Chương II: Biến dưỡng Glucid ppsx

1
BÀI GIẢNG SINH HÓA HỌC
Phần II
TRAO ĐỔI CHẤT
VÀ
NĂNG LƯNG SINH HỌC
Chương II- BIẾN DƯỢNG GLUCID
TP.HCM - 2007
2
Chương II
SỰ BIẾN DƯỢNG GLUCID
1. Vai trò của biến dưỡng glucid
2. Sự tiêu hóa và hấp thu
3. Biến dưỡng glycogen
4. Sự đường phân
5. Chu trình Krebs
6. Chu trình pentose phosphate
7. Sự tân sinh đường
8. Điều hòa biến dưỡng glucid
3
1. VAI TRÒ CỦA SỰ BIẾN DƯỢNG GLUCID
 Nguồn gốc :
- Ngoại sinh : thức ăn tinh bột, đường đôi, cellulose.
- Nội sinh : thoái biến glycogen dự trữ ,
tân sinh đường từ amino acid, glycerol, lactate.
 Vai trò :
- Cung cấp 70 – 80% nhu cầu năng lượng,
- Cấu tạo mô bào (glycoprotein)
- Khử độc (acid glucuronic)
4
2.TIÊU HÓA

 TIÊU HÓA TINH BỘT
(thú dạ dày đơn – một túi)
 TIÊU HÓA CELLULOSE
(thú dạ dày kép – bốn túi)
2
5
TIÊU HÓA TINH BỘT
- Chủ yếu xẩy ra ở ruột non.
- Các enzyme và tác động :
(1) α
αα
α-amylase (nước bọt, dòch ruột, dòch tụy)
(α
αα
α 1
→
4 glucan hydrolase)
→
thủy phân tất cả các liên kết
glycosidic α
αα
α (1
→
4) của amylose và AP
TINH BỘT oligosaccharide + maltose +
glucose và dextrin (chứa LK 1
→
6)
(2) α
αα

α 1
→
6 glucosidase (dòch ruột) : cắt liên kết 1
→
6
(3) Maltase : thủy phân maltose
→
2 glucose
(4) β
ββ
β-amylase (thực vật): p/giải tinh bột
→
maltose
6
TIÊU HÓA CELLULOSE
 Cellulose là thức ăn glucid quan trọng của thú nhai
lại
dạ dày kép (4 túi):
dạ cỏ,
dạ tổ ong, dạ dày trước
dạ lá sách
và dạ múi khế (dạ dày tuyến)
 Sự tiêu hóa xẩy ra chủ yếu ở
dạ cỏ nhờ hệ vi sinh vật
ký sinh
ở đó (protozoa, nấm và vi khuẩn). Kết quả
trong một ngày đêm tạo ra khoảng 4 kg
các acid béo
bay hơi
, trong đó :

- Acid acetic : 75%
- Acid propionic : 15%
- Acid butyric : 10%
7
Hình 4.1. H
Ệ THỐNG TIÊU HĨA THÚ NHAI LẠI
1. Receptor khoang miệng 2. Đường dẫn từ receptor khoang miệng
3. Trung khu thần kinh hành tủy 4. Sợi ly tâm đi vào thần kinh mê tẩu
5. Thực quản 6. Dạ cỏ 7. Rãnh thực quản
8. Dạ tổ ong 9. Dạ lá sách 10. Dạ múi khế 11. Vỏ não
8
 Vi sinh vật dạ cỏ phân hủy cellulose và chất bột đường ở
ngoài tế bào vi sinh vật
→
oligosaccharide
 SF chuỗi C ngắn được đưa vào tế bào vi sinh vật
→
thủy
phân
hoặc phosphoryl phân thành các phân tử đường đơn
(glucose).
 Glucose được lên men tạo ra
pyruvate
→
biến đổi thành
acid béo bay hơi (acetate, propionate, butyrate), CO
2
, CH
4
…(hình 2.1)

