Trao đổi Lipid trung tính

Trao đổi chất và năng lượng
- 70 -
đại học Bercli tại Californy. Calvin xuất phát từ giả thuyết rằng khí carbonic
chuyển hóa thành carbohydrate do kết quả của một lọat các phản ứng hóa học
riêng biệt.Ông cho rằng nếu có thể dừng lại quá trình này “giữa đường” thì sẽ có
thể thu nhận các hợp chất trung gian. Chúng sẽ chức carbon phóng xạ và sẽ dễ
dàng phân biệt chúng với các hợp chất chứa carbon khád trong tế bào. Nếu tách và
nhận biết các hợp chất trung gian “đánh dấu” này bằng phương pháp sắc ký trên
giấy hoặc bằng các phương tiện khác, thì có thể theo dõi con đường cùa carbon từ
khí carbonic đến carbohydrate.
Cách làm này đã cho các kết quả tuyệt với. Khi các tế bào quang hợp chòu
tác động của khí carbonic phóng xạ chỉ trong vài giây, hầu như tất cả carbon đều
chuyển hóa thành một hợp chất 3C – acid phosphoglyceric. Chúng ta biết rằng acid
này được thu nhận khi phân hủy glucose trong quá trình lên men. Tiếp theo, bằng
thực nghiệm Calvin cho thấy rằng sự hình thành acid phosphoglyceric là kết quả
của một trong các lọat phản ứng chuyển hóa khí carbonic thành glucose. Tập hợp
các phản ứng này được gọi là chu trình carbon, hay chu trình Calvin. Những nét cơ
bản của cghu trình này được trình bày trong hình 1.5: 1/ CO
2
đi vào chu trình, và khi
phản ứng với một hợp chất 5 carbon (5C), tạo ra một sản phẩm trung gian 6C không
bền vững, chất này sau đó phân giải thành hai phân tử acid 3-phosphoglyceric (3C).
2/ Do kết quả của quang hợp, một phần các hợp chất 3C chuyển hóa thành đường
glucose, phần còn lạiđược sử dụng để phục hồi hớp chất 5 carbon (5C) để tiếp tục
tương tác ở giai đọan tiếp theo của chu trình. Để chuyển hóa khí carbonic thành
glucose cần 12 phản ứng enzyme khác nhau. Hơn thế nữa, tư tưởng “quá trình tối”
về cơ bản là đúng, vì tất cà các phản ứng này xảy ra không phụ thuộc ánh sáng. Vì
vậy, chúng ta gọi chúng là giai đọan tối của quang hợp.
Trên đây chúng ta chưa nêu vấn đề là để tạo ra các hợp chất hữu cơ từ khí
carbonic cần phải chi dùng năng lượng. Để chu trình Calvin xảy ra bình thường cần

phải liên tục cung cấp năng lượng. Năng lương này được cung cấp bời hai chất là
ATP (adenosine triphosphate) và NADPH (nicotinamide adenie dinucleotide
phosphate khử). ATP được gọi là hợp chất cao năng, cung cấp năng lượng cho một
số phản ứng cần dùng năng lượng của chu trình Calvin, còn NADPH làm nhiệm vụ
như một chất khử giảu năng lượng, nguồn cung cấp điện tử và hydro cho CO
2
để
khử chất này trong chu trình Calvin thành glucose.

GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học

Trao đổi chất và năng lượng
- 71 -
III. CƠ SỞ CẤU TRÚC CỦA QUANG PHOSPHORYL-HÓA.

