BÁO CÁO THỰC TẬP-Mối liên quan giữa các chất trong quá trình trao đổi chất

Tiểu luận Hoá sinh thực vật A. ĐẶT VẤN ĐỀ Ở thế kỷ XIX, khi mà hoá học phát triển như vũ bão thì ở ranh giới giữa sinh học và hoá học đã xuất hiện một lĩnh vực khoa học mới nhằm nghiên cứu thành phần hoá học của cơ thể sống và những quá trình chuyển hoá hoá học của các chất và của năng lượng trong quá trình hoạt động sống xảy ra trong cơ thể của chúng. Lĩnh vực khoa học này được gọi là hoá học sinh vật hoặc vắn tắt hơn- hoá sinh học (biochemistry). Có thể nói rằng, hoá sinh học là một phần lĩnh vực của khoa học cuộc sống, Nhiệm vụ của chúng nhằm nghiên cứu các hiện tượng sống bằng các phương pháp hoá học, trong đó là những nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản của Khoa học Nông lâm ngư nghiệp, làm cơ sở, phương pháp luận cho các nghiên cứu chuyên ngành và khoa học ứng dụng trong sản xuất Nông nghiệp. Tuy vậy chỉ mới gần đây, tất cả mọi quá trình sinh học này mới được nghiên cứu một cách khoa học và được giải thích một cách đầy đủ. Tính chất và phương hướng của hoá sinh học là nghiên cứu trên cơ thể sống, tìm ý nghĩa chức phận của tất cả mọi thành phần, mọi sản phẩm chuyển hoá, trên cơ sở đó, tìm hiểu sâu về: - Mối liên quan giữa quá trình hoá học và sinh vật học. - Mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng sống của các cơ quan trong cơ thể. - Cơ chế điều hoà toàn bộ quá trình sống: Trong đó nổi lên là những vấn đề liên quan đến sự trao đổi, chuyển hoá các chất trong cơ thể sống của thực vật. Trong khuôn khổ tiểu luận thuộc học phần Hoá sinh thực vật chương trình Cao học Nông nghiệp, chúng em xin được báo cáo tổng hợp, đánh giá và đưa ra một số ý kiến nhận xét về chủ đề “Mối liên quan giữa các chất trong quá trình trao đổi chất” trên cơ sở kiến thức đã được tiếp thu qua môn học. Rất mong sự giúp đỡ, góp ý của TS. Trần Thị Lệ - Giảng viên môn học, để chúng em được bổ sung, hoàn thiện thêm kiến thức. Cao học Trồng trọt K14 1 Tiểu luận Hoá sinh thực vật B. NỌI DUNG  Trong cơ thể sinh vật sự trao đổi chất luôn luôn diễn ra không ngừng. Các hợp chất hữu cơ có mối quan hệ mật thiết với nhau, chúng có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau.  Mối liên quan tương hỗ của các hợp chất được thể hiện trên hai mặt  Nguyên liệu  Năng lượng Nhờ khả năng chuyển hoá tương hỗ giưa các chất mà cơ thể sinh vật phát triển ổn định cũng như có khả năng thích ứng với điều kiện môi trường Để nghiên cứu mối liên quan này ta xét sự trao đổi của từng cặp hợp chất sau: Gluxit Lipid Protein I. Mối liên quan giữa carbohydrate và lipid Sơ đồ chung của sự chuyển hóa giữa Glucid và Lipid Cao học Trồng trọt K14 2 Tiểu luận Hoá sinh thực vật Carbohydrate dễ dàng chuyển thành lipid thông qua hai hợp chất trung gian là dihydroxyacetonphosphate và acetyl-CoA dihydroxyacetonphosphate → glycerolphosphate carbohydrate → glucose Glyceraldehydphosphate→ acetyl-CoA →acid béo - Ngược lại Glycerine có thể biến đổi