Tài liệu chuyển hoá Glucid

Tài liệu chuyển hoá Glucid

CHUYỂN HÓA GLUCID

Nguyễn Thị Thu Uyển

Chuyển hoá glucid cùng với chuyển hoá protid và lipid là những chuyển hoá cơ bản rất quan trọng của cơ thể sống Chuyển hoá glucid cung cấp nhiều sản phẩm trung gian quan trọng, cần thiết cho các chuyển hoá trong cơ thể Ví dụ như:

Đường phân “ái khí”: cung cấp một năng lượng chủ yếu cho cơ thể, thoái hoá glucose theo con đường này là nguồn cung cấp 100% năng lượng cho não hoạt động

Chu trình pentose-phosphat: là nguồn cung cấp coenzym khử NADPH2 cần thiết cho nhiều quá trình trong cơ thể như: tổng hợp acid béo, tổng hợp cholesterol, khử methemoglobin thành hemoglobin

Vòng uronic acid: Cung cấp acid glucuronic (UDP-glucuronic acid)- là chất

có khả năng liên hợp với nhiều chất để thực hiện phản ứng liên hợp khử độc ở gan Ví dụ như UDP-glucuronic acid liên hợp với bilirubin tự do (độc) ở gan tạo thành bilirubin liên hợp (không độc, tan trong nước, qua được màng lọc cầu thận) thực hiện chức năng liên hợp khử độc của gan

Thoái hoá, tổng hợp glycogen ở gan là cơ sở khoa học cho nghiệm pháp tăng đường máu, giúp chẩn đoán xác định bệnh tiểu đường hay không khi kết quả glucose máu cao (≥ 7 mmol/l)

ĐẠI CƯƠNG: TIÊU HOÁ, HẤP THU GLUCID

Glucid thức ăn được tiêu hoá một phần ở miệng nhờ amylase nước bọt, nhưng chủ yếu xảy ra ở ruột nhờ amylase của dịch tuỵ và các enzym dịch ruột như maltase, saccharase, lactase Kết quả là từ các polysaccharid (tinh bột, glycogen), các disaccharid (maltose, saccharose, lactose) được tiêu hoá tạo nên glucose, fructose, galactose Các đường đơn này được hấp thu gần như hoàn toàn

từ ruột non vào tĩnh mạch cửa và đến gan Tốc độ hấp thu của các ose khác nhau: galactose > glucose > fructose > mannose

Ở ruột non các monosaccharid được hấp thu vào máu theo 2 cơ chế:

Khuyếch tán đơn giản: Theo gradien nồng độ giữa tế bào niêm mạc ruột

và huyết tương Phần lớn các monosaccharid được hấp thu theo cơ chế này

Vận chuyển tích cực: không phụ thuộc vào gradien nồng độ, chỉ có glucose, galactose liên quan tới cơ chế này Bản chất của cơ chế này liên quan đến sự chênh lệch nồng độ Na+ trong và ngoài tế bào và tới hoạt động của “ Bơm

Na+", tức là có sự tham gia của Na+, K+-ATPase và ATP

1 THOÁI HOÁ GLUCOSE.

Trong cơ thể có 3 con đường thoái hoá của glucose:

- Con đường Hexosediphosphat : đường phân “yếm khí“ và “ái khí “

- Hexose monophosphat (chu trình pentose)

- Vòng uronic acid

1.1 Hexosediphosphat:

1.1.1 Đường phân “yếm khí“ (con đường Embden- Meyerhof):

Là quá trình oxy hoá glucose trong điều kiện thiếu oxy, chất tham gia đầu tiên là glucose hoặc glucophosphat và sản phẩm cuối cùng là acid lactic Đường phân gồm 11 phản ứng (p/ư)

*Các phản ứng:

Phản ứng 1: Phosphoryl hoá glucose bởi ATP cần enzym xúc tác là

hexokinasse hoặc glucokinase

CH 2 OH

+

2

Glucose

O

Mg

ADP

Glucose-6(P)

Hexokinase có nhiều ở các tổ chức khác nhau xúc tác phosphoryl hoá glucose và một số hexose khác Glucokinase chỉ có ở gan, enzym này chỉ phosphoryl hoá glucose khi nồng độ glucose máu tăng cao (ví dụ sau khi ăn)

