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

- 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

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 giữasinh học và hoá học đã xuất hiện một lĩnh vực khoa học mới nhằm nghiên cứuthành phần hoá học của cơ thể sống và những quá trình chuyển hoá hoá học củacác chất và của năng lượng trong quá trình hoạt động sống xảy ra trong cơ thểcủa chúng Lĩnh vực khoa học này được gọi là hoá học sinh vật hoặc vắn tắthơn- hoá sinh học (biochemistry)

Có thể nói rằng, hoá sinh học là một phần lĩnh vực của khoa học cuộcsống, Nhiệm vụ của chúng nhằm nghiên cứu các hiện tượng sống bằng cácphương pháp hoá học, trong đó là những nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vựcnghiên cứu cơ bản của Khoa học Nông lâm ngư nghiệp, làm cơ sở, phương phápluận cho các nghiên cứu chuyên ngành và khoa học ứng dụng trong sản xuấtNông nghiệp Tuy vậy chỉ mới gần đây, tất cả mọi quá trình sinh học này mớiđược 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 thểsống, tìm ý nghĩa chức phận của tất cả mọi thành phần, mọi sản phẩm chuyểnhoá, 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 cơthể

- 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 trìnhCao 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 bổsung, hoàn thiện thêm kiến thức

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

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

I Mối liên quan giữa carbohydrate và lipid

Sơ đồ chung của sự chuyển hóa giữa Glucid và Lipid

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  glycerolphosphatecarbohydrate  glucose

Glyceraldehydphosphate acetyl-CoA acid béo

- Ngược lại Glycerine có thể biến đổi thành Phosphodioxylaxeton

-Tiểu luận Hoá sinh thực vật

- Acetyl-CoA thông qua chu trình Krebs không thể tổng hợp đượccarbohydrate vì hai nguyên tử carbon của nó đã bị loại thành CO2 trước khi tạo

ra hợp chất oxaloacetic là chất có vai trò tổng hợp mới carbohydrate (quá trìnhgluconeogenese)

Khi mô cơ bị mệt mỏi có hiện tượng là chu trình Krebs không thể tiếpnhận tất cả các phân tử pyruvate tạo ra từ quá trình đường phân Pyruvate đượckhử thành lactate, chất này được tích luỹ và khi mô cơ nghỉ ngơi chúng lại đượcoxy hoá thành pyruvate

Sau đó pyruvate vào trong ty thể và được carboxyl hoá nhờ enzymepyruvatcacboxylase tạo thành oxaloacetate Pyruvate vào trong ty thể và có thểtham gia vào 2 đường hướng phản ứng khác nhau Nó có thể được biến đổi nhờenzyme pyruvatdehydrogenase và sau đó đi vào chu trình Krebs Pyruvate cũng

NADH + H +

COOH

CH3

CO Pyruvate

COOH

CH3HCOH Lactate

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 nhờenzyme quan trọng của gluconeogenese là phosphoenolcarboxykinase Phản ứngnày gồm 1 phản ứng khử carboxyl hoá và 1 phản ứng phosphoryl (phản ứngkinase) Phản ứng cần 1GTP, tương tự ATP

COOH

COOH

CH2 C=O

COOH

CH2

C - O ~ PGTP

GDP+CO2

PEP-carboxykinase

CO2 ATP

ADP + Pi COOH

C = O Pyruvat-carboxylase

C = O

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

PEP là 1 chất được tạo ra trong quá trình đường phân Từ chất này đingược 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 đếnglucose cũng như glucose-1-phosphate Các nguyên tử C trong lactate được sửdụng để tổng hợp nên glucose hoặc glycogen nhờ ATP và NADH Sựphosphoryl 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 vớimức năng lượng của PEP Như hình I.2 sự biến đổi này được thực hiện quaoxaloacetate, nhằm để đi quanh “dốc đứng” giữa pyruvate và PEP Con đườngnày đòi hỏi một năng lượng bổ sung, là 1 ATP cho carboxyl hoá pyruvate và 1GTP cho tạo thành PEP Hai nguồn năng lượng này đủ để tổng hợp PEP, liên kếtcao năng của chúng giải phóng 62 kJ/mol

Hình I.2 Sơ đồ Gluconeogenes

Glucose 1,6 Fructosediphosphate Triosephosphate Phosphoglycerate PEP

Pyruvate

Acid béo Pyruvate

Acetyl-CoA Malate

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

Như ở trên đã nêu enzyme pyruvatcarboxylase được điều khiển theo cơ chếbiến cấu Sự điều khiển này là một cơ chế có ý nghĩa Khi nồng độ acetyl-CoAcao thì không cần tạo acetyl-CoA bổ sung theo con đường khử carboxyl hoábằng cách oxy hoá Trong trường hợp này pyruvatcarboxylase được hoạt hoánhờ acetyl-CoA và pyruvate được sử dụng để tạo oxaloacetate Ngược lại khinồng 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 cấpacetyl-CoA cho chu trình Krebs, là chu trình cùng với chuỗi enzyme hô hấp táitạo ATP

Ở thực vật và một số vi sinh vật có chu trình glyoxilate xảy ra ởglyoxisome, cấu trúc này chứa enzyme -oxy hoá peroxesome Ở đây acetyl-CoA có nguồn gốc acid béo sẽ tạo thành oxaloacetic acid, sau đó làphosphoenolpyruvate, rồi từ đó tạo glucose

