Giáo trình sinh hóa động vật phần 5

Chia sẻ: Than Con | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

2.1. Sinh vật sống bằng năng lượng gì? Tất cả sinh vật trên trái đất đều sống bằng năng lượng chuyển đổi điện tử của nguyên tử hydro, theo con đường oxy hoá khử. Dựa theo cách khai thác năng lượng từ nguồn dinh dưỡng hữu cơ chứa cacbon, người ta chia sinh vật thành hai nhóm: Nhóm tự dưỡng (Autotrophe): Nhóm này gồm có quang dưỡng: sống bằng năng lượng ánh sáng mặt trời và hoá dưỡng: sống bằng năng lượng hoá học (oxy hóa S, Fe ...) Nhóm dị dưỡng (Heterotrophe): sống bằng năng lượng của sinh vật...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình sinh hóa động vật phần 5

2.1. Sinh vật sống bằng năng lượng gì? Tất cả sinh vật trên trái đất đều sống bằng năng lượng chuyển đổi điện tử của nguyên tử hydro, theo con đường oxy hoá khử. Dựa theo cách khai thác năng lượng từ nguồn dinh dưỡng hữu cơ chứa cacbon, người ta chia sinh vật thành hai nhóm: Nhóm tự dưỡng (Autotrophe): Nhóm này gồm có quang dưỡng: sống bằng năng lượng ánh sáng mặt trời và hoá dưỡng: sống bằng năng lượng hoá học (oxy hóa S, Fe ...) Nhóm dị dưỡng (Heterotrophe): sống bằng năng lượng của sinh vật khác. Nhìn chung nguồn gốc năng lượng mà sinh vật trên trái đất sử dụng là năng lượng ánh sáng mặt trời thông qua quá trình quang hợp của cây xanh (diệp lục) mà quang năng đã biến thành hoá năng: hν 6 CO2 + 6 H2O -------------- > C6H12O6 + 6 O2 Diệp lục Xét về mặt năng lượng C6H12O6 là vật chứa năng lượng (dự trữ hoá năng). Trong quá trình quang hợp, năng lượng của lượng tử ánh sáng đã chuyền cho e của diệp lục, e của diệp lục nhận được hν đã chuyển lên mức năng lượng cao hơn, từ trạng thái mức năng lượng cao đó nó di chuyển qua các thành viên của quá trình phosphoryl hoá-quang hoá như feredoxyl, xytocrom b, f... Trong quá trình chuyển dịch như vậy nó "nhả" năng lượng, năng lượng này được các thành viên trên tích luỹ vào ATP (biến ADP thành ATP), khi trở về mức năng lượng thấp (mức năng lượng ban đầu) nó trở lại diệp lục. Từ các ATP này mà tế bào cây xanh tổng hợp được C6H12O6 từ CO2 và H2O (trong pha tối ). Hydro nằm trong phân tử nước có điện tử ở mức năng lượng thấp, khi ở phân tử đường điện tử của nó ở mức năng lượng cao hơn, chính năng lượng ánh sáng đã được tích luỹ ở điện tử có mức năng lượng cao này. Toàn bộ quá trình khai thác năng lượng ở sinh vật dị dưỡng chỉ là quá trình đưa điện tử có mức năng lượng cao trở về bậc năng lượng ban đầu. Số năng lượng dư thừa đó đã được chuyển sang các dạng cần cho quá trình sống (nhiệt năng, ATP...). Quá trình khai thác năng lượng này được gọi là quá trình oxy hoá khử sinh học và được thực hiện bởi một cơ chế gọi là chuỗi hô hấp hay còn gọi là sự hô hấp mô bào. 2.2. Sự hô hấp mô bào (quá trình oxy hóa-khử sinh học) Đây là cách khai thác năng lượng các hợp chất hữu cơ bao quát nhất của sinh vật dị dưỡng, trong đó e cao năng của hợp chất hữu cơ được hạ thấp dần mức năng lượng, số năng lượng dự trữ được giải phóng ra và được cất giữ dưới hình thức thích ứng tuỳ theo từng sinh vật mà trước hết là vào các liên kết phosphoryl cao năng (∼ P ). Quá trình oxy hóa khử sinh học là gì? bản chất nó không khác gì các quá trình oxy hóa khử hoá học tức là quá trình trao đổi điện tử: A+ + B -e ( A là chất khử, B là chất oxy hóa ). A -e + B Tuy nhiên quá trình oxy hóa-khử sinh học, sở dĩ là sinh học vì: Quá trình diễn ra từ từ, do đó năng lượng toả ra không mãnh liệt, không ào ạt, biến đổi năng lượng tự do của hệ thống không lớn, không gây ảnh hưởng tới môi trường tế bào. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 131 http://www.ebook.edu.vn