thành Phosphodioxylaxeton Ngược lại Glycerine có thể biến đổi thành Phosphodioxylaxeton Phản ứng 1 Phản ứng 1 : do enzyme glycerolkinase xúc tác. : do enzyme glycerolkinase xúc tác. Phản ứng 2 Phản ứng 2 : do enzyme dehydrogenase xúc tác. : do enzyme dehydrogenase xúc tác. - Phosphodioxiacetone dưới tác dụng của enzyme trioso(P)-isomerase sẽ - Phosphodioxiacetone dưới tác dụng của enzyme trioso(P)-isomerase sẽ chuyển thành aldehydphosphoglyceric chuyển thành aldehydphosphoglyceric - Aldehydphosphoglyceric sẽ đi ngược quá trình đường phân để tạo nên - Aldehydphosphoglyceric sẽ đi ngược quá trình đường phân để tạo nên Glucose Glucose (Hình I.1) - Glycerine hoặc glyceraldehydphosphate có thể biến đổi thành fructose - Glycerine hoặc glyceraldehydphosphate có thể biến đổi thành fructose -1,6 - diphosphate (Hình I.1) -1,6 - diphosphate (Hình I.1) Cao học Trồng trọt K14 3 Tiểu luận Hoá sinh thực vật - Acetyl-CoA thông qua chu trình Krebs không thể tổng hợp được carbohydrate vì hai nguyên tử carbon của nó đã bị loại thành CO 2 trước khi tạo ra hợp chất oxaloacetic là chất có vai trò tổng hợp mới carbohydrate (quá trình gluconeogenese). Khi mô cơ bị mệt mỏi có hiện tượng là chu trình Krebs không thể tiếp nhận tất cả các phân tử pyruvate tạo ra từ quá trình đường phân. Pyruvate được khử thành lactate, chất này được tích luỹ và khi mô cơ nghỉ ngơi chúng lại được oxy hoá thành pyruvate. Sau đó pyruvate vào trong ty thể và được carboxyl hoá nhờ enzyme pyruvatcacboxylase tạo thành oxaloacetate. Pyruvate vào trong ty thể và có thể tham gia vào 2 đường hướng phản ứng khác nhau. Nó có thể được biến đổi nhờ enzyme pyruvatdehydrogenase và sau đó đi vào chu trình Krebs. Pyruvate cũng có thể được carboxyl hoá để tạo oxaloacetate và chịu sự biến đổi theo con đường Cao học Trồng trọt K14 4 NADH + H + COOH CH 3 COPyruvate COOH CH 3 HCOH Lactate Hình I.1 Hình I.1 Tiểu luận Hoá sinh thực vật gluconeogenese. Theo đường hướng nào là tuỳ thuộc vào nồng độ acetyl-CoA, chất có khả năng hoạt hoá enzyme pyruvatcarboxylase theo cơ chế biến cấu, trong khi đó ADP lại ức chế enzyme này. Trong tế bào chất malate được oxy hoá thành oxaloacetate nhờ NAD + Oxaloacetate được biến đổi tiếp tục thành photphoenolpyruvate nhờ enzyme quan trọng của gluconeogenese là phosphoenolcarboxykinase. Phản ứng này gồm 1 phản ứng khử carboxyl hoá và 1 phản ứng phosphoryl (phản ứng kinase). Phản ứng cần 1GTP, tương tự ATP. Cao học Trồng trọt K14 5 COOH COOH CH 2 C=O Oxaloacetate PEP COOH CH 2 C - O ~ P GTP GDP+CO 2 PEP-carboxykinase CO 2 ATP ADP + P i COOH CH 3 C = O Pyruvate COOH CH 2 Oxaloacetate COOH C = O Pyruvat-carboxylase NAD + NADH+H + COOH CH 2 Malate COOH HCHO Malat-dehydrogenase COOH CH 2 Oxaloacetate COOH C = O Tiểu luận Hoá sinh thực vật PEP là 1 chất được tạo ra trong quá trình đường phân. Từ chất này đi ngược lại những phản ứng riêng lẽ của quá trình đường phân cho đến fructozo- 1,6-diphotphate. Chất này được khử phosphoryl hoá và