3
9
Hình 2.1 : Sơ đồ phân giải glucid trong dạ cỏ
10
(1)
(2)
(3)
3 CON ĐƯỜNG CHUYỂN HĨA CHÍNH CỦA GLUCOSE
11 12
3. SỰ BIẾN DƯỢNG GLYCOGEN
3.1. SỰ THOÁI BIẾN GLYCOGEN
(Glycogenphosphorolysis)
Các enzyme :
- Phosphorylase : cắt lần lượt các liên kết α
αα
α (1→ 4)- glycosidic ở
đầu không khử → G-1-P.
- Glucantransferase : chuyển 3 gốc glucose sang mạch bên ->
lảm bộc lộ liên kết
α
αα
α (1→ 6).
-
Amylose (1→6) glucosidase : cắt liên kết α
αα
α (1→ 6) → làm mất
nhánh của amylopectin.
- Phosphorylase tiếp tục cắt các gốc G của amylose
→ G-1-P → G-6-P → G vào máu, hoặc oh→ NL
4

13
Cấu trúc phân tử glycogen
14
Hình 2.2 : Sơ đồ thoái biến glycogen
15
(C
6
H
10
O
5
)
n
(C
6
H
10
O
5
)
n-1
+ n(Glu-1-P)
Glu-1-P Glu-6-P
 Ở gan : Glu-6-P Glucose (tăng
đường huyết)
 Ở cơ : Glu-6-P tham gia qúa trình đường phân để giải
phóng năng lượng.
Phosphorylase
Pi
(n-1)Pi

P.glucomutase
Phosphatase
- Pi
- Glucantransferase
- Amylose (1
→6) glucosidase
Glycogen
16
5
17
3.2. TỔNG HP GLYCOGEN Ở GAN VÀ CƠ (Glycogenesis)
(1) Glucose + ATP Glucose-6-P + ADP
Glucose- 6-P
Glucose 1- P
(2) Glucose 1-P + UTP UDP-glucose + H
4
P
2
O
7
H
4
P
2
O
7
+ H
2
O 2 H
3

PO
4
(3) UDP-Glu + Glycogen primer (C
6
H
10
O
5
)
n +1
+ UDP
(mạch amylose)
UDP + ATP UTP + ADP
(4) T/lập chuỗi amylopectin –
amylose (1,4
→
→→
→
1,6) transglucosidase
Một hệ thống hoàn chỉnh cho sự tổng hợp glycogen trong cơ thể đòi
hỏi:
G-1-P + UTP + glycogen primer + glycogen synthetase và
amylo(1,4 →
→→
→ 1,6) transglucosidase
Hexokinase
P.glucomutase
Glycogen-
synthetase
18

(1) Hoạt hóa glucose G-6-P Glu -1-P
P.glucomutase
CH
2
OH
OH
OH
OH
OH
ATP.Mg
2+
ADP.Mg
2+
Hexokinase
CH
2
O-
OH
OH
OH
OH
Glucose
Glucose 6-P
P
CH
2
O-
O-
OH
OH

OH
Glucose 1-P
P
Glucose 6-P
6
1
1
19
CH
2
O-
O-
OH
OH
OH
Glucose 1-P
P
CH
2
O-
O-P– O- P
OH
OH
OH
Uridine diphosphoglucose
(UDP-Glu)
HN
2
4
O

O
-O-CH
2
H
OH
H
1’
5’
2’
3’
4’
OH
N
1
5
6
3
OH
OH
O
O
+
Uridine triphosphate
(UTP)
(2) Thành lập chất trung gian UDP-Glu
- 2Pi
20
(3)TL mạch amylose (1
→
4):gốc Glu tách khỏi UDP-Glu và

gắn vào đầu không khử của một đoạn
glycogen mồi (primer)
với sự thành lập liên kết glycodidic α
αα
α (1
→
4) :
UDP-Glu + (C
6
H
10
O
5
)
n
primer (C
6
H
10
O
5
)
n+1
O
O
Mạch amylose với liêên kết glycodidic α
αα
α(1
→
4)

