Công thức hóa sinh học

b/ Hoá tính: Do sự có mặt của nhóm Cacbonyl, nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên có các tính chất hóa học đặc trưng :  Phản ứng oxi hoá: Là pp xác định hàm lượng glucose trong máu và nước

Trang 1

MỤC LỤC

A ĐẠI CƯƠNG VỀ MONOSACCHARIDE 2

1 Định nghĩa 2

2 Phân loại 2

3 Nhiều dẫn xuất hexose có mặt trong cơ thể sống 4

4 Tính hoá lý của đường đơn 5

B TỔNG QUÁT VỀ SỰ CHUYỂN HOÁ TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC MS 8

I Chu trình đường phân 9

II Chu trình Krebs 17

III Chu trình Pentosephosphate 22

IV Chu trình Quang hợp 25

C ATP VÀ HIỆU SUẤT TÍCH LUỸ NĂNG LƯỢNG 28

Trang 2

A ĐẠI CƯƠNG VỀ MONOSACCHARIDE:

1. Định nghĩa: Monosaccharide là những glucid đơn giản không thể

thuỷ phân được, là các dẫn xuất aldehyde hoặc ketone của các polyol.

2 Các dạng tồn tại của Monosaccharide :

a/ Dạng mạch hở: Monosaccharide thường tồn tại 2 dạng aldehyde và ketone

1.Trioses

2.Tetrose

D-Erythrose D-Threose D-Erythrulose3.Pentoses

CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D- Ribose D- Arabinose D- Xylose D- Lyxose

D_ribulose L_xilulose

Trang 3

4.Hexose

CH 2 -OH CH 2 -OH CH 2 -OH CH 2 -OH D- Glucose D- Mannose D- Galactose D- Allose

CH 2 OH CH 2 OH D-Psicose D-Fructose

CH 2 -OH CH 2 -OH CH 2 -OH CH 2 -OH D- Altrose D- Talose D- Gulose D- Idose

CH 2 OH CH 2 OH D-Sorbose D-Tagatose

b/Dạng mạch vòng: Monosaccharide thường tồn tại ở dạng vòng

_ Dạng vòng của các aldose được gọi là vòng hemiacatal

_ Dạng vòng của các ketose được gọi là vòng hemiketal

_ Vòng pyranose(6 cạnh): nhóm CHO ở C1 nối vòng với nhóm OH ở C5

_ Vòng furanose (5 cạnh): nhóm CO ở C2 nối vòng với nhóm OH ở C5

H OH H OH H

OH H CHOH

CH 2 OH

H H OH H

OH H CHOH

CH 2 OH

O

Trang 4

Ribose Deoxyribose

 MS phần lớn tồn tại dạng vòng 6C, có cấu hình dạng ghế hay dạng thuyền.Thôngthường dạng ghế bền hơn dạng thuyền(104 phân tử dạng ghế:1 phân tử dạng thuyền)

Dạng ghế Dạng thuyền

3 Nhiều dẫn xuất hexose có mặt trong cơ thể sống: đặc biệt là các dẫn xuất của

glucose: glycolipid, glycoprotein, glycosamine…

_ Nhóm NH2 sẽ nhóm OH ở C2 của glucose, và liên kết với acid acetic tạo acetylglucosamine có mặt trong nhiều cấu trúc sinh học như vách tế bào vi khuẩn._ Oxygen ở C3 của N-acetylglucosamine liên kết ether với acid lactic tạo N-acetylmuramic acid

N-_ Nhóm OH ở C6 khi bị thay bởi –H trong galactose và manose sẽ tạo fucose và

rhamnose là thành phần của glycolipid, glycoprotein

_ Nhóm CHO ở C1 bị oxi hoá thành –COOH tạo gluconic acid.Nếu cả C6 bị oxi hoá

sẽ tạo glucuronic acid Dạng ester của 2 acid này là lactone.

Trang 5

4 Tính hoá lý của monosaccharide:

a/ Lý tính:

_ Ngoại trừ glyceraldehide,các monosaccharide còn lại đều có tính quang hoạt.

