Chương II: Biến dưỡng Glucid

Chöông II

SÖÏ BIEÁN DÖÔÕNG GLUCID

BAØI GIAÛNG SINH HOÙA HOÏC

1. Vai troø cuûa bieán döôõng glucid

2. Söï tieâu hoùa vaø haáp thu

3. Bieán döôõng glycogen Phaàn II TRAO ÑOÅI CHAÁT VAØ NAÊNG LÖÔÏNG SINH HOÏC 4. Söï ñöôøng phaân

5. Chu trình Krebs

Chöông II- BIEÁN DÖÔÕNG GLUCID

6. Chu trình pentose phosphate

7. Söï taân sinh ñöôøng TP.HCM - 2007 8. Ñieàu hoøa bieán döôõng glucid

2.TIEÂU HOÙA

(cid:2) TIEÂU HOÙA TINH BOÄT

(thuù daï daøy ñôn – moät tuùi)

1. VAI TROØ CUÛA SÖÏ BIEÁN DÖÔÕNG GLUCID (cid:1) Nguoàn goác :

(cid:2) TIEÂU HOÙA CELLULOSE

- Ngoaïi sinh : thöùc aên tinh boät, ñöôøng ñoâi, cellulose.

(thuù daï daøy keùp – boán tuùi)

- Noäi sinh : thoaùi bieán glycogen döï tröõ ,

taân sinh ñöôøng töø amino acid, glycerol, lactate.

(cid:1) Vai troø :

- Cung caáp 70 – 80% nhu caàu naêng löôïng,

- Caáu taïo moâ baøo (glycoprotein)

- Khöû ñoäc (acid glucuronic)

1

TIEÂU HOÙA CELLULOSE TIEÂU HOÙA TINH BOÄT

(cid:1) Cellulose laø thöùc aên glucid quan troïng cuûa thuù nhai lại daï daøy keùp (4 tuùi):

daï daøy tröôùc

daï coû, daï toå ong, daï laù saùch vaø daï muùi kheá (daï daøy tuyeán) - Chuû yeáu xaåy ra ôû ruoät non. - Caùc enzyme vaø taùc ñoäng : (1) αααα-amylase (nöôùc boït, dòch ruoät, dòch tuïy) (αααα 1→ 4 glucan hydrolase) → thuûy phaân taát caû caùc lieân keát glycosidic αααα (1→4) cuûa amylose vaø AP

TINH BOÄT oligosaccharide + maltose + glucose vaø dextrin (chöùa LK 1→ 6)

(cid:1) Söï tieâu hoùa xaåy ra chuû yeáu ôû daï coû nhôø heä vi sinh vaät kyù sinh ôû ñoù (protozoa, naám vaø vi khuaån). Keát quaû trong moät ngaøy ñeâm taïo ra khoaûng 4 kg caùc acid beùo bay hôi, trong ñoù :

(2) αααα 1→ 6 glucosidase (dòch ruoät) : caét lieân keát 1→ 6 (3) Maltase : thuûy phaân maltose → 2 glucose (4) ββββ-amylase (thöïc vaät): p/giaûi tinh boät → maltose - Acid acetic : 75% - Acid propionic : 15% - Acid butyric : 10%

(cid:3) Vi sinh vaät daï coû phaân huûy cellulose vaø chaát boät ñöôøng ôû ngoaøi teá baøo vi sinh vaät → oligosaccharide

(cid:3) SF chuoãi C ngaén ñöôïc ñöa vaøo teá baøo vi sinh vaät → thuûy phaân hoaëc phosphoryl phaân thaønh caùc phaân töû ñöôøng ñôn

Hình 4.1. HỆ THỐNG TIÊU HÓA THÚ NHAI LẠI

2. Ñöôøng daãn töø receptor khoang mieäng

(glucose).

