MỐI LIÊN QUAN và điều hòa các QUÁ TRÌNH CHUYỂN hóa (hóa SINH) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

Trình bày được sự điều hòa chuyển hóa qua sự tổng hợp enzym, qua sự hoạt hóa và ức chế hoạt động của enzym... Liên quan chuyển hóa giữa glucid và lipid Nếu ăn một lượng lớn glucid, lượn

MỐI LIÊN QUAN VÀ ĐIỀU HÒA CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

Mục tiêu:

1 Giải thích được mối liên quan chuyển hóa các chất trong cơ thể qua các chất chuyển hóa trung gian, qua từng cặp chất, giữa các chu trình.

2 Trình bày được sự điều hòa chuyển hóa qua sự tổng hợp enzym, qua sự hoạt hóa và ức chế hoạt động của enzym.

I MỐI LIÊN QUAN GIỮA CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

1 Liên quan chuyển hóa giữa glucid và lipid

Nếu ăn một lượng lớn glucid, lượng dư thừa sẽ chuyển thành lipid bằng cách: +Theo con đường phân (glycolyse) tạo thành pyruvat rồi thành acetyl CoA.

+Theo con đường pentose phosphat cho NADPHH+.

• Acetyl - CoA và NADPHH+ tổng hợp

phospho-glyceraldehyd chuyển thành glycerol phosphat là tiền chất để tổng hợp tryglycerid và phospholipid

• Ngoài ra acetyl CoA là nguyên liệu tổng hợp cholesterol và nhiều lipid khác Tryglycerid được dự trữ chủ yếu ở

mô mỡ.

• Trong cơ thể quá trình chuyển hóa từ glucid thành lipid xảy ra rất dễ dàng

Lipid thành Glucid: Lipid theo con dường  oxy hóa tạo thành acetyl CoA phần lớn đi vào chu trình Krebs “đốt cháy” cho năng lượng, trong trường hợp muốn chuyển thành glucid, acetyl CoA cũng phải qua chu trình Krebs tạo oxaloacetat rồi tổng hợp thành glucose

Đây là một con đường dài, trải qua nhiều giai đoạn Hơn nữa chu trình Krebs chỉ hoạt động trong một thế cân bằng do yêu cầu năng lượng của

cơ thể vì vậy sự chuyển lipid thành glucid rất hạn chế.

• Trong cơ thể chuyển hóa glucid và lipid liên quan chặt chẽ với nhau

• Rối loạn chuyển hóa glucid dẫn tới rối loạn chuyển hóa lipid.

• Bệnh đái tháo đường (diabetes mellitus) là một trường hợp điển hình trong mối liên quan này Trong bệnh đái tháo đường, quá trình đường phân giảm do đó giảm pyruvat dẫn tới thiếu oxaloacetat là chất khởi đầu của chu trình Krebs) Chu trình pentose phosphat hoạt động kém đưa đến thiếu NADPHH+

• Nguồn acetyl CoA từ glucid bị thiếu hụt, cơ thể thiếu năng lượng nên

tăng phân hủy acid béo thành aceyl

CoA Do thiếu oxaloacetat, lượng

acetyl CoA vào chu trình Krebs hạn

chế, sự tổng hợp acid béo xảy ra khó khăn do thiếu NADPHH+, sự

tổng hợp cholesterol cũng chỉ xảy ra

ở một chừng mực nhất định Vì

vậy phần lớn acetyl CoA chuyển

hóa theo con đường tạo cetonic.

Li ên quan các chuyển hoá

GLUCOSE G6 (P) G (1) GLYCOGEN LIPID PROTID

Leu

Ala Ser Pyruvat Acetyl CoA Cholesterol

Steroid

Cys thể cetonic Vitamin D3 Carbamin (P)

Oxalo- Citrat Citrulin Aspartat acetat

Glu

Ornithin Arginosuccinat  Cetoglutarat His Pro Ure Arginin Fumarat

Met Gly Succinyl CoA

2 Liên quan chuyển hóa giữa glucid và protid

- Glucid thành Protid: Một số acid  cetonic tạo thành trong chuyển hóa glucid, nếu tham gia quá trình trao đổi amin thì chúng tạo thành acid amin; như pyruvat thành alanin, cetoglutarat thành glutamat, oxaloacetat thành aspartat.

