KHÁI NIỆM VỀ CHUYỂN HOÁ CÁC CHẤT

KHÁI NIỆM VỀ
CHUYỂN HOÁ CÁC CHẤT


ĐẠI CƯƠNG VỀ CHCC


Đặc trưng cơ bản của sự sống là sự trao đổi chất
không ngừng với môi trường xung quanh.
quanh.

Sản phẩm đào
thải
(CO2, H2O, NH4+,
urê, a. uric)

Thức ăn ban đầu
(Glucid, lipid,
protid, a. nucleic,
oxi khí trời)
Sản phẩm
trung gian


ĐẠI CƯƠNG VỀ CHCC








Chuyển hoá các chất: tất cả các q trình hố

học xảy ra bên trong cơ thể kể từ khi thức ăn
được
ợ đưa vào cơ thể đến khi chất cặn
ặ bã được
ợ
thải ra ngồi mơi trường.
trường.
Cơ thể lấy thức ăn từ môi trường và thải chất
cặn bã ra môi trường.
trường.
Chất cặn bã là sản phẩm của các quá trình biến
đổi hố học (chuyển hố
hố)) của các chất trong
thức ăn
q trình chuyển hố các chất cịn được gọi
là q trình trao đổi chất (giữa cơ thể sống và
mơi trường).
trường).


ĐẠI CƯƠNG VỀ CHCC
Chuyển hoá trung gian: các phản ứng và
q trình hố học
q
ọ xảyy ra trong
g tế bào.

bào.
(Các q trình hố học qua nhiều khâu


trung gian và nhiều chất trung gian chuyển hoá hay sản phẩm chuyển hoá>)



CHCC bao hàm các q trình
– tiêu hố thức ăn,
– hấ
hấp th
thu các
á sản
ả phẩm
hẩ tiê
tiêu h
hoá,
á và
à
– chuyển hoá trung gian.


DỊ HỐ




Q trình thối hố oxy hố các phân

gp
phức tạp
ạp (g
glucid,, lipid,
glucid
p ,
tử dinh dưỡng
protid)) có được từ mơi trường bên
protid
ngoài
g
hoặc
ặ từ dự
ự trữ tế bào
bào..
Tạo thành các phân tử đơn giản hơn
như acid lactic,
lactic carbon dioxid
dioxid,, urea…
urea


DỊ HỐ


Phản ứng dị hố thường phát năng
– khoảng 40% được bắt giữ ở dạng ATP
– 60% còn lại toả ra dưới dạng nhiệt làm
ấm bên trong
g tế bào và mô xung

gq
quanh..
quanh


DỊ HỐ







Phần
hầ lớn
lớ các
á phản
hả ứng
ứ dị
d hố
h á là oxy hoá
h á một
ộ
phần năng lượng hoá học được giữ trong các điện
tử giàu năng lượng chuyển đến các coenzym NAD+
và NADP+.
Oxy hoá NADH  phản ứng phosphoryl hoá ADP ở
tế bào hiếu khí,
khí,
Oxy hóa NADPH  phản ứng sinh tổng hợp

hợp..
Theo các nguyên lí nhiệt động lực học
học,, năng lượng
cần cho sinh tổng hợp bất cứ chất nào luôn vượt
q năng lượng có được từ dị hố chất đó.
đó.


ĐỒNG HỐ







Q trình các phân tử sinh học phức tạp (protein,
acid nucleic, polysaccharid,
polysaccharid, lipid) được tổng hợp từ
các tiền chất đơn giản hơn.
hơn.
Cần tạo nhiều liên kết cộng hoá trị mới và cần
đ
được
cung cấp
ấ năng
ă lượng
l
h á học
hoá

h .
học.
ATP từ dị hoá cung cấp nguồn năng lượng này.
này.
NADPH cũng là chất vận chuyển
ể điện tử giàu năng
lượng từ các phản ứng oxy hoá của dị hoá cung
cấp cho các phản ứng khử của đồng hoá
hoá..



Đặc điểm




Đồng hố và dị hố khơng loại trừ lẫn nhau
mà xảy ra đồng thờitrong tế bào
bào..
Tế bào xử lí xung đột giữa hai q trình

– điều hồ chặt chẽ và riêng biệt cho dị hoá và
đồ hoá
đồng
h á  nhu
h cầu
ầ chuyển
h ể hố
h á được

đ
đá ứng
đáp
ứ
tức thì
thì,, có trật tự
tự;;
– các con đường chuyển hoá cạnh tranh nhau
thường được đặt ở các khoang tế bào khác
nhau.. TD: enzym dị hoá acid béo (con đường
nhau
oxy hoá acid béo
béo)) tồn tại bên trong ti thể
thể;; quá
trình tổng hợp acid béo xảy ra ở bào tương.
tương.


