MÔN HỌC HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM CHUYÊN ĐỀ SỰ CHUYỂN HÓA MS THEO CON ĐƯỜNG OXI HÓA TRỰC TIẾP ( CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHATE)

Trong giai đoạn oxi hoá, glucose-6-phosphate được chuyển đổi thành ribulose-5-phosphate, đồng thời tạo ra NADPH, một đồng yếu tố quan trọng cho các phản ứng khử trong sinh tổng hợp lipid

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA DU LỊCH VÀ ẨM THỰC

CHUYÊN ĐỀ: SỰ CHUYỂN HÓA MS THEO CON ĐƯỜNG OXI HÓA TRỰC TIẾP ( CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHATE)

GVHD: NGUYỄN THÚY HÀ NHÓM: 3 LỤC TRỤ SÀI GÒN

LỚP: 15DHNA02

TP HCM, tháng … năm 20…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA DU LỊCH VÀ ẨM THỰC

MÔN HỌC: HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM CHUYÊN ĐỀ: SỰ CHUYỂN HÓA MS THEO CON ĐƯỜNG OXI

HÓA TRỰC TIẾP ( CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHATE)

DANH SÁCH NHÓM:

Powerpoint

Powerpoint

Phan Đăng Khoa

2034240163 2034240103

Word Powerpoint

Powerpoint

Powerpoint

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, Ngày….tháng năm 20

(Kí và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả sự chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến cô Thủy Hà Nhờ vào sự tận tụy, nhiệt huyết và những kiến thức quý báu mà cô đã truyền đạt, chúng em mới có thể hoàn thành bài tiểu luận này Sự chỉ dẫn của thầy cô không chỉ giúp chúng em hiểu rõ hơn về kiến thức chuyên môn

mà còn là nguồn động viên to lớn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Chúng em hiểu rằng, với những hạn chế về kinh nghiệm và năng lực, bài làm chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý và nhận xét từ cô để bài nghiên cứu được hoàn thiện hơn, và để chúng em có thể học hỏi, phát triển bản thân nhiều hơn trên hành trình học tập

Xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

LỜI MỞ ĐẦU

Chu trình pentose phosphate (PPP), còn được gọi là con đường hexose monophosphate, là một con đường trao đổi chất quan trọng trong sinh lý học tế bào Nó diễn ra chủ yếu trong bào tương và có vai trò thiết yếu trong việc chuyển đổi glucose thành các sản phẩm cần thiết cho sự sống Chu trình này không chỉ cung cấp năng lượng mà còn sản xuất các hợp chất quan trọng như ribose-5-phosphate, một thành phần thiết yếu trong tổng hợp nucleotide và axit nucleic như DNA và RNA

Chu trình pentose phosphate được chia thành hai giai đoạn chính: giai đoạn oxi hoá và giai đoạn tái cấu trúc Trong giai đoạn oxi hoá, glucose-6-phosphate được chuyển đổi thành ribulose-5-phosphate, đồng thời tạo ra NADPH, một đồng yếu tố quan trọng cho các phản ứng khử trong sinh tổng hợp lipid và nucleotide Giai đoạn tái cấu trúc sau đó chuyển đổi ribulose-5-phosphate thành các pentose khác, đáp ứng nhu cầu của tế bào trong việc tổng hợp các phân tử sinh học cần thiết Với vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống và chức năng của tế bào, chu trình pentose phosphate không chỉ là một con đường chuyển hoá cơ bản mà còn là một phần thiết yếu trong các quá trình sinh hóa phức tạp của cơ thể