đồng phân hoá cho đến glucose cũng như glucose-1-phosphate. Các nguyên tử C trong lactate được sử dụng để tổng hợp nên glucose hoặc glycogen nhờ ATP và NADH. Sự phosphoryl hoá trực tiếp pyruvate để tạo thành PEP là không thực hiện được vì lý do năng lượng, nghĩa là mức năng lượng của pyruvate thấp hơn nhiều so với mức năng lượng của PEP. Như hình I.2 sự biến đổi này được thực hiện qua oxaloacetate, nhằm để đi quanh “dốc đứng” giữa pyruvate và PEP. Con đường này đòi hỏi một năng lượng bổ sung, là 1 ATP cho carboxyl hoá pyruvate và 1 GTP cho tạo thành PEP. Hai nguồn năng lượng này đủ để tổng hợp PEP, liên kết cao năng của chúng giải phóng 62 kJ/mol. Hình I.2 Sơ đồ Gluconeogenes Cao học Trồng trọt K14 6 Glucose 1,6 Fructosediphosphate Triosephosphate Phosphoglycerate PEP Pyruvate Acid béo Pyruvate Acetyl-CoA Malate Oxaloacetate Glutamate Aspartate Chu trình Krebs Ty thể Tế bào chất GDP+CO 2 GTP NADH+H + NAD + NAD + NADH+H + CO 2 +ATP ADP+P i NH 3 NH 3 Oxaloacetate   α-oxoglutarate Tiểu luận Hoá sinh thực vật Như ở trên đã nêu enzyme pyruvatcarboxylase được điều khiển theo cơ chế biến cấu. Sự điều khiển này là một cơ chế có ý nghĩa. Khi nồng độ acetyl-CoA cao thì không cần tạo acetyl-CoA bổ sung theo con đường khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá. Trong trường hợp này pyruvatcarboxylase được hoạt hoá nhờ acetyl-CoA và pyruvate được sử dụng để tạo oxaloacetate. Ngược lại khi nồng độ ADP cao, nghĩa là nồng độ ATP thấp thì pyruvatcarboxylase bị ức chế. Pyruvate được thực hiện khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá để cung cấp acetyl-CoA cho chu trình Krebs, là chu trình cùng với chuỗi enzyme hô hấp tái tạo ATP. Ở thực vật và một số vi sinh vật có chu trình glyoxilate xảy ra ở glyoxisome, cấu trúc này chứa enzyme β-oxy hoá peroxesome. Ở đây acetyl- CoA có nguồn gốc acid béo sẽ tạo thành oxaloacetic acid, sau đó là phosphoenolpyruvate, rồi từ đó tạo glucose. Cứ mỗi vòng chu trình glyoxilate ( từ 2 phân tử acetyl-CoA tạo ra được 1 phân tử succinic acid. Acid này bị oxy hoá để tạo ra oxaloacetic acid. Oxaloacetic acid sẽ bị khử carboxyl hoá để biến thành phosphoenolpyruvic acid. Chất này sẽ chuyển thành glucose-6-phosphate. Cao học Trồng trọt K14 7 Tiểu luận Hoá sinh thực vật Như vậy từ 4 phân tử acetyl-CoA tạo ra 2 phân tử succinic acid, sau đó 2 phân tử oxaloacetic acid. Các biến đổi tiếp theo sẽ cho ra 2 phân tử phosphoenolpyruvic acid. Cuối cùng thu được 1 phân tử glucose. II. Mối liên quan giữa trao đổi Protein và Lipit. a. Sự chuyển hoá Lipid thành các a. amin tham gia tổng hợp nên Protein. - Acid béo là sản phẩm cơ bản của sự phân giải lipid. Trong quá trình trao đổi chất, acid béo là tiền chất của một số amino acid. Cao học Trồng trọt K14 8 Sơ đồ II.1 Tiểu luận Hoá sinh thực vật A xit báo từ phân giải Lipit cùng xúc tác của emzim Lipase tạo thành AxetylcoA, AxetylcoA sau khi đi vào chu trình Glyoxylate sẽ chuyển hoá thành a. citric và a. iso citric, sau