Cứ mỗi vòng chu trình glyoxilate ( từ 2 phân tử acetyl-CoA tạo ra được 1phân 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

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

Như vậy từ 4 phân tử acetyl-CoA tạo ra 2 phân tử succinic acid, sau đó 2phân tử oxaloacetic acid Các biến đổi tiếp theo sẽ cho ra 2 phân tửphosphoenolpyruvic 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 traođổi chất, acid béo là tiền chất của một số amino acid

Sơ đồ II.1

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

A xit báo từ phân giải Lipit cùng xúc tác của emzim Lipase tạo thànhAxetylcoA, 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 dạngcacbonhydrate Sự chuyển hoá AxetylcoA thành các amino acid có thể đượctrình bày qua sơ đồ II 1

b Sự chuyển hoá Protein thành Lipid.

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

APEP

Phenyl ALP

Glycerol - P

ycerol - P

a Piruvic

Ala, Val, Leu

AOA

ASP

Tre, Met, Ile, Cys

a Αceto ceto Glutaric

Arg, Pro

a Glutamic

Lipid

Acetyl co.A

2- phosphoglycerate thành

PhosphoenolPyruvate:

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)

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

- Phosphoenolpyruvate (PEP) sẽ phản ứng với Enzim Erythrose phosphate (EP) để tạo thành DAHP (3-Deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate)

4 Từ DAHP có thể chuyển hoá thành Shikimate:

(Sơ đồ III.2)

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

- Từ Shikimate chuyển hoá thành Chlorimate:

Shikimate

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:

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

+ Quá trình chuyển hoá trên có mối tương quan chặt chẽ với việc hình

thành a Glutamic và Alanine acid với sự tham gia của Glutamate alanine

aminotransferase

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 đồngthời giải phóng ra AMP và PPi để tạo thành asparagine

Acid aspartic

Asparagine+ Đồng thời Acid Aspartic qua nhiều bước chuyển hoá để tạo thành

threonine và từ threonine chuyển hoá thành Isoleucine, Leucine và Valine (Sơ

đồ III.3); Acid aspartic cũng tiếp tục chuyển hoá theo đường hướng khác để tạo thành Lysine (Sơ đồ III.4)

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

(Sơ đồ III.3)

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

(Sơ đồ III.4)

- Từ chu trình Kreb acid αketoglutaric sẽ amin hoá cùng 1 NADPHketoglutaric sẽ amin hoá cùng 1 NADPH2 đểchuyển hoá thành acid Glutamic

Acid Glutamic

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 chất nhằm làm sáng tỏmối liên quan giữa Cacbonhydrate và Protein, Lipid, thông qua đó giúp chúng tanắm vững cơ chế chuyển hoá các chất nhằm trang bị những kiến thức tối ưu chonghiên cứu cũng như giải thích những vấn đề phát sinh trong thực nghiệm vàthực tế đồng ruộng

- Qua các sơ đồ chuyển hoá, cho thấy giữa các chất có mối liên quan vềmặt nguyên liệu là khả năng chuyển hoá một chất này thành một chất khácthông qua một số sản phẩm trung gian Ví dụ, carbohydrate có thể chuyển hoáthành aminoacid bằng cách amine hoá một số cetoacid Ngược lại một sốaminoacid có thể chuyển thành carbohydrate bằng cách loại nhóm aminoacidthành các cetoacid, rồi từ đó tổng hợp carbohydrate

Mối liên quan về mặt năng lượng thể hiện ở chỗ: khi phân giải một hợpchất nào đó năng lượng được tích luỹ trong ATP Nguồn ATP này được sử dụngcho các phản ứng tổng hợp Ví dụ, ATP được tạo thành trong quá trình đườngphân, quang phosphoryl hoá (quang hợp) và chủ yếu được tạo thành trong quátrình phosphoryl hoá oxy hoá (hô hấp) Sự phosphoryl hoá oxy hoá qua chutrình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử cho thấy rằng: bất kể acetyl-CoA cónguồn gốc từ carbohydrate, hoặc acid béo hay aminoacid cũng đều bị oxy hoá vàtổng hợp ATP

- Nhờ khả năng chuyển hoá tương hỗ giữa các chất mà cơ thể sinh vật thíchứng với môi trường Ví dụ vào mùa đông, ở cây trồng xảy ra sự chuyển hoá tinhbột thành đường và chất béo, nhờ đó khả năng chịu rét của cây trồng được nângcao Hoặc đối với một số động vật ngủ đông, do dự trữ lipid lớn, nên đã đảm bảocung cấp đủ năng lượng và các chất cần thiết cho cơ thể sử dụng trong suốt thờigian dài mùa đông; Làm rõ cơ chế chuyển hoá Glucid trong hạt khi nảy mầm đểtổng hợp nên Protein mầm; Sức nẩy mầm của những hạt giống chứa nhiều Lipidcao do tích luỹ và phân giải nhiều năng lượng, nhiều vật chất cung cấp cho hoạtđộng sống

Tiểu luận Hoá sinh thực vật

TÀI LIỆU THAM KHẢO

thực vật, nhà xuất bản Nông nghiệp

lâm Huế

Tùng, Nguyễn Văn Đồng, 2004 Hóa sinh học Nxb Y học, Hà Nội

Tiểu luận Hoá sinh thực vật