Chương 9: Sự trao đổi saccharide

sự phân giải polysaccharide và disaccharide: Ngoài biện pháp dùng acid để phân giải thì polysaccharide và disaccharide còn có thể bị phân giải bởi sự thủy phân hay bởi quá trình phosphoryl-

145 Chương Sự trao đổi saccharide 9.1 Sự phân giải saccharide 9.1.1 Sự phân giải polysaccharide disaccharide Ngoài biện pháp dùng acid để phân giải polysaccharide disaccharide cịn bị phân giải thủy phân hay trình phosphoryl- phân (phosphorolysis) Sự thủy phân phân giải tinh bột thành glucose, maltose hay dextrin tùy thuộc vào tính chất enzyme: α-amylase cắt liên kết αD-glucosidic-1,4 có khả cắt khoảng giữa, β-amylase cắt liên kết 1,4 có khả cắt đầu không khử,γ -amylase đặc biệt tổng hợp từ vi sinh vật có khả cắt liên kết 1,4 enzyme loại trừ (khử) phân nhánh (debranching enzyme, có họat tính glucosidase) cắt dây nối 1,6 amylopectin glycogen Các polysaccharide bị thủy phân cac enzyme tương ứng khác cellulose cellulase, pectin pectinase, Với disaccharide bị phân giải thành monose nhờ enzyme tương ứng sucrose sucrase để tạo thành glucose fructose, maltose maltase để tạo thành phân tử glucose Quá trình phosphoryl- phân (phosphorolysis) trình tạo glucose-1-P nhờ enzyme phosphorylase (glycogen phosphorylase hay phosphorylase tinh bột) với diên ion phosphate Phosphorylphân khác với thủy phân liên kết glucosidic lượng giải phóng dùng cho tạo liên kết ester glucose-1-P (Hình 9.1.) Enzyme phosphorylase có coenzyme: Pyridoxal phosphate, nhóm phosphate cơng chất xúc tác acid, công liên kết glucosidic Pi Phosphorylase công vào đầu không khử glycogen (hay amylopectin) đến cách chổ phân nhánh đơn vị glucose ngừng lại Chúng họat động trở lại sau enzyme loại trừ (khử) phân nhánh (debranching enzyme) thực chức transferase glucosidase (Hình 9.2.) Các disaccharide bị phosphoryl-phân (phosphorolysis) enzyme tương ứng để tạo dẫn xuất phosphate monose đồng thời giải phóng monose thứ hai Ví dụ maltose phosphorylase chuyển hố maltose thành glucose-1-P glucose 146 Đầu khơng có tính khử Chuỗi glycogen (glucose)n Đầu khơng có tính khử Hình 9.1 Sự phosphoryl-phân để tạo glucose-1-phosphate 9.1.2 Sự oxy hoá monosaccharide Dưới tác động hệ thống nhiều enzyme khác có ty thể, monosaccharide bị oxy hóa để tạo CO2, H2O, hợp chất cao sinh chất trung gian khác cần cho q trình hóa sinh xảy thể Sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào điều kiện môi trường: 147 liên kết α 1-6 Đầu không khử Enzyme loại trừ phân nhánh Enzyme loại trừ phân nhánh Hình 9.2: Sự phân giải glycogen glycogen phosphorylase 9.1.2.1 Q trình phân giải kỵ khí( glycolysis) Q trình cịn gọi q trình Embden-Meyerhof-Parnas, q trình chuyển hóa hexose thành pyruvate điều kiện khơng có oxy, khái qt chuyển hóa qua hai giai đọan gồm nhiều phản ứng hình 9.3 Phản ứng 1: Glucose phosphoryl hóa C6 sản phẩm glucose-6-P, nguồn phosphate ATP 148 Trong điều kiện tế bào phản ứng chiều, xúc tác enzyme hexokinase