Hình 5.10. Cơ sở cấu trúc của quang phosphoryl hóa

Lục lạp cũng được tổ chức tương tự như ty thể để có thể tạo nên và duy trì
gradient hóa thẩm thấu, làm động lực cho sinh tổng hợp ATP và các quá trình trao
đổi chất khác. Các sắc tố anten cùng với các trung tâm phản ứng (QHT I và QHT
II), các phân tử của chuỗi vận chuyển điện tử và hệ enzyme tổng hợp ATP (CF
0
và
CF
1
) đều nằm trên màng thylacoid của lục lạp. Giống như màng trong của ty thể,
màng thylacoid tạo điều kiện để phát sinh gradient điện hóa, cung cấp năng lượng
cho tổng hợp ATP. Tuy nhiên, khác với ty thể, trong lục lạp ion H
+
được tích lũy
trong ngăn nội chất của thylacoid, còn ở ngăn ngoài, tức nội chất của lục lạp
(stroma) thì tích điện âm.
Các quá trình vận chuyển điện tử, hình thành gradient điện hóa và sử dụng
gradient này để tổng hợp ATP được mô tả trong hình 5.10.
Quá trình quang hợp được bắt đầu khi photon được hấp thụ bởi phức hệ các
sắc tố anten của hệ thống quang hóa I. Nhưng để thuận tiện, ta bắt đầu xem xét từ
sự kích động cuả một phoron lên hệ thống quang hóa II. Năng lượng kích động
được chuyển đến phân tử sắc tố trung tâm P 680 (nằm trong QHT II) và làm cho nó
tích lũy năng lượng. P 680 chuyển điện tử giàu năng lượng cho chất nhận Q. Hố
điện tử trong P 680 được lấp nhờ hệ enzyme vốn làm nhiệm vụ phân giải nước, tích
lũy một ion H
+
bên trong thylacoid khi mỗi điện tử được chuyển cho P 680. Điện tử

giàu năng lượng ban đầu được chuyển đến Q, một phân tử di động qua lại giữa hai
phía của màng thylacoid. Một phần năng lượng của điện tử được dùng ở đây để di
chuyển một ion H
+
từ stroma vào trong thylacoid, làm cho tất cả có hai ion H
+
được
tăng cường cho nội chất thylacoid.
Điện tử được chuyển tiếp tục cho phức hệ cytochrom bf và sau đó cho PC, tại
đó nó chờ để lấp vào chỗ trống trong P700 (nằm trong QHT II). Khi một photon
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học

Trao đổi chất và năng lượng
- 72 -
được hấp thụ bởi một phân tử anten trong quang hệ thống I và kích động một điện
tử, năng lượng kích động được chuyển cho phân tử P700, làm cho nó tích được năng
lượng. Điện tử giàu năng lượng của P700 nhanh chóng được chuyển cho chất nhận
Fd. Hố điện tử xuất hiện trong P700 bây giờ có thể được lấp bởi điện từ hệ thống
quang hóa II đang chờ trong PC.
Trong khi đó điện tử giàu năng lượng trong hệ thống quang hóa I chuyển đến
Fd, từ đó có thể đi theo hai hướng. Trong điều kiện bình thường điện tử này được
dùng để khử NADP
+
thông qua flavoprotein (FP) vốn có mặt trong màng. Trong
quá trình này tiêu thụ một ion H
+
của stroma để tạo ra NADP.H.
Dòng điện tử đã mô tả dẫn đến hai kết quả: Một là tạo ra phân tử NADP.H
giàu năng lượng để than gia tổng hợp glucid, mặt khác tạo ra gradient điện hóa để
sau đó được dùng cho tổng hợp ATP. Cũng như trong ty thể, màng thylacoid chứa

phức hệ enzyme CF
1
có khả năng sử dụng năng lượng của gradient điện hóa để
phosphoryl-hóa ADP.





















GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học

Trao đổi chất và năng lượng
- 73 -
CHƯƠNG 6. TRAO ĐỔI LIPID TRUNG TÍNH

Lipid chiếm từ 10 đến 20% trọng lượng cơ thể động vật có vú, trong đó
thành phần chủ yếu là lipid trung tính (triacylglycerol). Loại lipid này có mặt trong
tất cả các cơ quan, đặc biệt là trong các mô dự trữ. Trong quá trình tiến hóa của
sinh giới nó đã tỏ ra thích hợp với chức năng dự trữ năng lượng, vì trong mỗi phân
tử của nó chứa đến 3 gốc acid béo với mức độ khử cao, do đó khi bò oxy-hóa,
những acid béo này sản sinh ra nhiều năng lượng hơn bất kỳ một nhóm hợp chất
nào khác. Ví dụ mức năng lượng dự trữ dễ huy động của lipid trong cơ thể con
người cao hơn gấp 100 lần so với glucid.
Thành phần của lipid dự trữ biến động ở các loài khác nhau, song trong
phạm vi mỗi loài thì thường khá giống nhau. Hơn 99% lipid dự trữ tích lũy trong các
mô của người là triacylglycerol, bất kể nó được tích lũy ở đâu. Nói chung, lipid dự
trữ giàu acid béo no hơn lipid trong gan. Càng giàu acid béo no thì khi bò oxy-hóa
nó càng sản sinh nhiều năng lượng.
Triacylglycerol không chỉ có chức năng cung cấp năng lượng cho các quá
trình hoạt động sống mà còn cung cấp nguyên liệu để tổng hợp hàng loạt các hợp
chất khác nhau trong tế bào. Đó là những vấn đề sẽ được xem xét trong chương
này. Quá trình trao đổi các nhóm lipid khác sẽ không được xét đến ở đây.
I. OXY-HÓA ACID BÉO.
Dưới tác dụng của enzmyme lipase, triacylglycerol bò thủy phân thành
glycerol và acid béo. Glycerol sau đó được lôi cuốn vào quá trình glycolys sau khi
được hoạt hóa thành glycerol-3-phosphate nhờ glycerokinase.
Glycerol + ATP ⎯→ Glycerol-3-phosphate + ADP.
Trong khi đó acid béo bò oxy-hóa bằng các con đường khác nhau mà chúng ta
sẽ lần lượt tìm hiểu sau đây.
1.
β
-Oxy-hóa acid béo no có số nguyên tử carbon chẳn.
Quá trình β-oxy-hóa được bắt đầu bằng một phản ứng chuẩn bò, trong đó acid

