Công thức hóa sinh học

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.67 MB, 29 trang )

MỤC LỤC
A. ĐẠI CƯƠNG VỀ MONOSACCHARIDE...........................................................2
1.
2.
3.
4.

Đònh nghóa....................................................................................................2
Phân loại......................................................................................................2
Nhiều dẫn xuất hexose có mặt trong cơ thể sống........................................4
Tính hoá lý của đường đơn..........................................................................5

B. TỔNG QUÁT VỀ SỰ CHUYỂN HOÁ TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC MS..............8
I.
II.
III.
IV.

Chu trình đường phân...................................................................................9
Chu trình Krebs............................................................................................17
Chu trình Pentosephosphate.........................................................................22
Chu trình Quang hợp....................................................................................25

C. ATP VÀ HIỆU SUẤT TÍCH LUỸ NĂNG LƯNG...........................................28

1

A. ĐẠI CƯƠNG VỀ MONOSACCHARIDE:
1.
Đònh nghóa: Monosaccharide là những glucid đơn giản không thể

thuỷ phân được, là các dẫn xuất aldehyde hoặc ketone của các polyol.
2.
Các dạng tồn tại của Monosaccharide :
a/ Dạng mạch hở: Monosaccharide thường tồn tại 2 dạng aldehyde và ketone.
Tên MS
1.Trioses

D-aldose

D-Glyceraldehide

D-ketose

Dihidroxyacetone

2.Tetrose

D-Erythrose

D-Threose

D-Erythrulose

3.Pentoses
CH=O
|
HC-OH
|
HC-OH
|

HO-CH

|
HO-CH
|
HC-OH
|
CH2OH

D-Idose

b/Dạng mạch vòng: Monosaccharide thường tồn tại ở dạng vòng
_ Dạng vòng của các aldose được gọi là vòng hemiacatal.
_ Dạng vòng của các ketose được gọi là vòng hemiketal.
_ Vòng pyranose(6 cạnh): nhóm CHO ở C1 nối vòng với nhóm OH ở C5

α-D-glucose

_ Vòng furanose (5 cạnh): nhóm CO ở C2 nối vòng với nhóm OH ở C5
CH2OH
CHOH
H

OH
H

CH2OH
O

H

H OH
OH

anpha-D-glucofuranoza

CHOH
H

OH
H

O

OH
H H
OH

beta-D-glucofuranoza

3

Ribose

α-D-Fructose

Deoxyribose

β-D-Fructose

 Trong dd, MS tồn tại nhiều dạng cấu tạo khác nhau và luôn có sự cân bằng giữa
các dạng đó. Dạng hở thường chiếm tỷ lệ nhỏ. Sự chuyển hoá từ dạng hở sang dạng
vòng phụ thuộc vào điều kiện môi trường, từng phản ứng và tác nhân phản ứng.
 MS phần lớn tồn tại dạng vòng 6C, có cấu hình dạng ghế hay dạng thuyền.Thông
thường dạng ghế bền hơn dạng thuyền(104 phân tử dạng ghế:1 phân tử dạng thuyền)

Dạng ghế

Dạng thuyền

3. Nhiều dẫn xuất hexose có mặt trong cơ thể sống: đặc biệt là các dẫn xuất của
glucose: glycolipid, glycoprotein, glycosamine…
_ Nhóm NH2 sẽ nhóm OH ở C2 của glucose, và liên kết với acid acetic tạo Nacetylglucosamine có mặt trong nhiều cấu trúc sinh học như vách tế bào vi khuẩn.
_ Oxygen ở C3 của N-acetylglucosamine liên kết ether với acid lactic tạo N-acetyl
muramic acid.
_ Nhóm OH ở C6 khi bò thay bởi –H trong galactose và manose sẽ tạo fucose và
rhamnose là thành phần của glycolipid, glycoprotein.
_ Nhóm CHO ở C1 bò oxi hoá thành –COOH tạo gluconic acid.Nếu cả C6 bò oxi hoá
sẽ tạo glucuronic acid. Dạng ester của 2 acid này là lactone.