Quá trình xảy ra do enzyme xúc tác, do một hệ thống enzyme bố trí liên hoàn với nhau thành một chuỗi, một dây chuyền nên có tên gọi là chuỗi hô hấp. Quá trình diễn ra trong môi trường nước (môi trường hoạt động của enzyme). Năng lượng toả ra phần lớn được cất giữ vào các liên kết cao năng như ATP, UTP... Sự tích luỹ hay toả nhiệt phụ thuộc vào yêu cầu của mô bào. Chuỗi hô hấp được phân bố ở màng trong của ty lạp thể, màng của diệp lạp thể, màng của vi sinh vật. Ty lạp thể (midochondrie) có thể ví như trạm điện của cơ thể. Cấu tạo của nó gồm màng ngoài (không có vai trò về năng lượng), màng trong gồm nhiều nếp gấp để tăng diện tích, nó liên quan tới số lượng chuỗi hô hấp điều này phụ thuộc vào chức năng của từng loại mô bào. Giữa hai lớp màng là khoảng không gian và trong cùng là phần chất nền, ở đây có DNA riêng của ty lạp thể (hình 5.2.). Hình 5.2. Cấu tạo của ty lạp thể ( midochondrie) Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 132 http://www.ebook.edu.vn
Các thành viên của chuỗi hô hấp: Một số enzyme dehydrogenase: ứng với các cơ chất khác nhau có các coenzyme NAD+, NADP+, FAD+... Hệ thống vận chuyển điện tử bao gồm: Hệ thống ubiquinon (UQ). Hệ thống cytocrome như b, c1, c, a. a3... Nhóm sắt không hem (Feredoxin). Chuỗi hô hấp được biểu diễn theo sơ đồ sau (hình 5.3). H+ H+ H+ H+ H+ e e e e e H NADH2 FAD+ NAD+ FADH2 UQ S e e H e e e H+ H+ H+ H+ H+ H+ e e e e e UQ Xytc Xyt b Xytaa3 Xytc1 1/2 O O- H2O e e e e e H+ Hình 5.3. Sơ đồ của chuỗi hô hấp Cơ chất là chất cho các cặp H+ cao năng, cho năng lượng ví dụ các acid béo, các phân tử đường... R CH CH COOH ----------> cặp hydro có thể cho H H Trước hết cơ chất bị tách H+ do enzyme Dehydrogenase tương ứng, thường bắt đầu từ Dehydrogenase có nhóm ghép là NAD+ (Nicotin amid Adenin Dinucleotide) (hình 5.4). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 133 http://www.ebook.edu.vn
NAD+ sau khi nhận cặp H+ và e thành NADH2, nó lại trở thành đối tượng tác động của enzyme Dehydrogenase có nhóm ghép là FAD+ (Flavin Adenin Dinucleotide) (hình 5.5). NAD nhận cặp Proton và điện tử Hình 5.4. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 134 http://www.ebook.edu.vn
Hình 5.5. FAD nhận cặp Proton và điện tử FAD+ nhận được cặp H+ chuyển thành FADH2, FADH2 lại chuyển cặp H+ và e cho UQ (hình 5.6). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 135 http://www.ebook.edu.vn
Hình 5.6. Ubiquinone nhận cặp Proton và điện tử Từ UQ cặp H đi ra ngoài môi trường, cặp e đi qua hệ thống cytocrome. Cytocrome + nhận e, nguyên tử sắt từ Fe+3 thành Fe+2, đến cytocrome a3 nó sẽ hoạt hoá 1/2O2 thành O-, O- kết hợp với cặp H+ từ UQ chuyển vào thành H2O. Hình 5.7. Sắt trong cytocrome ở dạng oxy hoá và dạng khử. Ở các loài vi khuẩn yếm khí, chất nhận cặp Proton và e không phải là O2 mà mỗi loài vi khuẩn yếm khí có chất nhận đặc trưng riêng. Ví dụ tế bào men rượu chất nhận là aldehyt axetic để trở thành rượu ethylic. CH3 - CH2OH + NAD+ CH3 - CHO + NADH2 Chuỗi hô hấp phân bố ở màng trong của ty lạp thể về mặt không gian đây là nơi tiếp xúc với phần chất nền là nơi thực hiện quá trình oxy hoá các hợp chất hữu cơ. Một số enzyme như xantin oxydase sau khi nhận cặp e và Proton nó chuyển cho O2 tạo thành H2O2 - là chất còn giầu về năng lượng, đây là chất độc đối với cơ thể vì nó phân ly tạo ra oxy nguyên tử [O]. Oxy nguyên tử có tính oxy hoá cao làm phá vỡ các màng sinh vật, cơ thể giải độc chúng bằng cách tiết enzyme catalase phân giải chúng thành nước và oxy phân tử: Catalase 2 H2O2 -------------------> 2H2O + O2 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 136 http://www.ebook.edu.vn