5
CH
2
OH
OH
OH
4
1
5
CH
2
OH
OH
OH
4
1
5
CH
2
OH
O-R(n+1)
OH
OH
4
1
HO
UDP
Glycogen synthetase
6
21

(4) Tạo nhánh : E amylo(1,4
→
1,6)transglucosidase
chuyển 1 phần chuỗi 1
→
4 (tối thiểu 6 gốc Glu) sang
chuỗi bên, tạo điểm phân nhánh với
LK(1
→
6)
Amylopectin
22
23 24
7
25
4. SỰ ĐƯỜNG PHÂN (Glycolysis)
(Sơ đồ Embden-Mayehoff – EM)
4.1. MỤC ĐÍCH : oxy hóa glucose để lấy năng lượng
trong điều kiện kỵ khí
(nghèo hoặc vắng O
2
)
• - Xảy ra trong mô bào nghèo O
2
→
sự đường phân.
• - Xẩy ra ở VSV
→
sự lên men
• - ATP được thành lập không đi qua chuỗi hô hấp mà do

sự
phosphoryl hóa trực tiếp cơ chất.
• - Hiệu qủa khai thác năng lượng từ glucose chỉ khoảng
2-3%
26
27
Hình 2.5 : Sơ đồ quá trình đường phân Embden-Mayehoff (EM)
28
4.2. NĂM GIAI ĐOẠN ĐƯỜNG PHÂN :
GĐI : Hoạt hóa glucose
→
G-6-P (pư1 – tốn 1 ATP)
GĐII : Biến đổi G-6-P (C6)
→
2 SF C3 có khả năng
bò oxy hóa (pư 2-3-4-5,
tốn 1 ATP)
GĐIII : O.h 2Glyceraldehyde-3-P
→
2 Glycerate-3-P
(pư 6-7, TL
2ATP + 2 NADH + H
+
)
 GĐIV : B/đổi 2 Glycerate-3-P
→
2 Pyruvate
(pư 8-9-10,
TL 2 ATP)
 GĐ V : Khử 2 Pyruvate

→
2 Lactae (pư 11)
(
sự dụng 2 NADH+H
+
từ GĐIII
8
29
CÁC PHẢN ỨNG ĐƯỜNG PHÂN EM
GĐI : Hoạt hóa glucose
→
G-6-P ( tốn 1 ATP)
(1)Hoạt hóa glucose -> G-6-P với enzyme xúc tác
hexokinase. Pư này không thuận nghòch
CH
2
OH
OH
OH
OH
OH
ATP.Mg
2+
ADP.Mg
2+
Hexokinase
CH
2
O-P=O
OH

OH
OH
OH
OH
OH
Glucose Glucose 6-P
30
 GĐII : Biến đổi G-6-P (C6) -> 2 SF C3 có khả năng bò
oxy hóa (pư 2-3-4-5 , tốn 1 ATP)
(2) Đồng phân hóa G-6-P
→
Fructose-6-P. Enzyme
phosphoglucose isomerase
CH
2
O-
OH
OH
OH
OH
Glucose 6-P
-O-CH
2
CH
2
OH
OH
OH
OH
H

1
6
5 2
34
P
Phosphoglucose
isomerase
Fructose 6-P
P
31
(3)Phosphoryl hóa lần 2
→
Fru-1,6-diP
Enzyme xt phosphofructokinase, tiêu tốn ATP lần
thứ 2. Phản ứng
không thuận nghòch, quyết đònh tốc độ
đường phân.
-O-CH
2
CH
2
O-
OH
OH
OH
H
1
6
P
Fructose 1,6- di P

-O-CH
2
CH
2
OH
OH
OH
OH
H
1
6
P
Fructose 6-P
P
P.fructokinase
ATP.Mg
2+
ADP.Mg
2+
32
(4) Phân cắt phân tử C6 thành 2 phân tử C3 với sự xúc
tác của
aldolase
CH
2
-O-
C=O
HO-C- H
H- C-
OH

H- C- OH
CH
2
O-
P
P
Fructose 1,6- di P
Aldolase
CH
2
- O-
C=O
CH
2
OH
Dihydroxyacetone
phosphate
P
O
C H
CH - OH
CH
2
- O-
Glyceraldehyde
3 phosphate
P
9
33
(5) 2 triose chuyển hóa lẫn nhau , chủ yếu tạo thành

glyceraldehyde-3-P là sản phẩm được oxy hóa.
Enzyme xt là
triosephosphate isomerase
Như vậy sau 5 pư : 1p/tử Glu sử dụng 2 ATP
→
2 pt glyceraldehyde-3-P
(5%) (95%)
CH
2
- O-
C
=O
CH
2
OH
Dihydroxyacetone
phosphate (ketose)
P
O
C H
CH - OH
CH
2
- O-
Glyceraldehyde
3 phosphate (aldose)
P
Triophosphate
isomerase
34

