7 chuyển hóa glucid cô chi

Trình bày được quá trình thoái hóa Glucose theo con đường đường phân trong điều kiện ái khí và yếm khí.. CON ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN GLYCOLYSIS Là một chuỗi các phản ứng hóa học chuyển hóa glu

CHUYỂN HÓA GLUCID

ThS Trần Khánh Chi

Bộ môn Hóa sinh- ĐHYHN

MỤC TIÊU

1 Trình bày được quá trình thoái hóa Glucose theo con đường

đường phân trong điều kiện ái khí và yếm khí

2 Trình bày được chu trình pentose

3 Trình bày được quá trình thoái hóa các monosaccarid khác

4 Trình bày được quá trình tân tạo glucose

5 Trình bày được quá trình thoái hóa glycogen

6 Trình bày được quá trình tổng hợp glycogen

ĐẠI CƯƠNG

CON ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN (GLYCOLYSIS)

 Là một chuỗi các phản ứng hóa học chuyển hóa glucose

thành pyruvat đồng thời với sự tạo thành ATP

 Xảy ra ở bào tương, trải qua 2 giai đoạn gồm 10 phản ứng

 Giai đoạn 1: giai đoạn hoạt hóa gồm 5 phản ứng, sử dụng

2ATP

 Giai đoạn 2: giai đoạn oxy hóa sinh năng lượng gồm 5 phản

ứng

MỤC TIÊU

P.ư 1 : phosphoryl hóa G lần 1

E.hexokinase/glucokinase, cần 1 ATP

P.ư 2: đồng phân hóa G6P thành F6P

E.phosphoglucose isomerase

P.ư 3 : phosphoryl hóa lần 2,F6P→F1,6DP

E.phosphofructokinase, cần 1 ATP

P.ư 4: phân cắt F1,6DP = GAP + DHAP

E.Adolase

P.ư 5: đồng phân hóa DHAP thành GAP

E.triose phosphat isomerase

P.ư 6: oxy hóa GAP thành 1,3DPG

E GAPDH, coenzym: NAD+,Pi

P.ư 7:cắt đứt lk(~) tạo 3-PG và ATP

E phosphoglycerat kinase(PGK)

P.ư 8: chuyển 3PG thành 2PG

E phosphoglycerat mutase

P.ư 9: khử nước, 2PG thành PEP

E.Enolase

P.ư 10 : cắt đứt lk(~) tạo ATP và pyruvat

E pyruvat kinase

Phản ứng tổng quát của con đường glycolysis

kỵ khí

Con đường Glycolysis

Động vật, thực vật, nhiều loại vi khuẩn trong điều kiện ái khí

hghdhdghgdghdhf ghfhgdhgfdjgdjhjgj hhhhhhhhhhhhhhh hhhhhhhhhhhhhhh hhhhhhhhhhhhhhh

Xảy ra khi co cơ mạnh, hồng cầu, một số vi khuẩn

Lên mên rượu ở nấm

Lên men rượu ở nấm

Chu trình acid citric

Trong điều kiện yếm khí

Phương trình tổng quát của con đường đường phân trong điều kiện yếm khí

DG°’ = -196kJ/mol

Ý nghĩa của sự thoái hóa pyruvat trong đk yếm khí

 Năng lượng tạo thành từ 1 phân tử Glucose: 2ATP

 Ít nhưng là quá trình duy nhất trong cơ thể tạo năng lượng

trong điều kiện yếm khí

 Tái tạo NAD+ bị cạn kiệt trong con đường đường phân

 Lactat tạo ra được vận chuyển trở lại gan tái tạo glucose

 Thực tiễn: khi cơ hoạt động mạnh, nhu cầu ATP tăng cao, oxy

do máu cung cấp không đủ cho sự oxy hóa pyruvat và NADH sinh ra trong quá trình đường phân, latat được tạo thành

nhiều, ứ đọng trong cơ gây đau nhức cơ bắp

Chu trình Cori

Máu

Lên men rượu ở nấm

Glucose + 2 ADP + 2 Pi →

2 Ethanol + 2CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Trong điều kiện ái khí

Pyruvat đi vào ty thể, bị khử carboxyl oxy hóa thành acetyl CoA.

Trong điều kiện ái khí

 Acetyl CoA đi vào chu trình acid citric bị oxy hóa thành CO2 và H2O.