2.3. Quá trình phosphoryl hoá (quá trình tích luỹ năng lượng) Năng lượng giải phóng ra trong quá trình hô hấp mô bào, một phần toả ra dưới dạng nhiệt năng sưởi ấm cơ thể, một phần được tích luỹ lại thông qua quá trình phosphoryl hoá. Đây là quá trình quan trọng vì thông qua đó đã tạo ra các hợp chất cao năng mà điển hình là chất ATP (Adenozin triphosphate) (hình 5.8). Hình 5.8. Cấu trúc phân tử ATP Gốc acid phosphoric mất đi một nhóm OH thì gọi là gốc phosphoryl OH OH - OH ~p O P HO O OH OH G ốc phosphoryl Acid phosphoric Khi nó nhận một chất nào đó thì chất đó gọi là chất được phosphoryl hoá, ví dụ chất A: OH OH A~p ~p A O O + OH OH Quá trình phosphoryl hoá được thực hiện bởi enzyme phosphopherase (enzyme vận chuyển phosphate) hay còn gọi là kinase. Quá trình tích luỹ năng lượng trong cơ thể động vật thông qua phản ứng phosphoryl hoá được thực hiện theo 2 cách: Cách 1: phosphoryl hoá bậc cơ chất: Ví dụ từ acid 1,3 di P glyxeric (hình 5.9). Hình 5.9. Phosphoryl hoá bậc cơ chất Quá trình tách gốc phosphate cao năng (∼ P) từ cơ chất không qua quá trình trao đổi e, quá trình này hiệu quả khai thác năng lượng không cao. Cách 2: phosphoryl hoá - oxy hoá ( quá trình tạo ATP do sự chuyển đổi e xảy ra trong chuỗi hô hấp). Vấn đề đặt ra là năng lượng được giải phóng ra trong quá trình hô hấp từ các cặp e cao năng làm thế nào để gắn được vào gốc phosphoryl (∼ P) để biến ADP thành ATP? Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 137 http://www.ebook.edu.vn
Quá trình phosphoryl hoá - oxy hoá là một quá trình rất độc đáo trong hệ thống khai thác năng lượng của tự nhiên. Người ta đã xác định được vị trí thực hiện quá trình này, đó là màng trong của ty lạp thể, màng của diệp lạp thể, màng của VSV. Ở tất cả những màng này đều có một cấu trúc đặc biệt gọi là cấu trúc hình nấm, ở ty lạp thể cấu trúc này hướng vào bên trong chất nền, ở diệp lạp thể hướng ra bên ngoài. Màng thực hiện quá trình phosphoryl hoá - oxy hoá gọi là màng "hợp diễn" (couphingmembrane) tức là màng thực hiện đồng thời hai quá trình: oxy hoá cho năng lượng và phosphoryl hoá để tích luỹ năng lượng đó (hình 5.10). Đặc điểm của màng hợp diễn là: Trong màng tỷ lệ protein/lipid = 2/1; Chiều dày của màng ổn định và bằng khoảng 70-90 A0; Trong màng có chứa chuỗi hô hấp đồng thời có chứa hệ thống enzyme để thực hiện quá trình phosphoryl hoá, tức là quá trình tích luỹ năng lượng do quá trình oxy hoá giải phóng ra. Quá trình đó tạo ra ATP nên hệ thống enzyme này được gọi là adenozin triphosphatase (hay là ATPase). Hai quá trình oxy hoá và phosphoryl hoá bao giờ cũng tiến hành đồng thời trong màng hợp diễn nên người ta gọi là 2 quá trình "hợp diễn". Bằng phương pháp đo thế năng oxy hoá hoàn nguyên và qua hệ số hô hấp P/O (P dùng để este hoá và O tiêu thụ, người ta thấy rằng mỗi cặp e và Proton qua chuỗi hô hấp mang đủ năng lượng để lập được 3 ATP (P/O = 3), tức là: + 2 H+ + O 2e ------- > H2O O=1 3ADP + 3H3PO4 ------- > 3ATP P=3 Nghĩa là khi dùng một nguyên tử oxy cho quá trình hô hấp thì cơ thể thu được 3 ATP. Người ta cũng đã xác định được 3 vị trí tạo ra ATP, đó là: NAD FAD, Cytocrome b cytocrome c1 và cytocrome a a3. Từ H3PO4 làm thế nào thành gốc phosphoryl cao năng (∼ P) và tạo thành ATP? có nhiều giả thiết như lý thuyết màng hợp diễn hoá học của Lehninger năm 1972 (có hợp chất hoá học trung gian X,Y,Z nào đó nhận năng lượng của quá trình oxy hoá rồi chuyển cho gốc phosphoryl); Thuyết biến hình cấu trúc (có sự biến hình cấu trúc của một loại protein nào đó để tạo ra thế năng rồi chuyền cho gốc phosphoryl), nhưng đều không có tính thuyết phục. Thuyết phục hơn cả là thuyết hoá thẩm thấu do Peter Midchell đề xướng năm 1962 và được Skonlatsov chứng minh năm 