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 NADPH 2 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 Mg ADP ATP CH 2 O- P 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. Fructose-6(P) Hexoisomerase CH 2 OH CH 2 O- P CH 2 O- P 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 CH 2 O- P Fructose-1,6DP Fructose-6P CH 2 OH CH 2 O- P 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. GAP DOAP + CH 2 O- P CHOH CHO CH 2 OH C= O CH 2 O- P Aldolase CH 2 O- P 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 DOAP GAP 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 NADH 2 . 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 C 1 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 Pyruvatkinase L.D.H NADH 2 NAD ADP ADP ATP ATP ADP ATP ATP ADP 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Lactat Pyruvat 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 Mg CH 2 OH 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 C 2 trở thành liên kết cao năng. + H 2 O Mg 2+ Enolase COOH 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 Mg 2+ COOH CO ~ P CH 2 P.E.P Pyruvat Phản ứng 11: Tạo lactat từ pyruvat nhờ lactatdehydrogenase (LDH) có coenzym là NADH 2 (từ p/ư 6). COOH C=O CH 3 + NADH 2 + NAD 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 (LDH 1 - LDH 5 ), 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: 2 Lactat + 2 ATP Glucose + 2 ADP + 2 Pi *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 CO 2 , H 2 O, NADH 2 ; NADH 2 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 B 1 ) 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 CO 2 của Pyruvat tạo phức hợp enzym- acetal và CO 2 : CH 3 CO-COOH + E1-TPP > E1-TPP-CHOH-CH 3 + CO 2 f/ứ 2: Enzym- acetal kết hợp với acid lipoic dạng oxy (O) hoá tạo acetyl– E2, giải phóng E1-TPP: E 1 -TPP-CHOH-CH 3 + E 2 -L S S E 2 -L SH S~COCH 3 + E 1 -TPP f/ứ 3: Acetyl-E2 kết hợp với CoA tạo AcetylCoA và acid lipoic dạng khử (K) E 2 -L SH S ~ COCH 3 + HS CoA CH 3 CO~SCoA SH SH E 2 -L + f/ứ 4: Oxy hoá acid lipoic "K" nhờ E3 tạo FADH2, giải phóng acid lipoic + E 2 -L SH SH E 3- FAD S S E 2 -L E 3- FADH 2 + f/ứ 5: Khử E2-FADH2 tạo NADH2 và giải phóng E3-FAD: + E 3- FADH 2 E 3- FAD + NAD NADH 2 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 NADH 2 (ở p/ư 6): 3 ATP (qua chuỗi HHTB): + 6 ATP. 2 NADH 2 ( 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 CO 2 và H 2 O 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 B 1 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 CO 2 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 CO 2 và ribulose- 5phosphat: CO 2 Ribulose-5(P) NADP NADPH 2 NADPH 2 NADP 6-phosphogluconat Glucose-6(P) G-6PD PGD 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) Ribulose - 5(P) Xylulose - 5(P) isomerase Epimerase 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). 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. 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 . Xy-5P Er-4P F-6P GAP F-6P đồng phân hoá thành G6P ban đầu. 6. Glucose 6 . 6Phosphogluconolacton 6. 6Phosphogluconat Ru- 5P Ri- 5P Xy- 5P Se- 7P G.A.P Er- 4P F- 6P F-1,6DP Glucose- 6P 6. 2 Xy- 5P 2 2 2 2 2 2 F- 6P 2 2 2 G.A.P 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 NADPH 2 . NADPH 2 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: [...]... nh phosphorylase nh sau: (C6H10O5 )n - 1+ G-1P (C6H10O5)n + H3PO4 Quỏ trỡnh phõn ct glycogen cú th minh ho nh sau: o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Phosphorylase o o o o o o o o o o o o o Enzym "chuyển" o o E"cắt nhánh" oo Phosphorylase G-1P o o o o o o o o o o o o o o o o 13 Phn ng to glucose-6Phosphat: Bin i ca G-1P thnh glucose-6Phosphat (G-6P) di tỏc dng ca enzym phosphoglucomutase: Phosphoglucomutase... o o o o o o o o o E"gắn nhánh" o o o o o o o o o o o o (16) o o o o o o o o o o o o o o o o Glycogen syntetase Glycogen"mi" Glycogen (1-4) Glycogen (1-4) v (1-6) 4.NG MU V IU HO NG MU 4.1 Ngun gc - T glucid thc n hoc tiờm truyn (ngoi sinh) - T phõn ct glycogen gan - T quỏ trỡnh tõn to ng 4.2 Nng ng mỏu: (gii hn bỡnh thng, lỳc úi) - Nng glucose mỏu bỡnh thng: 4.4 -6.1 mmol/l (0.8 - 1.1 g/l) - Sau... sng n thõn giao cm v theo thn kinh giao cm ti gan kt qu l mt phn glycogen gan phõn ct thnh glucose Nng glucose mỏu lỳc ú tng lờn Núi chung ng vt cao cp v i nóo cú vai trũ c bit trong iu ho chuyn hoỏ glucid núi chung v chuyn hoỏ glucose núi riờng Hormon: Cựng vi h T.K.T.W cng cú vai trũ quan trng trong iu ho glucose mỏu iu ho ng mỏu thc hin khụng ch nh h T.K.T.W bng tỏc dng trc tip lờn gan m cũn thụng . 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. glycogen. Nguyên liệu: Tổng hợp glycogen chủ yếu ở gan, và cơ. Nguyên liệu tổng hợp glycogen ở gan là glucose, các monosaccharid, và các sản phẩm chuyển hoá trung gian khác. Nguyên liệu tổng hợp. Nói chung ở động vật cao cấp vỏ đại não có vai trò đặc biệt trong điều hoà chuyển hoá glucid nói chung và chuyển hoá glucose nói riêng. Hormon: Cùng với hệ T.K.T.W cũng có vai trò quan trọng