Chuyển hóa Glucid - Đại học Y Hà Nội

• Trình bày được quá trình tân tạo glucose • Trình bày được chu trình pentose • Trình bày được quá trình thoái hóa và tổng hợp glycogen... Sự thoái hóa glucose 1.1.Con đường đường phân 1

CHUYỂN HÓA GLUCID

Bs Chi Mai

Mục tiêu

• Trình bày được con đường đường phân trong điều kiện ái khí và yếm khí

• Trình bày được quá trình tân tạo glucose

• Trình bày được chu trình pentose

• Trình bày được quá trình thoái hóa và tổng hợp glycogen

Mục lục

1 Sự thoái hóa glucose

1.1.Con đường đường phân

1.2.Sự thoái hóa tiếp theo của pyruvat

1.3.Con đường pentose phosphat

1.4 Chuyển hóa của các monosaccarid khác

2 Tân tạo glucose

3 Chuyển hóa glycogen

4 Điều hòa chuyển hóa glucid

5 Rối loạn chuyển hóa glucid

Dự trữ Oxy hóa bởi con

đường pentose

phosphat

Oxy hóa bởi con đường đường phân

Đường phân (Glycolysis) (Con đường hexose diphosphat)

• Một phân tử glucose thoái hóa thành 2 phân

tử có ba carbon là pyruvat và năng lượng tạo thành dưới dạng ATP và NADH

• Đây là con đường chuyển hóa đầu tiên được biết đến và được hiểu rõ nhất

• Xảy ra ở bào tương, qua 2 giai đoạn gồm 10 phản ứng Giai đoạn hoạt hóa: 5 phản ứng Giai đoạn oxy hóa sinh năng lượng: 5 phản ứng

Phản ứng tổng quát của đường phân

(glycolysis)

• Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi →

2 pyruvat + 2 NADH + 2H+ + 2 ATP + 2 H2O

∆G°’ = -85kJ/mol

SỐ PHẬN CỦA PYRUVAT

Điều gì xảy ra với 2 phân tử pyruvat?

• Có 2 cách thức tùy theo điều kiện môi

trường

Chu trình acid citric

Số phận của pyruvat

Động vật, thực vật, nhiều loại vi khuẩn trong điều kiện ái khí

Ở mô động vật trong điều kiện yếm khí

Lên men rượu ở nấm

Số phận pyruvat trong

điều kiện ái khí

Số phận pyruvat trong

điều kiện ái khí

Trong điều kiện ái khí

• Pyruvat đi vào ty thể, bị khử carboxyl oxy hóa thành acetyl CoA.

• Acetyl CoA đi vào chu trình acid citric bị oxy hóa

thành CO2 và H2O.

• Bilan năng lượng:

Glucose → 2 pyruvat: 2 ATP

2 NADH (ở phản ứng 6): 6 ATP hoặc 4 ATP

2 Pyruvat → 2 Acetyl CoA: 6 ATP

2 Acetyl CoA: 24 ATP

Cộng: 38 ATP (hoặc 36 ATP)

Con thoi malat- aspartat

Con thoi glycerol 3- phosphat

Dẫn xuất của vitamin B1 Thiếu B1 gây

beriberi (ứ dịch, sưng đau …).

Quan trọng trong phá vỡ liên kết gần nhóm carbonyl, như acid α -cetonic.

Phosphatase

Pi

Đường cong bão hòa oxy ở hồng cầu người bình thường,

ở bệnh nhân thiếu hụt Hexokinase và pyruvat kinase

Thiếu hụt Hexokinase

Thiếu hụt pyruvat kinase

Ý nghĩa của con đường đường phân

• Cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào

• Các sản phẩm trung gian là tiền chất để

sinh tổng hợp các chất cho cơ thể

CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHAT

(con đường hexose monophosphat)

• Đây là một cách thoái hóa khác của glucose

6-phosphat.

• Xảy ra ở bào tương của tế bào, glucose được

phosphoryl hóa 1 lần rồi bị oxy hóa.

• Quan trọng ở các tế bào phân chia nhanh như tủy xương và da, niêm mạc ruột (tổng hợp RNA và

DNA).