1972. Theo thuyết hoá thẩm thấu của Peter Midchell thì cặp Proton được tách ra từ cơ chất do enzyme Dehydrogenase, sau khi đến UQ được quay trở lại môi trường ngoài, cặp e được vận chuyển tiếp xuyên qua màng vào trong. Như vậy nhờ hoạt động của chuỗi hô hấp đã tạo nên 2 hệ quả quan trọng là: Thế hiệu điện tích (gradien e), màng trở thành một cái tụ điện với điện thế 90-140 von, với chiều dày 70-90 A0 thì đây là một chất cách điện tuyệt vời nhất trong tự nhiên. Gradien nồng độ H+, quá trình oxy hoá càng mạnh thì hàm lượng H+ ở mặt ngoài màng càng lớn, chính gradien nồng độ H+ là nhân tố tích lại năng lượng nhiều nhất, nó là động lực chính để gây là quá trình tổng hợp ATP. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 138 http://www.ebook.edu.vn
Hình 5.10. Cấu trúc của màng “hợp diễn” và quá trình phosphoryl hoá-oxy hoá Hình 5.11. Quá trình tạo ATP theo thuyết hoá thẩm thấu của Peter Midchell ở lạp thể Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 139 http://www.ebook.edu.vn
Như vậy hoạt động hoá học đã dẫn tới hiện tượng bán thấm của màng về điện tích (nên gọi là hoá thẩm thấu), năng lượng của quá trình oxy hoá tích luỹ lại dưới dạng đầu tiên là một gradien nồng độ H+ và e. Nhưng từ thế hiệu đó làm thế nào để tích lại ở ATP? Người ta thấy rằng cấu trúc hình nấm của màng có một hệ thống H+ translocase vận chuyển H+ từ mặt ngoài màng vào trong để làm giảm gradien nồng độ H+, hệ thống này có 2 yếu tố F1 và F0, H+ đi qua yếu tố F0 và F1 . Khi qua F1 thì tạo ra ATP từ ADP và Pi. Một cặp H+ qua hệ thống H+ translocase cho ra 1 ATP và 1 cặp e cho 3 ATP. Vấn đề tạo ra ATP khi H+ qua hệ thống H+ translocase như thế nào? có hai giả thiết: Giả thiết trực tiếp của Peter Midchell: Theo thuyết này khi cặp H+ đi qua F0 nó tác động vào 1 oxy của H3PO4 tạo thành H2O và gốc phosphoryl cao năng (∼ P), ở F1 có sẵn ADP nó sẽ kết hợp với gốc phosphoryl cao năng này (∼ P) để tạo thành ATP (hình 5.11). Giả thiết gián tiếp của Boyer: Theo thyết này việc vận chuyển H+ từ bên ngoài vào không có tác dụng trực tiếp tạo ra ATP mà nó tác dụng lên ATPase ở phần Fl làm biến đổi cấu trúc của nó làm cho ATP đã có sẵn ở đó được thoát ra ngoài. YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG V: TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Khái niệm, nội dung của trao đổi vật chất, kiểu trao đổi vật chất. Khái niêm về trao đổi năng lượng. Năng lượng sống của sinh vật. Sự hô hấp mô bào. Quá trình photphoryl hoá. Câu 1: Khái niệm về trao đổi vật chất ở động vật? Cho biết sơ đồ của quá trình này? Câu 2: Thế nào là kiểu trao đổi vật chất ở động vật? Cơ sở vật chất của nó? Câu 3: Trình bày quá trình oxy hoá khử sinh học ở động vật (sự hô hấp mô bào)? Câu 4: Trình bày quá trình photphryl hoá - oxi hoá? Câu 5: Nêu vắn tắt các quá trình sinh hoá chủ yếu tạo ATP ở mô bào động vật? Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 140 http://www.ebook.edu.vn
CHƯƠNG VI GLUCID VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ GLUCID 1. Khái niệm và vai trò về glucid Glucid là những hợp chất hydratcacbon có chứa nhóm aldehyt hoặc ceton ở các monosacarid hoặc tạo thành những chất như vậy khi bị thuỷ phân. Là những chất đường bột, chất xơ, là nguồn dinh dưỡng quan trọng hàng ngày của mọi cơ thể sinh vật. Trong thực vật glucid chiếm 80-90% vật chất khô, chúng được tạo ra do quá trình quang hợp, cơ thể động vật không có khả năng này mà phải thu nhận trực tiếp glucid từ thực vật. Glucid chỉ chiếm 2% vật chất khô của động vật, nhưng nó đóng vai trò quan trọng Vai trò: có hai vai trò chủ yếu của glucid đối với động vật là: Vai trò về năng lượng: 1 g glucid khi oxy hoá hoàn toàn cho 4,1 