Kinase tên chung dùng cho enzyme xúc tác chuyển gốc phosphate từ ATP cho chất nhận, lớp phụ transferase Hexokinase xúc tác phosphoryl hóa glucose mà cịn xúc tác phosphoryl hóa hexose khác fructose, manose Hexokinase, kinase khác cần Mg2+ cho hoạt tính chất thật enzyme ATP4- mà ATP2Hexokinase phổ biến tất loại tế bào Tế bào gan trưởng thành có chứa hexokinase gọi hexokinase D hay glucokinase đặc hiệu cho glucose, khác với dạng khác động học tính chất điều hịa Phản ứng 2: Chuyển hóa glucose-6-P thành fructose-6-P Enzyme phosphohexose isomerase xúc tác chuyển hóa đồng phân glucose-6-P thành fructose-6-P, biến aldose thành ketose 149 Phản ứng mồi thứ Phản ứng mồi thứ Sự tách đường phosphate 6C thành đường phosphate 3C Sự oxy hóa phosphoryl hóa Phản ứng thứ tạo ATP Phản ứng thứ tạo ATP (sự phosphoryl hóa mức chất Hình 9.3 Q trình đường phân (glycolysis) 150 Phản ứng 3: Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose1,6 biphosphate Trong điều kiện tế bào phản ứng PFK-1 xúc tác phản ứng chiều Ở vi sinh vật, sinh vật đơn bào(protista) hầu hết hay tất thực vật có phosphofructokinase dùng P~P, không dùng ATP làm nguồn cung cấp phosphate để tạo fructose1,6 biphosphate Mg2+ Fructose-6-P + PPi Fructose1,6 biphosphate + Pi Phản ứng 4: Phân cắt Fructose 1,6 biphosphate Fructose1,6 biphosphate bị phân cắt thành triose phosphate :3phosphate glyceraldehyde dihydroxy acetonphosphate Aldolase mơ động vật có xương khơng cần cation hóa trị 2, nhiều aldolase vi sinh vật cần Zn2+ cho họat động chúng 151 Glycogen, tinh bột, disaccharide, hexose vào pha chuẩn bị (preparatory phase) thể rõ hình 9.4 Phản ứng 5: Chuyển hóa nội phân tử triose phosphate Chỉ hai triose phosphate aldose: 3-P glyceraldehyde tham gia tiếp vào trình đường phân Nhưng dihydroxyaceton-P chuyển hóa thành 3-P glyceraldehyde nhờ triose phosphate isomerase 152 Glycogen; tinh bột Hình 9.4: Mối liên quan trình đường phân số saccharide Phản ứng 6: Oxy hóa 3-P glyceraldehyde thành 1,3 biphosphoglycerate Xúc tác cho phản ứng enzyme 3-P glyceraldehyde dehydrogenase, có coenzyme NAD+, trung tâm hoạt động có nhóm -SH Cơ chế phản ứng nghiên cứu đầy đủ: 153 Sau tạo phức hợp E-S NADH+H+, phức khơng bền nên có mặt phosphate vơ tạo thành 1,3 biphosphoglycerate giải phóng enzyme trạng thái tự Hình 9.5: Cơ chế tác động glyceraldehyde phosphate dehydrogenase Phản ứng 7: Trong phản ứng gốc phosphate cao 1,3 biphosphoglycerate chuyển cho ADP để tạo ATP ( oxy hóa phosphoryl hóa mức chất) 3P glycerate 154 Phản ứng 8: Chuyển hóa 3P glycerate thành 2P glycerate (chuyển gốc P nội phân tử) nhờ enzyme phosphoglycerate mutase cần Mg2+ cho hoạt động Đây phản ứng thuận nghịch: 160 Phản ứng 5: Năng lượng liên kết cao succinyl CoA dùng để tạo ATP thông qua GTP Đây chặng phản ứng chu trình Krebs xảy tích lũy lượng ATP Phản ứng 6: Ở có kìm hãm cạnh tranh enzyme succinate malonate Coenzyme khử FADH2 qua chuỗi hô hấp tạo ATP Phản ứng 7: Là phản ứng hydrate hóa fumarate để tạo malate tác dụng enzyme fumarase Trạng thái chuyển tiếp Carbanion Fumarase có tính đặc hiệu cao, xúc tác hydrate hóa nối đơi fumarate (dạng trans) mà không tác động lên maleate( đồng phân dạng cis fumarate) 161 Phản ứng 8: Malate tạo phản ứng tiếp tục bị oxy hóa oxaloacetate, enzyme xúc tác cho phản ứng malate dehydrogenase Như vịng chu trình khép kín, oxaloacetate tạo khác với oxaloacetate mở đầu phản ứng thành phần carbon, oxaloacetate bổ sung carbon từ acetyl-CoA Oxaloacetate mở đầu phản ứng có carbon tham gia tạo CO2 phản ứng Ý nghĩa trình đường phân chu trình Krebs 1/ Là đường hướng phân giải tạo sản phẩm trung gian để tạo thành chất khác cần cho sống 2/ Tạo coenzyme khử ATP Việc tạo lượng, sử dụng lượng coenzyme khử qua trình đường phân (glycolyis) chu trình Krebs tóm tắt sau: Glucose→glucose 6-phosphate Fructose 6-phosphate → fructose 1,6-bisphosphate Glyceraldehyde 3-phosphate → 1,3-bisphosphoglycerate 1,3-Bisphosphoglycerate → 3-phosphoglycerate Phosphoenolpyruvate → pyruvate Pyruvate → 2acety-CoA Isocitrate → α-ketoglutarate α-Ketoglutarate → succinyl-CoA Succinyl-CoA → succinate (hoặc GTP) Succinate → fumarate Malate → oxaloacetate -1 ATP -1 ATP NADH ATP ATP NADH NADH NADH ATP FADH2 NADH 162 Chu trình citric acid Hình 9.6 Sơ đồ tổng quát chu trình citric acid Ở thực vật số vi khuẩn cịn có đường hướng khác việc chuyển hóa acetyl-CoA Các phản ứng chuyển hóa tạo nên chu trình gọi chu trình glyoxylate Giữa chu trình chu trình Krebs có giai đọan giống (hình 9.7) 163 Chu trình Glyoxylate Hình 9.7 Tóm tắt chu trình glyoxylate 9.1.2.3 Chu trình pentose phosphate Là phân giải trực tiếp glucose Phosphate khơng qua q trình đường phân, gồm giai đoạn oxy hóa tái tạo hexose phosphate Pentose phosphate (hexose monophosphate) gây oxy hóa khử carboxyl hóa C1 glucose Phosphate, khử NADP+ thành NADPH pentose phosphate NADPH cần cho phản ứng sinh tổng hợp pentose phosphate cần cho tổng hợp nucleotid nucleic acid Pha thứ pentose phosphate qúa trình oxy hóa glucose Phosphate để tạo ribulose phosphate khử NADP+ thành NADPH Pha thứ hai (nonoxidative) chuyển hóa pentose phosphate thành glucose Phosphate bắt đầu chu trình trở lại 164 Hình 9.8 Sơ đồ pha thứ chu trình pentose phosphate Trong pha thứ hai, phản ứng xúc tác transaldolase transketolase ... Đầu khơng có tính khử Hình 9.1 Sự phosphoryl-phân để tạo glucose-1-phosphate 9.1.2 Sự oxy hoá monosaccharide Dưới tác động hệ thống nhiều enzyme khác có ty thể, monosaccharide bị oxy hóa để tạo... 149 Phản ứng mồi thứ Phản ứng mồi thứ Sự tách đường phosphate 6C thành đường phosphate 3C Sự oxy hóa phosphoryl hóa Phản ứng thứ tạo ATP Phản ứng thứ tạo ATP (sự phosphoryl hóa mức chất Hình 9.3... trình Krebs (chu trình citric acid) - Oxy hóa coenzyme khử qua chuổi hô hấp(xem phần khái niệm trao đổi chất) - Chuyển hóa pyruvate thành acetyl-CoA(hiếu khí) 158 - Oxy hóa acetyl-CoA qua chu trình