_ Do sự có mặt của nhiều nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên các monosaccharide ở dạng tinh thể tan rất tốt trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ, phần lớn có

vị ngọ và không màu

b/ Hoá tính: Do sự có mặt của nhóm Cacbonyl, nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên

có các tính chất hóa học đặc trưng :

 Phản ứng oxi hoá: Là pp xác định hàm lượng glucose (trong máu và nước tiểu), dd glucose sẽ oxi hoá thuốc thử Fehling có chứa Cu2+ tạo cặn Cu+(màu đỏ) Từ đó

xác định lượng glucose Ngày nay người ta thay bằng pp sử dụng enzyme glucose

oxidase.

OH H

CHO C C O

H 2

OH H

COOH C C O

+

OH H

CHO C C O

C OH H

H

CH 2 OH

OH H

COOH C C O

C OH H

H

COOH glucoza

CH 2 OH H H

OH H

OH OH

H OR

H bao ve nhom

O H H

OH H

OH OH

H OH

H COOH

 Phản ứng khử: tạo rượu

D-glucose D-sorbitol D-manose D-manitol

Trang 6

OH H

CHO C C O

quan trọng nhất là tao phức ester với nhóm phosphate - sản phẩm của nhiều quá

trình chuyển hoá trao đổi chất trong cơ thể như glyceraldehide-3-phosphate,

D-glucose-6-phosphate, D-glucose-1-phosphate…

 Phản ứng tạo liên kết glucoside :

D-glucoza CH 3 OH

Cl H

O

CH 2 OH H H

OH H

OH OH H

CH 2 OH H H

OH H

OH OH

H H

O CH 3

+

 Phản ứng với acid: Khi đun với acid ở nồng độ cao(HCl 12% hay H 2 SO 4

đđ), pentose, hexose sẽ tách H2 O tạo furfurol, oxymethylfurfurol.

C5H10O5 -H2O

O

C H O

 Tác dụng với Phenylhydrazin : Monosacharide có thể phản ứng với các amin

Điển hình nhất là tác dụng giữa Monosacharid và Phenylhydrazin C6H5NH-NH2 dư

Phản ứng xảy ra theo 3 giai đoạn :

Trang 7

Giai đoạn 1 : tạo Phenylhydrazon

OH H

CHO C C O

C OH H

CH 2 OH glucoza

C OH H

CH 2 OH

C C

C C C O

+

Giai đoạn 3 : nhóm cacbonyl phản ứng với Phenylhydrazin tạo nên sản phẩm cuối

cùng là phenylosazon của glucose:

O

C C C O

Do sự hóa vòng của osazon có tác dụng chặn nhóm -OH tự do bên cạnh nên phản ứng

dừng lại ở giai đoạn này

Trang 8

B TỔNG QUÁT VỀ SỰ CHUYỂN HOÁ TƯƠNG HỖ CỦA CÁC MONOSACCHARIDE:

_ Sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp là acid phosphoglycerinic Chất này tiếp tục bị chuyển hoá tạo các monosaccharide: glucose, fructose và các sản phẩm đồng phân như manose, galactose.

_ Phần lớn sự chuyển hoá tương hỗ của các monosaccharide là nhờ phản ứng enolhoá của các dạng hydrate của các monosaccharide này

_ Sự chuyển hoá giữa galactose, glucose, fructose là nhờ tác dụng của enzyme tương

ứng xúc tác cho phản ứng phosphoryl hoá và tạo các dạng ester phosphate của đường.

