Bài 2 KHÁI NIỆM CHUYỂN hóa các CHẤT

MỤC TIÊU• Trình bày được những khái niệm về chuyển hóa các chất và chuyển hóa trung gian, qtrình đồng hóa và quá trình dị hóa • Phân tích được phản ứng song biến hay phản ứng liên hợp

KHÁI NIỆM CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT

BS Trần Kim Cúc

MỤC TIÊU

• Trình bày được những khái niệm về chuyển hóa các

chất và chuyển hóa trung gian, qtrình đồng hóa và quá trình dị hóa

• Phân tích được phản ứng song biến hay phản ứng

liên hợp

• Trình bày được 3 gđ và một số đặc điểm của chuyển

hóa trung gian

• Phân tích được pp nghiên cứu chuyển hóa trung gian

I CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT

VÀ CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN

• Chuyển hóa các chất

- Bao gồm tất cả các qt HH xảy ra trong cơ

thể từ khi TĂ được đưa vào cơ thể đến khi

chất cặn bã được thải ra môi trường - Chất

cặn bã là sp của các qt biến đổi hh của các chất trong TĂ, nên qtrình chuyển hóa các

chất còn được gọi là quá trình trao đổi chất

• Chuyển hóa trung gian:

- Bao gồm các pứ và qt hóa học xảy ra trong tế bào

- Là khâu qtrọng và phức tạp nhất của chuyển hóa các chất

- Gọi là chuyển hóa trung gian vì các qt hh diễn ra qua nhiều khâu trung gian và nhiều chất trung gian (= chất chuyển hóa = sp chuyển hóa)

- CH các chất bao hàm: qt tiêu hóa TĂ - hấp thu các

sp tiêu hóa - CH trung gian Thường dùng thuật ngữ

chuyển hóa (Chuyển hóa các chất, chuyển hóa G,

chuyển hóa Lipid )

II ĐỒNG HÓA VÀ DỊ HÓA

Quá trình thoái hóa các chất cung cấp năng lượng

Là 2 mặt mâu thuẫn thống nhất của chuyển hóa các chất

1 Dị hóa

• Là qt phân giải các đại ptử thành sp đào thải

• Thoái hóa (hay thoái biến) - là qtrình phân giải các chất hcơ thành các ptử nhỏ hơn kèm theo sự giải phóng E -Trong đó:

- 50% tỏa ra dưới dạng nhiệt

- 50% tích trữ trong ATP (nhờ pứ tạo thành ATP từ ADP)

* Khi ATP ADP + H3PO4 + E

TB sử dụng E dưới dạng:

- Công cơ học (co duỗi cơ)

- Công thẩm thấu (vc tích cực các chất qua màng tb)

- Công hóa học (tổng hợp các chất) và các hoạt động khác

2 Đồng hóa

• Là qt biến đổi các đại ptử có tính đặc hiệu theo nguồn gốc TĂ thành các đại ptử có tính đặc hiệu của cơ thể

• Gồm 3 bước:

-Tiêu hóa: là qt thủy phân các đại ptử như tinh bột, protein, có tính đặc

hiệu của TĂ thành các đơn vị cấu tạo không có tính đặc hiệu (glucoz,

aa, ) Sự tiêu hóa này nhờ các enzyme thủy phân có trong các dịch tiêu hóa (amylaz, proteaz, )

-Hấp thu: sp tiêu hóa (gồm các đơn vị cấu tạo của glucid, protid, ) được hấp

thu qua niêm mạc RN vào máu nhờ qt vật lý (sự khuếch tán) và hóa học (sự phosphoryl hoá) - là quá trình vc tích cực qua màng tb

Riêng tiêu hóa và hấp thu lipid có một số điểm đặc biệt (Hình 2)

-Tổng hợp: - Các sp hấp thu theo máu đưa đến các mô và được các tb sử

dụng để tổng hợp các đại ptử có tính đặc hiệu của cơ thể (đặc hiệu về

loài, mô)

- Các đại phân tử này được sử dụng để:

Xây dựng tế bào và mô (protein, PS tạp, PL)

Dự trữ (glycogen, triglycerid) Cần cho các hđ sống (AN, enzym và các pro c/năng)

Hình 2: Tiêu hóa và hấp thu các chất

Đồng hóa - Dị hóa liên quan chặt chẽ với nhau.

