Bài giảng Nguyên lý Hoá Sinh: Bài 9

David L. Nelson and Michael M. Cox

LEHNINGER PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Sixth Edition

BÀI. 9 SỰ CHUYỂN HÓA CARBOHYDRAT

© 2016 PGS.TS. BÙI VĂN LỆ

Gluconeogenesis

Sinh tổng hợp glycogen trong động vật

Cơ chất cho tổng hợp glycogen là UDP-glucose, một dạng có hoạt tính

của đường.

UDP-glucose được tổng hợp bởi UDP-glucose pyrophosphorylase từ

UTP và glucose 1-phosphaste.

Glucose-6-phosphate được chuyển thành glucose-1-phosphate bởi

phosphoglucomutase.

Để tạo glycogen cần 2 loại enzym: Glycogen synthase và

enzym tạo nhánh:

-Glycogen synthase dùng UDP-glucose như là một cơ chất để tổng hợp glycogen, nó thêm vào một gốc ở một thời điểm tại đầu đường không khử của phân tử glycogen để tạo thành nối 1-4 giữa các gốc glycosyl bên cạnh. Enzym mà chỉ dùng để kéo dài dây và vì vậy cần một phân tử mồi gọi là glycogenin để bắt đầu sự tổng hợp. Glycogenin là một protein có 8 đơn vị glucose nối nhau bởi nối 1-4.

- Dây nhánh trong glycogen được thực hiện bởi enzym có nhánh dùng cắt nối 1-4 trong dây glycogen và loại vào khoảng 7 gốc tới một vùng định vị bên trong, nối chúng với dây chính bởi nối 1-6.

Sự tổng hợp Glycogen: Khởi đầu như thế nào?

Kết thúc như thế nào: Một phân tử glycogen

Khoảng 55,000 gốc glucose. Mr khoảng 107

Gluconeogenesis

Tổng hợp carbohydrate do quang hợp

Quang hợp thực vật xảy ra trong lục lạp. Trong đó phản ứng tích lũy CO2 (chu trình Calvin), ATP và NADPH dùng để khử CO2 thành triose phosphates.

Các phản ứng này xảy ra trong 3 giai đoạn: - Sự cố định CO2 xúc tác bởi Rubisco - Khử 3-phosphoglycerate cho glyceraldehyde 3-phosphate và - Tái sinh ribulose 1,5-bisphosphate tư triose phosphates.

Rubisco kết hợp CO2 với ribulose 1,5-bisphosphate, cho một hexose bisphosphate không bền chuyển thành hai phân tử 3- phosphoglycerate.

Rubisco được hoạt hoá bởi cải tiến cộng hóa trị (carbamoylation của Lys201) được xúc tác bởi rubisco activase và ức chế bởi một đồng dạng trạng thái vị trí tự nhiên hiện diện nhiều trong tối và phân hủy ban ngày

Isozyme của stroma là enzyme glycolysis xúc tác phản ứng khử 3- phosphoglycerate thành glyceraldehyde 3-phosphate; mổi phân tử khử cần một ATP và một NADPH.

Enzyme của stroma bao gồm các transketolase và transaldolase, tái sắp xếp sườn carbon của triose phosphates, sinh ra trung gian các 3-4-5-6 và 7 carbon chu trình pentose phosphates. Pentose phosphates biến thành ribulose 5-phosphate, rồi tự phosphoryl hóa cho ribulose 1,5-bisphosphate để hoàn tất chu trình Calvin.

3-phosphoglycerate

cytosol

cho

Kết quả 3 CO2 cho một triose phosphate và 9 ATP và 6 NADPH, được cung cấp bởi phản ứng sáng quang hợp.. Một antiporter trong màng trong chloroplast trao đổi Pi hay trong dihydroxyacetone phosphate được sản xuất bởi CO2 đồng hóa trong stroma.

Sự oxi hóa của dihydroxyacetone phosphate trong cytosol sinh ATP và NADH, và chuyển ATP hoạt động và các chất khử tương tự từ chloroplast tới cytosol.