kcalo. Đối với người và gia súc nói chung glucid cung cấp 60-70% nhu cầu về năng lượng cho cơ thể, đối với loài nhai lại như trâu bò dê cừu thì hầu hết nhu cầu về năng lượng là từ glucid. Glucid là chất dự trữ năng lượng đầu tiên (trước protein và lipid), là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp, là nguồn năng lượng trực tiếp dễ dàng khai thác và ít gây biến cố nguy hại cho cơ thể. Vai trò về tạo hình: Từ glucose có thể chuyển hoá thành acid glucoronic là chất khử độc số một của cơ thể Từ glucose có thể amin hoá thành glucozamin hoặc tiếp tục được acetyl hoá thành acetyl glucozamin, đây là 2 chất quan trong trong cấu trúc màng, nó tạo ra yếu tố chỉ định tính kháng nguyên của màng (ví dụ màng của hồng cầu). Hình 6.1. Sự chuyển hoá của Glucose thành các hợp chất cấu tạo Acid hyalucoronic là chất "xi măng" có tác dụng gắn các tế bào với nhau, khi chất này bị phân huỷ thì mô bào bị tan rã, enzyme phân huỷ chúng là hyalucoronidase (enzyme này có tính đặc hiệu theo loài). Heparin là chất chống đông máu. Các đường ribose và desoxiribose là thành phần cấu tạo của acid nucleic. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 141 http://www.ebook.edu.vn
2. Phân loại Glucid được phân loại thành hai nhóm lớn: Monosaccharide (ose, đường đơn) và loại ozid (loại đa đường) 2.1. Monosaccharide (ose, đường đơn) là đơn vị cấu tạo của glucid không bị thuỷ phân thành chất đơn giản hơn. Tuỳ theo số carbon trong liên kết hydrocarbon mà người ta phân thành các nhóm: 2.1.1. Triose: (C3H6O3). Đại diện là glyxerose (glyxeraldehydeyt) 2.1.2. Tetrose: (C4H8O4). Đại diện là erytrose, treose O O C H C H O HO C H C H H C OH C OH H H C OH C OH H CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D .G ly x e r o s e D .e r y tr o s e D .tr e o s e 2.1.3. Pentose: (C5H10O5). Đại diện là ribose, desoxyribose, arabinose, xylose O O O O C H C H C H C H HO C H H C H H C OH H C OH C OH C OH H C OH H H C H HO H H C OH H C OH C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D .xylose D .arabinose D .ribose D .desox i r ibose 2.1.4. Hexose ((C6H12O6). Đại diện là glucose, galactose, alose, manose O O O O C H C H C H C H HO C H H C OH H C OH H C OH C H HO C H HO C H HO C OH H H C OH HO C H H C OH HO H C OH H H C OH H C OH H C OH HO H C OH H CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D .g a la c to se D .m a n o se D .a lo se D .glu c o se Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 142 http://www.ebook.edu.vn
Ngoài những chất monose có nhóm aldehydeyt kể trên còn có loại monose chứa nhóm ceton như ribulose, fructose CH 2 OH CH 2 OH C O C O C H HO C OH H H C OH H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH D.ribose D.fructose 2.2. Loại ozid (loại đa đường): là những glucid phức tạp do nhiều đường đơn ghép lại. Loại này gồm hai nhóm lớn là holozid và heterozid. 2.2.1. Holozid: là loại đa đường khi thuỷ phân cho ra đường đơn, nên còn gọi là glucid đơn thuần. Nhóm này gồm có: Oligosaccarid (Oliose): có cấu trúc đơn giản gồm từ hai đến ba đường đơn nên còn gọi là disaccarid, trisaccarid. Polysaccarid (polyose): có cấu trúc phức tạp gồm nhiều đường đơn tạo thành. Những đại diện chính là tinh bột, Glycogen, Cellulose, Hemicellulose... 