) Chứa nhiều trong mô liên kết, là thành phần khôngthể thiếu được ở mô xương sụn dưới dạng phức chất nhầy chondromucoid

N-4.2.3 Heparin

Là glycosaminoglycan acid, gồm acid iduronic và glucosamin gắn sulfat Đượctìm thấy đầu tiên ở gan, sau đó là ở cơ, tim, phổi, … có tác dụng chống lại sự đôngmáu và ngăn chặn sự biến đổi prothrombin thành thrombin Được dùng làm chất ổnđịnh máu và chống đông máu

Heparin còn có tác dụng giải phóng lipoproteinase từ tổ chức vào huyết tương.Enzym này xúc tác sự phân hủy các phức hợp lipoprotein trong quá trình vận chuyển

và chuyển hóa lipid

PHẦN 2 CHUYỂN HÓA GLUCID

1 TIÊU HÓA, HẤP THU VÀ NHU CẦU

1.1 Sự tiêu hóa

Quá trình tiêu hóa glucid từ thức ăn nhờ sự thủy phân của các ezym trong hệ tiêuhóa tạo thành sản phẩm của glucid là disaccarid, monosaccarid Sản phẩm cuối cùngchủ yếu là các glucose và một số ít là fructose, galactose

1.3 Nhu cầu Glucid trong cơ thể

Ở người trưởng thành, nhu cầu tối thiểu hàng ngày 180g glucose để cung cấpnăng lượng cho các tế bào, đảm bảo duy trì nồng độ glucose trong máu : 60-100 mg/dl

2 CHUYỂN HÓA GLUCID Ở TẾ BÀO VÀ MÔ

Trong các tế bào của các tổ chức, glucose tự do được tạo ra một phần do thoáihoá glycogen hoặc do tế bào lấy từ máu ngoại biên vào Glucose chỉ có thể đi vào conđường thoái hoá khi nó ở dạng glucose-6-phosphat Từ glucose-6-phosphat có thể theonhiều con đường thoái hoá như: (1) Con đường đường phân (glycolysis, hexosediphosphat);

(2) con đường hexose monophosphat hay chu trình pentose phosphate; (3) con đường acid uronic

2.1 Thoái hóa theo con đường Hexose Diphosphat (HDP)

Quá trình oxy hoá glucose đến pyruvat gọi là quá trình đường phân (glycolysis).Được chia thành 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: 2 lần phosphoryl hóa G  DOAP GAP (5 phản ứng).

- Phản ứng 1: phosphoryl hóa lần 1, tạo glucose-6-phosphat (G6P), cần 1 ATP, enzym xúc tác (hexokinase/glucokinase)

- Phản ứng 2: đồng phân hóa G6P <=> fructose-6-phosphat (F6P)

- Phản ứng 3: phosphoryl hóa lần 2, F6P  F1,6-diphosphat, cần ATP thứ 2

- Phản ứng 4: phân cắt F1,6-diphosphat = DOAP + GAP, nhờ aldolase

- Phản ứng 5: đồng phân hóa DOAP = GAP

Giai đoạn 2: Oxy hóa GAP  Pyruvat (5 phản ứng)

- Phản ứng 6: GAP bị Oxy hóa bởi GAPDH tạo 1,3-ĐPG (1,3-Diphophoglycerat)

và NADH2

- Phản ứng 7: Cắt đứt liên kết (~), cần P-glyceratkinase: 1,3 DPG ↔ G3P +ATP

- Phản ứng 8: Chuyển 3P-G = 2-PG, glyceromutase

- Phản ứng 9: Loại H2O, 2-PG =>P.E.P (có Lk ~/C2) P.E.P = Phospho Enol

Pyruvat

- Phản ứng 10: P.E.P cắt đứt liên kết ~ tạo ATP và Pyruvat, pyruvatkinase

Hình 4.1 Thoái hoá glucose theo con đường hexose diphosphat

Sự thoái hóa tiếp tục của acid pyruvic

Tùy theo điều kiện môi trường và điều kiện phản ứng, acid pyruvic đi theo những con đường khác nhau:

 Trường hợp yếm khí: Acid pyruvic chuyển thành lactat.

 Trường hợp hiếu khí: Acid pyruvic bị khử carboxyl oxy hóa thành Acetyl

CoA, với sự tham gia của hệ thống men phức tạp gồm: thiamin pyrophosphat, acidlipoic, CoA, NAD+, ion Mg++ tham gia kích thích phản ứng

Acetyl CoA tiếp tục được thoái hóa trong chu trình Krebs cho ra sản phẩm cuối cùng là TP, CO2 và H2O