- Protid thành Glucid: Một số acid amin (a.a.) theo con đường chuyển hóa riêng để tạo thành oxaloacetat, từ oxaloacetat có thể tổng hợp thành glucose.

3 Liên quan chuyển hóa giữa protid và lipid

protid thànhì lipid: Một số acid amin

chuyển thành acetyl CoA, acetyl CoA là nguyên liệu tổng hợp acid béo hoạc nó theo con đường tân sinh đường tạo thành glyceraldehyd- 3 - phosphat rồi tổng hợp glycerol.

lipid thànhì protid - Acid béo theo con

đường  oxy hóa thành acetyl CoA rồi vào chu trình Krebs hay chu trình acid glyoxylic sản phẩm trung gian là các acid

 cetinic lại có thể chuyển thành acid amin.

4 Liên quan chuyển hóa giữa acid nucleic và protid, lipid, glucid

-Protid - acid nucleic Sự tổng hợp

một số base nitơ cần có sự tham gia của một số acid amin như aspartat,

glutamin, glycin Ngược lại trong quá trình thoái hóa base pyrimidin alanin

được giải phóng; thoái hóa base purin tạo glyoxylat rồi chuyển thành glycin

• - Glucid - A NucleicGlucose chuyển

hóa theo con đường pentose phosphat cung cấp ribose 5 phosphat cho sự tổng hợp acid nucleic, ngược lại sự thủy phân acid nucleic giải phóng ribose và ribose có thể tạo glucose

• Glucose được tổng hợp từ UDP glucose, UDP glucose lại được tạo thành từ UTP, một mononucleotid do sự thủy phân acid nucleic

- Lipid -A Nucleic Sự oxy hóa acid

béo bậc cao cung cấp năng lượng cần thiết cho sự tổng hợp nuleosid diphosphat và nucleosid triphosphat Ngược lại một số nucleosid diphosphat như

CDP lại tham gia vào quá trình

tổng hợp phospholipid.

5 Mối liên quan giữa các con đường chuyển hóa

- Liên quan giữa chu trình Krebs, hô hấp tế bào và quá trình phosphoryl hóa.

* Chu trình Krebs tạo ra các cơ chất có khả năng cung cấp hydro cho chuỗi hô hấp tế bào như isocitrat,  cetoglytarat

* Chuỗi hô hấp tế bào vận chuyển hydro và điện tử từ những cơ chất cho hydro tới oxy để giải phóng năng lượng.

* Một phần năng lượng của chuỗi hô hấp tế bào cung cấp cho quá trình phosphory hóa và tạo ra năng lượng dự trữ dưới dạng ATP.

- Liên quan giữa chu trình Krebs và chu trình ure.

Hình 8.2: Sơ đồ mối liên quan giữa chu trình

Krebs và chu trình ure.

Chu trình Krebs

- Liên quan chuyển hóa giữa các con đường tới sự tổng hợp acid béo

Đường phân hiếu khí tạo acetyl CoA.

Con đường pentose tạo NADPHH+

Chu trình Krebs,hô hấp tế bào và phosphryl hóa tạo ATP.

Acetyl CoA, NADPHH+ là nguyên liệu cần thiết để tổng hợp acid béo quá trình này được cung cấp năng lượng từ ATP.

II ĐIỀU HÒA CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

1.Điều hòa qua sự tổng hợp enzym

1.1 Điều hòa ở giai đoạn sao chép gen

Đây là cơ chế điều hòa của tế bào, nhằm đáp ứng những thay đổi của điều kiện môi trường, sự biệt hóa và sự phát triển của tế bào được thể hiện ở một loạt hay một nhóm gen.