béo được chuyển thành dạng hòa tan trong nước là acyl-CoA, trong đó các nguyên
tử hydro α- của gốc acid được hoạt hóa:
O O
R-CH
2
-CH
2
-C-OH + ATP + CoA-SH → R-CH
2
-CH
2
-C-S-CoA + AMP + PP
i

Phản ứng này được xúc tác bởi nhóm enzyme hoạt hóa acid béo gồm acetate
thiolase và các acyl-CoA synthetase. Nhóm enzyme này bao gồm ít nhất hai loại:
loại thứ nhất đặc hiệu đối với những chuỗi hydrocarbon có chiều dài trung bình (4-
12 nguyên tử carbon); loại thứ hai đặc hiệu cho những chuỗi dài hơn. Ngoài ra,
trong ty thể còn có một loại acyl-CoA synthetase hoạt động với sự tham gia của
GTP, nhưng khác với các enzyme hoạt hóa khác, trong phản ứng hai phân tử GTP
lần lượt bò phân giải thành 2 GDP và 2 P
i
.
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học

Trao đổi chất và năng lượng
- 74 -
Một trong những yếu tố xác đònh tốc độ oxy-hóa acid béo là tốc độ xuyên
thấm của chúng vào ty thể. Trong khi một số acit béo (khoảng 30% acid béo tổng
số) tự chúng có thể xuyên thấm vào ty thể và trong matrix của bào quan này sẽ

được hoạt hóa thành acyl-CoA, thì phần lớn acid béo có mạch carbon dài hơn
không chui qua được màng trong của ty thể và do đó cần phải được hoạt hóa ngay
sau khi xuyên qua được màng ngoài của ty thể. Sau đó những acyl-CoA này sẽ di
chuyển qua lớp màng trong của ty thể nhờ liên kết tạm thời với một chất vận
chuyển là carnitine (τ-trimethyl-amino-β-oxybutyrate).
(CH
3
)≡N
+
-CH
2
-CH-CH
2
-COOH
OH
Carnitine
Carnitine có mặt hầu như trong mọi cơ thể và trong tất cả các mô động thực
vật. Nhờ một acyl transferase đặc hiệu, gốc acyl của acyl-CoA được chuyển cho
nhóm -OH của carnitine, tạo nên acylcarnitine:
O O H ––––N
+
≡
(CH
3
)
3

R-C-S-CoA ––––––⎯⎯⎯⎯⎯→ R C O O
-

–––– C
Carnitin CoA-SH (Acylcarnitin) O
Người ta cho rằng acyl-carnitine dễ xuyên qua màng hơn acyl-CoA vì các
điện tích âm và dương nằm gần nhau hơn và dễ trung hòa nhau. Sau khi đi vào
matrix của ty thể và trước khi bắt đầu quá trình β-oxy-hóa, nhóm acyl lại được
chuyển về cho CoA-SH.
Quá trình β-oxy-hóa acid béo no được thực hiện qua 4 phản ứng kế tiếp sau
đây:
Acyl-CoA- dehydrogenase
1/ R-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CO-S-CoA + FAD ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯>
⎯⎯⎯⎯→ R-CH
2
-CH=CH-CO-S-CoA + FAD.H
2