 Bilan năng lượng:

Glucose  2 pyruvat: 2 ATP

2 NADH (ở phản ứng 6): 6 ATP hoặc 4 ATP 2NADH (2 Pyruvat  2 Acetyl CoA): 6 ATP

2 Acetyl CoA: 24 ATP Cộng: 38 ATP (hoặc 36 ATP)

Con thoi malat- aspartat

Con thoi glycerol 3- phosphat

Ý nghĩa của con đường đường phân ái khí

 Cung cấp năng lượng chủ yếu cho các hoạt động sống của cơ

thể

 Cung cấp các sản phẩm trung gian cần thiết cho các quá trình

sinh tổng hợp các chất cho cơ thể

Phosphatase

Pi

Đường cong bão hòa oxy ở hồng cầu người bình thường, ở bệnh nhân thiếu hụt Hexokinase và

pyruvat kinase

Thiếu hụt

Hexokinase

Thiếu hụt pyruvat kinase

Con đường hexose monophosphat

(chu trình pentose)

 Là con đường thoái hóa khác của glucose.

 Đặc điểm:

 Xảy ra trong bào tương của tế bào, chiếm ưu thế ở các tế bào như tủy

xương, hồng cầu, gan, mô mỡ, tuyến sữa thời kỳ hoạt động, tuyến sinh dục, tuyến thượng thận.

 Glucose được phosphoryl hóa 1 lần, sau đó được oxy hóa tạo thành sản

phẩm cuối cùng là CO2, pentose-P, NADPH2

 Gồm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: oxy hóa G6P tạo NADPH và pentose-P

 Giai đoạn 2: sự biến đổi tiếp tục của pentose-5-P tái tạo hexophosphat

Giai đoạn oxy

hóa Giai đoạn tái tạo

hexose phosphat

H O

OH

H

OH H

4

C HC CH HC HC

CH2OPO3

-OH HO

OH OH

NADPH + H+

1

2 3

4

5 6

Glucose-6-phosphate Dehydrogenase

6-Phospho- glucono- lactonase

glucose-6-phosphate 6-phoshogluconolactone 6-phosphogluconate

HC

CH HC

HC

CH2OPO3

-OH HO

OH OH

HC HC

CH2OPO3

2-OH OH

12345

O

CO2

Phosphogluconate Dehydrogenase

6-phosphogluconate ribulose-5-phosphate

C C C

CH 2 O P O 3 2

-O OH H

OH H

CH 2 O H

C C C

CH 2 O P O 3 2

-O H

HO

OH H

CH 2 O H

C C C

CH 2 O P O 3 2

-OH OH H

OH H

 Transcetolase xúc tác chuyển nhóm 2C từ xylulose-5P sang ribose-5P tạo

thành sedoheptulose-7P và GAP.

 Transaldolase xúc tác chuyển nhóm 3C từ sedoheptulose-7P sang GAP

tạo erythrose-4P và F6P

Transcetolase

 Transcetolase xúc tác chuyển nhóm 2C từ xylulose-5P sang

erythrose-4P tạo GAP và F6P

Ý nghĩa của con đường hexose monophosphat

 Cung cấp NADPH cho tế bào sử dụng như một dạng năng

lượng để:

 Tổng hợp acid béo, cholesterol, steroid

 Bảo vệ chống lại tác nhân oxy hóa

 Cung cấp ribose-5P để tổng hợp base nhân purin và nhân

pyrimidin (tổng hợp AND, ARN)

Chuyển hóa của các monosaccarid khác

 Nhiều monosaccarid khác cũng đi vào con đường

đường phân bằng cách biến đổi thành các sản phẩm chuyển hóa trung gian

Thoái hóa Fructose ở cơ

hexokinase tạo thành F6P, F6P thoái hóa tiếp

tục theo con đường đường phân.

ADP phosphate

6 fructose ATP

-Fructose  Mg  2 

Hexokinase

Thoái hóa Fructose ở gan

Thoái hóa galactose

Thoái hóa mannose

 Mannose chuyển thành F6P của con đường đường phân qua

Con đường tân tạo đường (gluconeogenesis)

 Sự tạo thành glucose từ các sản phẩm chuyển hóa của glucid, lipid, protein; không phải từ các monosaccharid khác

 Xảy ra chủ yếu ở gan, một phần nhỏ ở thận và ruột non

 Sự tổng hợp đường từ pyruvat, lactat là quá trình đi ngược lại con đường đường phân, trừ 3 phản ứng không thuận nghịch đòi hỏi các phản ứng khác thay thế

H O

OH

H

OH H

Hexokinase hoặc Glucokinase (Glycolysis) xúc tác phản ứng:

Glucose-6-Phosphatase (tân tạo đường) xúc tác phản ứng:

Fructose-1,6-diphosphatase (tân tạo đường) xúc tác phản ứng:

fructose-1,6-DP + H 2 O  fructose-6-P + P i

C C

-HC O3

-G T P G D P

CO 2

pyruvate oxaloacetate PE P

P yruvate C arbox ylase P E P C arboxykinase

Thay thế cho phản ứng xúc tác bởi enzym Pyruvate Kinase là 2 phản ứng

Pyruvate Carboxylase (tân tạo đường) xúc tác:

PEP Carboxykinase (tân tạo đường) xúc tác:

Điểm khởi đầu cho quá trình tân tạo glucose quyết định

pyruvat chuyển thành PEP như thế nào.