đó từ a. sucsinic sẽ tạo thành a. fumaric và a. malic, điểm cuối là a. oxalo axetic đi vào quá trình ngược đường phân để trở về dạng cacbonhydrate. Sự chuyển hoá AxetylcoA thành các amino acid có thể được trình bày qua sơ đồ II. 1. b. Sự chuyển hoá Protein thành Lipid. Cao học Trồng trọt K14 9 Tiểu luận Hoá sinh thực vật Chuyển hoá Protein thành Lipid được biểu diễn qua sơ đồ trên, trong đó có mối liên quan giữa a. piruvic và A.xetyl co A trong Chu trình Kreb. Một số aminoacid (leucine, isoleucine, tryptophan) khi phân giải sẽ tạo thành acetyl- CoA, từ đó tổng hợp nên acid béo. Một số aminoacid khác (alanine cysteine, serine) bị phân giải thành pyruvic acid. Theo con đường tổng hợp mới glucose, pyruvic acid sẽ tạo thành 3- phosphoaldehydglyceric (ngược quá trình đường phân). Tổng hợp mối liên quan giữa a. béo và Protein được thể hiện qua sơ đồ sau (Hình II. 2) Cao học Trồng trọt K14 10 Fruc. 1,6 dP Rib. 5 P His Protein Serin Gly, Xyl APEP Phenyl ALP Glycerol - P ycerol - P a. Piruvic Ala, Val, Leu AOA ASP Tre, Met, Ile, Cys a. Αceto Glutaric Arg, Pro. a. Glutamic Lipid Glycerin Những chất khác A. béo Acetyl co.A [...]... của các chất nhằm làm sáng tỏ mối liên quan giữa Cacbonhydrate và Protein, Lipid, thông qua đó giúp chúng ta nắm vững cơ chế chuyển hoá các chất nhằm trang bị những kiến thức tối ưu cho nghiên cứu cũng như giải thích những vấn đề phát sinh trong thực nghiệm và thực tế đồng ruộng - Qua các sơ đồ chuyển hoá, cho thấy giữa các chất có mối liên quan về mặt nguyên liệu là khả năng chuyển hoá một chất này... đường hướng chuyển hoá liên quan đến các hợp chất dị vòng, các hợp chất thứ cấp cần được nghiên cứu để thấy rõ mối liên quan TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trần Thị Lệ, Võ Văn Quang, 2006, Giáo trình hoá sinh thực vật, nhà xuất bản Nông nghiệp 2 Võ Văn Quang, Bài giảng sinh hoá, Trường ĐH Nông lâm Huế 3 Mathews, Vanholde, Ahern, Companion Web Site 4 Nguyễn Xuân Thắng, Đào Kim Chi, Phạm Quang Tùng, Nguyễn Văn...Tiểu luận Hoá sinh thực vật III Mối liên quan giữa Cacbonhydrate và Protein - Thể hiện trong quá trình đường phân: (Hình III.1) + Quá trình biến đổi từ 2-phosphoglycerate thành PhosphoenolPyruvate: (Sơ đồ III.2) ` Cystein Cystein synthase Acetyl OAcetylserine CoA CoA O-Acetylserine Glycin e Serin 2- phosphoglycerate thành PhosphoenolPyruvate: Cao học Trồng trọt K14 11 Tiểu luận Hoá sinh thực vật (Sơ đồ... phân giải một hợp chất nào đó năng lượng được tích luỹ trong ATP Nguồn ATP này được sử dụng cho các phản ứng tổng hợp Ví dụ, ATP được tạo thành trong quá trình đường phân, quang phosphoryl hoá (quang hợp) và chủ yếu được tạo thành trong quá trình phosphoryl hoá oxy hoá (hô hấp) Sự phosphoryl hoá oxy hoá qua chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử cho thấy rằng: bất kể acetyl-CoA có nguồn gốc từ carbohydrate,... Hoá sinh thực vật Shikimate - Từ Shikimate chuyển hoá thành Chlorimate: Cao học Trồng trọt K14 13 Tiểu luận Hoá sinh