Bốn enzymes của chu trình Calvin được hoạt hóa gián tiếp bởi ánh sáng và bất hoạt trong tối và hexose được tổng hợp không hao tốn với glycolysis, mà cần sự cung cấp năng lượng trong tối

Sinh tổng hợp tinh bột và đường Sucrose

Tinh bột được tổng hợp trong chloroplasts và amyloplasts xúc tác sự thêm vào các gốc glucose đơn cho bởi ADP- glucose vào đầu khử cuối cùng của phân tử tinh bột bởi cơ chế chèn hai bước. Tạo nhánh trong amylopectin được đưa vào bởi enzym thứ hai.

Sucrose được tổng hợp trong cytosol trong hai bước từ

UDP-glucose và fructose 1-phosphate.

Sự phân chia triose phosphates giữa tổng hợp đường và tinh bột được điều chỉnh bởi fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP) một enzym dị lập thể mà thay đổi thuận nghịch theo bậc quang hợp dùng ức chế tổng hợp fructose 6-phosphate một tiền chất cho tổng hợp sucrose.

C3 (standard) Photosynthesis

C4 Photosynthesis

Gluconeogenesis

Sinh tổng hợp cellulose vách tế bào thực vật và peptidoglycan vi sinh vật

Sinh tổng hợp cellulose trên một phức chất của màng (rosettes). Mổi chuổi cellulose như là một sitosterol dextrin được tạo thành bên trong tế bào. Nó được chuyển ra ngoài nơi các đường đa (oligosaccharide) được vận chuyển tới cellulose synthase trong rosette và kéo dài. Mổi rosette sinh ra 36 dây cellulose đồng thời và song song. Dây tạo thành tinh thể đi vào trong các vi sợi tạo vách tế bào

Sự tổng hợp vách vi peptidoglycan khuẩn gồm các lipid liên kết đường đa (oligosaccharides) được tạo thành bên trong tế bào và đưa tới màng ngoài để kết hợp

Gluconeogenesis

Sự dị hóa glycogen

các

phân

enzym không

(G6P)

(bởi

Thực hiện bởi enzym glycogen phosphorylase nhánh. và Phosphorylase loại đơn vị glucose từ các đầu không khử của phân tử glycogen và sản sinh glucose1-phosphaste (G1P). Nó chỉ cắt nối 1-4 glycosidic nhưng không cắt nối 1-6 tại điểm phân nhánh.. G1P bị biến thành glucose enzym 6-phosphaste phosphoglucomutase).

Breakdown of intracellular glycogen by glycogen phosphorylase

Trong gan chất trên được biến đổi tiếp thành glucose (bởi glucose-6- phosphatase) và glucose đi vào trong máu. Trong cơ bắp thiếu enzym glucose 6-phosphatase.

Điểm nhấn mạnh ở đây là glucose 6-phosphate (G6P) di vào trong chu trình glycolysis (gluco giải) và oxide hóa để giải phóng năng lượng cho cơ bắp.

Dị hóa sucrose vả đưởmg

Quá trình chuyển hóa fructose

Fructose

fructose-1-phosphate

Fructose có nhiều trong trái cây, mật ong, đường sucrose. Fructose là một nguồn carbohydrate trong khẩu phần ăn của người có thể đi vào con đường đường phân qua hai đường. Trong gan, fructose chuyển thành fructose-1-phosphate nhờ fructokinase. Fructokinase  ATP  ADP Khi fructose-1-phosphate đi vào con đường đường phân nó sẽ bị cắt thành DHAP và glyceraldehyde nhờ fructose-1-phosphate aldolase. DHAP sau đó được chuyển thành isomerase. Glyceraldehyde-3- glyceraldehyde-3-phosphate nhờ triose phosphate phosphate được tạo ra từ glyceraldehyde và ATP nhờ glyceraldehyde kinse xúc tác. Sự chuyển hóa fructose-1-phosphate thành các chất trung gian của con đường đường phân phải trải qua hai bước điều hòa. Phản ứng này do hexokinase và PFK-1 xúc tác. Do đó, fructose được chuyển hóa nhanh hơn glucose. Trong các mô cơ và mô mỡ, fructose được chuyển thành chất trung gian của quá trình đường phân là fructose –6-phosphate do hexokinase xúc tác. Do hexokinse có ái lực thấp với fructose nên phản ứng này ít quan trọng hơn nếu sự tiêu thụ fructose không cao bất thường

Metabolism of galactose for entry into glycolysis

Galactose is phosphorylated at carbon-1 by galactokinase to produce galactose 1-phosphate.

