Hóa sinh động vật Thầy Đặng Thái Hải Carbohydrate

T/hóa carbohydrate ở đ/vật dạ dày đơn Sự tiêu hóa tinh bột và đường ở động vật dạ dày đơn - Sự tiêu hóa tinh bột - Sự tiêu hóa các disaccharide... Lactase là một β -glycosidase, thủy phâ

CHUYỂN HÓA CARBOHYDRATE

1 TIÊU HÓA VÀ HẤP THU

CARBOHYDRATE

T/hóa carbohydrate ở đ/vật dạ dày đơn Tiêu hóa carbohydrate ở đ/vật nhai lại

1.1 T/hóa carbohydrate ở đ/vật dạ dày đơn

Sự tiêu hóa tinh bột và đường ở động vật dạ dày đơn

- Sự tiêu hóa tinh bột

- Sự tiêu hóa các disaccharide

Sơ lược về cấu tạo phân tử tinh bột

Sự phân giải tinh bột

- Bắt đầu tại xoang miệng

Nước bọt chứa α-amylase, một endoglycosidase, th/phân lk α1,4 giữa các gốc glycosyl ở những khoảng ngẫu nhiên trong

-chuỗi, tạo ra những polysaccharide ngắn hơn (α-dextrin)

- Sự tiêu hóa tiếp tục nhờ enzyme của dịch tụy và ruột α

-amylase dịch tụy tiếp tục th/phân TB cho ra maltose, maltotriose

và các dextrin giới hạn (chứa 4-9 gốc glucose và có ít nhất một

lk α-1,6) Hai gốc glucose nối với nhau nhờ lk α-1,6-glycoside là isomaltose, không bị α-amylase th/phân (α-amylase chỉ đặc hiệu với lk α-1,4-glycoside và có ái lực thấp với lk α-1,4 ở đầu không khử của chuỗi)

Lactase là một β -glycosidase, thủy phân

liên kết β -1,4- của lactose (đường sữa)

tạo ra glucose và galactose

Trehalose chứa liên kết α -1,1- được trehalase thủy phân thành 2 glucose

Tiêu hóa các disaccharide:

Lactose Glucose + GalactoseLactase Trehalose Glucose + Glucose Trehalase

Sucrose Glucose + FructoseSucrase

(Glucose nối với Fructose nhờ lk α-1,2- glycoside)

Sự hấp thu các đường đơn:

TIÊU HÓA CARBOHYDRATE Ở DẠ CỎ

1.2 Tiêu hóa carbohydrate ở loài nhai lại

Các loại carbohydrate trong thức ăn

Carbohydrate, %DM Alfalfa Grass Corn

Các đường hòa tan 5 4 2

Chuỗi các đơn vị glucose nối với nhau bằng liên kết β -1,4-glycoside

Tiêu hóa chất xơ

- Cellulose

- Hemicellulose

- Pectine

- Lignin

– Liên kết với liglin nhiều hơn so với cellulose

Hemicellulose is more closely bound to lignin than cellulose

• Tiêu hóa cellulose

– Tại dạ cỏ

• Khoảng 90% cellulose được tiêu hóa

– Cần 2 bước

• Tiếp xúc với VSV Microbial attachment

• Thủy phân Hydrolysis

– Thủy phân cellulose

• Các enzyme cellulase là enzyme ngoại bào (extracellular)

• Các enzyme

– Endo-β-1,4-glucanase: phân giải các chuỗi cellulose

– Exo-β-1,4-glucanase: tách ra các đơn vị cellobiose (disac.)