Phản ứng 2: Đồng phân hoá G-6P thành fructose-6 phosphat (F-6P) có

phosphohexoisomerase xúc tác

Hexoisomerase

CH 2 OH

CH 2 O- P O

CH 2 O- P O Glucose-6(P)

Đây là p/ư 2 chiều,xảy ra dễ dàng mà không cần một coenzym nào cả

Phản ứng 3: F-6P mới tạo thành phosphoryl hoá lần 2 nhờ phân tử ATP thứ

2, được xúc tác bởi enzym phosphofructokinase, sản phẩm tạo nên là fructose-1,6 diphosphat (F-1,6DP) Đây là p/ư một chiều xảy ra chậm hơn cả trong con đường

“ Đường phân “, nó quyết định tốc độ của “ Đường phân “

ATP ADP

Phosphofructokinase

CH 2 O- P O

CH 2 O- P

Fructose-1,6DP Fructose-6P

CH 2 OH

CH 2 O- P

O

Phosphofructokinase (P-Fructokinase) là enzym dị lập thể, hoạt hoá bởi ADP, AMP vòng và ức chế bởi ATP, citrat nồng độ cao

Phản ứng 4: F-1,6DP bị bẻ gẫy thành dioxyacetonphosphat (DOAP) và

glyceraldehyd-3phosphat (GAP) dưới tác dụng của enzym aldolase

+

CH 2 O- P CHOH CHO

CH 2 OH C= O

CH 2 O- P Aldolase

CH 2 O- P

O

CH 2 O- P

Fructose-1,6DP

Phản ứng 5: Đồng phân hoá DOAP thành GAP nhờ enzym isomerase

CH 2 O- P

C= O

CH 2 OH

CHO CHOH

CH 2 O- P

Triosephosphoisomerase

Sự cân bằng của phản ứng isome hoá (đồng phân hoá) này chuyển dịch về phía DOAP (95 %) và 5 % về phía GAP Nhưng tiếp theo các phản ứng đường phân GAP được tiếp tục sử dụng nên DOAP được biến đổi thành GAP

Con đường hexosediphosphat (đường phân “yếm khí“ ) có thể tóm tắt theo

sơ đồ sau:

Hình 1: Sơ đồ con đường hexosediphosphat (Đường phânphân “yếm khí“ ).

Phản ứng 6: GAP bị oxy hoá bởi glyceraldehydphosphatdehydrogenase

(GAPDH) có coenzym là NAD tạo nên 1,3diphosphoglycerat (1,3-DPG) và dạng khử của NAD là NADH2 1,3-DPG là chất cao năng Phản ứng xảy ra như sau:

GAP 1,3-DPG

CH 2 O- P

CHOH

C

+ NAD + H 3 PO 4

CH 2 O- P CHOH

O H

O

C O P~

+ NADH 2 GAPDH

Phản ứng 7: enym xúc tác là phosphoglyceratkinase,liên kết cao năng ở C1

của 1,3-DPG bị cắt đứt, năng lượng chuyển cho ADP tạo nên ATP và

3-phosphoglycerat (3-PG)

+ ATP

OOH phosphoglyceratkinase

ADP

(P)

O ~

C O

CHOH

CH 2 O-(P)

+

C CHOH

CH 2 O-(P)

1,3 - DPG 3-PG

P-Fructokinase Hexokinase

Pyruv atkinase

L.D.H

NADH 2 NAD

ADP

ADP

ATP ATP

ADP

ATP

ATP ADP

9 8 7 6 5

4

3

2 1

P.E.P 2-PGlycerat 3-PGlycerat

1,3-DPGlycerat

G.A.P D.O.A.P

F-1,6DP F-6P G-6P

Glucose

Phân tử ATP tạo thành là năng lượng giải phóng khi oxy hóa nhóm aldehyd của GAP thành nhóm carboxyl của 3-PG nhờ tác dụng của 2 enzym GAPDH và phosphoglyceratkinase

Phản ứng 8: 3-PG biến đổi thành 2-phosphoglycerat

(2-PG), có phosphoglyceromutase xúc tác

Phosphoglyceratkinase

2-PG 3-PG

+

2

HCO- P COOH

CH 2 O- P HCOH

COOH

Phản ứng 9: 2-PG tách nước tạo thành phosphoenolpyruvat (PEP)