GĐIII : O.h 2Glyceraldehyde-3-P
→
2 Glycerate-3-P
(pư 6-7, TL
2ATP + 2 NADH + H
+
)
(6) oxy hóa glyceraldehyde-3-P
nhờ enzyme glyceraldehyde
3-phosptate dehydrogenase (tetramer)
→
hình thành nối (~ P)
trong SP 1,3 BPG và NADH+ H
+
O
C O
~
CH - OH
CH
2
- O-
1,3-Biphospho-
glycerate
P
O
C H
CH - OH
CH
2
- O-

Glyceraldehyde
3 phosphate (aldose)
P
+
NAD
+
P
+ NADH+ H
+
Glyceraldehyde 3-P
dehydrogenase
+Pi
35
(7) Sử dụng trực tiếp gốc (
~
P) của cơ chất để TL ATP
(phosphoryl hóa ở mức cơ chất, không qua chuỗi HH)
Enzyme xt là
phosphoglycerate kinase
→
2 ATP
Phosphoglycerate
kinase
O
C O
~
CH - OH
CH
2
- O-

1,3-Diphospho-
glycerate
P
P
O
C O
-
CH - OH
CH
2
- O-
3-Phospho-
glycerate
P
+ ADP
+ ATP
36
GĐIV : B/đổi 2 Glycerate-3-P
→
2 Pyruvate
(pư 8-9-10, TL 2 ATP)
(8) Phản ứng đồng phân hóa chuyển gốc P từ C3 lên C2.
Enzyme xúc tác là
phosphoglycerate mutase.
(9) Pư
khử nước với sự xúc tác của enolase
→
có sự sắp
xếp lại mạch nối
trong nội bộ ph/tử

→
tạo (~ P)
O
C O
-
CH – OH
CH
2
- O-
3-Phospho-
glycerate
P
O
C O
-
CH –O-
CH
2
- OH
2-Phospho-
glycerate
P
O
C O
-
CH - O
~
CH
2
P.enol-

pyruvate
P
P-glycerate
mutase
Enolase
H
2
O
10
37
(10) Pư thành lập ATP lần thứ hai trong đường phân
với sự xúc tác của
pyruvatekinase
→
SFTG quan trọng
PYRUVATE
O
C O
-
CH - O
~
CH
2
Phosphoenol-
pyruvate
P
O
C O
-
C = O

CH
3
Pyruvate
Pyruvate kinase
ADP ATP
38
GĐ V : Khử 2 Pyruvate
→
2 Lactae (pư 11)
(
sự dụng 2 NADH+H
+
từ GĐIII
O
C O
-
C = O
CH
3
Pyruvate
Lactatedehydrogenase
(nghèo O
2
)
NADH + H
+
NAD
+
NADH + H
+

NAD
+
(đủ O
2
)
O
C O
-
CH - OH
CH
3
Lactate
39 40
Lên men rượu :
11
41 42
Ba
û
ng
3.1:
NL
gia
û
i
pho
ù
ng
t
ừ
tie

á
n
tr
ì
nh
Đ
FEM
8Số ATP còn lại
1Tiêu hao ATPP-fructokinase(3)
1Tiêu hao ATPHexokinase(1)
10Số ATP được thành lập
2oxy hóa ở mức cơ chấtPyruvate kinase(10)
2oxy hóa ở mức cơ chấtP-glyceratekinase(7)
6Qua chuỗi HH mô bào oxy
hóa 2NADH + H
+
Glyceraldehyde
3-P dehhdrogenase
(6)
Số ATP
Phương thức tạo nối ~PEnzyme xúc tácP/ư
Ghi chú: trong điều kiện mô bào nghèo oxygen, pyruvate sẽ sử
dụng NADH + H
+
của p/ư (6) để hồn nguyên thành lactate, do
đó
số ATP còn lại sẽ là 2.
43 44
5. SỰ OXY HÓA HẢO KHÍ GLUCOSE
(TRICARBOXYLIC ACID CYCLE, KREBS CYCLE)