Các giai đoạn dị hoá


Các giai đoạn đồng hoá


Các con đường đồng hoá chỉ bắt đầu từ một số
giới hạn các tiền chất đơn giản để tổng hợp được

hầu như mọi thành phần của tế bào (protein, acid
nucleic, lipid, polysaccharid)
polysaccharid)

 các
á đơn
đ vịị cấu
ấ tạo thích
hí h hợp
h (acid
id amin,
amin
i , nucleotid,
nucleotid
l id,
monosaccharid,, acid béo)
monosaccharid
béo)
 các
á chất
hất chuyển
h ể hoá
h á trong
t
tế bào
bà . TD:
bào.
TD acid
id amin
i
được tạo thành từ sự amin hoá bộ khung carbon
α-ceto acid tương ứng
ứng;; pyruvat được chuyển
thành hexose dùng để tổng hợp polysaccharid.

polysaccharid.


Lưỡng hoá


Một số con đường trong chuyển hoá trung
gian phục vụ cả hai mục đích đồng hố và
dị hố
hố,, thí dụ như chu trình acid citric. Các
con đường này được gọi là lưỡng hố, đóng
vai trị liên kết đồng hố và dị hoá
hoá..


Đặc điểm








Các con đường đồng hoá và dị hoá tương ứng của
một chất thì khác nhau.
Có thể có chung một số sản phẩm trung gian
gian,,
nhưng khác nhau ở các phản ứng enzym và các
chất chuyển hố đặc trưng

trưng..
Thí dụ:
dụ: đường phân dị hố glucose thành pyruvat
có 10 enzym;
enzym; tân tạo đường tổng hợp glucose từ
pyruvat chỉ
hỉ sử
ử dụng
d
7 enzym đường
đ ờ phân
hâ theo
h
chiều ngược lại và thêm 4 enzym đặc hiệu cho
tổng hợp glucose.
glucose
Lí do: điều hồ độc lập với nhau.
nhau.


Con đường chuyển hố







Chuỗi các phản ứng trong đó sản phẩm của phản
ứng trước là cơ chất cho phản ứng sau.

sau.
Gồm từ 2 bước cho đến hơn chục bước
bước..
Điểm bắt đầu và kết thúc của con đường chuyển
hoá thường được quy ước theo truyền thống hoặc
để dễ nghiên cứu.
cứu.
Các phản ứng và con đường chuyển
ể hố khác nhau
có thể liên kết lại với nhau.
nhau.


Con đường chuyển hoá


Các dạng
dạng::
– đường thẳng,
thẳng, là dạng thường gặp nhất (thí dụ:
dụ: con
đường tổng
ổ hợp serin);
serin);
– chu trình
trình,, các chất trung gian được tái tạo ở mỗi chu kì
(thí dụ
dụ:: chu trình acid citric);
– đường xoắn ốc,
ốc, sử dụng cùng một nhóm enzym để kéo

dài hay cắt ngắn phân tử (thí dụ:
dụ: sinh tổng hợp acid
béo).
béo
).



Con đường chuyển hố
Mơi trường nội bào khá ổn định
định..
 Các p
phản ứng
g trong
g tế bào xảyy ra ở nhiệt
ệ độ
ộ và áp
p
suất vừa phải,
phải, ở nồng độ khá thấp và pH gần trung
tính..
tính
 địi hỏi một lượng chất xúc tác khá lớn và các con
đường chuyển hoá thường gồm nhiều bước.



Con đường chuyển hố


Lí do khiến con đường chuyển hố cần nhiều bước
– Tính đặc hiệu có giới hạn của enzym.
enzym.



Tổng hợp / thoái hoá:
hoá: quy định bởi lượng enzym cần thiết có sẵn
sẵn..
Một enzym
enzym:: thường một lúc chỉ phá vỡ hoặc tạo thành một vài liên
kết cộng
ộ g hoá trị.
trịị.

– Kiểm soát việc nhập và xuất năng lượng.
lượng.