4

4.
Tính hoá lý của monosaccharide:
a/ Lý tính:
_ Ngoại trừ glyceraldehide,các monosaccharide còn lại đều có tính quang hoạt.
_ Do sự có mặt của nhiều nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên các monosaccharide ở
dạng tinh thể tan rất tốt trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ, phần lớn có
vò ngọ và không màu.

b/ Hoá tính: Do sự có mặt của nhóm Cacbonyl, nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên
có các tính chất hóa học đặc trưng :
 Phản ứng oxi hoá: Là pp xác đònh hàm lượng glucose (trong máu và nước
tiểu), dd glucose sẽ oxi hoá thuốc thử Fehling có chứa Cu2+ tạo cặn Cu+(màu đỏ). Từ đó
xác đònh lượng glucose. Ngày nay người ta thay bằng pp sử dụng enzyme glucose
oxidase.
CHO

COOH

H

C

OH

HO

C

H

Br2
H2O

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

C

HBr

CH2OH

glucoza
CHO

H

+

axit gluconic

OH

HNO3

COOH

H

C

OH

HO

C

H

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

COOH
axit sacaric

glucoza
H

CH2OH
O H
H
OH H

OH
H

OH
OH

bao ve nhom
OH glucozit

CH2OH
H

H
O
H
OH H
OH
H

 Phản ứng khử: tạo rượu.
D-glucose
D-manose
D-fructose

OR
OH

Br2

H

COOH
O

H

H
OH H
OH
H

OH

OH

D-sorbitol
D-manitol
D-manitol, D-sorbitol
5

CHO

CH2OH

H

C

OH

HO

C

H

H

C

H

C

H

C

OH

HO

C

H

OH

H

C

OH

OH

H

C

OH

Hg +Na

CH2OH

CH2OH

glucoza

sorbitol

 Phản ứng ester hoá: nhóm OH ở C1 và C6 dễ tham gia tạo phức ester,
quan trọng nhất là tao phức ester với nhóm phosphate - sản phẩm của nhiều quá
trình chuyển hoá trao đổi chất trong cơ thể như D-glyceraldehide-3-phosphate, Dglucose-6-phosphate, D-glucose-1-phosphate…
 Phản ứng tạo liên kết glucoside:

D-glucoza

CH3OH
HCl

H

CH2OH
H
OH

OH
H

O

H

H
+

H
O
OH

CH2OH
O
H
OH H

OH
H

CH3

O CH3

H
OH

 Phản ứng với acid: Khi đun với acid ở nồng độ cao(HCl 12% hay H2SO4
đđ), pentose, hexose sẽ tách H2O tạo furfurol, oxymethylfurfurol.

O
C5H10O5

-H2O

C
O

pentoza

H

furfurol

 Tác dụng với Phenylhydrazin : Monosacharide có thể phản ứng với các amin.
Điển hình nhất là tác dụng giữa Monosacharid và Phenylhydrazin C6H5NH-NH2 dư.
Phản ứng xảy ra theo 3 giai đoạn :

6

Giai đoạn 1 : tạo Phenylhydrazon
C
CHO
H
HO

C
C

OH
H

H

C

OH

H

C

OH

C

NH2

+

NH

N NHC6H5

H

C

OH

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

+

H 2O

CH2OH
phenylhydrazon glucoza

CH2OH
glucoza

Giai đoạn 2 : oxi hóa nguyên tử cacbon ở vò trí số 2 tạo nên nhóm cacbonyl
C
C

C
NHC6H5

N

H

C

OH

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

+

C

NH2
NH

-NH3
-C6H5NH2

N NHC6H5

C

O

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

CH2OH

Giai đoạn 3 : nhóm cacbonyl phản ứng với Phenylhydrazin tạo nên sản phẩm cuối
cùng là phenylosazon của glucose:
C
C

C
N

C

O

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

NHC6H5

C

NH2
NH

+

-H2O

N NHC6H5

C

N

HO

C

H

H

C

OH

H

C

OH

NHC6H5

CH2OH

Do sự hóa vòng của osazon có tác dụng chặn nhóm -OH tự do bên cạnh nên phản ứng
dừng lại ở giai đoạn này.

7

B. TỔNG QUÁT VỀ SỰ CHUYỂN HOÁ TƯƠNG HỖ CỦA CÁC
MONOSACCHARIDE:
_ Sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp là acid phosphoglycerinic. Chất này
tiếp tục bò chuyển hoá tạo các monosaccharide: glucose, fructose và các sản phẩm đồng
phân như manose, galactose.