Trong phân tử PEP liên kết phosphat ở C2 trở thành liên kết cao năng

+ H 2 O Mg2+

CO ~ P

CH 2

CH 2 OH

HCO- P

COOH

2-PG P.E.P

Phản ứng 10: Năng lượng từ liên kết cao năng của PEP được chuyển sang

dạng ATP và PEP biến đổi thành pyruvat nhờ pyruvatkinase xúc tác

Pyruvatkinase

+ ATP

CH 3

C=O

COOH + ADP

Mg2+

COOH

CO ~ P

CH 2

P.E.P Pyruvat

Phản ứng 11: Tạo lactat từ pyruvat nhờ lactatdehydrogenase (LDH) có

coenzym là NADH2 (từ p/ư 6)

COOH

C=O

CH 3

CH 3

COOH HOCH L.D.H

Pyruvat Lactat

Ở đây NAD đóng vai trò trung gian vận chuyển hydro từ GAP (p/ư 6)

đến pyruvat (p/ư 11) Phản ứng này kết thúc giai đoạn oxy hoá khử LDH tồn tại ở

5 dạng isozym khác nhau (LDH1 - LDH5), xác định hoạt độ của các isozym này có

ý nghĩa trong việc chẩn đoán bệnh về tim và gan Lactat là sản phẩm cuối cùng của đường phân, nó khuyếch tán qua màng tế bào Ở cơ lactat vào máu tới gan để tái tổng hợp glycogen

Phương trình tổng quát của đường phân có thể viết như sau:

Glucose + 2 ADP + 2 Pi 2 Lactat + 2 ATP

*Năng lượng (ATP):

ATP tạo ra khi glucose thoái hoá theo con đường đường phân yếm khí như

sau:

-Từ glucose đến G-1P: tiêu tốn - 1 ATP -Từ F-6P đến F-1,6DP: tiêu tốn - 1 ATP -Từ 1,3-DPGlycerat đến 3-PGlycerat: tạo ra + 2 ATP

-Từ P.E.P đến pyruvat: tạo ra +2 ATP

Tổng cộng tạo ra 2 ATP cho cơ thể

Nếu từ glycogen theo con đường đường phân sẽ cung cấp 3 ATP vì từ glycogen tạo thành G-1P; G-1P biến đổi thành G-6P không cần năng lượng từ ATP Vì vậy chỉ mất 1 ATP để phosphoryl hoá F-6P thành F-1,6DP

*Nhận xét và ý nghĩa:

+Nhận xét:

- Đường phân chia thành 2 giai đoạn (g/đ):

Giai đoạn 1: Là g/đ phosphoryl hoá glucose và tạo thành G.A.P, ở giai đoạn này tiêu tốn mất 2 ATP

Giai đoạn 2: gồm các phản ứng oxy hoá khử từ phản ứng 6 đến phản ứng

11, ở giai đoạn này sinh ra 4 ATP

- Enzym: Các enzym xúc tác khư trú ở bào tương, có 3 enzym " chốt" xúc tác 3 phản ứng 1 chiều là: hexokinase, phosphofructokinase và pyruvatkinase Hexokinase có khả năng xúc tác phosphoryl hoá glucose và cả các hexose khác như fructose, mannose Ở gan ngoài hexokinase còn có glucokinase, đây là enzym có tính đặc hiệu cao chỉ xúc tác phosphoryl hoá D-glucose khi đường máu cao

+ Ý nghĩa:

- Tuy chỉ cho 2 ATP nhưng "đường phân" là quá trình duy nhất cung cấp năng lượng cho cơ thể trong điều kiện thiếu oxy (yếm khí)

- Thực tiễn: Trong điều kiện lao động với cường độ cao như bộ đội hành quân chiến đấu, acid lactic sinh ra trong cơ cao làm ức chế thần kinh cơ, làm cho

cơ thể, bắp đau nhức

1.1.2 Đường phân " ái khí "của glucose (oxy hoá hoàn toàn glucose):

Giống với đường phân " yếm khí ": 10 p/ư đầu tức là từ glucose đến pyruvat Nhưng khác là pyruvat không bị khử để tạo lactat mà nó bị oxy hoá tiếp tục tạo acetylCoA, sau đó acetylCoA đi vào chu trình Krebs oxy hoá hoàn toàn thành CO2, H2O, NADH2 ; NADH2 đi vào chuỗi hô hấp tế bào để tạo ATP

Sự biến đổi pyruvat đến acetylCoA xúc tác bởi hệ thống đa enzym là

pyruvat dehydrogenase, gồm có e enzym là:

