CHƯƠNG 6: CÁC ĐƯỜNG HƯỚNG CHUYỂN HÓA CHÍNH CỦA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

C¸c ®­uêng h­uíng chuyÓn hãa chÝnh  cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬C¸c ®­uêng h­uíng chuyÓn hãa chÝnh S¬ ®å tæng qu¸t ChuyÓn hãa gluxit ChuyÓn hãa protein, axit amin ChuyÓn hãa lipit S¬ ®å tæng qu¸t (qu¸ tr×nh trao ®æi hiÕu khÝ)

CHƯƠNG VI.

C¸c ® uêng h uíng chuyÓn hãa chÝnh cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬

Các đ uờng h uớng chuyển hóa chính

- Sơ đồ tổng quát

- Chuyển hóa gluxit

- Chuyển hóa protein, axit amin

- Chuyển hóa lipit

1 Sơ đồ tổng quát(quá trình trao đổi hiếu khí)

LM Yếm khí

LM

Hiếu khí

- Các hợp chất khác nhau đều đu ợc phân huỷ bởi một số đ uờng h uớng chung

- ATP đầu tiên đu ợc tạo ra bởi quá trình oxi hoá phosphoryl hoá

Tóm tắt quá trình trao đổi chất

Các đ uờng h uớng chuyển hóa chính

• Oxy hoá để giải phóng năng l uợng

• bổ sung nguồn cacbon và xây dựng bộ khung

cho quá trình đồng hoá

• Các đu ờng hu ớng thuận nghịch (amphibolic)

• Thực hiện theo cả 2 đu ờng dị hoá và đồng hoá

2 ChuyÓn hãa gluxit

2 ChuyÓn hãa gluxit

Sù ph©n gi¶i

invertaza

Β gactozidase maltase

phosphorilase

Pvc

Sù phosphoril ph©n

[glucose]n [glucose] + Glucose-1P

Sù thñy ph©n: xóc t¸c bëi hÖ enzym thñy ph©n vµ nu íc

tinh bét dextrin, maltose, glucose

maltose glucose

sacarose glucose + fructose

lactose galactose + glucose

amilase

2 ChuyÓn hãa gluxit

KÞ khÝ (h« hÊp yÕm khÝ)

+ chuyÓn glucose thµnh axit piruvic

+ chuyÓn hãa yÕm khÝ axit piruvic

(lªn men)

Sù oxy hãa monosacarit

HiÕu khÝ (h« hÊp hiÕu khÝ)

+ chuyÓn glucose thµnh axit piruvic

Các con đường cơ bản chuyển hoá gluxit

• Tªn: glycolysis, Embden-Meyerhof

• X¶y ra trong tÕ bµo chÊt

• Cã 3 giai ®o¹n

- Ho¹t hãa ph©n tö ® uêng

- BÎ g·y ph©n tö ®u êng (6C thµnh hai ph©n tö 3C)

- Oxi hãa ph©n tö 3C thµnh axit piruvic

Qu¸ tr×nh ®u êng ph©n

Qu¸ tr×nh ®u êng ph©n

Ho¹t ho¸ ph©n tö ®u êng nhê ATP

Oxy ho¸ t¹o NADH

ATP ® uîc t¹o thµnh bëi sù

phosphoril ho¸ ë møc c¬ chÊt (tõ c¸c

hîp chÊt chøa liªn kÕt cao n¨ng)

Hoạt hóa và cắt đôi phân tử đu ờng

Hoạt hoỏ glucose

Bẻ góy mạch

C6 → C3

Pha oxy hãa

Phosphoryl hoá

oxy hoá

Tãm t¾t qu¸ tr×nh ® uêng ph©n

• Qu¸ tr×nh x¶y ra kh«ng cã sù tham gia cña oxy

• Glucoza ® uîc oxy hãa thµnh 2 axit piruvic, kÌm theo sù gi¶i phãng ra 2ATP vµ 2 coenzym khö NADH2

• ATP ®u îc t¹o thµnh theo kiÓu phosphoril hãa ë møc c¬ chÊt

• Qu¸ tr×nh ® uîc ®iÒu hßa bëi l uîng ATP, c¸c enzym dÞ lËp thÓ (hexokinaza, PFK-1 vµ piruvat kinaza)

• Ph U¬ng tr×nh tæng thÓ

Chuyển hoá các gluxit khác

Chu tr×nh pentoza phosphat

(hexose monophosphate)