Sau nhờ các enzyme đồng phân hoá tạo các ester phosphate của các loại đường khác

nhau và dưới tác dụng của enzyme phosphatase sẽ giải phóng đường tự do:

galactose + ATP ↔ galactose-1-phosphate + ADP

glucose-1-phosphate ↔ glucose-6-phosphate ↔ frutose-6-phosphate

glucose-6-phosphate ↔ glucose + H3PO4

_ Quá trình tạo đường pentose:

+ Từ acid galacturonic, acid glucuronic tách CO2 tạo araban và xilan (ở TV)

+Từ acid dẫn xuất oxi hoá của hexose (C1)

+ Ngưng tụ phosphodioxyacetone với chất 2C như aldehyde acetic hay aldehyde

glicolic, xúc tác aldolase

Xilulose-5-℗ + ribose-5-℗ ↔ xodoheptulose-7-℗ +aldehyde-3-phospho

glycerinic (nhờ transxetolase xúc tác)

(nhờ transaldolase xúc tác)

Trang 9

_Sản phẩm của phản ứng trên đóng vai trò quan trọng trong các quá trình trao đổiglucid khác nhau ở cơ thể SV (trong chu trình pentosephosphate, trong quang hợp…).

Quá trình đường phân gồm 2 phase:

- Phase chuẩn bị (preparatory phase): từ 1 phân tử glucose có 6C tạo ra 2 phân tử

glyceraldehydes-3-phosphate 3C Phase này có sử dụng năng lượng (2ATP).

- Phase hoàn trả (payoff phase): biến đổi glyceraldehydes-3-phosphate thành

pyruvate kèm theo tồng hợp ATP và hoàn trả lại ATP đã sử dụng ở phase

chuẩn bị

Sau đó pyruvate sẽ chuyển đổi theo 3 hướng:

Ở điều kiện hiếu khí (aerob): khi có mặt oxy, pyruvate sẽ bị oxy hóa tạo gốc acetyl Chất này sau đó tạo phân tử acetyl – Coenzyme A và bị oxy hóa hoàn toàn đến CO2 và

H2O thông qua chu trình Krebs và chuỗi hô hấp trong màng ty thể, giải phóng năng

lượng ở dạng ATP

Pyruvate bị khử thành acid lactic (lactate): Lactate được tạo thành trong quá trình lên

mem lactic, thường xảy ra trong mô cơ hay do vi khuẩn sống ở điều kiện yếm khí gâyra

lên men rượu

lên men lactic

Trang 10

Glucose Acid Lactic

Cơ chế:

Hình 1 Các phản ứng chính của đường phân (dạng mạch thẳng)

PHASE CHUẨN BỊ:

1/ Phản ứng phosphoryl hóa glucose:

Phản ứng tạo glucose-6- phosphate từ glucose là phản ứng một chiều, được xúc tác bởi enzyme glucokinase:

Glucokinase

Mg2+

Trang 11

2/ Biến đổi glucose- 6- phosphate thành fructose- 6- phosphate :

Dưới tác dụng của enzym đồng phân hóa (izomerase), glucose – 6 – phosphate dễ dàng chuyển hóa thành fructose-6-phosphate Đây là phản ứng thuận nghịch nên sự

thay đổi năng lượng tự do nhỏ:

3/ Phản ứng phosphoryl hóa fructose-6-phosphate thành fructose-1,6-bisphosphate: Là phản ứng một chiều ở điềi kiện sinh lý tế bào được enzyme phosphofructokinase

(PFK) xúc tác Fructose-6-phosphate tiếp tục bị phosphoryl hóa ở C1 tạo dẫn xuất

Fructose-6-bisphosphate:

Ở một số vi khuẩn và đa số thực vật có mặt enzyme phosphofructokinase sử dụng

pyrophosphate (PPi) chứ không phải là ATP làm chất cho nhóm phosphate PFK làenzyme điều hòa trao đổi chất quan trọng nhất trong quá trình đường phân

HHH

OH

HHH

H

CH2OP

HHH

O

HOOH

OHOH

CH2OP

OHOH

CH2OP

H

Fructose - 1,6 - bisphosphate

Trang 12

Đây là phản ứng cơ bản chuẩn bị cho giai đoạn phân giải monosaccharide theo kiểuhiếu khí và yếm khí.