- Đây là con đường chung của sự oxy hóa các chất hữu cơ
để tạo ra ATP cung cấp cho các hoạt động của cơ thể, bởi
vì
glucose (từ glucid), acid béo (từ lipid) và amino acid (từ
protein) khi thoái biến đều dẫn đến
ACETYL CoA.
-
Chu trình này xẩy ra trong phần khuôn ty thể nhằm oxy
hóa ACETYL CoA thành CO
2
+ H
2
O + giải phóng toàn bộ
năng lượng dự trữ.
12
45
5.1. SỰ KHỬ CARBOXYL-OXY HÓA PYRUVATE
→
ACETYL CoA
Pyruvate dehydrogenase complex :
E1: pyruvate decarboxylase (vit.B1)
E2: Dihydrolipoyl transacetylase (lipoic acid)
E3: Dihydrolipoyl dehydrogenase (FP5-FAD)
O
C O
-
C = O
CH
3
Pyruvate

Pyruvatedehydrogenase
Complex (E1, E2 ,E3),
CoASH
NAD
+
NADH + H
+
O
CH
3
-C ~S-CoA
ACETYL CoA
+ CO
2
Phản ứng tổng quát :
46
O
CH
3
-C-COO-
O
CH
3
-C
~
S-L-SH
O
CH
3
-C ~S-CoA

CoASH
OH
CH
3
-C
–
TPP
H
TPP
E1 E2
CO
2
SH
L
SH
S
L
S
FADFADH
2
NAD
+
NADH + H
+
(vào chu
ỗ
i hô hấp)
ACETYL CoA
Pyruvate
E3

S-acetyl lipoate
47
Hình 2.8 : CHU TRÌNH KREBS
Mepacrin
Streptomycin
Cocain
Salicylate
Fluoarocetate
Morphin
Thuốc tê
Thuốc ngủ
Tetracyclin
Aureomycin
Salicylate
Morphin
Salicylate
Tác động
của một số
loại thuốc
ức chế các
enzyme
của chu
trình
Krebs
48
13
49 50
51
Citrate
synthetase

(1) Phản ứng kết hợp của acetyl CoA (sản phẩm sẽ bị oxy
hóa) với oxaloacetate để thành lập
citrate với sự xúc
tác của citrate synthetase
52
(2) Citrate biến đổi thành isocitrate qua trung gian cis-
aconitate :
Cis-aconitase
14
53
(3) (4). Sự oxy hóa isocitrate, sau đó là sự khử carboxyl
đề thành lập α
αα
α-ketoglutarate, enzyme xúc tác là
isocitrate dehydrogenase và decarboxylase
(3)
(4)
+ NAD
+
(3ATP)
(3) (4)
54
(5) Phản ứng khử carboxyl -oxy hóa α
αα
α-ketoglutarate với sự
xúc tác của
α
αα
α
-ketoglutarate dehydrogenase complex (tương

tự như đối với pyruvate) : cần sự tham gia của TPP,
lipoate, NAD
+
và CoA.SH
(3ATP)
55
(6) Sự khử nối thioester của succinyl -CoA, năng lượng
giải phóng được đưa vào một nối phosphate cao năng
của
GTP để sau đó thành lập 1 ATP.
ATP
56
(7) Phản ứng oxy hóa succinate bởi FP
2
– succinate
dehydrogenase
, với CoE là FAD :
(2ATP)
15
57
(8), (9) Phản ứng hydrate hóa fumarate để thành lập
malate và tiếp theo là sự
oxy hóa malate để cho ra sản
phẩm oxaloacetate :
Fumarase
Malate
dehydrogenase
(8)
(9)
(3ATP)

58
Bảng 2-2 : Số ATP được giải phóng từ chu trình Krebs
12Tổng cộng
3oxy hóa NADH + H
+
trong chuỗi hô hấp
Malate dehydrogenaseP/ư
9
2oxy hóa FADH
2
trong
chuỗi hô hấp
Succinate
dehydrogenase
P/ư
7
1Phosphoryl hóa ở mức
cơ chất -> GTP
Succinate thiokinaseP/ư
6
3oxy hóa NADH + H
+
trong chuỗi hô hấp
P/hợp α
αα
α-ketoglutarate
dehydrogenase
P/ư
5
3oxy hóa NADH + H