1. Receptor khoang mieäng 3. Trung khu thaàn kinh haønh tuûy 4. Sôïi ly taâm ñi vaøo thaàn kinh meâ taåu 5. Thöïc quaûn 8. Daï toå ong

7. Raõnh thöïc quaûn 11. Voû naõo

6. Daï coû 10. Daï muùi kheá

9. Daï laù saùch

(cid:3) Glucose ñöôïc leân men taïo ra pyruvate → bieán ñoåi thaønh acid beùo bay hôi (acetate, propionate, butyrate), CO2, CH4 …(hình 2.1)

2

(1)

(3)

(2)

3 CON ĐƯỜNG CHUYỂN HÓA CHÍNH CỦA GLUCOSE

Hình 2.1 : Sô ñoà phaân giaûi glucid trong daï coû

3. SÖÏ BIEÁN DÖÔÕNG GLYCOGEN 3.1. SÖÏ THOAÙI BIEÁN GLYCOGEN

(Glycogenphosphorolysis) Caùc enzyme :

- Phosphorylase : caét laàn löôït caùc lieân keát αααα (1→ 4)- glycosidic ôû ñaàu khoâng khöû → G-1-P. - Glucantransferase : chuyeån 3 goác glucose sang maïch beân -> laûm boäc loä lieân keát αααα (1→ 6). - Amylose (1→6) glucosidase : caét lieân keát αααα (1→ 6) → laøm maát nhaùnh cuûa amylopectin. - Phosphorylase tieáp tuïc caét caùc goác G cuûa amylose → G-1-P → G-6-P → G vaøo maùu, hoaëc oh→ NL

3

Caáu truùc phaân töû glycogen

Hình 2.2 : Sô ñoà thoaùi bieán glycogen

Phosphorylase Pi - Glucantransferase - Amylose (1→6) glucosidase

P.glucomutase

(C6H10O5)n-1 + n(Glu-1-P) (C6H10O5)n Glycogen (n-1)Pi

Phosphatase

Glu-1-P Glu-6-P

(cid:1) ÔÛ gan : Glu-6-P Glucose (taêng - Pi ñöôøng huyeát)

(cid:1) ÔÛ cô : Glu-6-P tham gia quùa trình ñöôøng phaân ñeå giaûi phoùng naêng löôïng.

4

3.2. TOÅNG HÔÏP GLYCOGEN ÔÛ GAN VAØ CÔ (Glycogenesis)

(1) Hoaït hoùa glucose G-6-P Glu -1-P

Hexokinase

P.glucomutase

CH2O- P

(1) Glucose + ATP Glucose- 6-P

(2) Glucose 1-P + UTP

H4P2O7 + H2O

Glucose-6-P + ADP Glucose 1- P UDP-glucose + H4P2O7 2 H3PO4

ATP.Mg2+

(3) UDP-Glu + Glycogen primer

ADP.Mg2+

Glycogen- synthetase

(C6H10O5)n +1 + UDP (mạch amylose)

CH2OH OH OH Hexokinase OH OH OH OH Glucose 6-P OH

UDP + ATP

UTP + ADP

(4) T/lập chuỗi amylopectin – amylose (1,4 →→→→1,6) transglucosidase

OH CH2O- Glucose

Moät heä thoáng hoaøn chænh cho söï toång hôïp glycogen trong cô theå ñoøi hoûi: G-1-P + UTP + glycogen primer + glycogen synthetase vaø 17

P.glucomutase OH Glucose 6-P O- P OH

amylo(1,4 →→→→ 1,6) transglucosidase

OH Glucose 1-P

(3)TL maïch amylose (1→ 4):goác Glu taùch khoûi UDP-Glu vaø gaén vaøo ñaàu khoâng khöû cuûa moät ñoaïn glycogen moài (primer)

vôùi söï thaønh laäp lieân keát glycodidic αααα (1→ 4) :

(2) Thaønh laäp chaát trung gian UDP-Glu CH2O-

Glycogen synthetase

OH + Uridine triphosphate (UTP) O- UDP P OH

HN 3

UDP-Glu + (C6H10O5)nprimer (C6H10O5)n+1 OH Glucose 1-P - 2Pi

1 N

CH2O- CH2OH CH2OH CH2OH

5 OH4

5’ -O-CH2 4’

1’

2’

3’

O OH O O-P– O- P OH O O-R(n+1) O OH OH HO OH OH OH OH H H Uridine diphosphoglucose Mạch amylose với liêeân kết glycodidic αααα(1 → 4) (UDP-Glu) OH OH

5

(4) Taïo nhaùnh : E amylo(1,4 → 1,6)transglucosidase chuyeån 1 phaàn chuoãi 1→4 (toái thieåu 6 goác Glu) sang chuoãi beân, taïo ñieåm phaân nhaùnh vôùi LK(1→6)