• Cũng quan trọng cho các tế bào cần NADPH để bảo

vệ chống lại tác nhân oxy hóa (hồng cầu, võng

mạc…) và cho quá trình sinh tổng hợp acid béo (mô

mỡ, gan), cholesterol (gan, tuyến sinh dục, vỏ

thượng thận).

Giai đoạn 1: oxy hóa

Giai đoạn 2:

sự biến đổi

của các

pentose

Chu trình Pentose Phosphat

• Ở các tế bào nhu cầu chủ yếu là NADPH, các phân tử đường 5C sẽ đi tiếp vào giai đoạn thứ 2

• 6 phân tử đường 5 carbon phosphat trao đổi với nhau các mẩu 2 và 3 C để tái tạo lại thành

5 phân tử glucose 6-phosphat

Số phận của G6-P

phụ thuộc vào nhu cầu

của tế bào và vào nồng độ tương đối của

Các glucid khác đi vào con đường đường phân

• Nhiều đường khác cùng đi vào con đường đường phân sau khi chuyển thành các sản phẩm trung gian của con đường này

• Gồm D-glucose và D-fructose

• fructose có thể bị phosphoryl hóa bởi

hexokinase sinh ra fructose 6-phosphat, và

có thể đi vào đường phân

ADP phosphate

6 fructose ATP

Thoái hóa Fructose ở gan

• Được phosphoryl bởi fructokinase ở C-1

ADP phosphate

1 fructose ATP

Thoái hóa Fructose ở gan

(tiếp)

Thoái hóa Fructose ở gan (tiếp)

• Triose phosphate isomerase chuyển

dihydroxyacetone phosphat thành GAP

• Glyceraldehyd được phosphoryl bởi triose

kinase

ADP phosphate

3 hyde glyceralde

-ATP hyde

glyceralde + Mg → 2+ +

THOÁI HÓA GALACTOSE

TÂN TẠO GLUCOSE (Gluconeogenesis)

Tân tạo glucose

Đường phân

Đường phân Tân tạo glucose

Điểm khởi đầu cho quá trình tân tạo glucose quyết định pyruvat

chuyển thành PEP như thế nào.

Tân tạo glucose (Gluconeogenesis)

• Tốn kém cho tế bào, cho cơ thể

• Để tạo 1 phân tử glucose tiêu tốn mất 4ATP

và 2GTP và oxy hóa 2NADH thành NAD+

Tân tạo glucose (Gluconeogenesis)

• Là cần thiết vì một số mô sử dụng chủ yếu glucose do máu cung cấp, ví dụ não và hệ thần kinh trung ương

• Tân tạo glucose xảy ra chủ yếu ở gan, một phần rất nhỏ ở vỏ thận (10%)

Chu trình Cori

Gan Máu Cơ

Glucose Glucose Glucose,GlycogenLactat Lactat Lactat

Chu trình Glucose- Alanin

Đường phân và tân tạo đường

• Cơ thể không thể đồng thời vừa xảy ra hai quá trình trên đồng thời với tốc độ cao Kết quả sẽ là tiêu tốn nhiều ATP và sinh ra quá nhiều nhiệt!!

• Hai quá trình trên được điều hòa tương hỗ

và phối hợp sao cho một quá trình tăng lên thì quá trình kia giảm đi và ngược lại

CHUYỂN HÓA GLYCOGEN

Glycogen Phosphorylase

Phosphoglucomutase

UDP-Glucose Pyrophosphorylase

Pyrophosphatase

Thoái hóa glycogen

• Cấu trúc của glycogen

α - (1—>4) Linkages

α - (1—>6) Linkage

α - (1—>4) Linkages

Thoái hóa glycogen

Glycogen phosphorylase

Enzym cắt nhánh (glycogen debranching enzym)

α -(1—>4) transglycosylase

Glucose

α -(1—>6) glucosidase

Limit Branch (4 residues)

(group transfer reaction)

Phosphoglucose mutase

• Kết quả: Thoái hóa glycogen khoảng 90% sản phẩm là Glucose-1- phosphat, 10% là glucose tự do