+
trong chuỗi hô hấp
Isocitrate
dehydrogenase
P/ư
3
Số ATP
t/lập.
Phương thức sinh nối
(~P)
Enzyme xúc tácSTT
59
6. CON ĐƯỜNG HEXOSE MONOPHOSPHATE
(HMP pathway, Pentose phosphate cycle)
Mục đích :
 Oxy hóa trực tiếp Glu-6-P (không phosphoryl hóa lần thứ
hai
→
gọi là con đường HMP).
 NADPH+H
+
: cung cấp các cặp H cho các phản ứng tổng
hợp chất cần H (
tổng hợp acid béo, cholesterol, các
hormone steroid
…).
 Sản phẩm
pentose-5-P được sử dụng để tổng hợp các
nucleotide
→

acid nucleic. Nếu không sử dụng thì các
pentose 5-P sẽ biến đổi để tổng hợp trở lại Fru-6-P
→
Glu-
6-P
→
tên gọi “
chu trình pentose phosphate”.
60
Phản ứng tổng quát :
3 Glu-6-P + 6 NADP
+
2Glu-6-P + Gly-3-P
+ 3CO
2
+ 6 (NADPH + H
+
)
Hai giai đoạn phản ứng :

GĐ
oxy hóa trực tiếp 3 phân tử Glu-6-P
→
6(NADPH+H
+
) va
ø
+ 3 p/tử ribulose-5-P (Ru5P),
(P/ư 1-2 &3)


GĐ
biến đổi 3 p/t Ru5P
→
2 Fructose-6-P (F6P) +
Glyceraldehyde-3-P (GAP)(P/ư 4-5-6-7&8)
16
61 62
63
CH
2
O-
O
H
OH
OH
OH
+ NADP
+
Glucose 6-P
dehydrogenase
CH
2
O-
=O
OH
OH
OH
Glucose 6-P
6-Phosphoglucono-
δ

δδ
δ lactone
P
P
+ NADP
H+H
+
 GIAI ĐOẠN OXY HÓA
Pư 1
: oxy hoá trực tiếp glucose 6-phosphate :
Mỗi vòng chu kỳ pentose sử dụng đồng thời 3 pt Glu-6P :
1
1
H
64
6-Phosphoglucono-
lactonase
6-Phosphoglucono-
δ
δδ
δ lactone
Pư 2 : khử vòng tạo phân tử dạng thẳng
6-phosphogluconate
H
2
O
H
+
O
C- OH

H- C-
OH
HO-C- H
H- C- OH
H- C- OH
CH
2
O-
6-Phospho-
gluconate
CH
2
O-
=O
OH
OH
OH
P
1
P
17
65
6-Phosphogluconate-
dehydrogenase
Pư 3 :phản ứng khử carboxyl (C1) và oxy hóa (C3)
→
thành lập pentose 5-phosphate (Ru5P)
+NADP
+
NADPH+H

+
O
C
1
- OH
H- C-
OH
HO-C
3
- H
H- C- OH
H- C- OH
CH
2
O-
6-Phospho-
gluconate
CH
2
- OH
C = O
H- C- OH
H- C- OH
CH
2
O-
Ribulose-5-
phosphate
(Ru5P)
+ CO

2
P
P
66
7. SỰ TÂN SINH GLUCOSE (Gluconeogenesis)
 Tổng hợp glucose từ lactate, glycerol và aminoacid; ở thú
nhai lại là propionate.
 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, khơng dùng
mỡ) khi nguồn glucid cung khơng đủ trong khẩu phần.
 Cơ chế tân sinh đường mơ phỏng theo các p/ư đi ngược
đường phân EM
. Tuy nhiên ở những g/đ mà p/ư đường phân
khơng thuận nghịch thì tân sinh đường phải đi theo đường
vòng.
67
3 giai đoạn tân sinh đường
khơng 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
68
T
Â
N
S
I
N
H

Đ
Ư
Ờ
N
G
18
69
Hình 2.12 : SƠ ĐỒ ĐIỀU HOØA TRAO ĐỔI ĐƯỜNG