Mối liên quan giữa các chất trong trao đổi chất

1
Chương VIII
Mối liên quan giữa các chất
trong trao đổi chất

Trên đây chúng ta đã nghiên cứu sự trao đổi chất của từng hợp chất
cơ bản trong cơ thể sống. Tuy nhiên sự phân chia như vậy chỉ giúp làm
đơn giản hoá những vấn đề muốn trình bày. Trong thực tế giữa các chất có
nhiều mối liên hệ tương hỗ. Điều đó buộc chúng ta phải nghiên cứu sự
trao đổi chất của tế bào trong một tổng thể các mối liên hệ.
Thật vậy, trong cơ thể không thể tìm thấy sự trao đổi chất của một
chất nào đó xảy ra tách rời với sự trao đổi của các hợp chất khác. Mối liên
quan tương hỗ giữa sự trao đổi các hợp chất này thể hiện trên hai mặt cơ
bản: nguyên liệu và năng lượng.
Mối liên quan về mặt nguyên liệu là khả năng chuyển hoá một chất
này thành một chất khác thông qua một số sản phẩm trung gian. Ví dụ,
carbohydrate có thể chuyển hoá thành aminoacid bằng cách amine hoá
một số cetoacid. Ngược lại một số aminoacid có thể chuyển thành
carbohydrate bằng cách loại nhóm aminoacid thành các cetoacid, rồi từ đó
tổng hợp carbohydrate.
Mối liên quan về mặt năng lượng thể hiện ở chỗ: khi phân giải một
hợp chất nào đó năng lượng được tích luỹ trong ATP. Nguồn ATP này
được sử dụng cho các phản ứng tổng hợp. Ví dụ, ATP được tạo thành
trong quá trình đường phân, quang phosphoryl hoá (quang hợp) và chủ
yếu được tạo thành trong quá trình phosphoryl hoá oxy hoá (hô hấp). Sự
phosphoryl hoá oxy hoá qua chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử
cho thấy rằng: bất kể acetyl-CoA có nguồn gốc từ carbohydrate, hoặc acid
béo hay aminoacid cũng đều bị oxy hoá và tổng hợp ATP.
Nhờ khả năng chuyển hoá tương hỗ giữa các chất mà cơ thể sinh vật
thích ứng với môi trường. Ví dụ vào mùa đông, ở cây trồng xảy ra sự

chuyển hoá tinh bột thành đường và chất béo, nhờ đó khả năng chịu rét
của cây trồng được nâng cao. Hoặc đối với một số động vật ngủ đông, do
dự trữ lipid lớn, nên đã đảm bảo cung cấp đủ năng lượng và các chất cần
thiết cho cơ thể sử dụng trong suốt thời gian dài mùa đông.
Để nghiên cứu mối liên quan này chúng ta cần xem xét sự trao đổi
của từng cặp hợp chất sau:


2
8.1 Mối liên quan giữa carbohydrate và lipid
Carbohydrate dễ dàng chuyển thành lipid thông qua hai hợp chất
trung gian là dihydroxyacetonphosphate và acetyl-CoA
dihydroxyacetonphosphate glycerolphosphate
carbohydrate glucose

Glyceraldehydphosphate acetyl-CoA acid béo

- Glycerine hoặc glyceraldehydphosphate có thể biến đổi thành
fructose-1,6- diphosphate (xem chương lipid).
- Acetyl-CoA thông qua chu trình Krebs không thể tổng hợp được
carbohydrate vì hai nguyên tử carbon của nó đã bị loại thành CO
2

trước khi tạo ra hợp chất oxaloacetic là chất có vai trò tổng hợp
mới carbohydrate (quá trình gluconeogenese).
Khi mô cơ bị mệt mỏi có hiện tượng là chu trình Krebs không thể tiếp
nhận tất cả các phân tử pyruvate tạo ra từ quá trình đường phân. Pyruvate
được khử thành lactate, chất này được tích luỹ và khi mô cơ nghỉ ngơi
chúng lại được oxy hoá thành pyruvate.