_ Phần lớn sự chuyển hoá tương hỗ của các monosaccharide là nhờ phản ứng enol
hoá của các dạng hydrate của các monosaccharide này.
_ Sự chuyển hoá giữa galactose, glucose, fructose là nhờ tác dụng của enzyme tương
ứng xúc tác cho phản ứng phosphoryl hoá và tạo các dạng ester phosphate của đường.
Sau nhờ các enzyme đồng phân hoá tạo các ester phosphate của các loại đường khác
nhau và dưới tác dụng của enzyme phosphatase sẽ giải phóng đường tự do:
galactose + ATP
↔ galactose-1-phosphate + ADP
galactose-1-phosphate ↔ glucose-1-phosphate
glucose-1-phosphate ↔ glucose-6-phosphate ↔ frutose-6-phosphate
glucose-6-phosphate ↔ glucose + H3PO4
_ Quá trình tạo đường pentose:
+ Từ acid galacturonic, acid glucuronic tách CO2 tạo araban và xilan (ở TV).
+Từ acid dẫn xuất oxi hoá của hexose (C1)
+ Ngưng tụ phosphodioxyacetone với chất 2C như aldehyde acetic hay aldehyde
glicolic, xúc tác aldolase
CH2OH
|
CO
|
CH2OPO3H2

+

CH3CHO ↔

CH3
|
CH-OH
|

CH-OH
|
CH2OPO3H2

5- deoxycetopentozophosphate
CH2OH
|
CO
|
CH2OPO3H2

+

CH2HCHO ↔

CH2OH
|
CH-OH
|
CH-OH
|
CH2OPO3H2

Xetopentoxophosphate
_ Trong sự chuyển hoá tương hỗ của các triose, tetrose, pentose, hexose, heptose còn

có sự tham gia của một loạt các enzyme quan trọng: transaldolase, transxetolase.
Xilulose-5-℗ + ribose-5-℗

↔

xodoheptulose-7-℗ +aldehyde-3-phospho

glycerinic (nhờ transxetolase xúc tác).
Xodoheptulose-7-℗ + aldehyde-3-phosphoglycerinic

↔ fructose-6-

℗ + eritrose-4-℗

(nhờ transaldolase xúc tác).
8

_Sản phẩm của phản ứng trên đóng vai trò quan trọng trong các quá trình trao đổi
glucid khác nhau ở cơ thể SV (trong chu trình pentosephosphate, trong quang hợp…).
I. SỰ ĐƯỜNG PHÂN:
Đặc điểm:
Quá trình đường phân (glycolysis) là sự phân rã phân tử glucose thành hai phân tử
pyruvate kèm theo năng lượng được giải phóng ở dạng ATP.
Không sử dụng oxi phân tử, nhưng quá trình vẫn có thể tiến hành ngay cả khi có oxi
phân tử, đây là giai đoạn đầu chuẩn bò cho sự hô hấp hiếu khí.
Quá trình đường phân là cơ chế tạo năng lượng từ glucose xưa nhất. Cơ chế này
được duy trì suốt quá trình tiến hóa, do đó tổng thể các quá trình đường phân ở các cơ
thể khác nhau là khá giống nhau và có lẽ chỉ khác nhau theo cơ chế điều hòa và sản
phẩm biến đổi cụ thể từ pyruvate. Vì vậy cần xem xét nó một cách tổng thể trước khi đi
sâu vào chi tiết từng giai đoạn phản ứng.
Quá trình đường phân gồm 2 phase:
Phase chuẩn bò (preparatory phase): từ 1 phân tử glucose có 6C tạo ra 2 phân tử
glyceraldehydes-3-phosphate 3C. Phase này có sử dụng năng lượng (2ATP).

