hoá sinh động vật THẦY ĐẶNG THÁI HẢI

Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022Thực hành Hóa sinh động vật buổi 1: Carbohydrate - Nhóm 05 (K65TYB) - HK 1 - NH 2021 - 2022

Chương 4:

MỐI LIÊN QUAN GIỮA CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

4.1 KHÁI QUÁT CHUNG

Trong cơ thể sinh vật, sự chuyển hóa các chất có mối liên quan mật thiết với nhau Sự chuyển hóa của một hợp chất này không thể tách rời sự trao đổi của các hợp chất khác Mối liên quan tương hỗ giữa sự chuyển hóa các chất thể hiện ở 2 mặt: nguyên liệu và năng lượng

Hình 4-1 Mối liên hệ giữa các đường hướng trao đổi chất và năng lượng chính

4.1.1 Liên quan về mặt nguyên liệu

Mối liên quan về mặt nguyên liệu là khả năng chuyển hóa một chất này thành chất kia thông qua một số sản phẩm trung gian chung Trong các quá trình dị hóa của trao đổi vật chất, các hợp chất hữu cơ phức tạp khác nhau như carbohydrate, lipid và protein nhờ nhiều hệ thống enzyme có thể bị phân giải thành một số sản phẩm trung gian giống nhau Từ những sản phẩm trung gian này, tùy nhu cầu, điều kiện cụ thể của cơ thể sẽ lại hình thành các đại phân tử đặc trưng của tế bào hoặc bị phân giải hoàn toàn để khai thác năng lượng Khả năng chuyển hóa tương hỗ giữa các chất làm sinh vật thích ứng được với môi trường Ở động vật bậc cao, chiều hướng của những quá trình trên chịu sự điều tiết rất tinh vi của các hệ thống hormone và thần kinh

Chu trình Krebs có vị trí trung tâm trong chuyển hóa các hợp chất khác nhau Nhiều sản phẩm trung gian của chu trình này là cơ chất khởi đầu của các quá trình thuận nghịch trong cơ thể Có thể thấy các đường hướng chuyển hóa các sản phẩm trung gian của chu trình Krebs qua hình 4-2

Hình 4-2 Chu trình Krebs và các quá trình sinh tổng hợp

-ketoglutarate là chất nhận các nhóm amine quan trọng nhất trong các phản ứng chuyển amine, để chuyển thành glutamate; chất này có thể là tiền chất tạo ra glutamine, proline, ornithine, citrulline và arginine

Oxaloacetate có vai trò chất then chốt trong sự tân tạo glucose Nhờ phản ứng chuyển amine, từ oxaloacetate tạo thành aspartate, rồi asparagine, chất này là tiền thân của các pyrimidine nucleotide

Succinyl-CoA có thể kết hợp với glycine để tạo ra γ-aminolevulinate, chất này ngưng tụ thành porphobilinogen, hợp chất chủ yếu được dùng trong quá trình tổng hợp các cấu trúc porphyrine

4.1.2 Liên quan về mặt năng lượng

Sự trao đổi vật chất và trao đổi năng lượng không thể tách rời nhau, vì sự chuyển hóa một chất luôn kèm theo sự biến đổi mức năng lượng dự trữ Trong cơ thể sống, các phản ứng ôxy hóa luôn đi kèm với quá trình sản sinh các chất giàu năng lượng (ATP, GTP, UTP, CTP, creatin phosphate, …); một phần năng lượng giải phóng dưới dạng nhiệt Các hợp chất cao năng trên, đặc biệt là ATP, được sử dụng cho nhiều phản ứng hoạt hóa và nhiều quá trình sinh tổng hợp khác nhau

Nhờ khả năng chuyển hóa tương hỗ giữa các chất mà cơ thể sinh vật thích ứng được với môi trường Ví dụ: vào mùa đông, ở cây trồng xảy ra sự chuyển hóa tinh bột thành đường và chất béo, nhờ đó khả năng chịu rét của cây được nâng cao Một số động vật ở vùng cực, do có lượng

mỡ dự trữ lớn, nên có đủ năng lượng và vật chất cần thiết cho cơ thể sử dụng trong suốt thời gian ngủ đông dài

Để vấn đề được sáng tỏ hơn, chúng ta hãy xem xét mối liên quan tương hỗ giữa sự chuyển hóa của từng cặp hợp chất sau