Pyruvat dehydrogenase – ký hiệu E1

Dihydrolipoyl transacetylase- E2,

Dihydrolipoyl dehydrogenase- E3

Có 5 coenzym tham gia là NAD, FAD, coenzym A; thiamin pyrophosphat (vitamin B1) và acid lipoic liên kết với nhau dưới dạng lipothiaminpyrophosphat

ký hiệu là LTTP

Quá trình biến đổi từ pyruvat thành acetyl-CoA gồm 5 phản ứng (f/ứ) sau:

f/ứ 1: Oxy hoá, khử CO2 của Pyruvat tạo phức hợp enzym- acetal và CO2:

CH3CO-COOH + E1-TPP > E1-TPP-CHOH-CH3 + CO2

f/ứ 2: Enzym- acetal kết hợp với acid lipoic dạng oxy (O) hoá tạo acetyl– E2,

giải phóng E1-TPP:

E1-TPP-CHOH-CH3 + E2-L SS E2-L SH

S~COCH 3+ E1-TPP

f/ứ 3: Acetyl-E2 kết hợp với CoA tạo AcetylCoA và acid lipoic dạng khử (K)

E2-L SH

S ~ COCH 3 + HS CoA CH3CO~SCoA SH

SH E2-L +

f/ứ 4: Oxy hoá acid lipoic "K" nhờ E3 tạo FADH2, giải phóng acid lipoic

E2-L SHSH + E3-FAD E2-L SS + E3-FADH2

f/ứ 5: Khử E2-FADH2 tạo NADH2 và giải phóng E3-FAD:

+

Phản ứng tổng quát có thể viết như sau:

NAD NADH 2

CH 3 CO- COOH + HSCoA CH 3 CO~SCoA + CO 2

Pyruvatdehydrogenase

Pyruvat AcetylCoA

Năng lượng:

Năng lượng của đường phân ái khí được tạo ra như sau

Từ glucose đến pyruvat: + 2 ATP

2 NADH2 (ở p/ư 6): 3 ATP (qua chuỗi HHTB): + 6 ATP

2 NADH2 ( pyruvat -> acetylCoA) qua chuỗi HHTB: + 6 ATP

2 AcetylCoA -> 12 ATP (qua vòng Krebs): + 24 ATP Tổng = 38 ATP

Như vậy từ 1 phân tử glucose thoái hoá hoàn toàn thành CO2 và H2O cho 38 ATP Tương tự như ở đường phân nếu đi từ một gốc glucosyl của glycogen sẽ cho

39 ATP

Ý nghĩa:

- Đường phân " ái khí " cung cấp năng lượng lớn hơn nhiều so với đường phân " yếm khí " - cho 38 ATP từ 1 phân tử glucose

- Cung cấp một số sản phẩm trung gian như acid pyruvic, acetylCoA Từ acid pyruvic có thể tạo nên oxaloacetat, tổng hợp nên aminoacid (alanin) acetylCoA có thể tổng hợp nên acid béo, đi vào chu trình Krebs

- Cần chú ý bảo quản gạo, thực phẩm để đảm bảo đủ lượng vitamin B1 trong khẩu phần ăn, tránh thiếu dài ngày có thể gây nên phù nề

1.2 Chu trình pentosephosphat (Con đường hexosemonophosphat):

Chu trình pentosephosphat là con đường oxy hoá trực tiếp glucose (ở dạng G-6P

Đặc điểm:

Glucose không bị phosphoryl hoá lần thứ 2, mà các hexosemonophosphat bị oxy hoá giải phóng CO2 và tạo nên pentosephosphat

Chu trình pentose- phosphat xảy ra ở bào tương của tế bào, hoạt động mạnh

ở tổ chức mỡ, ở tuyến thượng thận, trong tổ chức phôi, ở tuyến sữa và giai đoạn sinh sữa

Chu trình pentosephosphat gồm 2 giai đoạn (hình 4.2), :

Giai đoạn 1: oxy hoá glucose- 6P, khử carboxyl tạo nên CO2 và ribulose-5phosphat:

CO 2 Ribulose-5(P)

NADP NADPH 2 NADPH 2

NADP

6-phosphogluconat Glucose-6(P)

G.6PD: Glucose-6phosphat-dehydrogenase

PGD: Phosphogluconatdehydrogenase

Dưới tác dụng của epimerase, isomerase biến đổi ribulose-5P (Ri-5P) thành xylulose-5P (Xy-5P)