Phase hoàn trả (payoff phase): biến đổi glyceraldehydes-3-phosphate thành
pyruvate kèm theo tồng hợp ATP và hoàn trả lại ATP đã sử dụng ở phase
chuẩn bò.
Sau đó pyruvate sẽ chuyển đổi theo 3 hướng:
Ở điều kiện hiếu khí (aerob): khi có mặt oxy, pyruvate sẽ bò oxy hóa tạo gốc acetyl.
Chất này sau đó tạo phân tử acetyl – Coenzyme A và bò oxy hóa hoàn toàn đến CO2 và
H2O thông qua chu trình Krebs và chuỗi hô hấp trong màng ty thể, giải phóng năng
lượng ở dạng ATP.
Pyruvate bò khử thành acid lactic (lactate): Lactate được tạo thành trong quá trình lên
mem lactic, thường xảy ra trong mô cơ hay do vi khuẩn sống ở điều kiện yếm khí gây
ra.
C6H12O6

lên men rượu

Glucose

2 C2H5OH + 2 CO2
Ethanol

Pyruvate biến đổi thành rượu ethanol và giải phóng CO2: đặc biệt phổ biến ở nấm
men lên mem rượu.
C6H12O6

lên men lactic

2 CH3CHOHCOOH

9

Glucose

Acid Lactic

Cơ chế:

Hình 1. Các phản ứng chính của đường phân (dạng mạch thẳng)
PHASE CHUẨN BỊ:
1/ Phản ứng phosphoryl hóa glucose:
Phản ứng tạo glucose-6- phosphate từ glucose là phản ứng một chiều, được xúc tác
bởi enzyme glucokinase:
Glucose + ATP
glucose-6-phosphate + ADP
2+
Mg
Glucokinase

10

CH2

HO
H

H
OH

OH

H

O

H

Mg

H
HO

P O CH
2

ADP

ATP

H

2+

hexokinase

OH
Glucose

H
OH

OH
H

O

H

H
HO

OH
Glucose - 6 - phosphate

2/ Biến đổi glucose- 6- phosphate thành fructose- 6- phosphate:
Dưới tác dụng của enzym đồng phân hóa (izomerase), glucose – 6 – phosphate dễ
dàng chuyển hóa thành fructose-6-phosphate. Đây là phản ứng thuận nghòch nên sự
thay đổi năng lượng tự do nhỏ:
P O CH
2
H

H
OH

OH
H

O

P O CH2 O H2C

glucose phosphate

H

izomerase

H
HO

HO

OH

HO

H

OH

H
OH
Fructose - 6 - phosphate

OH
Glucose - 6 - phosphate

3/ Phản ứng phosphoryl hóa fructose-6-phosphate thành fructose-1,6-bisphosphate:
Là phản ứng một chiều ở điềi kiện sinh lý tế bào được enzyme phosphofructo- kinase
(PFK) xúc tác. Fructose-6-phosphate tiếp tục bò phosphoryl hóa ở C1 tạo dẫn xuất

Fructose-6-bisphosphate:
P O CH2 O H2C
HO

H
OH

OH

HO
OH
H

Fructose - 6 - phosphate

ATP

ADP

+

Mg2

phosphofructokinase

P O CH2 O H2C
HO

H
OH

O P

HO
OH
H

Fructose - 1,6 - bisphosphate

Ở một số vi khuẩn và đa số thực vật có mặt enzyme phosphofructokinase sử dụng
pyrophosphate (PPi) chứ không phải là ATP làm chất cho nhóm phosphate. PFK là
enzyme điều hòa trao đổi chất quan trọng nhất trong quá trình đường phân.
11

Đây là phản ứng cơ bản chuẩn bò cho giai đoạn phân giải monosaccharide theo kiểu
hiếu khí và yếm khí.
4/ Phản ứng cắt fructose-1,6-bisphosphate thành 2 phân tử đường 3C:
Phân tử Fructose – 1,6 – bisphosphate do chứa 2 gốc phosphate ở hai vò trí đối xứng
nên có thể dễ dàng bò cắt đứt thành 2 phân tử phosphotriose:
P

O
O
OH

P O CH2 O H2C
HO

H

O P
andolase

HO

Dihydroacetone
phosphate

+

OH

O

H

OH
Fructose - 1,6 - bisphosphate

H
OH
O

P

Glyceraldehyde
- 3 - phosphate
*4A/ Biến đổi tương hỗ lẫn nhau giữa các đường 3C:
Hai chất phosphotriose hình thành ở trên dưới tác dụng của triose phosphate

isomerase lại có thể chuyển từ chất nọ sang chất kia:
O
O

P

O
OH

Dihydroacetone
phosphate

H
OH
O

P

Glyceraldehyde 3 - phosphate

Sau giai đoạn cắt đôi mạch cacbon, tiếp đó là quá trình oxi hóa- khử . Khi đó
Glyceraldehyde-3-phosphate tham gia vào sự chuyển hóa.
12