Galactose is a C-4 epimer of glucose. Galactose 1-phosphate is converted to glucose 1-phosphate through a UDP nucleotide derivative and the enzyme UDP-glucose 4-epimerase.

galactose  galactose-1-phosphate

ATP ADP

Sau đó, galatose-1-phosphate được chuyển thành UDP galactose. Trong quá trình phát triển của bào thai và trẻ em, bước đầu tiên của sự chuyển hóa này do galatose-1-phosphate uridyltransferase xúc tác.

Galactose-1-phosphate uridyltransferase

Galactose-1-phosphate



UDP-galactose.

UDP-glucose

UDP-glucose  glucose-1-phosphate UDP-galactose được sinh ra trong phản ứng được xúc tác bởi enzyme UDP-galactose pyrophosphorylase. Galactose-1-phosphate + UDP  UDP-galactose + PPi Sau đó UDP-glucose được tạo thành nhờ quá trình đồng phân hóa galactose do UDP- glucose-4-epimer xúc tác. UDP-galactose  Tùy vào nhu cầu chuyển hóa của tế bào UDP-glucose được sử dụng trực tiếp trong quá trình tổng hợp glycogen hoặc bị chuyển hóa thành glucose-1-phosphate nhờ enzyme UDP-glucose pyrophosphorylase. Glucose-1-phosphate đi vào con đường đường phân sai khi nó chuyển thành glucose-6-phosphate nhờ phosphoglucomutase

Quá trình chuyển hóa galactose Mặc dù galactose và glucose có cấu trúc tương tự nhau nhưng một số phản ứng cần cho loại đường sẽ đi vào con đường đường phân. Galactose ban đầu được chuyển hóa thành galatose-1-phosphate nhờ galactokinase. galactokinase

Quá trình chuyển hóa mannose.

Mannose là một thành phần quan trọng của các oligosaccharide được tìm thấy trong các glycoprotein. Do nó chỉ là một phần nhỏ trong bữa ăn nên mannose là một nguồn năng lượng không quan trọng. Sau khi bị hexokinase phosphoryl hóa, mannose đi vào con đường đường phân như fructose-6-phosphate.

Metabolism of mannose for entry into glycolysis

Sự thủy phân tinh bột

Bắt đầu xảy ra trong miệng nơi có enzyme -amylase của nước bọt khởi động quá trình thủy phân các nối glycoside. Quá trình tiêu hóa tiếp tục trong ruột non nơi mà -amylase của tuyến tụy thủy phân tất cả liên kết (1,4) glycoside ngoại trừ những liên kết gần các điểm phân nhánh. Sản phẩm của -amylase là maltose, trisacchatide maltotriose và các dextrin. Một số enzyme do tế bào tiết ra sẽ chuyển những sản phầm trung gian này thành glucose. Các phân tử glucose sau đó được hấp thu vào các tế bào ruột. Sau khi đi vào máu, chúng sẽ được đưa đến gan và toàn bộ cơ thể.

Sự thủy phân tinh bột trong hạt nảy mầm

Sự liên quan biến dưỡng carbohydrate trong tế bào thực vật Thực vật có thể tổng hợp đường từ acetyl-CoA sản phẩm phân hủy acid béo bởi liên kết chu trình glyoxylate và gluconeogenesis.

Chu trình riêng biệt của carbohydrate trong thực vật tạo sự phân phối rộng chúng cung cấp các chất trung gian bao gồm hexose phosphates, pentose phosphates và triose phosphates.

Sự vận chuyển trong màng chloroplasts, mitochondria, amyloplasts, và peroxisomes trung gian sự chuyển dịch phosphates giữa các cơ quan. Sự định của đường hướng luồng biến dưỡng cung cấp thay đổi theo ngày đêm