– Cellobiase: phân giải các cellobiose thành 2 glucose

– Tiêu hóa hemicellulose

• Hemicellulose > Lignin-hemicellulose > Monosaccharides

complexes

• Các enzyme ở dịch dạ cỏ và bên trong tế bào

– Endoxylanase: Thủy phân các liên kết của xylose – Xylosidase: Thủy phân các liên kết của xylose – Arabinofuranosidase: Thủy phân các arabinoxylans – Glucuronidase: Thủy phân glucuronxylan

– Phân giải pectin

• Nhanh

Pectic lyase & Pectin methylesterase Polygalacturonase

Pectin > Polygalacturonic acid > Galacturonic acid

• Hình thành acetate

– Pyruvate oxidoreductase (Most common)

FAD FADH 2

Pyruvate Acetyl-CoA Acetate

CoA-SH CO 2 ADP ATP

– Pyruvate-formate lyase

CoA-SH ADP ATP

Pyruvate Acetyl-CoA Acetate

Formate

CH 4 + H 2 O

6H +

• Butyrate (60% butyrate từ acetate)

– Ngưng tụ (Condensation)

ATP ADP Acetyl-CoA CoA-SH

Pyruvate Acetyl-CoA Acetoacetyl-CoA

ATP

Butyrate

Sự hấp thu các AB:

– Con đường acrylate (Acrylate pathways)

Quan trọng ở kp giàu tinh bột Hình thành tới 40% propionate

NADH NAD +

Pyruvate Lactate Acrylyl-CoA

NADH Propionate

NAD +

Propionyl-CoA

• Lên men các SPTG (Fermentation of intermediates)

– Lactate

• KP nhiều chất xơ; Lactate → Butyrate

• KP nhiều tinh bột; Lactate → Propionate

• Các yếu tố điều khiển sản phẩm lên men

Factors controlling fermentation endproducts

– Tạo ATP nhiều nhất cho VSV (Maximum ATP yields for the microorganisms)

– Duy trì cân bằng OXH-K (Maintenance of

Reduction-Oxidation balance)

• Trong qt đường phân, 1glucose → 2 NADH+H +

– Phải được OXH để duy trì sự cân bằng Redox – Chất nhận điện tử

» Ở sinh vật hiếu khí Aerobic organisms

O 2 (→ H 2 O)

» Sinh vật yếm khí Anerobic organisms

CO 2 (→ CH 4 ) Pyruvate → Propionate Acetate → Butyrate

NO 3 → NO 2 → NH 3

SO 4 → S

– Redox balance trong dạ cỏ

• 2H (Đương lượng khử) được tạo thành:

– Glucose → 2 Pyruvate + 4H (dạng 2NADH+2H + )

– Pyruvate + H 2 O → Acetate + CO 2 + 2H (dạng 1 FADH 2 )

• 2H accepted:

– CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

– Pyruvate + 4H (2NADH +2H + ) → Propionate + H 2 O

– 2 Acetate + 4H (dạng 2NADH+2H + ) → Butyrate + 2H 2 O

– Tỷ lệ các sản phẩm lên men Fermentation balance

• Kp giàu xơ

– 5 Glucose → 6Acetate + Butyrate + 2Propionate + 5CO 2 + 3CH 4 + 6H 2 O

– Acetate:Propionate = 3 – CH 4 :Glucose = 60

• Kp giàu tinh bột

– 3 Glucose → 2Acetate + Butyrate + 2Propionate + 3CO 2 + CH 4 + 2H 2 O

– Acetate:Propionate = 1 – CH 4 :Glucose = 33

• Các ABBH - VFA production

– Nhiều nhất sau 4 giờ cho ăn

– Giảm xơDecreased forage and increased concentrate

» Decreased acetate and methane, increased propionate – Dietary buffers

» Increased acetate and methane, decreased propionate – Decreased physical form of diet (Grinding, pelleting etc)

» Decreased acetate and methane, increased propionate – Ionophores

» Decreased acetate and methane, increased propionate – Unsaturated fatty acids

» Decreased methane, increased propionate

• Examples of diet effects on VFA production

– Methane inhibitors

• Nitrates, sulfates, and alkaloids will inhibit CH 4 , but

decreases propionate and butyrate as well

• Chloral hydrate (CCl 4 )

– Reduces CH 4 and increases propionate

– H 2 accumulates and microbial growth is reduced

• Myristic acid (Brit J Nutr 90:529-540)