Khi ở trạng thái cân bằng dihydroacetonephosphate chiếm ưu thế nhưng đồng thời
với sự chuyển tiếp của Glyceraldehyde-3-phosphate, dihydroacetonephosphate lại biến
thành Glyceral dehyde-3-phosphate, nên quá trình biến đổi này xảy ra hầu như hoàn
toàn.
Vì thế có thể coi như từ 1 phân tử fructose-1,6-diphosphate sẽ cho 2 phân tử

Glyceraldehyde-3-phosphate.

PHASE HOÀN TRẢ:
5/ Oxy hóa Glyceraldehyde-3-phosphate thành 1,3- bisphosphoglycerate:
Đây là phản ứng tích lũy năng lượng đầu tiên trong chu trình đường phân. Trong đó
nhóm aldehyde của Glyceraldehyde-3-phosphate bò mất hydro không biến thành nhóm
carbocylic như bình thường, mà thành nhóm andehyde chứa phosphate (acylphosphate)
có mức năng lượng tự do cao. Còn chất nhận hydro ở dạng ion hydride là NAD + tạo ra
NADH và H+.

H

+NAD+ +H3PO4 –NADH2

OH

Phosphoglycerylandehyde
Dehydrogenase (-SH)

O

O

P

Glyceraldehyde 3 - phosphate

O

O

P

OH
O

P

1,3 - bisphosphoglycerate

6/ Chuyển nhóm phosphate từ 1,3 - bisphosphoglycerate cho ADP:
Năng lượng trong nhóm acylphosphate được sử dụng để tổng hợp ATP từ ADP và
phosphate vô cơ Pi. Năng lượng được giải phóng được tích lũy lại trong phân tử ATP .
O

O

P

2 ADP

2 ATP

OH
O

O

O

-

OH
P

1,3 - bisphosphoglycerate

O

phosphoglyceratekinase

P

3 - phosphoglycerate

7/ Biến đổi 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate:
13

Tiếp theo xảy ra sự chuyển 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate nhờ 3photphogliceratmutase :
O

O

-

O

Mg

2+

OH

O
O

phosphoglyceratemutase

O

P

-

P

OH

3 - phosphoglycerate

2 - phosphoglycerate

8/ Dehydrate hóa 2-phosphoglycerate:
2-phosphoglycerate bò loại 1 phân tử nước nhờ tác dụng của enzyme Enolaza và
chuyển thành photphoenolpyruvate . Enolase được hoạt hóa nhờ các ion Mg2+, Mn2+…
Photphoenolpyruvate có mức năng lượng tự do rất cao (- 61,9 KJ/mol), mặc dù mức
năng lượng tự do thay đổi của phản ứng là nhỏ 7,5 KJ/mol.
H2O
O

O
O

O

O

O

P

Enolase, Mg2+

OH

P

CH2

2 - phosphoglycerate

Phosphoenolpyruvate

9/ Tạo pyruvate:
Được xúc tác bởi pyruvatekinase và là phản ứng phosphryl hóa trên cơ chất tạo
ATP. Sản phẩm là pyruvate ở dạng enol
O

O

-

O
P

CH2

Phosphoenolpyruvate

-

ATP

ADP

O

O

Mg2+
pyruvatekinase

OH
CH2

Enolpyruvate

Sau đó enolpyruvate nhanh chóng biến đổi sang dạng ketone của nó là pyruvate
(hay là acid pyruvic) phổ biến ở pH = 7:

14

O

O

-

O-

O

OH

O

CH2

Enolpyruvate

CH3

Pyruvate
Lên men rượu:
Trong điều kiện yếm khí dưới tác dụng của enzyme pyruvate decacboxylase và
ancoldehydrogenase của nấm men acid pyruvic chuyển thành rượu ethylic:
CH3COCOOH
CH3CHO
+ CO2