4.2 LIÊN QUAN GIỮA CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

4.2.1 Liên quan giữa chuyển hóa carbohydrate và lipid

Chuyển hóa carbohydrate và lipid có mối liên hệ chủ yếu thông qua sản phẩm trung gian của đường phân là dihydroxyacetone phosphate và glyceraldehyd-3-phosphate Hai chất này có thể chuyển hóa thành glycerol-3-phosphate và acetyl-CoA rồi acid béo, để tổng hợp thành lipid

Một trong những sản phẩm của chu trình pentose phosphate là các đương lượng khử NADPH tham gia tổng hợp các acid béo

Ngược lại sự phân giải lipid tạo ra glycerol và acetyl-CoA, có thể là nguyên liệu để tổng hợp carbohydrate Ở thực vật, vi khuẩn và nấm mốc có chu trình glyoxylate biến đổi acetyl-CoA

có nguồn gốc acid béo thành oxaloacetate, tiếp đến là phosphoenolpyruvate rồi tạo thành glucose Acetyl.CoA không phải là cơ chất cho sự tạo thành glucose ở động vật

Hình 4-3 Sự chuyển hóa acetyl.CoA thành glucose qua chu trình glyoxylate

4.2.2 Liên quan giữa chuyển hóa carbohydrate và protein

Sự phân giải carbohydrate tạo ra một số -ketoacid, khi được amine hóa sẽ tạo thành các amino acid Ví dụ, từ pyruvate sẽ cho ra alanine, từ -ketoglutarate sẽ tạo thành glutamate, từ oxaloacetate chuyển thành aspartate Những amino acid này có thể được chuyển hóa riêng để tạo nên các amino acid khác Từ glutamate động vật sẽ tổng hợp được glutamine, proline, arginine,

từ aspartate sẽ tạo thành asparagine Sự phân giải carbohydrate cũng tạo thành 3-phosphoglycerate, từ đây có thể tạo thành serine theo con đường mô tả ở hình 5-24 (chương 5)

Từ serine có thể tạo thành glycine

Ngược lại, alanine, phenylalanine, tyrosine, histidine, tryptophan, serine và cysteine có thể

bị phân giải để tạo ra pyruvate hoặc một số hợp chất trung gian của chu trình Krebs như oxaloacetate và -ketoglutarate Từ oxaloacetate có thể tạo ra phosphoenolpyruvate, từ đó sẽ được tân tạo thành glucose Hình 5-20 (chương 5) cho thấy bộ khung carbon của sự phân giải nhiều amino acid có thể chuyển hóa thành glucose

Ngoài ra, quá trình phân giải carbohydrate thông qua chu trình Krebs và phân giải amino acid qua chu trình ornithine có sản phẩm trung gian giống nhau là fumarate Tham gia chu trình ornithine còn có aspartate là chất có thể hình thành từ sản phẩm của chu trình Krebs Chứng tỏ sự chuyển hóa carbohydrate và chuyển hóa protein có ảnh hưởng lẫn nhau (hình 6-3)

Hình 4-4 Mối liên hệ giữa chu trình Krebs và chu trình Ornithine

Sự hình thành fumarate trong chu trình ornithine rất quan trọng, vì nó liên kết chu trình này với chu trình Krebs Fumarate sẽ được hợp nước thành malate, là chất sẽ được ôxy hóa thành oxaloacetate Oxaloacetate có thể: 1) chuyển thành aspartate, 2) chuyển thành glucose, 3) ngưng tụ với acetyl-CoA thành citrate, 4) chuyển thành pyruvate

4.2.3 Liên quan giữa chuyển hóa carbohydrate và nucleic acid

Glucose khi vào trình pentose phosphate sẽ tạo thành ribose-5-phosphate Chất này sẽ chuyển thành phosphoribosyl-pyrophosphate dùng làm nguyên liệu cho sự sinh tổng hợp các nucleotide purine và pyrimidine, và chuyển thành D-ribose và D-deoxyribose là thành phần bắt buộc cần thiết để tổng hợp các mononucleotide và nucleic acid Ngược lại, một số nucleotide cũng có vai trò trong tế bào, các sản phẩm này có thể được biến thành ribose-5-phosphate, sau đó tổng hợp thành glucose-6 phosphate Mặt khác, sự tổng hợp nucleic acid trong một mức độ nhất định có ảnh hưởng đến sự tổng hợp carbohydrate Điều này thể hiện rõ ở phản ứng sử dụng UTP