Amylopectin

6

4. SÖÏ ÑÖÔØNG PHAÂN (Glycolysis) (Sô ñoà Embden-Mayehoff – EM)

•

4.1. MUÏC ÑÍCH : oxy hoùa glucose ñeå laáy naêng löôïng trong ñieàu kieän kî khí (ngheøo hoaëc vaéng O2) - Xaûy ra trong moâ baøo ngheøo O2 → söï ñöôøng phaân. - Xaåy ra ôû VSV → söï leân men •

•

- ATP ñöôïc thaønh laäp khoâng ñi qua chuoãi hoâ haáp maø do söï phosphoryl hoùa tröïc tieáp cô chaát.

•

- Hieäu quûa khai thaùc naêng löôïng töø glucose chæ khoaûng 2-3%

4.2. NAÊM GIAI ÑOAÏN ÑÖÔØNG PHAÂN : (cid:1)GÑI : Hoaït hoùa glucose → G-6-P (pö1 – toán 1 ATP) (cid:1)GÑII : Bieán ñoåi G-6-P (C6) → 2 SF C3 coù khaû naêng bò oxy hoùa (pö 2-3-4-5, toán 1 ATP)

(cid:1)GÑIII : O.h 2Glyceraldehyde-3-P →2 Glycerate-3-P

(pö 6-7, TL 2ATP + 2 NADH + H+)

(cid:1) GÑIV : B/ñoåi 2 Glycerate-3-P → 2 Pyruvate

(pö 8-9-10, TL 2 ATP)

(cid:1) GÑ V : Khöû 2 Pyruvate → 2 Lactae (pö 11)

Hình 2.5 : Sô ñoà quaù trình ñöôøng phaân Embden-Mayehoff (EM)

(söï duïng 2 NADH+H+ töø GÑIII

7

(cid:1) GÑII : Bieán ñoåi G-6-P (C6) -> 2 SF C3 coù khaû naêng bò CAÙC PHAÛN ÖÙNG ÑÖÔØNG PHAÂN EM oxy hoùa (pö 2-3-4-5 , toán 1 ATP) GÑI : Hoaït hoùa glucose → G-6-P ( toán 1 ATP) (2) Ñoàng phaân hoùa G-6-P → Fructose-6-P. Enzyme (1)Hoaït hoùa glucose -> G-6-P vôùi enzyme xuùc taùc phosphoglucose isomerase hexokinase. Pö naøy khoâng thuaän nghòch

6 -O-CH2

1 CH2OH 2

ADP.Mg2+

4 OH

P CH2O- CH2OH CH2O-P=O OH P Phosphoglucose isomerase OH OH H OH OH Hexokinase ATP.Mg2+ OH 3 OH OH OH OH OH OH OH OH OH Glucose 6-P Fructose 6-P Glucose Glucose 6-P

(3)Phosphoryl hoùa laàn 2 → Fru-1,6-diP (4) Phaân caét phaân töû C6 thaønh 2 phaân töû C3 vôùi söï xuùc taùc cuûa aldolase P

Enzyme xt phosphofructokinase, tieâu toán ATP laàn thöù 2. Phaûn öùng khoâng thuaän nghòch, quyeát ñònh toác ñoä ñöôøng phaân. P

1 CH2O-

1 CH2OH

6 -O-CH2

Aldolase P P P CH2- O- C=O CH2OH Dihydroxyacetone phosphate

ADP.Mg2+

OH OH OH H OH H P CH2-O- C=O HO-C- H H- C- OH H- C- OH CH2O- P.fructokinase ATP.Mg2+ OH OH Fructose 1,6- di P P Fructose 1,6- di P Fructose 6-P

O C H CH - OH CH2- O- Glyceraldehyde 3 phosphate

8

(cid:1)GÑIII : O.h 2Glyceraldehyde-3-P → 2 Glycerate-3-P (pö 6-7, TL 2ATP + 2 NADH + H+) (5) 2 triose chuyeån hoùa laãn nhau , chuû yeáu taïo thaønh glyceraldehyde-3-P laø saûn phaåm ñöôïc oxy hoùa. Enzyme xt laø triosephosphate isomerase