Ribose - 5(P) isomerase Ribulose - 5(P) Epimerase Xylulose - 5(P)

Ri-5P Ru- 5P Xy- 5P

Giai đoạn 2: Gồm những biến đổi không oxy hoá của pentose phosphat tạo

thành G-6P ban đầu Trong giai đoạn này có 3 p/ư, trong đó có 2 phản ứng transcetolase và 1 phản ứng transaldolase (xem hình 4.2)

Phản ứng 1: 2 pentose phosphat là Xy-5P, Ri-5P dưới tác dụng của

trancetolase và coenzym là thiaminpyrophosphat (TPP) tạo nên G.A.P và 1 đường

7 cacbon là sedoheptulose-7 phosphat (Se-7P)

CH 2 OH

C = O

CH

COH

CH 2 O- P

HO

C-H COH COH COH

CH 2 O- P

O=

H

COH

CH 2 O- P+

HCHCOH COH COH

CH 2 O- P

H H

CH 2 OH C=O HO Transcetolase

Xy-5P Ri-5P GAP Se-7P

Phản ứng 2: Se-7P p/ư với GAP cho F-6P và eritrose-4phosphat (Er-4P)

dưới tác dụng của enzym transaldolase

C=O CH COH COH

CH 2 O- P

H H H

HCCOH COH

CH 2 O- P

+ H

O=C-H COH

CH 2 O- P

+ H

CH

COH

COH

COH

CH 2 O- P

H

H

CH 2 OH

C=O

HO

CH 2 OH

Se-7P GAP Er-4P F-6P

Phản ứng 3: là p/ư transcetolase thứ 2, tạo nên F-6P và GAP từ Er-4P và Se-7P

C=O CH COH COH

CH 2 O- P

H H H

HCCOH COH

CH 2 O- P

+ O=C-HH

COH

CH 2 O- P

+

HCHCOH

CH 2 O- P

CH 2 OH

C=O

HO

Transaldolase

HO

CH 2 OH

Xy-5P Er-4P F-6P GAP

F-6P đồng phân hoá thành G6P ban đầu

6 Glucose

6 6Phosphogluconolacton

6 6Phosphogluconat

Ru- 5P

Er- 4P F- 6P

F-1,6DP Glucose- 6P

6.

2 2

2

2

2 Glucose- 6P

Glucose- 6P F- 6P

Transcetolase

Transcetolase Transaldolase

Glucose-6P

5

6 NADP

6 NADPH 2

6 NADP

6 NADPH 2

H 2 O

Hình 4.2: Chu trình pentose phosphat

Ý nghĩa:

Ý nghĩa quan trọng nhất của chu trình pentosephosphat là cung cấp NADPH2 NADPH2 là coenzym của nhiều phản ứng quan trọng như: tổng hợp acid béo, cholesterol…

Cung cấp các ribosephosphat để tổng hợp acid nucleic (đặc biệt quan trọng trong di truyền)

1.3 Vòng acid uronic:

Là chuyển hoá của glucosephosphat

Gồm 3 giai đoạn sau (xem hình 4.3):

-Tạo acid glucuronic từ glucose-6 P

- Biến đổi L-gulonat thành acid ascorbic (xảy ra chủ yếu ở thực vật)

- Tạo xylulose-5P từ L-gulonat, sau đó xylulose-5P theo vòng

pentosephosphat trở về glucose-6P ban đầu

2H 2

O 2

H 2 O

A cid asco rbic

2 Ceto-L-gulonolacton

Gulonolacton

L-Gulo nat

3 Ceto-L-gulonat L-Xylulose

Xylitol

D-Xylulose D-Xylulose-5P

G Gluco s e-6 P

Glucose-1P UDP-Glucose UDP-Glucuronat D-Glucuronat

NAD+

NADH

CO 2

NADPH NADP

NAD+

NADH

ATP ADP

Vß n g pe nt os e - P

PP UTP

NADH NAD+

UDP

H 2 O

NADH

NAD+

VßNG A.URONIC

Hình 4.3:Vòng acid uronic

Ý nghĩa:

Vòng acid uronic cung cấp acid glucuronic có vai trò khử độc bằng phản

ứng liên hợp ở gan

Tổng hợp vitamin C (ở thực vật)

2 TỔNG HỢP GLUCOSE

2.1 Tân tạo glucose từ pyruvat và các chất khác:

Từ pyruvat: