Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 29 - TS. Trần Hoàng Phương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2 - Chương 29: Hóa học hữu cơ của những con đường trao đổi chất, cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về sự trao đổi chất và năng lượng sinh hóa; quá trình dị hoá triacylglycerol: quá trình chuyển hóa của glycerol; quá trình dị hóa của triacylglycerol: sự oxid hóa; quá trình sinh tổng hợp của các acid béo;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 29 - TS. Trần Hoàng Phương

Trường Đại Học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa Học – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 1
2
HÓA HỌC HỮU CƠ CỦA NHỮNG CON ĐƯỜNG TRAO ĐỔI CHẤT 3
Chương 29 – HÓA HỌC HỮU CƠ CỦA NHỮNG CON ĐƯỜNG TRAO ĐỔI CHẤT Ø Bất kì ai muốn hiểu và góp phần vào cuộc cách mạng đang diễn ra trong ngành khoa học sinh học đầu tiên phải hiểu những chu trình sống ở cấp độ phân tử. Ø Sự hiểu biết phải dựa vào những kiến thức cụ thể của những phản ứng hóa học và những cách thức được sử dụng bởi cơ thể sống. Ø Những phản ứng sinh hóa không còn là điều bí ẩn mặc dù những phản ứng diễn ra trong cơ thể sống phức tạp hơn bất kì phản ứng nào được tiến hành trong phòng thí nghiệm với một cơ chế phản ứng như nhau. 4
29.1 TỔNG QUAN VỀ SỰ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG SINH HÓA Ø Nhiều phản ứng diễn ra trong tế bào cơ thể sống được gọi chung là quá trình trao đổi chất (metabolism). Ø Những con đường phá vỡ các phân tử lớn hơn thành những phân tử nhỏ hơn được gọi là dị hóa (catabolism), còn những con đường tổng hợp những phân tử lớn hơn từ các phân tử nhỏ hơn được gọi là đồng hóa (anabolism). Ø Các phản ứng dị hóa thường giải phóng năng lượng, trong khi những phản ứng đồng hóa thường hấp thu năng lượng. Ø Con đường dị hóa được phân chia thành bốn giai đoạn 5 (Hình 29.1.
Ø Giai đoạn 1: Một lượng lớn thực phẩm được tiêu hóa trong dạ dày và ruột để hình thành những phân tử nhỏ hơn. Ø Giai đoạn 2: Acid béo, monosaccaride và amino acid được giảm cấp để hình thành acetyl CoA bên trong các tế bào. Ø Giai đoạn 3: Acetyl CoA bị oxid hóa trong chu trình acid citric để tạo CO2. Ø Giai đoạn 4: Năng lượng giải phóng trong chu trình acid citric được dùng bởi chuỗi chuyền electron để phosphoryl hóa ADP tạo thành ATP. 6
Hình 29.1 Tổng quan về con đường dị hóa 7
Ø Giai đoạn đầu tiên của quá trình dị hóa được gọi là sự tiêu hóa: thức ăn bị chia nhỏ ở miệng, dạ dày và ruột bằng sự thủy phân các nối ester, glycoside (acetal) và peptide (amide) của các acid béo cơ bản, glycerol, đường đơn và các amino acid. Ø Những phân tử nhỏ hơn này tiếp tục được giảm cấp trong giai đoạn thứ hai của quá trình dị hóa để hình thành những nhóm acetyl liên kết với phân tử coenzyme A thông qua nối thioester. Ø Acetyl CoA là chất có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và cả trong nhiều con đường sinh học khác. Nhóm acetyl của acetyl CoA được liên kết với nguyên tử S của phosphopantetheine, và bản thân 8 nhóm này liên kết với adenosine 3’,5’-bisphosphate.
9
Ø Trong giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa, những nhóm acetyl bị oxid hóa trong ti thể của tế bào với chu trình acid citric để hình thành CO2. Ø Như nhiều quá trình oxid hóa khác, giai đoạn này giải phóng một lượng lớn năng lượng, năng lượng này sẽ được sử dụng trong giai đoạn thứ tư, ở chuỗi chuyền electron, để tiến hành quá trình phosphoryl hóa adenosine diphosphate ADP bằng ion HOPO32- (viết tắt là Pi) để hình thành adenosine triphosphate ATP. 10
Ø Kết quả của quá trình dị hóa là ATP, nó được gọi là “đồng tiền năng lượng” của tế bào. Ø Phản ứng dị hóa hình thành ATP bằng cách sử dụng năng lượng để tổng hợp nó từ ADP và Pi, trong khi đó phản ứng đồng hóa sử dụng ATP để chuyển một nhóm phosphate tới phân tử khác, đồng thời tái tạo ADP. Ø Vì vậy sự sản sinh năng lượng và sử dụng năng lượng trong cơ thể sống xoay quanh quá trình chuyển đổi qua lại giữa ADP và ATP. 11
Ø ADP và ATP đều là anhydride phosphoric –P(=O)–O– P(=O)–. Anhydride phosphoric này cũng phản ứng với alcol bằng cách phá vỡ nối P–O và hình thành phosphate ester, ROPO32-. 12
Ø Cần lưu ý rằng những phản ứng phosphoryl hóa với ATP nói chung đều cần sự có mặt của cation kim loại hóa trị hai trong enzyme, thường là Mg2+ để hình thành phức acid/base Lewis với những nguyên tử oxygen phosphate và trung hòa các điện tích âm trên các nguyên tử oxygen phosphate này. 13
Ø Để phản ứng diễn ra một cách thuận lợi và tự nhiên thì ΔG phải là số âm và phải giải phóng năng lượng. Nếu ΔG là số dương thì phản ứng này không diễn ra một cách tự nhiên. Ø Để những phản ứng không thuận lợi về mặt năng lượng có thể xảy ra thì phản ứng đó cần được đi kèm với một phản ứng thuận lợi về mặt năng lượng, để năng lượng tự do tổng cộng của cả hai phản ứng này ưu đãi về mặt năng lượng. 14
29.2 QUÁ TRÌNH DỊ HOÁ TRIACYLGLYCEROL: QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA GLYCEROL Ø Quá trình trao đổi chất của các triacylglycerol bắt đầu với quá trình thủy phân tạo glycerol và các acid béo, phản ứng được xúc tác bởi enzyme lipase. Ø Vùng hoạt hóa của enzyme chứa bộ ba: acid aspartic, histidin, và serin; bộ ba này phối hợp hoạt động với nhau để cung cấp những xúc tác acid và base cần thiết cho những bước riêng biệt. Ø Quá trình thủy phân được thực hiện bởi hai phản ứng thế thân hạch acyl nối tiếp nhau, một phản ứng tạo liên kết cộng hóa trị của một nhóm acyl với nhóm -OH của serine trên enzyme và phản ứng thứ hai giải phóng các 15 acid béo ra khỏi enzyme.
16
Ø Bước 1-2: Sự hình thành enzyme acyl: Bước thế thân hạch acyl đầu tiên - phản ứng của triacylglycerol và vùng hoạt hóa serine để hình thành enzyme acyl, bắt đầu bằng việc khử proton nhóm alcol của serine bằng histidine để hình thành ion alkoxide có tính thân hạch mạnh hơn. Sự dịch chuyển proton này được trợ giúp bởi một anion carboxylate của acid aspartic, anion này giúp làm ổn định hơn cation histidin nhờ vào tương tác tĩnh điện của chúng. Serine sau khi đã khử proton, cộng nhóm cabonyl của một triacylglycerol vào để hình thành trung gian tứ diện. Các tứ diện trung gian loại nhóm xuất diacylglycerol và tạo ra enzyme acyl. Quá trình này được xúc tác bởi sự chuyển proton từ histidine để biến nhóm xuất diacylglycerol về dạng 17 trung tính, dễ bị loại bỏ hơn.
Hình 29.2 Cơ chế hoạt động của lipase 18
Ø Bước 3-4: Sự thủy phân. Bước thế thân hạch acyl thứ hai thủy phân enzyme acyl và sinh ra các acid béo tự do bằng một cơ chế tương tự như hai bước đầu. Nước được khử proton bởi histidine để hình thành ion hydroxide, ion này được cộng vào nhóm acyl đang liên kết với enzyme. Sau đó, chất trung gian tứ cấp loại bỏ nhóm xuất là nhánh serine, giải phóng các acid béo tự do và trả enzyme về dạng hoạt hóa của nó. 19
Ø Những acid béo được giải phóng từ quá trình thủy phân triacylglycerol được chuyển đến ti thể và được giảm cấp thành acetyl CoA, trong khi đó glycerol được chuyển đến gan để tham gia quá trình trao đổi chất khác. Ở gan, đầu tiên glycerol được phosphoryl hóa bởi các phân tử ATP; và tiếp theo là oxid hóa NAD+ tạo nên dihydroxyacetone phosphate (DHAP), chất này tham gia vào con đường trao đổi chất của carbohydrate. 20