Năng lượng được chuyển trong một phản ứng ít khi >60 kJ/mol.
TD tổng
TD:
tổ hợp
hợ glucose
l
từ carbon
b dioxid

di id và
à nước
ướ cần
ầ ~2800
2800 kJ/mol,
kJ/ l
không thể thực hiện qua một bước mà cần nhiều bước.
bước.
Dị hố cũng giải phóng năng lượng thành nhiều bước thay vi thành
một
ột “vụ nổ”
nổ
ổ” lớn
lớ không
khô hiệu
hiệ quả.
quả
ả. Hiệu
Hiệ suất
ất chuyển
h ể năng
ă lượng
lượ không
khô
bao giờ đạt 100%, nhưng đủ để dự trữ năng lượng ở dạng thích hợp.
hợp.


Hệ thống đa enzym




Các enzym xúc tác cho một chuỗi phản ứng
Được
ợ tổ chức theo một
ộ số cách
cách::
– tồn tại như những thực thể hoà tan riêng biệt  sản phẩm
trung gian khuếch tán để vào enzym kế tiếp
tiếp;;
– tập
ậ họp
h lại
l tạo thành
hà h phức
hứ hợp
h đa
đ enzym,
enzym, cơ chất
hấ bị
b biến
bế
đổi liên tục khi đi từ enzym này sang enzym khác  sản
phẩm trung
p
gg
gian khơng
g bịị p
pha lỗng
g hayy mất do khuếch

tán;;
tán
– cùng nằm trong một hệ thống gắn màng  enzym và cơ
chất
hất khuếch
kh ế h tán
tá trong
t
khơ gian
khơng
i chỉ
hỉ có
ó 2 chiều
hiề của
ủ màng
à
để tương tác với nhau.
nhau.


Hệ thống đa enzym




Nghiên cứu tổ chức siêu cấu trúc của tế bào  ngay
cả các hệ thống enzym hoà tan cũng tập họp lại về
mặt thực thể
ể trong một phức hợp chức năng
năng..

Phức hơp đa enzym của con đường chuyển hoá được
gọii là metabolon
b l (đơn
đ vịị chuyển
h ể hoá
h
hoá).
á).
á)
)


Con đường chuyển hố


Khơng xảy ra ngẫu nhiên mà được điều hồ chặt chẽ.
– Sự thay đổi của mơi trường:
trường: tính có sẵn của năng lượng,
lượng,
chất dinh dưỡng.
dưỡng.
– Chỉ thị được lập trình sẵn về mặt di truyền:
truyền: tinh chỉnh,
chỉnh, tái tổ
chức các q trình chuyển hố
hố..



Có sự thống nhất căn bản về chuyển hoá trong thế

giới sinh vật. TD: thoái hoá glucose căn bản giống
nhau ở người và nấm men, chỉ khác nhau ở giai đoạn
cuối (người
người:: sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O; nấm
men: ethanol).


Phương
g pháp
p p nghiên
g
cứu
chuyển hố trung gian


Các cấp độ
độ::
– Trình tự phản ứng (cơ chất ban đầu  sản phẩm cuối),
cuối),
năng lượng của sự chuyển
ể đổi
ổ đó
đó..
– Cơ chế của sự chuyển đổi từ chất này sang chất khác
khác::
phân lập và xác định đặc điểm của enzym đặc hiệu xúc
tác phản ứng
ứng..
– Cơ chế điều hồ dịng chuyển hố qua con đường đó
đó::

quan hệ giữa các cơ quan nhằm điều chỉnh hoạt động
chuyển hoá đáp ứng nhu cầu cơ thể
thể..


Phương
g pháp
p p nghiên
g
cứu
chuyển hoá trung gian






Các nghiên cứu chuyển hố đầu tiên:
tiên: sử dụng tồn bộ
cơ thể (nấm men, động vật,…).
vật,…). TD: Frederick Banting
và Charles Best năm 1921 cắt
ắ bỏ tuỵ này khỏi cơ thể
ể
chó  xác lập vai trò của tuỵ trong đái tháo đường
đường..
Cá kĩ thuật
Các
h ậ nghiên
hiê cứu

ứ chuyển
h ể hoá
h á ngày
à càng
à tinh
i h tế
ế
hơn,, trải từ tồn bộ cơ quan
hơn
quan,, lát cắt mơ mỏng sang
nuôi cấy tế bào và bào quan được phân lập
lập..
Một hướng nghiên cứu gần đây là xác định gen hoạt
động và sản phẩm protein của chúng
chúng..


Phương
g pháp
p p nghiên
g
cứu
chuyển hoá trung gian




Đánh dấu chất chuyển hoá
Làm nhiễu loạn hệ thống
Sinh học hệ thống