2+
Mg
pyruvate decacboxylase
Acid pyruvic
CH3CHO + NADH2

Acetaldehyde

Acetaldehyde

Lactatedehydrogenase

CH3CH2OH + NAD+
Rượu Ethylic

Glucose, fructose là những monosaccharide dễ lên men hơn cả, sau đó tới manose và
galactose. Các pentose chỉ lên men nhờ 1 vài loại nâm mốc fusarium.
Xảy ra phổ biến trong TĐC của SV điển hình là nấm men.
Phản ứng tổng quát của quá trình lên men rượu:
Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

15

hoặc:

C6H12O6 --> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 23 Kcal

Enzyme pyruvate decarboxylase có trong men rượu,bia,bánh mì và các vi sinh vật lên
men rượu khác; không có mặt ở động vật có xương sống, vi sinh vật lên men lactic acid.

Khí CO2 xuất hiện trong quá trình decarboxyl hóa quyết đònh độ bọt của các loại nước
uống lên men (rượu champagne) và độ nở bánh mì.
Enzyme acohol dehydrogenase có trong cơ thể sống → gan người có quá trình oxy
hoá ethanol
♥ Ứng dụng : sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men, bánh kẹo, …
♥ Ưu điểm của lên men vi sinh: TB sinh vật thực hiện hàng loạt những biến đổi hóa
học với hiệu xuất cao và hầu như không có sản phẩm phụ. Công nghệ này được áp
dụng cho công nghiệp siro fructose, kháng sinh, amino acid…
Lên men lactic:
Trong điều kiện yếm khí, dưới tác dụng lactatdehydrogenase (1.1.1.28) của vi khuẩn
acid pyruvic tạo ra acid lactic:

Phản ứng này cũng xảy ra trong mô động vật trong điều kiện yếm khí và acid lactic
ở dạng L-Lactic.
Xảy ra cả ở mô động vật trong điều kiện yếm khí. Chỉ khác là sản phẩm dạng Llactate.
♥ Ứng dụng : sản xuất bơ, phô mai là tạo acid Lactate rồi đưa về pH sữa  khả
năng đông tụ tạo mùi đặc trưng.
Chu trình biến đổi từ glucose sang lactate và ngược lại xảy ra ở gan được gọi là chu
trình Cori (Cori cycle).
16

♥ Bản chất : khi vận động viên chạy nước rút , oxygen không cung cấp đủ cho TB để
oxy hoá pyruvate thành CO2 và H2O để tạo ATP. Lúc này glycogen (được dự trữ trong
TB mô cơ) sẽ là nguồn cung cấp ATP nhờ vào sự lên men lactic acidNồng độ lactate
trong máu sẽ tăng lên rất cao. Sau thời gian nghỉ,oxygen được cung cấp đầy đủ cho quá
trình oxy hoá sẽ trả đủ ATP để tái tạo glucose và glycogen ở gan từ lactate để trả lại
glycogen đã “mượn” trước đó.
Ý nghóa:
Làm biến đổi về căn bản cấu trúc ban đầu của phân tử cơ chất (glucose) hô hấp, xúc

tiến các chuyển hóa tiếp theo ở giai đoạn hiếu khí dễ dàng hơn.

Sau quá trình đường phân (glucolysis) ta thu được 2 phân tử NADH, 2 phân tử ATP
và 2 ion H+
II. CHU TRÌNH KREBS (CHU TRÌNH CITRIC ACID):
Đặc điểm:
Pyruvate và acertylcoenzyme A không bò oxi hoá trực tiếp bởi oxi không khí mà bò
oxi hoá bởi oxi của nước hay sự khử hidro hoá.
Oxi phân tử không tham gia trực tiếp vào phản ứng của chu trình Kerbs, nên hidro
và các electron được các chất chuyển đặc biệt (NAD, NADP, FAD) tiếp nhận rồi tuần
tự chuyển cho nhau, cuối cùng chuyển cho oxi.
Khi khử hidro của đa số cơ chất, dòng electron chính được chuyển cho NAD.
Sản phẩm Cuối: CO2 (do sự khử cacboxyl oxi hóa các ketoacid của chu trình) và
H2O (do sự oxi hóa các chất khử NAD.H 2, NADP.H2 và FAD.H2 bởi oxi phân tử,
kèm theo giải phóng năng lượng.
17

Cơ chế:
Giai đoạn 1: Axetylcoenzyme A ngưng tụ với acid oxaloacetic (dạng enol) và nước
tạo thành acid citric. Phản ứng này do enzyme citratsintetase xúc tác. Năng lượng để
ngưng tụ do liên kết cao năng của axetylcoenzyme A cung cấp (C~S).