Nhö vaäy sau 5 pö : 1p/töû Glu söû duïng 2 ATP → (6) oxy hoùa glyceraldehyde-3-P nhôø enzyme glyceraldehyde 3-phosptate dehydrogenase (tetramer) → hình thaønh noái (~ P) trong SP 1,3 BPG vaø NADH+ H+ 2 pt glyceraldehyde-3-P

Glyceraldehyde 3-P dehydrogenase

P Triophosphate isomerase + NADH+ H+ + NAD+ +Pi P P P

O C O~ P CH - OH CH2- O- 1,3-Biphospho- glycerate O C H CH - OH CH2- O- Glyceraldehyde 3 phosphate (aldose) O C H CH - OH CH2- O- Glyceraldehyde 3 phosphate (aldose) (95%) CH2- O- C=O CH2OH Dihydroxyacetone phosphate (ketose) (5%)

GÑIV : B/ñoåi 2 Glycerate-3-P → 2 Pyruvate (7) Söû duïng tröïc tieáp goác (~P) cuûa cô chaát ñeå TL ATP (pö 8-9-10, TL 2 ATP) (phosphoryl hoùa ôû möùc cô chaát, khoâng qua chuoãi HH)

Enzyme xt laø phosphoglycerate kinase → 2 ATP (8) Phaûn öùng ñoàng phaân hoùa chuyeån goác P töø C3 leân C2. Enzyme xuùc taùc laø phosphoglycerate mutase.

(9) Pö khöû nöôùc vôùi söï xuùc taùc cuûa enolase → coù söï saép xeáp laïi maïch noái trong noäi boä ph/töû → taïo (~ P)

Phosphoglycerate kinase + ATP + ADP H2O P-glycerate mutase P P Enolase

O C O- CH - OH CH2- O- P 3-Phospho- glycerate O C O~ P CH - OH CH2- O- 1,3-Diphospho- glycerate O C O- CH –O- P CH2- OH 2-Phospho- glycerate O C O- CH – OH CH2- O- P 3-Phospho- glycerate O C O- CH - O~ CH2 P.enol- pyruvate

9

GÑ V : Khöû 2 Pyruvate → 2 Lactae (pö 11) (söï duïng 2 NADH+H+ töø GÑIII (10) Pö thaønh laäp ATP laàn thöù hai trong ñöôøng phaân vôùi söï xuùc taùc cuûa pyruvatekinase → SFTG quan troïng PYRUVATE

(ngheøo O2)

NADH + H+ NAD+ ADP ATP

Pyruvate kinase Lactatedehydrogenase P

Lên men rượu :

O C O- C = O CH3 Pyruvate O C O- C = O CH3 Pyruvate O C O- CH - OH CH3 Lactate O C O- CH - O~ CH2 Phosphoenol- pyruvate NADH + H+ NAD+ (ñuû O2)

10

Soá ATP

P/ö

Enzyme xuùc taùc

Phöông thöùc taïo noái ~P

(6)

(7)

Glyceraldehyde 3-P dehhdrogenase P-glyceratekinase

Qua chuoãi HH moâ baøo oxy hoùa 2NADH + H+ oxy hoùa ôû möùc cô chaát

(10)

Pyruvate kinase

oxy hoùa ôû möùc cô chaát

Soá ATP ñöôïc thaønh laäp

(1)

Hexokinase

Tieâu hao ATP

(3)

P-fructokinase

Tieâu hao ATP

Soá ATP coøn laïi

Ghi chuù: trong ñieàu kieän moâ baøo ngheøo oxygen, pyruvate seõ söû duïng NADH + H+ cuûa p/ö (6) ñeå hoàn nguyeân thaønh lactate, do ñoù soá ATP coøn laïi seõ laø 2.

Baûng 3.1: NL giaûi phoùng töø tieán trình ÑFEM

(TRICARBOXYLIC ACID CYCLE, KREBS CYCLE)

5. SÖÏ OXY HOÙA HAÛO KHÍ GLUCOSE

- Ñaây laø con ñöôøng chung cuûa söï oxy hoùa caùc chaát höõu cô ñeå taïo ra ATP cung caáp cho caùc hoaït ñoäng cuûa cô theå, bôûi vì glucose (töø glucid), acid beùo (töø lipid) vaø amino acid (töø protein) khi thoaùi bieán ñeàu daãn ñeán ACETYL CoA.