Tham khảo

a.Có ở một vài vi khuẩn đồng thời với glycolysis

b.Phân giải glucose hoặc pentoses

c. Tạo NADPH cho các phản ứng yếm khí

d. Cung cấp chất trung gian tổng hợp nucleic acid, acid amin và glycolysis

– Ribose 5-P cho tổng hợp nucleic acid synthesis

– Glyceraldehyde 3-P, fructose 3-P cho glycolyz

– Erythrose 4-P cho tổng hợp axit amin

Tạo đường cần cho quá trình sinh tổng hợp

Đường có thể chuyển hoá tiếp

Chu tr×nh pentoza phosphate

(oxi hãa trùc tiÕp glucoza) Tham khảo

glycolyz

Tham khảo

Tãm t¾t qu¸ tr×nh pentoza phosphat

glucose-6-P + 12NADP+ + 7H2O

↓

6CO2 + 12NADPH + 12H + P i

Tham khảo

CH3COCOOH CH3CO ~ SCoA

Sù oxi hãa axit piruvic th nh Axetyl coA à

Piruvat dehydrogenase

HSCoA

CO2

NADH2 NAD

LTDP

LTDP: L ipo T iamin D i P hosphat

Trang 80-81, Hóa sinh công nghiệp

Axetyl-CoA

Sù oxy hãa axit piruvic

th nh à

axetyl coA

Chu trình Krebs

• Tên: Axit citric, Tricarboxylic Acid Cycle (TCA)

• Xảy ra khi có mặt của oxy

• Phổ biến ở các vi khuẩn hiếu khí, nguyên sinh động vật, tảo và nấm

Trang 82-85, Húa sinh cụng nghiệp

Chu tr×nh Krebs

Phân tử có mức năng lượng cao

Bước oxh và loại CO2

Oxh và phân hủy hoàn toàn

Cũng tạoNADH

Năng lượng dùng cho

sự ngưng tụ giữa nhóm acetyl với oxaloacetat

Chu trình Krebs

• các đ uờng h uớng oxy hóa chính các chất hữu cơ đều tạo thành axetyl CoA

• là con đ uờng chung cuối cùng cho sự chuyển hóa các hợp chất hữu cơ

• nhóm axetyl (2C) trong axetyl CoA đ uợc oxy hóa tận cùng tới 2 phân tử CO2

• có 4 vị trí tạo coenzym khử (3NADH2, 1FADH2), 1 vị trí phosphoril hóa ở mức cơ chất (tạo

1GTP)

Chu trình Krebs

• cung cấp bộ khung cacbon cho quá trình tổng hợp các chất trao đổi cần thiết của tế bào (tổng hợp axit amin, axit béo, glucoza…)

Điều hoà oxyhoá axit piruvic

Chu tr×nh Krebs

- Acetyl CoA

- NAD+, FAD+

- ADP, Pvc, O2

Chu tr×nh Krebs

• Ph u¬ng tr×nh tæng qu¸t cña chu tr×nh

Axetyl CoA + 3NAD + FAD + GDP + Pvc+ 2H2O

2CO2 + 3 NADH2+ FADH2+ GTP + CoA

HiÖu suÊt tÝch lòy ATP khi oxy hãa hiÕu khÝ 1 ph©n tö glucoza ë c¸c tÕ bµo eucaryot

Qu¸ tr×nh ® uêng ph©n

phosphoril hãa ë møc c¬ chÊt (ATP)

oxy hãa phosphoril hãa 2 NADH2 2 ATP

6 ATP

2 piruvic thµnh 2 axetyl CoA

Chu tr×nh Krebs

phosphoril hãa ë møc c¬ chÊt (ATP)

oxy hãa phosphoril hãa 6 NADH2

oxy hãa phosphoril hãa 2 FADH2

2 ATP

18 ATP

4 ATP

Sù lªn men

- Qu¸ trinh chuyÓn hãa yÕm khÝ axit piruvic

- T¸i oxy hãa coenzym khö

- HiÖu suÊt nang lu îng thÊp: 2ATP/glucose

- Tiªu thô glucoza vµ t¹o s¶n phÈm lªn men

- C¬ së c«ng nghiÖp lªn men thùc phÈm, hãa

chÊt

Trang 329-374- HSCN

Cơ sở các quá trình lên men

công nghiệp

Tác nhân lên men và sản phẩm

Lên men bia, bánh mỳ…

Lªn men lactic

- L lactic: s¶n phÈm t¹o ra trong c¸c m« c¬ éng vËtđ

- D lactic: qu¸ trinh muèi chua rau qu¶, s a chua, phomatữ …

Lên men r uợu etylic

- Chủng Saccharomyces cerevisiae

- Nồng độ đu ờng 10-18%, pH 4-5, to 29-32oC

- Hiệu ứng Pasteur: khi có mặt của oxy, hiệu suất quá trinh lên men giảm

Sự lên men bởi nấm mốc

- Là quá trình lên men hiếu khí (oxy là chất nhận điện tử cuối cùng)