Giai đoạn 2: Đồng phân hoá acid citric thành acid iso-citric thông qua acid cisaconitic

Phản ứng thuận nghòch.
Tại pH 7.4 , 250C isocitrate chiếm 10% hỗn hợp.
Trong TB hướng phản ứng là tạo isocitrate do isocitrate bò tiêu thụ ngay khi vừa tạo
thành.
Enzyme aconitase chứa tâm FeS làm cầu nối cơ chất với tâm hoạt động và xúc tác

phản ứng ± H2O.
Giai đoạn 3 : Oxi hoá acid isocitric thành acid α-ketoglutaric, giải phóngCO2,
enzyme isoxitratdehydrogenase làm xúc tác

18

Giai ủoaùn 4: Oxi hoựa acid -ketoglutaric thaứnh succinyl-CoA,giaỷi phoựngCO2

19

Giai đoạn 5: Biến đổi Succinyl-CoA thành acid Succinic.

-

-

Đây là giai đoạn tích lũy năng lượng, đó là năng lượng của liên kết cao năng trong
sucinyl- CoA được chuyển sang Guanozintriphosphate (GTP) khi Coenzim A giải
phóng khỏi sucinyl CoA
Phản ứng có sự tham gia của Guanozindiphosphate (GDP) và axit vô cơ H3PO4

Giai đoạn 6: Acid Succinic bò ôxihóa thành acid Fumaric dưới tác dụng của enzyme
suxinatdehydrogenaza

Enzyme chứa flavoprotein và tâm Fe-S; nằm trên màng trong ty thể ở TB
eukaryose,và màng TB chất ở prokaryote.
Giai đoạn 7: Hydrate hóa axit fumaric thành axit malic

20

Enzyme xúc tác có tính đặc hiệu xúc tác lập thể cao,chỉ xúc tác phản ứng hydrate
hóa liên kết đôi dạng trans của fumarate .Theo hướng ngược lại thì enzyme này chỉ xúc
tác phản ứng biến đổi L-malate thành fumarate mà không xúc tác D-malate.
Giai đoạn 8: Khử hiđro của axit malic tạo thành axit oxaloaxetic do enzyme malate
dehydrogenase tiến hành

Cân bằng lệch về acid malic nhưng acid oxaloaxetic tạo ra lập tức đi vào chu trình
citric acid nên chiều phản ứng hướng về tạo axit oxaloaxetic
Như vậy sau một vòng tròn vẹn của chu trình Krebs , phân tử acid oxaloaxetic được
tái tạo lại. Chu trình được tái lặp.
Ý nghóa:
Là phương thức phân huỷ oxi hoá các hợp chất dinh dưỡng trong tế bào ĐV, TV,
VSV và đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất nội tế bào.
Là mắc xích liên hợp, điểm giao lưu của nhiều đường hướng phân giải và tổng
hợp các cấu tử khác nhau của tế bào.
Kết quả là trong mỗi một vòng của chu trình Krebs , khi oxy hóa hoàn toàn gốc
axetyl tạo ra 2 phân tử CO2, 1 NADPH2, 2 NADH2 và 1 FAD.H2
Acetyl-CoA + 2H2O + 3NAD+ + Pi + GDP + FAD  2CO2 + 3NADH + GTP + CoA-SH + FADH2 + 2H+

Bảng tổng kết chu trình Krebs
Reaction
Acetyl-CoA + Oxaloacetate + H2O  Citrate + CoA-SH + H+

Enzyme
Citrate Synthase

∆G0'