Sau đó pyruvate vào trong ty thể và được carboxyl hoá nhờ enzyme
pyruvatcacboxylase tạo thành oxaloacetate. Pyruvate vào trong ty thể và
có thể tham gia vào 2 đường hướng phản ứng khác nhau (hình 8.1). Nó có
thể được biến đổi nhờ enzyme pyruvatdehydrogenase và sau đó đi vào chu
trình Krebs. Pyruvate cũng có thể được carboxyl hoá để tạo oxaloacetate
và chịu sự biến đổi theo con đường gluconeogenese. Theo đường hướng
nào là tuỳ thuộc vào nồng độ acetyl-CoA, chất có khả năng hoạt hoá
enzyme pyruvatcarboxylase theo cơ chế biến cấu, trong khi đó ADP lại ức
chế enzyme này.


NADH + H
+

NAD
+
COOH
CH
3

CO Pyruvate
COOH

CH
3

HCOH
Lactate

3










Trong tế bào chất malate được oxy hoá thành oxaloacetate nhờ
NAD
+

Oxaloacetate được biến đổi tiếp tục thành photphoenolpyruvate nhờ
enzyme quan trọng của gluconeogenese là phosphoenolcarboxykinase.
Phản ứng này gồm 1 phản ứng khử carboxyl hoá và 1 phản ứng
phosphoryl (phản ứng kinase). Phản ứng cần 1GTP, tương tự ATP.










COOH
COOH
CH
2
C=O
Oxaloacetate PEP
COOH
CH
2

C - O ~
P
GTP
GDP+CO
2

PEP-carboxykinase
CO
2
ATP

ADP + P
i

COOH
CH
3

C = O
Pyruvate
COOH
CH
2

Oxaloacetate
COOH
C = O
Pyruvat-carboxylase
NAD
+

NADH+H
+
COOH
CH
2

Malate
COOH
HCHO
Malat-dehydrogenase
COOH
CH
2

Oxaloacetate
COOH
C = O

4
PEP là 1 chất được tạo ra trong quá trình đường phân. Từ chất này đi
ngược lại những phản ứng riêng lẽ của quá trình đường phân cho đến
fructozo-1,6-diphotphate. Chất này được khử phosphoryl hoá và đồng
phân hoá cho đến glucose cũng như glucose-1-phosphate. Các nguyên tử
C trong lactate được sử dụng để tổng hợp nên glucose hoặc glycogen nhờ
ATP và NADH. Sự phosphoryl hoá trực tiếp pyruvate để tạo thành PEP là
không thực hiện được vì lý do năng lượng, nghĩa là mức năng lượng của
pyruvate thấp hơn nhiều so với mức năng lượng của PEP. Như hình 8.1
sự biến đổi này được thực hiện qua oxaloacetate, nhằm để đi quanh “dốc
đứng” giữa pyruvate và PEP. Con đường này đòi hỏi một năng lượng bổ
sung, là 1 ATP cho carboxyl hoá pyruvate và 1 GTP cho tạo thành PEP.
Hai nguồn năng lượng này đủ để tổng hợp PEP, liên kết cao năng của
chúng giải phóng 62 kJ/mol.

5

Hình 8.1 Sơ đồ Gluconeogenes

Như ở trên đã nêu enzyme pyruvatcarboxylase được điều khiển theo
cơ chế biến cấu. Sự điều khiển này là một cơ chế có ý nghĩa. Khi nồng độ
acetyl-CoA cao thì không cần tạo acetyl-CoA bổ sung theo con đường
khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá. Trong trường hợp này
pyruvatcarboxylase được hoạt hoá nhờ acetyl-CoA và pyruvate được sử
dụng để tạo oxaloacetate. Ngược lại khi nồng độ ADP cao, nghĩa là nồng
độ ATP thấp thì pyruvatcarboxylase bị ức chế. Pyruvate được thực hiện

khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá để cung cấp acetyl-CoA cho chu
trình Krebs, là chu trình cùng với chuỗi enzyme hô hấp tái tạo ATP.
Glucose
1,6 Fructosediphosphate
Triosephosphate
Phosphoglycerate
PEP
Pyruvate
Acid béo
Pyruvate
Acetyl-CoA
Malate
Oxaloacetate
Glutamate
Aspartate
Chu trình Krebs
Ty thể
Tế bào chất
GDP+CO
2
GTP
NADH+H
+

NAD
+
NAD
+
NADH+H
+

CO
2
+ATP
ADP+P
i
NH
3
NH
3
Oxaloacetate



α-cetoglutarate