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHATE

1.1 Khái niệm về chu trình pentose phosphate

1.2 Vai trò về chu trình pentose phosphate

CHƯƠNG 2 NHU CẦU CHỌN CON ĐƯỜNG PENTOSE PHOSPHATE

2.1 Khi nào cơ thể chọn con đường pentose phosphate

2.1.1 Nhu cầu cao về NADPH

2.1.2 Nhu cầu sản xuất nucleotide

2.1.3 Khi mức Glucose-6-phosphate tăng cao

2.1.4 Trong các mô có hoạt động chuyển hóa cao:

CHƯƠNG 3 CÁC GIAI ĐOẠN VÀ SƠ ĐỒ CỦA TỪNG GIAI ĐOẠN

3.1 Giới thiệu về chu trình Pentose phophate

3.1.1 Giai đoạn oxi hóa

3.1.2 Giai đoạn không oxi hóa

CHƯƠNG 4 TÍNH NĂNG LƯỢNG CỦA CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHATE

4.1 Tính năng lượng

4.1.1 Phương trình tổng quát

4.1.2 Phương trình cuối cùng

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH OXY HOÁ TRỰC TIẾP TRONG SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN

5.1 Ứng dụng

5.1.1 Sản xuất và chế biến dược phẩm:

5.1.2 Sản xuất thực phẩm và bảo quản thực phẩm

5.1.3 Sản xuất và chế biến hóa chất

5.1.4 Ứng dụng trong công nghiệp sinh học và năng lượng

5.1.5 Xử lý môi trường

5.2 Tiểu kết chương 5

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH

Hình ảnh 3.1 Sơ đồ về chu trình pentose phosphate [6]

Hình ảnh bước 1 của giai đoạn oxi hóa [6]

Hình ảnh bước 2 của giai đoạn oxi hóa [6]

Hình ảnh bước 3 của giai đoạn oxi hóa [6]

Hình ảnh bước 4 của giai đoạn oxi hóa [6]

Hình ảnh 3.1.2 sơ đồ của giai đoạn không oxi hóa [6]

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA CHU TRÌNH PENTOSE

PHOSPHATE 1.1 Khái niệm về chu trình pentose phosphate:

Sự chuyển hóa monosaccharide (MS) theo con đường oxi hóa trực tiếp, hay

còn gọi là chu trình pentose phosphate (PPP), là một con đường chuyển hóa

glucose đặc biệt trong tế bào, không nhằm tạo ra năng lượng ATP mà chủ yếu

nhằm sản sinh NADPH và cung cấp ribose-5-phosphate cho tế bào [1]

1.2 Vai trò về chu trình pentose phosphate:

Vai trò của sự chuyển hóa monosaccharide (MS) theo con đường oxi hóa trực

tiếp (chu trình pentose phosphate) rất quan trọng đối với các tế bào, đặc biệt là

trong việc cung cấp năng lượng Chu trình này có ba vai trò chính:

NADPH là một phân tử khử quan trọng trong tế bào, được tạo ra trong pha

oxi hóa của chu trình pentose phosphate [2]

NADPH tham gia vào nhiều phản ứng tổng hợp, chẳng hạn như tổng hợp acid

béo, cholesterol và các phân tử quan trọng khác [2]

NADPH giúp duy trì sự ổn định, củng cố hệ thống chống oxi hóa của tế bào

và chống lại stress oxi hóa [2]

 Tạo ribose-5-phosphate:

Ribose-5-phosphate là một thành phần quan trọng trong việc tổng hợp nucleotide (thành phần cấu tạo DNA và RNA) [2]

 Điều hòa chuyển hoá Glucose :

Chu trình pentose phosphate cho phép tế bào sử dụng Glucose không chỉ để

tạo năng lượng mà còn tạo NADPH và các phân tử cần thiết khác [2]

CHƯƠNG 2 NHU CẦU CHỌN CON ĐƯỜNG PENTOSE PHOSPHATE 2.1 Khi nào cơ thể chọn con đường pentose phosphate:

Cơ thể sẽ ưu tiên sử dụng con đường pentose phosphate trong một số trường hợp nhất định khi có nhu cầu cao về NADPH và ribose-5-phosphate, cụ thể là:

2.1.1 Nhu cầu cao về NADPH:

NADPH là một phân tử quan trọng cho các phản ứng khử (phản ứng tạo ra năng lượng dưới dạng hóa học) trong cơ thể, đặc biệt trong quá trình tổng hợp axit béo và cholesterol