(kJ/mol)
-32.2

21

Citrate cis-Aconitate + H2O

Aconitase

+6.3

Isocitrate + NAD+  α-Ketoglutarate + CO2 + NADH

Isocitrate
Dehydrogenase

-8.4

α-Ketoglutarate + NAD+ + CoA-SH  Succinyl-CoA + CO2 +
NADH

α-Ketoglutarate
Dehydrogenase

-33.5

Succinyl-CoA + Pi + GDP  Succinate + GTP + CoA-SH

Succinyl-CoA

Synthetase

-2.9

Succinate + E-FAD  Fumarate + E-FADH2

Succinate
Dehydrogenase

0

Fumarate + H2O  L-Malate

Fumarase

-3.8

L-Malate + NAD+  Oxaloacetate + NADH + H+

Malate
Dehydrogenase

+29.7

cis-Aconitase + H2O  Isocitrate

NET: -44.8

III. CHU TRÌNH PENTOSEPHOSPHATE:
Đặc điểm:

Là kiểu chuyển hóa glucose tới CO2 và H2O không qua quá trình đường phân và chu
trình Krebs.
Xảy ra ở nấm men, VK, mô ĐV_TV.

22

Cơ chế:
Phản ứng bắt đầu từ giai đoạn tạo nên glucose-6-phosphate. Chất này bò oxy hóa
thành 6-Phosphogluconolacton nhờ phản ứng sau :
Glucose-6-phosphate + NADP

à 6–Phosphogluconolacton + NADPH2

Enzyme xúc tác cho phản ứng trên là glucose-6-phosphate dehydrogenase . Sản
phẩm tạo thành bò thủy phân nhờ gluconolactonase và chuyển thành axid
phosphogluconic , chất này lại bò oxy hóa decarbocyl hóa tạo nên ribulose-5-phosphate
nhờ enzyme phosphogluconatdehydrogenase và NADP:
O
H
HO
H
H

O

O
+H2O

OH

O

NADP

OH

OH
H

P

6-phosphogluconolacton

H
HO

OH
H

H
H

OH
OH
O

OH
O

P

NADPH2

acid phosphogluconic

H

OH

H

OH
O

+

CO2

P

Ribuloza-5-phosphat
23

Tiếp theo đó là quá trình đồng phân hóa các phân tử ribulose-5-phosphate thành
ribose-5-phosphate và xilulose-5-phosphate dưới tác dụng của các enzyme phosphoribo
izomerase và ribulose-5-photphatepimerase tương ứng :

Sau đó dưới tác dụng của các enzyme transetolase và transaldolase, các xetose
(xilulose -5- phosphate) và aldose sẽ tương tác với nhau :

24

Gliceraldehyde-3-phosphate dưới tác dụng của enzyme isomerase sẽ chuyển thàønh
phosphodioxyaceton. Hai chất này lại tương tác với nhau để tạo thành fructose-1,6diphosphate dưới tác dụng của enzyme aldolase. Fructose-1,6-diphosphate dưới tác dụng
của enzyme phosphatase sẽ mất đđi một gốc axit phosphoric đđể tạo ra fructose-6phosphate.

Dưới tác dụng của enzyme isomerase fructose-6-phosphate lại chuyển thành glucose6-phosphate và chu trình lại bắt đầu.
Cuối cùng có thể thấy rằng từ 6 phân tử ribulose-6-phosphate sẽ thu đđược 5 phân tử
glucose-6-phosphate, như vậy chỉ một phân tử glucose-6- phosphate trên 6 phân tử
glucose-6- phosphate xuất phát từ đđầu chu trình bị phân giải hoàn toàn. Có thể tóm tắt
theo sơ đồ chung sau :
6 Glucose-6-phosphate
à
5 glucose-6-phosphate
+ 12NADP + 7H2O
+ 6CO2 + 12 NADP.H2 + H3PO4
Ý nghóa:
Qua cả hai chu trình Pentosephosphate không có phản ứng nào dẫn tới tổng hợp trực
tiếp ra các phân tử ATP mà chỉ tạo ra ATP nhờ sự chuyển hóa tiếp tục của các NADPH2
qua chuỗi oxy-hóa khử. Như vậy sự oxy hóa glucose theo chu trình Pentosephosphate sẽ
tạo nên toàn bộ 36 phân tử ATP. Điều đó thể hiện trong sơ đồ rút gọn sau (loại đđi ở mỗi
vế 5 phân tử glucose-6-phosphate):
Glucose-6-phosphate + 12NADP + 7H2O à 6CO2 + 12NADP.H2 + H3PO4
Do sử dụng một phân tử ATP đđể phosphoryl hóa glucose ở giai đoạn đầu nên số
phân tử ATP tạo thành là 35.
25

Công thức hóa sinh học

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về