Tổng hợp glycogen

• Xảy ra ở tất cả các mô, nhưng chủ yếu ở gan và cơ

• Xảy ra ở bào tương của tế bào

• Nguyên liệu là glucose

• Tổng hợp mạch thẳng và mạch nhánh

UDP-Glucose Pyrophosphorylase

O

CH2OH

H H

HO OH

H

H OH

O O

H OH

O

Glucose-1-P UDP-Glucose

UDP-Glucose Pyrophosphorylase

2 P i

Inorganic Pyrophosphatase

Glycogen Synthase

O

O

CH2OH H

H

H

HO OHH

H OH

HO

OH

UDP-Glucose

Oxonium Ion

O OHH

CH2OH H

O OHH

T ng h p m ch nhánh ổ ợ ạ Glycogen Branching Enzym

Amylo-(1,4—>1,6)-Transglycosylase

(Branching Enzyme)

~7 Glucosyl Residues

4 Residues from existing branch

Điều hòa chuyển hóa glucid

• Điều hòa hoạt tính enzym:

- Thay đổi tốc độ sinh tổng hợp & thoái hóa

- Điều hòa dị lập thể hoặc hóa học

- Tách các enzym khỏi cơ chất nhờ những khoang dưới tế bào

• Điều hòa nhanh (tính bằng giây hoặc nhanh

hơn) ở mức độ trong tế bào thường là dị lập thể

• Tác động của các hormon thường chậm hơn

(giây đến giờ) thường là sự thay đổi hóa học

hoặc thay đổi tổng hợp enzym

Điều hòa tương hỗ đường phân &

tân tạo đường

• Ba enzym của con đường đường phân được điều hòa dị lập thể: Hexokinase, PFK-1, Pyruvat kinase

- HK ở được giữ trong nhân tế bào gan, giải phóng khi

glucose bào tương tăng

- PFK-1 : ức chế dị lập thể bởi ATP, citrat Hoat hóa bởi

fructose 2,6-diphosphat.

- Pyruvat kinase: ức chế dị lập thể bởi ATP

• Tân tạo đường: được điều hòa ở pyruvat carboxylase (acetyl-CoA hoạt hóa) và Fructose1,6-diphosphatase

(F2,6 diphosphat và AMP ức chế)

• Hai quá trình được điều hòa tương hỗ dị lập thể chủ yếu

ở tác dụng đối lập của F 2,6-diphosphat trên PFK-1 và Fructose1,6-diphosphatase

• Glucagon và epinephrine làm giảm [Fructose

2,6-diphosphat] Insulin làm tăng [Fructose2,6-2,6-diphosphat]

Điều hòa tương hỗ tổng hợp &

thoái hóa glycogen

• Glucagon hoặc epinephrin làm tăng [AMPv],

hoạt hóa Protein Kinase, làm phosphoryl hóa và hoạt hóa phosphorylase kinase Phosphorylase kinase phosphoryl hóa Glycogen phosphorylase dạng b thành dạng a- dạng hoạt động

Phosphoprotein phosphatase 1 (PP1)khử P của dạng a chuyển sang dạng b= kém hoạt động

• Glycogen synthase a bị bất hoạt khi được

phosphoryl hóa bởi GSK3 Insulin ngăn cản tác dụng GSK3 PP1, được hoạt hóa bởi insulin,

khử phosphat của glycogen synthase b

Điều hòa hóa học

P

P P

P ATP ADP

Pi

Phosphoprotein Phosphatase-1

Pi

Phosphoprotein Phosphatase-1

Điều hòa dị lập thể

• Enzyme Negative Positive

• Phosphorylase a (more active) Glucose

• Phosphorylase b (less active) ATP G6P AMP

• Gycogen Synthase a (high activity)

• Glycogen Synthase b (low activity) ADP Pi G6P

Rối loạn chuyển hóa glucid

1 Hạ đường huyết (Hypoglycemia)

2 Thiếu viatmin B1

3 Đái tháo đường

4 Bệnh ứ glycogen bẩm sinh

5 Bệnh galactose máu bẩm sinh

6 Bệnh không dung nạp fructose bẩm sinh