NADPH cũng cần thiết để chống oxy hóa, bảo vệ tế bào khỏi tổn thương gây

ra bởi các gốc tự do Các tế bào dễ bị tổn thương như hồng cầu thường sử dụng chu trình pentose phosphate để tạo ra nhiều NADPH nhằm duy trì sự ổn định màng tế bào [3], [4]

2.1.2 Nhu cầu sản xuất nucleotide:

Ribose-5-phosphate, một sản phẩm của chu trình pentose phosphate, là

nguyên liệu chính cho quá trình tổng hợp DNA và RNA Do đó, con đường này được kích hoạt mạnh mẽ ở các tế bào đang tăng trưởng nhanh hoặc có nhu cầu

phân chia cao, chẳng hạn như tế bào phôi, tế bào ung thư, và các mô đang trong quá trình tái tạo hoặc phục hồi [3], [4]

2.1.3 Khi mức Glucose-6-phosphate tăng cao:

Nếu glucose-6-phosphate (G6P) tích lũy quá mức do con đường đường phân (glycolysis) bị bão hòa hoặc tạm thời giảm hoạt động, thì G6P sẽ chuyển sang

con đường pentose phosphate để được chuyển hóa và tránh tích tụ.[3],[4]

2.1.4 Trong các mô có hoạt động chuyển hóa cao:

Một số mô như gan, tuyến vú (trong giai đoạn tiết sữa), và tuyến thượng thận

có hoạt động tổng hợp lipid và steroid cao, do đó có nhu cầu NADPH lớn, khiến con đường pentose phosphate được kích hoạt mạnh hơn ở những mô này.[3], [4]

Tóm lại, con đường pentose phosphate thường được cơ thể chọn khi cần

NADPH để duy trì khả năng khử chống oxy hóa, để tổng hợp lipid, hoặc khi cần sản xuất ribose-5-phosphate cho tổng hợp nucleotide trong quá trình phân chia

và phát triển tế bào

CHƯƠNG 3 CÁC GIAI ĐOẠN VÀ SƠ ĐỒ CỦA TỪNG GIAI ĐOẠN 3.1 Giới thiệu về chu trình Pentose phophate:

Pentose phosphate bao gồm hai pha riêng biệt: pha oxy hóa và pha không oxy

hóa Các pha này hoạt động phối hợp để tạo ra năng lượng khử dưới dạng

NADPH và tạo ra ribose 5-phosphate (R5P), đóng vai trò là tiền chất cho quá

trình tổng hợp nucleotide [5]

Hình ảnh 3.1 Sơ đồ về chu trình pentose phosphate [6]

3.1.1 Giai đoạn oxi hóa:

Chủ yếu được tìm thấy trong các tế bào nhân chuẩn và nó tạo ra ribuluse

5-phosphate cũng như NADPH, CO2 từ Glucose 6 phosphate:

 Bước 1: Ở bước đầu tiên, Glucose 6 phosphate được chuyển thành

6-phosphoglucono-δ-lactone với sự trợ giúp của enzyme Glucose 6 phosphate dehydrogenase Trong phản ứng này, NADP hoạt động như một chất nhận điện tử và chuyển đổi thành NADPH Ion Mg2+ cần thiết cho chức năng thích hợp của enzym Glucose 6 phosphate dehydrogenase [7]

Hình ảnh Bước 1 của giai đoạn oxi hóa [6]

 Bước 2: Lactone được giải phóng khỏi nhờ 6-phosphoglucono-δ-lactone enzyme

lactonase và chuyển thành 6-phosphogluconate khi thêm một phân tử H2O Trong phản ứng này cần có Mg2+ [7]

Hình ảnh bước 2 của giai đoạn oxi hóa [6]

 Bước 3: phospho-gluconate bị khử carboxyl với sự trợ giúp của enzyme

6-phosphogluconate Dehydrogenase và tạo ra Ribulose 5 phosphate Trong phản ứng này, NADP+ nhận hai electron được giải phóng và tạo thành NADPH [7]