Ngày nay người ta đã chứng minh rằng sự điều hòa sao chép xảy ra qua việc kiểm soát hoạt động của gen.

Quá trình điều hòa này là do một protein (được tạo thành từ gen điều hòa) tác dụng trên một vùng gen đặc biệt về phía promotor và ARN- polymerase.

Sự điều hòa sao chép gen thông qua hai cơ chế: cảm ứng và kìm hãm tổng hợp enzym

- Cảm ứng tổng hợp enzym

Cơ chế này đã được nghiên cứu trên E.Coli Trong môi trường nuôi cấy không có lactose thì E.Coli không sản xuất ra các enzym tham gia quá trình chuyển hóa lactose Điều này được giải thích sau:

Gen điều hòa i tạo ra ARNm tương ứng rồi tổng hợp ra một protein gọi là repressor (R) có tác dụng ức chế gen O (operator), vì vậy gen O không có khả năng điều khiển các gen cấu trúc tổng

lactose.iAYZOPSARNmARNm(R)Operon - lactose ở trạng thái kìm hãm

Ngược lại nếu thêm lactose vào môi trường cấp E Coli thì các enzym chuyển hóa lactose được hình thành và nồng độ tăng dần Sở dĩ có hiện tượng này là do lactose kết hợp với R tạo phức hợp không có khả năng gắn vào gen O ở trạng thái tự

do nên kích thích các gen cấu trúc (Z,Y,A) tạo ARNm tương ứng, ARNm tới ribosom tổng hợp ra  galactosidase, permease, transacetylase, đây là các enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa lactose.

i P O Z Y A

S

ARNm

ARNm (R)

Operon - lactose ở trạng thái

- Kìm hãm tổng hợp enzym: Cơ chế này cũng dược nghiên cứu trên tế bào E.Coli.

Vi khuẩn có thể tổng hợp acid amin (a.a.) từ nitơ vô cơ như NH4Cl nhờ hệ thống enzym tổng hợp ra a.a Khi đưa vào môi trường nuôi cấy a a nào đó thì lượng enzym tham gia quá trình tổng hợp các a.a đó giảm xuống Người ta đã nghiên cứu hoạt động này của operon tryptophan.

Bình thường gen r tạo ARNm rồi tổng hợp ra 1 protein gọi là aporepressor Aporepressor không có khả năng gắn liền lên gen O vì vậy gen O điều khiển các gen cấu trúc của operon tryptophan tạo ARNm rồi tổng hợp ra các enzym xúc tác cho quá trình tổng hợp tryptophan Cho thêm tryptophan vào môi trường nuôi cấy a.a này kết hợp với aporepressor tạo phức hợp aporepressor - Trp có khả năng gắn vào gen O làm mất tác dụng của gen O lên gen cấu trúc (S), kết quả cuối cùng là hàm lượng enzym tham gia quá trình tổng hợp tryptophan giảm.

1.2 Điều hòa ở giai đoạn phiên dịch.

Cho đến nay sự điều hòa này chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn.

Một số người cho rằng có thể có vai trò tác động của ARNt Các yếu tố mở đầu, kéo dài và kết thúc quá trình tổng hợp protein cũng có thể có tác dụng điều hòa.

2 Điều hòa qua sự hoạt hóa và ức chế hoạt động enzym

2.1 Hoạt hóa do sự thủy phân một phần.

Một số enzym thủy phân trong đường tiêu hóa Lúc mới tổng hợp các enzym này chưa hoạt động, khi đến môi trường phản ứng các tiền enzym này bị thủy phân một phần và chuyển thành enzym hoạt Ví dụ:

(-): Enzym chỉa hoảt âäüng; (+): Enzym hoảt âäüng

2.2 Điều hòa do enzym dị lập thể

Có một số chất trong môi trường phản ứng khi đạt tới một nồng độ nào đó có thể

gắn vào trung tâm lập dị lập thể của một số enzym và làm giảm khả năng hoạt động của những enzym này, đây là cơ chế điều hòa gặp trong nhiều trường hợp; như HEM ức chế  ALA synthetase, isoleucin ức chế

dehydratasePorphobilinogenHEMHình

8.5:Sơ đồ ức chế ngược của HEM trên

ALA synthetaseGlycin + Succinyl

 ALA synthetase Glycin + Succinyl

Threonin dehydratase Threonin

2.3 Điều hòa hoạt động của enzym trong một số con đường chuyển hóa chính.