- Chu trình naøy xaåy ra trong phaàn khuoân ty theå nhaèm oxy hoùa ACETYL CoA thaønh CO2 + H2O + giaûi phoùng toaøn boä naêng löôïng döï tröõ.

11

5.1. SÖÏ KHÖÛ CARBOXYL-OXY HOÙA PYRUVATE → ACETYL CoA

CoASH

TPP

CH3-C ~S-L-SH S-acetyl lipoate

O CH3-C-COO- Pyruvate

Phaûn öùng toång quaùt :

+ CO2

CO2

NAD+ NADH + H+ O O

CH3-C –TPP H

FAD

FADH2

Pyruvate dehydrogenase complex :

NAD+

NADH + H+

(vaøo chuỗi hoâ haáp)

E1: pyruvate decarboxylase (vit.B1) E2: Dihydrolipoyl transacetylase (lipoic acid) E3: Dihydrolipoyl dehydrogenase (FP5-FAD)

Mepacrin

Fluoarocetate

Taùc ñoäng cuûa moät soá loaïi thuoác öùc cheá caùc enzyme cuûa chu trình Krebs

Streptomycin Cocain Salicylate

Morphin Salicylate

Morphin Thuoác teâ Thuoác nguû

Tetracyclin Aureomycin Salicylate

Hình 2.8 : CHU TRÌNH KREBS

CH3-C ~S-CoA ACETYL CoA CH3-C ~S-CoA ACETYL CoA Pyruvatedehydrogenase Complex (E1, E2 ,E3), CoASH O C O- C = O CH3 Pyruvate

12

Citrate synthetase

Cis-aconitase

(2) Citrate bieán ñoåi thaønh isocitrate qua trung gian cis- aconitate : (1) Phản ứng kết hợp của acetyl CoA (sản phẩm sẽ bị oxy hoùa) với oxaloacetate ñeå thaønh lập citrate vôùi söï xuùc taùc cuûa citrate synthetase

13

(3) (4). Söï oxy hoùa isocitrate, sau ñoù laø söï khöû carboxyl

ñeà thaønh laäp αααα-ketoglutarate, enzyme xuùc taùc laø

(3)

(4)

isocitrate dehydrogenase vaø decarboxylase (5) Phaûn öùng khöû carboxyl -oxy hoùa αααα-ketoglutarate vôùi söï xuùc taùc cuûa αααα-ketoglutarate dehydrogenase complex (töông töï nhö ñoái vôùi pyruvate) : caàn söï tham gia cuûa TPP, lipoate, NAD+ vaø CoA.SH

(3ATP) (3ATP)

(4)

(3) + NAD+

(6) Söï khöû noái thioester cuûa succinyl -CoA, naêng löôïng

giaûi phoùng ñöôïc ñöa vaøo moät noái phosphate cao naêng (7) Phaûn öùng oxy hoùa succinate bôûi FP2 – succinate dehydrogenase, vôùi CoE laø FAD : cuûa GTP ñeå sau ñoù thaønh laäp 1 ATP.

ATP

(2ATP)

14

STT

Enzyme xuùc taùc

Baûng 2-2 : Số ATP ñöôïc giaûi phoùng töø chu trình Krebs

Soá ATP t/laäp. 3

αααα-ketoglutarate

(8), (9) Phaûn öùng hydrate hoùa fumarate ñeå thaønh laäp malate vaø tieáp theo laø söï oxy hoùa malate ñeå cho ra saûn phaåm oxaloacetate :

(8)

(9)

P/ö 3 P/ö 5

Phöông thöùc sinh noái (~P) oxy hoùa NADH + H+ trong chuoãi hoâ haáp oxy hoùa NADH + H+ trong chuoãi hoâ haáp

Isocitrate dehydrogenase P/hợp dehydrogenase

Succinate thiokinase

(3ATP)

Succinate dehydrogenase Malate dehydrogenase

P/ö 6 P/ö 7 P/ö 9

Phosphoryl hoùa ôû möùc cô chaát -> GTP oxy hoùa FADH2 trong chuoãi hoâ haáp oxy hoùa NADH + H+ trong chuoãi hoâ haáp Toång coäng