- Thực chất là các phản ứng oxy hóa khử không hoàn toàn nhờ phức hệ enzym của nấm mốc qua chu trình Krebs

- Các sản phẩm đ uợc tích tụ và đi vào môi tru ờng một cách trực tiếp hoặc sau khi biến

đổi chút ít

- Một số sản phẩm: axit gluconic, xitric, fumaric, sucxilic…

Lªn men xitric (axit chanh)

Nguyên tắc điều hòa các phản ứng lên men

Bản chất quá trình lên men

- là một quá trình oxy hóa khử sinh học

(1 chuỗi phản ứng có enzym xúc tác)

- xảy ra d uới sự hoạt động sống của tế bào vi sinh vật

Nguyên tắc điều hòa

Sù thñy ph©n protein

- pepxin (d¹ dµy)

protein peptit + axit amin

- tripxin, kimotripxin, cacboxypeptidase,

aminopeptidase (ruét)

peptit axit amin

2 ChuyÓn hãa protein, axit amin

Sù ph©n gi¶i axit amin

axit amin CO2 + H2O + NH3

C¸c ph¶n øng thu êng gÆp

- lo¹i amin

- lo¹i cacboxyl

- chuyÓn hãa m¹ch bªn

(xem thªm qu¸ tr×nh g©y thèi háng s¶n phÈm do VSV tr127-128)

2 ChuyÓn hãa protein, axit amin

Chu trình phân giải axit amin

Lên men axit amin

- Khi oxy hóa một axit amin này phải sử dụng một axit amin khác làm chất nhận điện tử

- Khi nuôi VSV trong một số điều kiện nhất

định có thể tích tụ đu ợc một lu ợng lớn axit amin trong môi tr ờng

Trang 380 – 389- HSCN

Lên men glutamic

- Chủng VSV: vi khuẩn Corynebacterium glutamincum

- Thành phần môi tr uờng: gluxit (glucose 10%)

nguồn nitơ : ure biotin (2,5μg/L canh tr uờng)

- Hiếu khí tuyệt đối

CH2-COOH CH2-COOH CH2-COOH

| NADPH2 | NADP |

CH2 + NH3 CH ↔ 2 CH↔ 2

| + H2O | |

CO-COOH C=NH-COOH CHNH2-COOH

α- cetoglutaric aminoglutamic a.glutamic

3 ChuyÓn hãa lipit

Simple lipids

Fatty acids Glycerol

Dihydroxyacetone

phosphate

(Glycolytic pathway)

Trao i lipit đổ

Qu¸ tr×nh ®u êng

ph©n

Qu¸ tr×nh beta oxy hãa

- ChuyÓn c¸c axit bÐo chu a no thµnh axit bÐo no

- Ho¹t hãa ph©n tö axit bÐo bëi ATP

- Oxy hãa ph©n tö axit bÐo theo tõng vßng lÇn l ît

- Mçi vßng beta oxy hãa:

+ gåm 4 ph¶n øng

+ c¾t ng¾n m¹ch RH cña axit bÐo 2 ph©n tö cacbon

+ t¹o mét ph©n tö axetyl CoA (CH3COSCoA)

+ t¹o 1NADH2, 1 FADH2

Qu¸trinhBeta oxy ho¸

Oxy hãa axit palmitic – HiÖu suÊt tÝch lòy ATP

• Palmitic: C-16

• Cần 1 ATP (hoạt hoá bởi acetyl-CoA)

• TÝnh cho 1 vßng beta oxyhãa:

1 FADH2 = 2 ATP 5 ATP

1 NADH2 = 3 ATP

• Palmitic Acid = 16 carbon = 8 mảnh acetyl-CoA

• Số vòng beta-oxy hoá = 8-1 = 7

• ATP do beta oxy hoá = 7 vòng x 5 ATP= 35 ATP

• ATP do oxy hoá acetyl CoA: 8 x 12 = 96 ATP

• ATP tổng số từ oxy hoá Palmitic:

35 - 1 + 96 = 130 ATP

HiÖu suÊt tÝch lòy ATP

HiÖu suÊt tÝch lòy ATP

- Theo chu tr×nh Krebs : 38 ATP/ 6C (glucoza)

- Beta oxy hãa : 130 ATP/16 C (a palmitic)