– A 14-carbon saturated fatty acid – Reduced CH 4 production by 58% while increasing propionate concentration (mmol/l) by 86%

– Did not affect DM intake – Tended to decrease NDF digestion

2 SỰ CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN CỦA

GLUCOSE

- Phân giải để khai thác năng lượng

- Chuyển hóa thành các SPTG làm nguyên liệu cho nhiều

qt STH

- Chuyển hóa thành glycogen dự trữ ở gan và cơ

2.1 Quá trình đường phân

(Glycolysis)

- Xảy ra trong tế bào chất (cytosol)

- Là chuỗi các p.ứ biến glucose thành pyruvate, một phần NL được g/phóng dưới dạng NAD.H và ATP

Glycogen, tinh bột, các loại disaccharide và các hexose

đi vào quá trình đường phân.

2.2 Các đường hướng chuyển hóa của pyruvate

Trong điều kiện yếm khí (Fermentation)

Ở tế bào cơ đ/vật, vi kuẩn Lactobacillus):

Tùy loài, pyruvate chuyển thành các chất khác nhau

Vòng Cori

Ở tế bào men rượu (Saccharomyces cerevisie):

Chuyển hóa pyruvate trong điều kiện hiếu khí

Pyruvate sẽ bị khử carboxyl OXH thành acetyl.CoA; chất này có thể đi vào chu trình citric acid và bị OXH thành CO2

và nước

Pyruvate là tiền chất của các chất hữu cơ khác

- Pyruvate = mắt xích q/trọng trong ch/hoá carbohydrate và protein; là tiền chất để tạo Ala Thông qua pư chuyển amin, nhóm amin từ Ala hình thành các amino acid khác, rồi thành protein

- Từ pyruvate tạo ra acetyl.CoA (ng/liệu để t/hợp các AB và lipid)

- Là ng/liệu t/hợp carbohydrate, trước hết là glucose

Sự b/đổi pyruvate thành glucose là 1 đường hướng tân tạo đường (gluconeogenesis )

Có sự khác nhau về enzyme của

2 quá trình đường phân và tân tạo đường

PEP carboxykinase

2.2.3 Chu trình citric acid

- Còn gọi là vòng Krebs hay chu trình các tricarboxylic acid

- Xảy ra trong chất nền ty thể

- Là cơ chế để OXH hoàn toàn các SPTG của sự ph giải carbohydrate, acid béo và acid amin

Ý nghĩa của chu trình citric acid

• Vai trò tr/tâm trong qt TĐC và NL, có ý/n cả đối với dị hóa và đồng hóa

• Là cơ chế OXH cuối cùng chung cho nhiều

SPTG của sự ph/giải carbohydrate, lipid và

protein

• Là cơ chế tạo ra các cặp hydro cao năng hiệu quả nhất; 4 cặp H tạo thành sẽ được OXH nhờ chuỗi h/hấp và tạo ra nhiều ATP

• Nhiều SPTG của ch/trình có thể là ng/liệu cho các qt STH

Ý nghĩa của chu trình Krebs với STH acid amin, protein và carbohydrate

Ý nghĩa của chu trình Krebs với STH acid béo và lipid

Số ATP tạo thành khi OXH acetyl.CoA trong

vòng Krebs và chuỗi hô hấp

năng lượng

Số ATP tạo thành

α -ketoglutarate

dehydrogenase

Succinyl.CoA synthetase GTP hay ATP 1

Succinate dehydrogenase FAD.H2 1,5

Tổng số 3NADH, 1FAD.H 2 ,

1GTP (ATP)

10

hay ATP

Phosphoryl hóa

bậc cơ chất

Phosphoryl hóa ôxy hóa

Tổng số: 32 ATP

FAD.H 2 hay ATP

Vòng Krebs

Glucose

Sự phosphoryl hóa OXH

• NADH và FAD.H2 hình thành trong đường phân, OXH AB và chu trình citric acid được đưa vào chuỗi hô hấp (chuỗi VC điện tử)

• Trong q/trình VC điện tử từ NADH và FADH 2 tới O 2 thông qua các thành viên của chuỗi hô hấp, NL tự do được g/phóng hợp diễn với sự tạo

thành ATP.