Tân tạo glucose từ các acid amin, các sản phẩm trung gian của chu trình Krebs

Chu trình glucose- alanin

Tân tạo Glucose từ pyruvat

Bilan năng lượng:

2 pyruvate + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP 

glucose + 2 NAD + + 4 ADP + 2 GDP + 6 P i

Để tạo được 1 phân tử Glucose tiêu tốn 4ATP, 2GTP, oxy hóa 2NADH thành NAD+

Tổng hợp Glucose từ các monosaccarid khác

 Từ fructose

ATP ADP

Glucose

Đường phân và tân tạo đường

 Cơ thể không thể đồng thời vừa xảy ra hai quá trình trên đồng thời với tốc độ cao Kết quả sẽ là tiêu tốn nhiều ATP và sinh ra quá nhiều nhiệt!!

 Hai quá trình trên được điều hòa tương hỗ và phối hợp sao cho một quá trình tăng lên thì quá trình kia giảm đi và ngược lại

Chuyển hóa Glycogen

 Glycogen là polysaccarid của hàng chục ngàn gốc glucose, là phân

OH

CH2OH

H

O HH

OH H

OH

CH2OH

H O

H

OH H

OH

CH2OH

H

O H O

1 4 6

H

OH H

OH

CH2OH

H H H

O H

OH H

2

Thoái hóa glycogen

 Xảy ra ở cơ và gan

 Ở cơ: khi hoạt động cần ATP

 Ở gan: khi nồng độ glucose trong máu giảm → điều hòa

đường máu

 Sản phẩm tạo ra: G hoặc G1P

 Nhờ hoạt động của 3 enzym: Glycogen phosphorylase, enzym

cắt nhánh, phosphoglucomutase

Enzym cắt nhánh (glycogen debranching enzym)

 Có 2 hoạt tính

 Hoạt tính chuyển nhánh: thủy

phân lk (1→4) glycosid giữa gốc

Limit Branch (4 residues)

(group transfer reaction)

Phosphoglucomutase

phẩm là glucose-1- phosphat, 10% là glucose tự do

Tổng hợp glycogen

 Xảy ra chủ yếu ở gan và cơ

 Diễn ra trong bào tương tế bào

 Nguyên liệu tổng hợp: ở gan từ glucose và các monosaccarid,

ở cơ chỉ từ glucose

 Gồm 3 giai đoạn nhờ 3 enzym là:

UDP-glucose pyrophosphorylase, glycogen synthase và

enzym gắn nhánh

UDP- glucose pyrophosphorylase

HO OHH

H

OH

H

O P O–O

O –

O H

O–

P O

O–O

HN O

O O

H

H

HO OHH

H OH

H

H H

OH OH

H

N

P O O

O–

P O

O–O

HN O

O

Glucose-1-P UDP-Glucose

UDP-Glucose Pyrophosphorylase

2 P i

Inorganic Pyrophosphatase

Glycogen synthase

 Vận chuyển UDP-G đến gắn với C4-OH của phân tử glycogen có sẵn ở

đầu không khử tạo thành lk (1-4)glycosid kéo dài phân tử glycogen này, giải phóng UDP.

O

O

CH2OH

O H

O OHH

CH2OH H

O OHH

O–

P O

O–O

HN O

Glycogen synthase

 Glycogen synthase không có khả năng tổng hợp phân tử glycogen

từ đầu mà chỉ có thể kéo dài mạch glycogen bằng lk (1-4)glycosid.

 Sự tổng hợp từ đầu của phân tử glycogen là sự gắn gốc G vào

nhóm OH của tyrosin 194 của phân tử protein glycogenin tạo thành lõi glycogen Enzym xúc tác là tyrosin-glucosyltransferase.

 Sau đó glycogenin được kéo dài chuỗi bằng sự gắn thêm 7 gốc G

từ UDP-G tạo thành đoạn mồi cho sự mở đầu tổng hợp glycogen.