Hình ảnh bước 3 của giai đoạn oxi hóa [6]

 Bước 4: Enzyme phosphopentose isomerase chuyển đổi Ribulose 5 phosphate

thành đồng phân của nó được gọi là Ribose 5 phosphate Phản ứng này còn được gọi là phản ứng đồng phân hóa [7]

Hình ảnh bước 4 của giai đoạn oxi hóa [6]

 Bước 1: Ribose 5-phosphate chuyển hóa thành xylulose-5-phosphate dưới

tác dụng ribose-5-phosphat epimerase tương ứng Sau đó, một hỗn hợp gồm các đường phosphate có 3 đến 7 carbon được tạo ra.[8]

 Bước 2: Hai enzyme đặc trưng của con đường đóng vai trò trung tâm trong

những sự chuyển hóa này là transketolase và transaldolase Transketolase xúc tác chuyển nhóm ketol 2 carbon và transaldolase xúc tác chuyển nhóm 3- carbon tur sedoheptulo-7-phosphate vói glyceraldehyde-3-phosphate [8]

 Bước 3: Ở đây, 3 phân tử glucose 6-phosphate được chuyển hóa thành 2

fructose-6-phosphate và glyceraldehyde-3-phosphate Fructose-6- phosphate được chuyển hóa trở lại thành glucose-6-phosphate [8]

 Bước 4: Glyceraldehyde-3-phosphate có thể được chuyển thành pyruvate

hay kết hợp với 1 phân tử dihydroxyacetone phosphate (từ glyceraldehyde- 3-phosphate tạo thành ở vòng thứ 2 của con đường) để sản xuất ra fructose-6-phosphate [8]

Hình ảnh 3.1.2 sơ đồ của giai đoạn không oxi hóa [6]

CHƯƠNG 4 TÍNH NĂNG LƯỢNG CỦA CHU TRÌNH PENTOSE

PHOSPHATE 4.1 Tính năng lượng:

4.1.1 Phương trình tổng quát:

3Glucose-6-phosphate + 6NADP+ + 3H2O → 2Fructose-6-phosphate +

Glyceraldehyde-3-phosphate + 3CO2 + 6NADPH + 6H+

Các chất trung gian nói trên được sử dụng trong hai con đường Fructose-6-phosphate có thể được chuyển trở lại thành glucose-6-Fructose-6-phosphate, còn

glyceraldehyde-3-phosphate được chuyển thành pyruvate bởi các enzyme của dường phân [9]

Glyceraldehyde-3-phosphate cũng có thể trở lại con đường pentosephosphate qua việc tạo thành glucose-6-phosphate Điều này dẫn đến sự phân giải hoàn

toàn glucose-6-phosphate thành CO2 và tạo thành một lượng lớn NADPH [9]

4.1.2 Phương trình cuối cùng:

Glucose-6-phosphate + 12NADP+ + 7H2O → 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + Pi Như vậy, cứ 6 phân tử glucose-6-phosphate tham gia vào chu trình thì có 5 phân tử được tái tạo, 1 phân tử bị oxy hóa hoàn toàn đến CO2 và tạo thành 12 coenzyme khử (NADPH+H+) [9]

Không trực tiếp tạo ATP, từ 12 (NADPH+H+) qua chuỗi enzyme hô hấp tạo 12x3=36 ATP và tích trữ được 35 ATP [10]

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH OXY HOÁ TRỰC TIẾP

TRONG SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN 5.1 Ứng dụng:

Ứng dụng của sự chuyển hóa monosaccharide (MS) theo con đường oxy hóa trực tiếp, đặc biệt trong chu trình pentose phosphate, trong sản xuất và chế biến rất đa dạng và có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp:

5.1.1 Sản xuất và chế biến dược phẩm:

 Tạo NADPH và bảo vệ tế bào: quá trình oxy hóa trực tiếp trong chu trình pentose phosphate sản xuất NADPH, một yếu tố quan trọng trong các phản ứng khử, bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa NADPH cũng cần thiết cho tổng hợp các phân tử như acid béo và steroid Trong dược phẩm, NADPH có vai trò trong tổng hợp thuốc kháng khuẩn, thuốc chống ung thư và các thuốc giảm viêm [11]