2.2.2. Heterozid: là loại đa đường không thuần nhất, có cấu tạo phân tử và thành phần phức tạp. Ngoài các đường đơn còn có các dẫn xuất của đường đơn như Hexozamin, Hexosunfat... Đại diện như mucopolysaccarid, chất điển hình như acid hyaluronic. Loại này có trong dịch bao khớp, trong thuỷ tinh thể của mắt và trong nhiều mô bào khác. Khối lượng phân tử khoảng 200-500 ngàn Dal, hoà tan trong dung dịch rất nhớt. Nhờ tính này nên acid hyaluronic được ví như chất “xi măng” gắn các tế bào trong mô. Đem thuỷ phân chất này người ta được acetyl – glucozamin và acid glucoronic. Công thức cấu tạo như sau: COOH CH 2 OH O O O O NH CO CH 3 3. Tiêu hoá, hấp thu và dự trữ glucid ở động vật. 3.1. Tiêu hoá, hấp thu tinh bột Tinh bột là chất dự trữ glucid của thực vật, có nhiều trong các hạt ngũ cốc, các loại củ như khoai sắn..., nó là nguồn năng lượng chính của động vật. Thành phần của tinh bột gồm: Amylose chiếm 20% khối lượng tinh bột và Amylopectin chiếm 80% khối lượng tinh bột. Chúng đều được cấu tạo từ các α-D - glucose. Ở Amylose các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-D - glucoside 1-4. Ở Amylopectin ngoài liên kết α-D - glucoside 1-4, các phân tử đường còn liên kết với nhau bằng liên kết α-D - glucoside 1-6, khoảng cách giữa Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 143 http://www.ebook.edu.vn
các liên kết glucoside 1-6 là từ 20 đến 25 phân tử glucose. Các phân tử glucose trong Amylose ở dạng thuyền nó tạo cho Amylose có dạng xoắn lò xo và tạo thành phức màu xanh với iod nên iod là thuốc thử của tinh bột. Quá trình tiêu hoá tinh bột là quá trình thuỷ phân bởi enzyme glucozydase1-4 (Amylase) và glucozydase 1-6. Có 4 loại glucozydase: α- Amylase: do tuyến nước bọt và tuyến tuỵ tiết ra có tác dụng cắt liên kết glucoside 1- 4. dưới tác dụng của enzyme này tinh bột bị phân giải thành maltose và các dạng dextrin. β- Amylase: có ở thực vật, trong các hạt ngũ cốc lúc nảy mầm, dưới tác dụng của enzyme này tinh bột bị phân giải thành maltose. γ- Amylase: có chủ yếu ở gan và ở vi sinh vật, có tác dụng cắt liên kết glucoside 1-4, cắt từng phân tử một, sản phẩm của nó là glucose. Glucozydase 1-6: có hoạt lực yếu ở nước bọt, mạnh ở tuyến tuỵ, nó cắt liên kết glucoside 1-6. Ở miệng: Tinh bột bị tác dụng cơ học do bị nhai, nhào trộn, trương nở. Quá trình này làm tăng diện tích tiếp xúc giữa enzyme với cơ chất, ngoài ra tinh bột bị α- Amylase do tuyến nước bọt tiết ra tác dụng, enzyme này cần có ion Ca++ tham gia và được hoạt hoá bởi ion Cl-, nó hoạt động trong môi trường gần trung tính pH = 6,7 - 7,2. Dưới tác dụng của α- Amylase tinh bột bị thuỷ phân thành đường maltose, và các dạng dextrin. Trong nước bọt còn có enzyme maltase thuỷ phân maltose thành glucose. Ở dạ dày: không có enzyme tiêu hoá tinh bột, sự tiêu hoá tinh bột bị đình trệ vì môi trường acid ở đây do dịch vị làm tê liệt Amylase của nước bọt đưa xuống. Song với loài dạ dày lớn và ăn nhiều một lúc như lợn thì phần tinh bột ở giữa khối thức ăn vẫn bị tiêu hoá do HCl chưa thấm vào. Ở ruột non: đây là nơi tiêu hoá kết thúc tinh bột. Ngoài Amylase, glucozydase 1-6, tuyến tuỵ còn tiết ra enzyme maltase, saccarase, lactase. Enzyme maltase thuỷ phân đường maltose, saccarase thuỷ phân đường saccarose, lactase thuỷ phân đường lactose. Dưới tác dụng của các enzyme kể trên tinh bột và các loại đa đường khác biến thành các đường đơn glucose, fructose, galactose. Maltose +H2O ------------------> 2D-glucose Maltase Lactose +H2O -------------------> D-galactose +D-glucose Lactase Sacarose +H2O --------------------> D-fructose +D-glucose Sacarase Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 144 http://www.ebook.edu.vn
Trehalose +H2O --------------------> 2D-glucose Trehalase Từ các đường đơn đó, chúng được hấp thu qua tế bào vách ruột vào máu. Quá trình hấp thu đường diễn ra theo 2 cách: Hấp thu thụ động (theo sự chênh lệch về nồng độ), quá trình này không tốn năng lượng. Hấp thu chủ động (ngược gradien nồng độ) quá trình này tiêu tốn năng lượng của ATP. Tuy nhiên cả 2 cách đều cần có vật mang, vật mang thường là protein. Quá trình hấp thu chủ động thường gắn liền với hệ thống bơm Na và K. Khi các đường đơn vào tế bào vách ruột, tại đây chúng được đồng nhất hoá thành glucose, nhờ enzyme isomerase. Glucose qua tế bào vách ruột vào mao mạch và hệ tĩnh mạch, qua tĩnh mạch cửa về gan, ở đó tuỳ theo yêu cầu mà glucose sẽ biến thành fructose, galactose... Ở gan glucose từ thức ăn vào được sử lý theo 2 hướng: Phần lớn theo hướng chuyển hoá thành lipid, một phần chuyển hoá thành glycogen để dự trữ Sử dụng vào các nhu cầu như năng lượng, tạo thành các hợp chất cấu tạo... Quá trình sử dụng, glucose có thể vào máu để chở tới các mô bào. 3.2. Sinh tổng hợp glycogen Cấu tạo của glycogen: Glycogen là chất dự trữ glucid của động vật, có thể coi glycogen như là "tinh bột" của động vật, vì nó cũng gồm 2 liên kết α -D 1-4 và α-D 1-6 glucoside, nhưng nó khác tinh bột ở chỗ là sự rẽ nhánh rậm rạp hơn, cứ cách 8-10 phân tử glucase có một liên kết nhánh α-D 1-6. Glycogen có nhiều ở gan ( chiếm 5-7% khối lượng của gan) ở cơ nó chiếm 2% khối lượng của cơ, do khối lượng cơ là lớn nên glycogen có ở cơ là chính. Hàm lượng này có thể biến động phụ thuộc vào dinh dưỡng và trạng thái sinh lý (đói, no, lao động, ngủ, thức...) Ở gan, cơ và nhiều mô bào khác có hệ thống enzyme chuyển hoá glucose thành glycogen. Trong tế bào hệ thống enzyme đó phân bố ở tế bào chất và quá trình sinh tổng hợp glycogen diễn ra ở tế bào chất. Dưới tác dụng của các enzyme hexokinase, mutase và transglucozydase một loạt các phản ứng diễn ra như sau: 1/ Hoạt hoá glucose do tác dụng của gluco-kinase 2/ Đồng phân hoá dưới tác dụng của enzyme mutase Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 145 http://www.ebook.edu.vn
CH 2 -O-P CH 2 -OH O O M uta se O-P G luco-1-P G luco 6-P 3/ Hoạt hoá Glucose với UTP O NH CH 2 -OH N O O O O H2 O + O C O P -O O P -O P O H H O-P O- O- O- H H OH H G luco-1-P UTP 4/ Tạo Amylose: Dưới tác dụng của enzyme glycogensyntetase (hay trans glucozydase 1-4) n phân tử UDP- glucose liên kết với nhau theo liên kết 1-4 glucoside tạo thành chuỗi amylose. 5/ Tạo Glycogen: Dưới tác dụng của enzyme transglucozydase 1-6, chuỗi Amylose cứ cách 8-10 phân tử glucose sẽ có liên kết 1-4 chuyển thành liên kết 1-6. Kết quả tạo thành phân tử glycogen có nhánh rẽ rậm rạp, các phân tử này tích tụ lại trong tế bào thành hạt. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 146 http://www.ebook.edu.vn
Enzyme trans glucozydase 1- 4 tồn tại ở 2 trạng thái: Dạng I: Independant (độc lập, tự chủ) ở trạng thái này có hoạt lực. Dạng D: Dependant (phụ thuộc) không có hoạt lực. Hai dạng này có thể chuyển hoá cho nhau, từ dạng I nếu được phosphoryl hoá thì sẽ chuyển thành dạng D và ngược lại. Điều khiến quá trình này là hormone Insuline của tuyến tuỵ. Hormone này có vai trò chuyển hoá enzyme này từ dạng D sang dạng I làm tăng cường quá trình tổng hợp glycogen từ đó làm giảm hàm lượng đường trong máu. + ATP Dạng I Dạng D < ===== > - ATP 3.3. Sự phân giải glycogen Khi nhu cầu về năng lượng của cơ thể tăng lên, lượng glucose sẽ bị huy động và hàm lượng của nó ở trong máu bị hạ xuống, lúc đó gan sẽ giải phóng glucose từ glycogen để đưa vào máu, giữ cho hàm lượng glucose trong máu được ổn định. Quá trình phân giải glycogen ở cơ cũng xảy ra nhưng nó chỉ chuyển hoá đến dạng glucose 6-P rồi đưa vào quá trình sử dụng chứ không thành glucose tự do để đưa vào máu. Glycogen ở gan được phân giải theo 2 cách: Cách 1: Phân giải theo con đường thuỷ phân bởi tác dụng của enzyme γ- Amylase với sự tham gia của nước, cách phân giải này không đáng kể. Cách 2: Phân giải theo con đường phosphoryl hoá (phosphorolysis: phospho phân), cách phân giải này là chủ yếu. Quá trình này được thực hiện bởi một hệ thống enzyme mà chủ yếu là enzyme phosphorylase "a". Dưới tác dụng của enzyme này quá trình phân giải diễn ra như sau: phosphorylase "a" mutase phosphatease Gly + H3PO4----------------------> Gl 1-P ----------> Gl 6-P ----------------- > Gl + H3PO4 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 147 http://www.ebook.edu.vn
Hình 6.2: Loại gốc glucose đầu cuối không khử của chuỗi glycogen bởi hoạt động của glycogen phosphorylase. Quá trình này được lập đi lặp lại, kết quả là loại gốc glucose cho đến khi còn 4 gốc glucose tính từ điểm nhánh ( hình 6.3). Glucose được tách khỏi các nhánh của glycogen qua hoạt động của 2 enzyme: glycogen phosphorylase và phosphoglucomutase. Glycogen phosphorylase xúc tác phản ứng cắt liên kết ion α -1-4 glucoside. 2 gốc glucose trong glycogen dưới sự tấn công bởi phosphate vô cơ, tách gốc glucose cuối cùng tạo thành α -D- glucose 1- phosphate (hình 6.2). Phản ứng phospho phân này xảy ra sự huy động bên trong tế bào của glycogen dự trữ, khác với sự thuỷ phân liên kết glucoside bởi amylase khi thoái hóa glycogen. Trong phospho phân, một số năng lượng của liên kết glucoside được giữ trong sự hình thành este phosphate, glucose 1- phosphate. Pyridoxal phosphate là yếu tố cần thiết trong phản ứng glycogen phosphorylase; nhóm phosphate của nó hoạt động như là sự xúc tác acid chung, làm tăng sự tấn công bởi Pi trên liên kết glucoside. Hoàn toàn khác vai trò của yếu tố pyridoxal phosphate trong trao đổi acid amin. Glycogen phosphorylase tấn công lặp lại trên các đầu không khử của các nhánh glycogen đến điểm còn 4 gốc glucose của điểm nhánh (α1-6). Ở đây sẽ ngừng hoạt động của glycogen phosphorylase. Sự thoái hóa tiếp tục có thể xảy ra. Glycogen bị bẻ gãy gần các điểm nhánh ( α -1- 6) sau khi loại các gốc glucose đầu không khử bởi glycogen phosphorylase (hình 6.2). Các gốc glucose gần nhánh được loại bỏ tiếp bước hai nhờ hoạt động của enzyme “loại nhánh”. Đầu tiên hoạt tính transferase của enzyme thay đổi vị trí cản trở của 3 gốc glucose kể từ nhánh gần đầu không khử, chúng được tấn công lại trong liên kết (α1- 4). Sau đó gốc glucose đơn lẻ được loại ra bởi hoạt động enzyme (α1-6) glucosidase. Chỉ sau khi hoạt động của enzyme “loại nhánh” oligo ( α 1-6) đến Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 148 http://www.ebook.edu.vn
( α 1-4) glucotransferase, nó xúc tác cho 2 phản ứng để loại nhánh glucose-1-phosphate, sản phẩm cuối của phản ứng glycogen phosphorylase sẽ được biến đổi thành glucose-6- phosphate bởi phosphoglucomutase, đây là phản ứng thuận nghịch. Glucose-1-phosphate glucose –6-phosphate Phosphoglucomutase đòi hỏi yếu tố glucose –1,6-diphosphate, vai trò của nó tương tự như 2,3-diphosphoglycerate trong phản ứng xúc tác bởi phosphoglycerate mutase (hình 6.2). Phosphoglucomutase giống phosphoglycerate mutase, chu trình giữa dạng phosphoryl hóa và không phosphoryl hóa. Tuy nhiên trong phopshoglucomutase nhóm hydroxyl của gốc Ser trong trung tâm hoạt động thực hiện phosphoryl hóa trong vùng xúc tác. Enzyme phosphorylase tồn tại ở 2 trạng thái: Trạng thái hoạt hoá (phosphorylase "a") ở trạng thái này nó tồn tại ở cấu trúc bậc 4 gồm 4 tiểu phần (tetrame). Trạng thái ức chế (phosphorylase "b") ở trạng thái này nó tồn tại ở cấu trúc 2 tiểu phần (dime). Hai trạng thái này có thể chuyển hoá cho nhau, từ dạng "b" nếu được phosphoryl hoá thì sẽ chuyển thành dạng "a" và ngược lại. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 149 http://www.ebook.edu.vn
Hình 6.3: Glycogen bị bẻ gãy gần các điểm nhánh α -1- 6 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 150 http://www.ebook.edu.vn