Q/trình VC điện tử làm H+ bị đẩy từ chất nền ra khoảng giữa 2 màng, tạo nên một sự chênh lệch về nồng độ proton và điện tích (gradient điện hoá proton) Khi gradient điện hoá này bị hoá giải do H+ qay về chất nền qua tổ hợp V (ATP- synthase), ATP được tạo thành từ ADP và Pi

2.2.4 Chu trình pentose phosphate

- Diễn ra ở các mô bào, nơi có qt sinh tổng hợp mạnh

Pha ôxy hóa của vòng pentose phosphate:

Các ph/ứng chuyển pentose phosphates thành hexose phosphates làm cho pha ôxy hóa có thể được tiếp tục Các enzyme transketolase và transaldolase đặc hiệu cho quá trình này.

Pha không ôxy hóa: tái tạo lại các hexosephosphate

Sơ đồ của pha không ôxy hóa:

Biến đổi 2 ph/tử pentose phosphates (5C) thành 1 triose phosphate (3C) và 1 sedoheptulose 7-phosphate (7C).

(5C) (5C) (3C) (7C)

(7C) (3C) (4C) (6C)

Cộng ba phương trình trên sẽ được:

2 Xylulose-5-phosphate + Ribose-5-phosphate ↔

2Fructose-6-phosphate + Glyceraldehyde -3-phosphate

2.2.5 Tổng hợp và phân giải glycogen

•Đường huyết và điều hòa đường huyết

•Phân giải glycogen ở gan và cơ

•Tổng hợp glycogen ở gan và cơ

Sự phân giải glycogen

- Tại gan và cơ, glycogen được phân giải chủ yếu theo cơ chế phosphoryl phân (có Pi tham gia)

- Glycogen phosphorylase , cắt lk α 1 → 4 glycoside

- SP là glucose-1-phosphate, tách ra từ đầu không khử

Phosphoryl phân glycogen

Đầu không khử Điểm rẽ nhánh

Glycogen phosphorylase

Hoạt tính transferase Dextrin giới hạn

Amylo-1,6-glucosidase

(n gốc glucose)

(n -1 gốc glucose)

Khi chuỗi còn khoảng 4 gốc glucose kể từ vị trí ph/nhánh, glycogen

phosphorylase bị ức chế Oligotransferase sẽ

h/động, cắt đoạn 3 gốc glucose khỏi chuỗi ngắn còn lại và gắn vào đầu không khử của chuỗi

thẳng khác trong ph/tử nhờ lk (α1→4)

Nhánh glycogen mới dài thêm 3 gốc glucose tiếp tục bị phosphorylase

ph/giải

Tổng hợp glycogen ở gan và cơ

Glucose + ATP → Glucose-6-phosphate + ADP

- Hoạt hóa đường glucose do hexokinase x/tác:

- Đồng phân hóa Glucose -6-Phosphate do phosphoglucomutase

x/tác:

Glucose-6-phosphate → Glucose-1-phosphate

- Tạo UDP-glucose do UDP-glucose pyrophosphorylase x/tác:

Glucose-1-phosphate + UTP → UDP-glucose + PPi

- Tạo chuỗi amylose do glycogen synthetase x/tác:

- Tạo mạch nhánh của glycogen nhờ enzyme rẽ nhánh

Khi chuỗi thẳng có ít nhất 11 gốc glucose, enzyme rẽ nhánh sẽ chuyển đoạn 6-7 gốc glucose của đầu không khử của nhánh đến gắn với C6 của phân tử glucose của cùng chuỗi hoặc một chuỗi khác

Một liên kết (α 1→6) glycoside hình thành (một chuỗi mới được tạo ra) Đoạn còn lại của nhánh cũ và nhánh mới lại tiếp tục được kéo dài