Fumarase Malate dehydrogenase

(cid:1)Phaûn öùng toång quaùt : 3 Glu-6-P + 6 NADP+ 2Glu-6-P + Gly-3-P 6. CON ÑÖÔØNG HEXOSE MONOPHOSPHATE (HMP pathway, Pentose phosphate cycle)

+ 3CO2 + 6 (NADPH + H+)

(cid:1)Hai giai ñoaïn phaûn öùng : (cid:3) GĐ oxy hoùa tröïc tieáp 3 phaân töû Glu-6-P →

6(NADPH+H+ ) vaø + 3 p/töû ribulose-5-P (Ru5P),

(P/ö 1-2 &3)

(cid:3) GĐ bieán ñoåi 3 p/t Ru5P → 2 Fructose-6-P (F6P) +

Glyceraldehyde-3-P (GAP)(P/ö 4-5-6-7&8)

(cid:1)Muïc ñích : (cid:3) Oxy hoùa tröïc tieáp Glu-6-P (khoâng phosphoryl hoùa laàn thöù hai → goïi laø con ñöôøng HMP). (cid:3) NADPH+H+ : cung caáp caùc caëp H cho caùc phaûn öùng toång hôïp chaát caàn H (toång hôïp acid beùo, cholesterol, caùc hormone steroid …). (cid:3) Saûn phaåm pentose-5-P ñöôïc söû duïng ñeå toång hôïp caùc nucleotide → acid nucleic. Neáu khoâng söû duïng thì caùc pentose 5-P seõ bieán ñoåi ñeå toång hôïp trôû laïi Fru-6-P → Glu- 6-P → teân goïi “chu trình pentose phosphate”.

15

(cid:1) GIAI ÑOAÏN OXY HOÙA

Pư 1 : oxy hoaù trực tiếp glucose 6-phosphate :

Moãi voøng chu kyø pentose söû duïng ñoàng thôøi 3 pt Glu-6P :

Pư 2 : khöû voøng taïo phaân töû daïng thaúng 6-phosphogluconate

H+ P CH2O- + NADPH+H+ H2O P CH2O- CH2O- P + NADP+ =O 1 OH =O 1 H 1 OH OH OH OH OH 6-Phosphoglucono- lactonase OH OH P Glucose 6-P dehydrogenase OH OH

6-Phosphoglucono- δδδδ lactone Glucose 6-P O C- OH H- C- OH HO-C- H H- C- OH H- C- OH CH2O- 6-Phospho- gluconate 6-Phosphoglucono- δδδδ lactone

16

7. SỰ TÂN SINH GLUCOSE (Gluconeogenesis)

(cid:3) Tổng hợp glucose từ lactate, glycerol và aminoacid; ở thú

nhai lại là propionate.

Pư 3 :phaûn öùng khöû carboxyl (C1) vaø oxy hoùa (C3) → thaønh laäp pentose 5-phosphate (Ru5P)

NADPH+H+

(cid:3) Cung cấp glucose cho cơ thể, đặc biệt là não và hồng cầu (vì 2 cơ quan này chỉ sử dụng năng lượng từ đường, không dùng mỡ) khi nguồn glucid cung không đủ trong khẩu phần. (cid:3) Cơ chế tân sinh đường mô phỏng theo các p/ư đi ngược

+NADP+ + CO2

đường phân EM. Tuy nhiên ở những g/đ mà p/ư đường phân không thuận nghịch thì tân sinh đường phải đi theo đường vòng.

6-Phosphogluconate- dehydrogenase

3 giai đoạn tân sinh đường không theo p/ư nghịch của đường phân

(1) PYRUVATE

PHOSPHO ENOL PYRUVATE

(2) FRUCTOSE 1,6 - BIPHOSPHATE FRUCTOSE 6-P

(3) GLUCOSE 6-PHOSPHATE GLUCOSE

T Â N S I N H Đ Ư Ờ N G

CH2- OH C = O H- C- OH H- C- OH CH2O- P Ribulose-5- phosphate (Ru5P) O C1- OH H- C- OH HO-C3- H H- C- OH H- C- OH CH2O- P 6-Phospho- gluconate