để tạo ra UDP-glucose là chất đi vào phân tử glycogen

4.2.4 Liên quan giữa chuyển hóa protein và nucleic acid

Trong cơ thể sinh vật tồn tại mối quan hệ chặt chẽ, hỗ trợ lẫn nhau giữa trao đổi protein và nucleic acid Sự sinh tổng hợp nucleic acid phụ thuộc vào trao đổi amino acid và protein Sự tổng hợp các nucleotide triphosphate và nucleic acid phụ thuộc vào sự có mặt của protein enzyme như DNA-polymerase, RNA-polymerase, polynucleotide phosphorylase và các enzyme đảm bảo sự tổng hợp các gốc purine và pyrimidine Một số amino acid như glutamine, aspartate, glycine và

acid Các đơn vị một carbon này được tạo thành cũng chính do sự phân giải một số amino acid, chẳng hạn như glycine

Đến lượt mình, nucleic acid lại có vai trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp protein Deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (mRNA, rRNA và tRNA) đều tham gia thực hiện sự lắp ghép của các gốc amino acid theo một trình tự xác định, tạo thành chuỗi polypeptide

4.2.5 Liên quan giữa chuyển hóa lipid và nucleic acid

Sự chuyển hóa lipid và nucleic acid ít có liên quan trực tiếp, thường liên quan gián tiếp thông qua sự trao đổi carbohydrate và protein Tuy nhiên, một số dẫn xuất như CDP-choline, CDP-ethanolamine tham gia vào quá trình tổng hợp glycerophospholipid với vai trò là chất cho gốc choline và ethanolamine

4.2.6 Liên quan giữa chuyển hóa protein và lipid

Sự phân giải lipid cho ra sản phẩm chính là các acid béo Sau khi được được β-oxy hóa và qua chu trình Krebs sẽ tạo thành -ketoglutarate, từ chất này sẽ tổng hợp được một số amino acid

Acetyl-CoA còn được biến đổi thành oxaloacetate trong chu trình glyoxylate và chất này biến đổi thành pyruvate Từ 2 ketoacid này, nhiều amino acid sẽ được tổng hợp thông qua phản ứng chuyển amin và phản ứng khử amin hóa Sự trao đổi glycerol thông qua sản phẩm trung gian của carbohydrate có thể dẫn đến tổng hợp histidine, phenylalanine, tyrosine và tryptophan

Hình 4-5 Chuyển hóa một số amino acid thành lipid

Ngược lại, một số amino acid như leucine, isoleucine, tryptophan, threonine, lysine và tyrosine có thể phân giải thành acetyl-CoA, từ đó tổng hợp nên acid béo (hình 5-20, chương 5) Một số amino acid khác như alanine, cysteine, serine, glycine, threonine và tryptophan có thể bị phân giải thành pyruvate và thành glyceraldehyde-3-phosphate Từ chất này sẽ tạo nên glycerol-3-phosphate là nguyên liệu để tổng hợp lipid (hình 4-5)

Vai trò của protein trong chuyển hóa lipid còn thể hiện ở chức năng xúc tác trong các phản ứng phân giải cũng như tổng hợp lipid

Như vậy, trong cơ thể đông vật, các quá trình chuyển hóa vật chất có mối liên hệ mật thiết

và thống nhất với nhau Sản phẩm phân giải chất này có thể là nguyên liệu để tổng hợp chất kia, năng lượng do sự phân giải chất này lại cần cho quá trình sinh tổng hợp chất khác Sự chuyển hóa carbohydrate và lipid có ý nghĩa lớn về mặt cung cấp năng lượng Sự chuyển hóa protein có vai trò điều hòa nghiêm ngặt đối với quá trình trao đổi chất nói chung

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Liên quan giữa chuyển hóa carbohydrate và lipid?

2 Liên quan giữa chuyển hóa carbohydrate và protein?

3 Liên quan giữa chuyển hóa carbohydrate và nucleic acid?

4 Liên quan giữa chuyển hóa protein và acid nucleic?

5 Liên quan giữa chuyển hóa lipid và nucleic acid ?

6 Liên quan giữa chuyển hóa protein và lipid ?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng (2007) Hóa sinh học; NXB Giáo dục, Hà Nội

Nguyến Hữu Chấn, Nguyễn Thị Hà, Nguyễn Nghiêm Luật, Hoàng Bích Ngọc, Vũ Thị Phương (2001) Hóa sinh, NXB Y học, Hà Nội

Nguyễn Văn Kiệm, Nguyễn Văn Kình, Nguyễn Văn Mùi (2005) Hóa sinh động vật; NXB Nông nghiệp,

Hà Nội

USA.

Nelson D L., Cox M M., (2005) Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Edition Freeman and Company, New York, USA

Stryer L., (1995) Biochemistry 4th Edition; Freeman and Company, San Francisco, USA