4/ Phản ứng cắt fructose-1,6-bisphosphate thành 2 phân tử đường 3C:

Phân tử Fructose – 1,6 – bisphosphate do chứa 2 gốc phosphate ở hai vị trí đối xứng nên có thể dễ dàng bị cắt đứt thành 2 phân tử phosphotriose:

*4A/ Biến đổi tương hỗ lẫn nhau giữa các đường 3C:

Hai chất phosphotriose hình thành ở trên dưới tác dụng của triose phosphate

isomerase lại có thể chuyển từ chất nọ sang chất kia:

Sau giai đoạn cắt đôi mạch cacbon, tiếp đó là quá trình oxi hóa- khử Khi đó

Glyceraldehyde-3-phosphate tham gia vào sự chuyển hóa

O

HO

OH

OHOH

O

O P

OH

Dihydroacetone phosphate

Trang 13

Khi ở trạng thái cân bằng dihydroacetonephosphate chiếm ưu thế nhưng đồng thời với sự chuyển tiếp của Glyceraldehyde-3-phosphate, dihydroacetonephosphate lại biến thành Glyceral dehyde-3-phosphate, nên quá trình biến đổi này xảy ra hầu như hoàn

toàn

Vì thế có thể coi như từ 1 phân tử fructose-1,6-diphosphate sẽ cho 2 phân tử

Glyceraldehyde-3-phosphate.

PHASE HOÀN TRẢ:

5/ Oxy hóa Glyceraldehyde-3-phosphate thành 1,3- bisphosphoglycerate:

Đây là phản ứng tích lũy năng lượng đầu tiên trong chu trình đường phân Trong đó

nhóm aldehyde của Glyceraldehyde-3-phosphate bị mất hydro không biến thành nhóm

carbocylic như bình thường, mà thành nhóm andehyde chứa phosphate (acylphosphate)

có mức năng lượng tự do cao Còn chất nhận hydro ở dạng ion hydride là NAD+ tạo raNADH và H+

6/ Chuyển nhóm phosphate từ 1,3 - bisphosphoglycerate cho ADP:

Năng lượng trong nhóm acylphosphate được sử dụng để tổng hợp ATP từ ADP và

phosphate vô cơ Pi Năng lượng được giải phóng được tích lũy lại trong phân tử ATP

7/ Biến đổi 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate:

-3 - phosphoglycerate1,3 - bisphosphoglycerate

Trang 14

Tiếp theo xảy ra sự chuyển phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate nhờ

3-photphogliceratmutase :

8/ Dehydrate hóa 2 -phosphoglycerate:

2-phosphoglycerate bị loại 1 phân tử nước nhờ tác dụng của enzyme Enolaza và chuyển thành photphoenolpyruvate Enolase được hoạt hóa nhờ các ion Mg2+, Mn2+…

Photphoenolpyruvate có mức năng lượng tự do rất cao (- 61,9 KJ/mol), mặc dù mức

năng lượng tự do thay đổi của phản ứng là nhỏ 7,5 KJ/mol.

Enolpyruvate

Trang 15

Lên men rượu:

Trong điều kiện yếm khí dưới tác dụng của enzyme pyruvate decacboxylase và

ancoldehydrogenase của nấm men acid pyruvic chuyển thành rượu ethylic:

Glucose, fructose là những monosaccharide dễ lên men hơn cả, sau đó tới manose và galactose Các pentose chỉ lên men nhờ 1 vài loại nâm mốc fusarium.

Xảy ra phổ biến trong TĐC của SV điển hình là nấm men

Phản ứng tổng quát của quá trình lên men rượu:

Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

-CH2OH

Trang 16

hoặc: C6H12O6 > 2 C2H5OH + 2 CO2 + 23 Kcal

Enzyme pyruvate decarboxylase có trong men rượu,bia,bánh mì và các vi sinh vật lên

men rượu khác; không có mặt ở động vật có xương sống, vi sinh vật lên men lactic acid.

Khí CO2 xuất hiện trong quá trình decarboxyl hóa quyết định độ bọt của các loại nước uống lên men (rượu champagne) và độ nở bánh mì.