Enoyl-CoA- dehydratase
2/ R-CH
2
-CH=CH-CO-S-CoA + H
2
O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯>
⎯⎯→ R-CH
2
-CH

2
-CHOH-CO-S-CoA


β
-Hydroxyacyl-CoA- dehydrogenase
3/ R-CH
2
-CHOH-CH
2
-CO-S-CoA + NAD ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯>
⎯⎯→ R-CH
2
-CO-CH
2
-CO-S-CoA + NAD.H + H
+
Thiolase
4/ R-CH
2
-CO-CH
2
-CO-S-CoA + CoA-SH ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯>
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học

Trao đổi chất và năng lượng
- 75 -
⎯⎯→ R-CH
2
-CO-S-CoA + CH

3
-CO-S-CoA
Trước tiên, trong phản ứng (1), acyl-CoA bò oxy-hóa với sự xúc tác của acyl-
CoA dehydrogenase mà coenzyme là FAD. Trong phản ứng này các nguyên tử H
tại các vò trí α- và β- được FAD lấy đi. Kết quả là hình thành một dẫn xuất không
no enoyl-CoA. Tiếp theo, trong phản ứng (2) enoyl-CoA bò hydrate hóa, trong đó
nhóm -OH được gắn tại vò trí β-, còn nguyên tử hydro - tại vò trí α-. Kết quả tạo ra
L-β-oxyacyl-CoA. Trong phản ứng (3) chức rượu tại vò trí β- bò oxy-hóa bởi β-
oxyacyl-CoA dehydrogenase với coenzyme là NAD
+
, dẫn đến sự hình thành β-
cetoacyl-CoA. Cuối cùng, trong phản ứng (4) với sự xúc tác của acyl-CoA-thiolase
và một phân tử CoA-SH tự do mạch cetoacyl-CoA bò cắt giữa C-α và C-β để tạo ra
acetyl-CoA và một acyl-CoA mới ngắn hơn acyl-CoA ban đầu 2 nguyên tử carbon.
Nó lại sẽ tiếp tục bò oxy-hóa theo trật tự 4 phản ứng trên để tạo ra phân tử acetyl-
CoA thứ hai. Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi toàn bộ phân tử acyl-CoA với 2n
nguyên tử carbon bò phân giải thành n phân tử acetyl-CoA.
Qua trật tự các phản ứng trên ta thấy cùng với việc rút ngắn một đơn vò
acetyl-CoA (C
2
) từ phân tử acid béo cơ chế β-oxy-hóa cho phép tạo ra một phân tử
NAD.H và một phân tử FAD.H
2
. Một phân tử acetyl-CoA trong chu trình acid
tricarboxylic sẽ tạo ra thêm 1 ATP, 3 NAD.H và 1 FAD.H
2
. Trong chuỗi hô hấp
toàn bộ số coenzyme khử này sẽ tạo ra 16 phân tử ATP. Như vậy, 17 phân tử
ATP hình thành khi một đơn vò C
2

của acid béo bò oxy-hóa hoàn toàn thành khí
carbonic và nước. Mạch acid béo càng dài thì trong β-oxy-hóa càng tạo ra nhiều
acetyl-CoA, và do đó khi bò oxy-hóa hoàn toàn sẽ sản sinh ra càng nhiều năng
lượng hơn. Tuy nhiên, acetyl-CoA sau khi hình thành có thể không bò oxy-hóa tiếp
tục theo chu trình acid tricarboxylic mà được dùng cho các mục đích sinh tổng hợp
theo trật tự các phản ứng của chu trình glyoxilate.
2. Oxy-hóa acid béo no có số nguyên tử carbon lẻ.
Phần lớn acid béo chứa trong các mô của cơ thể người, động vật và thực vật
có số chẳn nguyên tử carbon và mạch carbon không phân nhánh. Tuy nhiên, trong
một số vi sinh vật và trong sáp thường gặp các acid béo có cấu trúc phân nhánh,
chủ yếu bởi các nhóm CH
3
(hình 6.1). Nếu mức độ phân nhánh không nhiều và
tất cả các điểm phân nhánh đều nằm tại vò trí chẳn (tính từ đầu carboxyl) thì
quá trình β-oxy-hóa xảy ra bình thường. Khi mạch acid béo bò phân hủy,bên cạnh
acetyl-CoA còn
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học