- Đường phân :Fructose 6-(P) Phosphofructokinase (PFK)Fructose 1- 6 Di (P)

PFK được hoạt hóa bởi AMP, ngược lại bị ức chế bởi nồng độ cao của ATP và citrat

- Tổng hợp acid béo:acetyl CoA carboxylaseacetyl

CoAMalonyl CoAPalmityl CoACO2( - )

Acetyl CoA carboxylase, xúc tác cho phản ứng chuyển acetyl CoA thành malonyl CoA, bị ức chế bởi palmityl CoA

Fructose 6-(P) Phosphofructokinase (PFK) Fructose 1- 6 Di (P)

acetyl CoA carboxylase

CO 2

( - )

- Chu trình Krebs:

* Citrat synthetase, isocitrat dehydrogenase bị ức chế bởi hàm lượng cao của ATP.

* Isocitrat dehydrogenase được hoạt hóa bởi ADP

- Con đường tân sinh glucose:

Fructose 1-6 diphosphatase được hoạt hóa bởi citrat và bị ức chế bởi AMP Ngược lại citrat ức chế fructose 6 phosphatkinase và enzym này dược hoạt hóa bởi AMP.

Fructose 1-6 diphosphatase là enzym giữ vị trí điều hòa then chốt quá trình tân sinh glucose.

- Tổng hợp và thoái hóa glucogen :

Phosphorylase được hoạt khí khi gắn thêm (P) từ ATP ngược lại glycogen synthetase bị ức chế khi gắn thêm (porphyrin).

3 Điều hòa chuyển hóa do

hormon(Xem phần hormon)

4 Điều hòa chuyển hóa do màng tế bào

4.1 Cấu tạo của màng tế bào

Hình 8.7: Cấu tạo của màng tế bào

Lớp phospholipid đôi

Protein rìa màng Lipoprotein

Protein xuyên màng

4.2 Điều hòa nồng độ của các chất thông qua sự vận chuyển qua màng.

Các vận chuyển qua màng tế bao có thể theo

3 cách chính :

-Sự vận chuyển do sự khuyếch tán đơn thuần phụ thuộc vào gradient nồng độ, chất ở nồng độ cao luôn luôn khả năng khyếch tán nơi có nồng độ thấp hơn

- Sự vận chuyển do kết hợp với protein vận chuyển ở màng nhưng không cần năng lượng

- Sự vận chuyển tích cực do kết hợp với glycoprotein và cần cung cấp năng lượng từ ATP

Ví dụ: K+ và Na+ là những ion không thể tự vượt qua hàng rào phospholipid của màng tế bào được, vì vậy chúng được vận chuyển với sự tham gia Na+-K+ ATPase ở màng tế bào (còn gọi là bơm Na+-K+).Na+ ở nồng độ cao trong nguyên sinh chất hóa học Na+ -K+ ATPase phân hủy ATP thành ADP, gắn một gốc (P) và Na+ vào enzym này để ttạo phức hợp Na+ -ATPase  (P) (ký hiệu Na+ -E

phóng Na+ rồi gắn K+ tạo phức hợp K+ - E~(P) K+ - E -(P) vào phía mặt trong giải phóng (P).K+ và E tự do Cứ như vậy mỗi lần quay vòng một phân tử ATP có thể vận chuyển được 3 Na+ và 2 K+ H+, Ca2+ và một số ion khác cũng theo cơ chế trên

Na + -E-(P)

Gian bào

Nguyên sinh chất

Hình 8.8: Điều hoà nồng độ các chất

thông qua sự vận chuyển qua màng