 Tổng hợp các chất hoạt tính sinh học: oxy hóa trực tiếp giúp tạo ra các hợp chất hoạt tính sinh học và các tiền chất quan trọng cho quá trình tổng hợp thuốc Ví dụ: trong tổng hợp các thuốc kháng sinh, kháng viêm, thuốc giảm đau, NADPH và ribose-5-phosphate từ chu trình pentose phosphate đóng vai trò thiết yếu trong tổng hợp nucleotide và các phân tử quan trọng khác [12]

 Kiểm soát tính chất hóa học của thuốc: oxy hóa trực tiếp giúp kiểm soát nồng độ các chất trung gian và tính chất hóa học của các hợp chất Điều này quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất dược phẩm, giúp tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao và hiệu quả cao trong điều trị [13]

5.1.2 Sản xuất thực phẩm và bảo quản thực phẩm:

 Sản xuất chất chống oxy hóa: chu trình oxy hóa trực tiếp trong tế bào sản xuất NADPH, giúp tổng hợp các chất chống oxy hóa như glutathione và các chất bảo vệ tế bào Những chất này có thể được sử dụng trong ngành thực phẩm để bảo vệ sản phẩm khỏi sự hư hỏng do oxy hóa, giúp duy trì chất lượng và kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm [12]

 Bảo quản thực phẩm: các chất bảo quản được tổng hợp thông qua các quá trình oxy hóa có thể giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn và nấm

mốc, từ đó bảo vệ thực phẩm và kéo dài thời gian bảo quản [14]

5.1.3 Sản xuất và chế biến hóa chất:

 Sản xuất hóa chất nền: quá trình oxy hóa trực tiếp của monosaccharides có thể tạo ra các hóa chất nền quan trọng, chẳng hạn như acid pyruvic, acid lactic và các hợp chất hữu cơ khác dùng làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp [12]

 Tổng hợp polymer và vật liệu mới: oxy hóa các monosaccharides có thể tạo ra các hợp chất dùng trong sản xuất polymer, nhựa và các vật liệu mới Các chất tạo polymer có thể được sử dụng trong sản xuất bao bì, vật liệu xây dựng, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác [15]

5.1.4 Ứng dụng trong công nghiệp sinh học và năng lượng:

 Chuyển hóa sinh khối: oxy hóa trực tiếp giúp chuyển đổi glucose và các monosaccharides khác thành các sản phẩm sinh học như ethanol, bio-diesel1 và các hợp chất hóa học khác dùng làm nhiên liệu sinh học Quá trình này giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và thúc

đẩy phát triển năng lượng tái tạo [16]

1 bio-diesel: một loại nhiên liệu sinh học dễ cháy, được làm từ dầu hữu cơ, chẳng hạn như dầu thực vật.

 Sản xuất acid hữu cơ: oxy hóa trực tiếp monosaccharides cũng có thể được sử dụng trong sản xuất acid hữu cơ như acid lactic, một nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và công nghiệp sinh học [17]

5.1.5 Xử lý môi trường:

Xử lý nước thải và khử độc: các phản ứng oxy hóa giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp, thuốc trừ sâu, và các chất ô nhiễm khác, góp phần làm sạch môi trường [18]

5.2 Tiểu kết chương 5:

Các quá trình oxy hóa trực tiếp trong chuyển hóa monosaccharides đóng vai trò quan trọng không chỉ trong sinh lý tế bào mà còn trong các ứng dụng công

KẾT LUẬN

Tóm lại, con đường Pentose Phosphate (PPP) là một con đường chuyển hóa cực kỳ quan trọng với nhiều vai trò khác nhau trong quá trình chuyển hóa tế bào Hai pha riêng biệt của con đường, oxy hóa và không oxy hóa, hoạt động cùng nhau để tạo ra