 Glycogenin tách rời khi hạt glycogen đạt kích thước tối thiểu

Enzym gắn nhánh (glycogen branching enzym)

Chuyển hóa glycogen

Glycogen Phosphorylase

Pyrophosphatase

UDP-glucose Pyrophosphorylase

Điều hòa chuyển hóa glucid

 Điểm điều hòa là các enzym xúc tác những phản ứng không

thuận nghịch giữa quá trình thoái hóa và tổng hợp G để duy trì hằng định mức G máu

 Có 4 enzym đóng vai trò điều hòa: glycogen phosphorylase,

hexokinase, phosphofructokinase-1, pyruvat kinase

Điều hòa chuyển hóa glucid

 Glycogen phosphorylase:

 Ở cơ: điều hòa bởi hormon epinephrin

 Ở gan: điều hòa bởi glucagon

 Hexokinase: bị ức chế dị lập thể bởi sản phẩm của nó là G6P

 Phosphofructokinase-1: ức chế bởi ATP, hoạt hóa bởi

F2,6DP

 Pyruvat kinase: ức chế bởi ATP

Rối loạn chuyển hóa glucid

1 Hạ đường huyết

2 Thiếu viatmin B1

3 Đái tháo đường

4 Bệnh ứ glycogen bẩm sinh

5 Bệnh galactose máu bẩm sinh

6 Bệnh không dung nạp fructose bẩm sinh

Hạ đường huyết

 Giảm nồng độ G máu< 2.8mmol/L

 Nguyên nhân:

 Nhịn ăn

 Tăng insulin trong máu: bài tiết quá nhiều trong u tụy, u ngoài

tụy sản xuất các chất có hoạt tính giống insulin, dùng insulin quá liều

 Bệnh gan, thiếu hụt glucocorticoid, nhiễm trùng huyết, giảm dự

trữ glycogen, dùng thuốc hạ đường huyết…

Đái tháo đường

 ĐN: bệnh ĐTĐ biểu hiện bằng tình trạng tăng đường huyết và

rối loạn chuyển hóa glucid, lipid và protein, thường kết hợp với giảm tương đối hay tuyệt đối về tác dụng và/ hoặc sự bài tiết insulin

 TC LS: ăn nhiều, uống nhiều, đái nhiều, gầy nhiều

 CLS: G máu tăng, G niệu (+++)

 Nguyên nhân: thiếu hụt insulin hoặc suy giảm chất lượng

insulin

Các rối loạn chuyển hóa trong bệnh ĐTĐ

 Glycosyl hóa: hiện tượng gắn các phân tử G hoặc các dẫn

xuất của G với protein hoặc enzym huyết thanh

 Gluco-oxy hóa: phản ứng glycosyl hóa có kèm theo phản

ứng oxy hóa tạo ra các gốc tự do, mở đầu cho dây truyền sản sinh các gốc tự do nhiều gấp bội

 Tăng chuyển hóa G theo con đường polyol: gây tăng nồng

độ sorbitol và fructose

Đái tháo đường

 Phân loại: 2 typ

 ĐTĐ typ1: ĐTĐ phụ thuộc insulin.

 Là bệnh tự miễn, tế bào β của tiểu đảo tụy bị phad hủy

 Thiếu hụt tuyệt đối hoặc gần như tuyệt đối insulin

 Cần insulin ngoại sinh để đảm bảo đời sống

 ĐTĐ typ2: ĐTĐ không phụ thuộc insulin

 Nồng độ insulin trong máu bình thường

 Không phụ thuộc insulin ngoại sinh

Bệnh thiếu vitamin B1

 Còn được gọi là bệnh tê phù Beriberi

 Vit B1 cấu tạo nên thiaminpyrophosphat (TPP) là

coenzym của 3 enzym pyruvat dehydrogenase, cetoglutarat dehydrogenase, transcetolase

α- Đặc trưng bởi các triệu chứng thần kinh và tim: đau

tay chân, suy yếu hệ cơ, tê bì, rối loạn cảm giác da, tim to

Các bệnh ứ glycogen bẩm sinh

 Là tập hợp các bệnh thiếu hụt enzym của chuyển hóa

glyogen, được chia thành 10 typ

Bệnh galactose máu bẩm sinh

 Nguyên nhân: do thiếu hụt một trong 3 enzym chuyển hóa

galctose là galactokinase, galactose-1-phosphat uridyl

transferase, uridin diphosphoglucose-4-epimerase bẩm sinh

 Trẻ bị bệnh này thường còi cọc, tiêu chảy sau ăn sữa, chậm

phát triển trí tuệ, có galactose niệu, tăng galactose máu

 Điều trị bằng chế độ ăn không có sữa

Bệnh về chuyển hóa fructose

 Do thiếu enzym fructose-1-phosphat aldolase, fructose 1,6

diphosphatase, fructokinase

 Biểu hiện: không dung nạp F, hạ G máu, tình trạng nặng có

nhiễm acid lactic, gan to