Enzyme acohol dehydrogenase có trong cơ thể sống → gan người có quá trình oxy

hoá ethanol

♥Ứng dụng : sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men, bánh kẹo, …

♥Ưu điểm của lên men vi sinh: TB sinh vật thực hiện hàng loạt những biến đổi hóahọc với hiệu xuất cao và hầu như không có sản phẩm phụ Công nghệ này được áp

dụng cho công nghiệp siro fructose, kháng sinh, amino acid…

Lên men lactic:

Trong điều kiện yếm khí, dưới tác dụng lactatdehydrogenase (1.1.1.28) của vi khuẩn

acid pyruvic tạo ra acid lactic:

Phản ứng này cũng xảy ra trong mô động vật trong điều kiện yếm khí và acid lactic

ở dạng L-Lactic.

Xảy ra cả ở mô động vật trong điều kiện yếm khí Chỉ khác là sản phẩm dạng

L-lactate.

♥ Ứng dụng : sản xuất bơ, phô mai là tạo acid Lactate rồi đưa về pH sữa  khả

năng đông tụ tạo mùi đặc trưng

Chu trình biến đổi từ glucose sang lactate và ngược lại xảy ra ở gan được gọi là chu

trình Cori (Cori cycle).

Trang 17

♥Bản chất : khi vận động viên chạy nước rút , oxygen không cung cấp đủ cho TB để oxy hoá pyruvate thành CO2 và H2O để tạo ATP Lúc này glycogen (được dự trữ trong

TB mô cơ) sẽ là nguồn cung cấp ATP nhờ vào sự lên men lactic acidNồng độ lactate trong máu sẽ tăng lên rất cao Sau thời gian nghỉ,oxygen được cung cấp đầy đủ cho quá trình oxy hoá sẽ trả đủ ATP để tái tạo glucose và glycogen ở gan từ lactate để trả lại

glycogen đã “mượn” trước đó.

Ý nghĩa:

Làm biến đổi về căn bản cấu trúc ban đầu của phân tử cơ chất (glucose) hô hấp, xúc

tiến các chuyển hóa tiếp theo ở giai đoạn hiếu khí dễ dàng hơn

Sau quá trình đường phân (glucolysis) ta thu được 2 phân tử NADH, 2 phân tử ATP

và 2 ion H+

II CHU TRÌNH KREBS (CHU TRÌNH CITRIC ACID):

Đặc điểm:

Pyruvate và acertylcoenzyme A không bị oxi hoá trực tiếp bởi oxi không khí mà bị

oxi hoá bởi oxi của nước hay sự khử hidro hoá

Oxi phân tử không tham gia trực tiếp vào phản ứng của chu trình Kerbs, nên hidrovà các electron được các chất chuyển đặc biệt (NAD, NADP, FAD) tiếp nhận rồi tuầntự chuyển cho nhau, cuối cùng chuyển cho oxi

Khi khử hidro của đa số cơ chất, dòng electron chính được chuyển cho NAD

Sản phẩm Cuối: CO2 (do sự khử cacboxyl oxi hóa các ketoacid của chu trình) và

H2O (do sự oxi hóa các chất khử NAD.H2, NADP.H2 và FAD.H2 bởi oxi phân tử,

Trang 18

Cơ chế:

Giai đoạn 1: Axetylcoenzyme A ngưng tụ với acid oxaloacetic (dạng enol) và nước

tạo thành acid citric Phản ứng này do enzyme citratsintetase xúc tác Năng lượng để ngưng tụ do liên kết cao năng của axetylcoenzyme A cung cấp (C~S).

Giai đoạn 2: Đồng phân hoá acid citric thành acid iso-citric thông qua acid

cis-aconitic

Phản ứng thuận nghịch

Tại pH 7.4 , 250C isocitrate chiếm 10% hỗn hợp.

Trong TB hướng phản ứng là tạo isocitrate do isocitrate bị tiêu thụ ngay khi vừa tạo

thành

Enzyme aconitase chứa tâm FeS làm cầu nối cơ chất với tâm hoạt động và xúc tác

phản ứng ± H2O

Giai đoạn 3 : Oxi hoá acid isocitric thành acid α-ketoglutaric, giải phóngCO2,

enzyme isoxitratdehydrogenase làm xúc tác

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	1,95 MB