thực vật - Từ Chorimate tiếp tục chuyển hoá thành Tyrosine và Phenylalanine: - Từ 2 phân tử acid pyruvic trong quá trình đường phân sẽ tiếp tục có hướng chuyển hoá thứ 2 để cho ra 2 amino acid là Valine và Leucine: Cao học Trồng trọt K14 14 Tiểu luận Hoá sinh thực vật + Quá trình chuyển... đông; Làm rõ cơ chế chuyển hoá Glucid trong hạt khi nảy mầm để tổng hợp nên Protein mầm; Sức nẩy mầm của những hạt giống chứa nhiều Lipid cao do tích luỹ và phân giải nhiều năng lượng, nhiều vật chất cung cấp cho hoạt động sống Cao học Trồng trọt K14 20 Tiểu luận Hoá sinh thực vật 2 Một số Kiến nghị: - Cần tiếp tục tìm hiểu các cơ chế liên quan đến sự chuyển hoá các chất nhằm hoàn thiện hơn chủ đề của... thành một chất khác thông qua một số sản phẩm trung gian Ví dụ, carbohydrate có thể chuyển hoá thành aminoacid bằng cách amine hoá một số cetoacid Ngược lại một số aminoacid có thể chuyển thành carbohydrate bằng cách loại nhóm aminoacid thành các cetoacid, rồi từ đó tổng hợp carbohydrate Mối liên quan về mặt năng lượng thể hiện ở chỗ: khi phân giải một hợp chất nào đó năng lượng được tích luỹ trong ATP... thực vật Cao học Trồng trọt K14 17 Tiểu luận Hoá sinh thực vật (Sơ đồ III.3) Cao học Trồng trọt K14 18 Tiểu luận Hoá sinh thực vật (Sơ đồ III.4) - Từ chu trình Kreb acid αketoglutaric sẽ amin hoá cùng 1 NADPH 2 để chuyển hoá thành acid Glutamic Acid Glutamic Cao học Trồng trọt K14 19 Tiểu luận Hoá sinh thực vật C KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận: - Nghiên cứu mối quan hệ, sự chuyển hoá của các. .. Nhờ khả năng chuyển hoá tương hỗ giữa các chất mà cơ thể sinh vật thích ứng với môi trường Ví dụ vào mùa đông, ở cây trồng xảy ra sự chuyển hoá tinh bột thành đường và chất béo, nhờ đó khả năng chịu rét của cây trồng được nâng cao Hoặc đối với một số động vật ngủ đông, do dự trữ lipid lớn, nên đã đảm bảo cung cấp đủ năng lượng và các chất cần thiết cho cơ thể sử dụng trong suốt thời gian dài mùa đông;... tương quan chặt chẽ với việc hình thành a Glutamic và Alanine acid với sự tham gia của Glutamate alanine aminotransferase Cao học Trồng trọt K14 15 Tiểu luận Hoá sinh thực vật - Con đường tiếp theo là từ chu trình Kreb, acid oxaloacetic được chuyển hoá thành a aspactic, a aspactic vào chu trình Ornithine và sử dụng 1 ATP đồng thời giải phóng ra AMP và PPi để tạo thành asparagine NH 3 H2 O Chu trình . về: - Mối liên quan giữa quá trình hoá học và sinh vật học. - Mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng sống của các cơ quan trong cơ thể. - Cơ chế điều hoà toàn bộ quá trình sống: Trong đó nổi. liên quan đến sự trao đổi, chuyển hoá các chất trong cơ thể sống của thực vật. Trong khuôn khổ tiểu luận thuộc học phần Hoá sinh thực vật chương trình Cao học Nông nghiệp, chúng em xin được báo. Nông nghiệp, chúng em xin được báo cáo tổng hợp, đánh giá và đưa ra một số ý kiến nhận xét về chủ đề “Mối liên quan giữa các chất trong quá trình trao đổi chất trên cơ sở kiến thức đã được tiếp