Dị hóa cung cấp E cho TH

Hình 3: Sự liên quan giữa đồng hóa và dị hóa

III PHẢN ỨNG SONG BIẾN ( PHẢN ỨNG LIÊN HỢP)

• Qtrình CH các chất có 2 loại pứ:

- Tổng hợp cần NL

- Thoái hóa giải phóng NL

Phản ứng liên hợp: là sự ghép 2 p/ứng tổng hợp và thoái

hóa, nhờ đó mà các p/ứng tổng hợp xảy ra được

Thí dụ: pứ tổng hợp glucoz 6 phosphat (G6P) cần 3,3 Kcal xảy ra được khi ghép với p/ứng thủy phân ATP giải phóng 7,3 Kcal

IV BA GIAI ĐOẠN CHUYỂN HÓA

TRUNG GIAN

Nhìn chung lipid, glucid, protid thoái hóa theo 3 gđ:

- GĐ I: phân giải các ptử lớn thành các đơn vị cấu tạo tương

ứng (polysaccarid, protein, lipid thành glucoz, aa, acid béo, )

- GĐ II: các đơn vị cấu tạo biến đổi qua nhiều chất trung gian tới

acetyl CoA

- GĐ III: acetyl CoA đi vào chu trình Krebs, thoái hóa thành CO2

và H2O và tạo E

Qtrình tổng hợp cũng diễn ra qua 3 gđ, bắt đầu từ một số tiền

chất của chu trình Krebs, ngược lại con đường thoái hóa

Hình 5: Ba giai đoạn của chuyển hóa trung gian

Thoái hóa (đường liền) và TH (đường chấm); HHTB

V MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN

1 Các ĐK của chuyển hóa trung gian

2 Có trạng thái ổn định động về chuyển hóa

3 Có sự thống nhất căn bản về chuyển hóa trong thế giới sinh vật

4 Các quá trình chuyển hóa G, P, L, AN… có liên

quan chặt chẽ với nhau

5 Bilăng của một chất

1 Chuyển hóa trung gian

- Xảy ra nhanh chóng ở pH gần trung tính, nhiệt độ vừa phải

(khoảng 370C ) nhờ các enzym xt các pứ liên tiếp gồm nhiều

chất trung gian, trong đó sp của enzym 1 là cơ chất của enzym 2,

E1 E2 E3 En

A -> B ->C -> D -> Z

- Các enzym xt cùng một chuỗi pứ thuộc về một hệ thống gọi là

hệ thống multienzym (thường gồm từ 2 đến 20 enzym)

2 Có trạng thái ổn định động về chuyển hóa

- Sự tổng hợp c/bằng với sự thoái hóa (số ptử mới được tạo

thành = số ptử cũ bị thoái hóa)

- Luôn có sự thay cũ đổi mới và mỗi loại chất đều có vòng

quay chuyển hóa được tính theo nửa đời sống tức tgian

cần thiết để 1 nửa số ptử của chất đó bị thoái hóa và thay bằng những ptử mới

Thí dụ: ở chuột nửa đời sống của protein gan là 5-6 ngày, glycogen cơ 0,5-1 ngày, TG não 16-75 ngày, PL não 200 ngày

3 Có sự thống nhất căn bản về chuyển hóa

trong thế giới sinh vật.

Thí dụ: thoái hóa glucoz căn bản giống nhau ở

người và nấm men, chỉ khác nhau ở giai

đoạn cuối (ở người sphẩm cuối cùng là CO2,

H2O; ở nấm men là alcol ethylic)

4 Các quá trình chuyển hóa G,P,L,AN… liên quan chặt chẽ với nhau và cơ thể điều hòa

chúng theo nhu cầu của cơ thể Sự điều hòa diễn ra ở mức phân tử và tế bào (qua hệ thống enzym, các AN, ) và mức cơ thể (qua thần

kinh và hệ thống nội tiết)

VI PP NGHIÊN CỨU CH TRUNG GIAN

Mục đích:

- Xác định các qt hh xảy ra trong TB

- Xác định mỗi chất trung gian, mỗi enzym trong từng phản ứng, chiết xuất và xác định đặc tính của từng

enzym, cơ chế điều hòa quá trình chuyển hóa,

- Nhờ có các kỹ thuật hiện đại (siêu ly tâm, điện di, sắc

ký, kính hiển vi điện tử, quang phổ, huỳnh quang,… ) nên việc nghiên cứu có nhiều tiến bộ với nhiều pp khác nhau

1 Phân tích các sp chuyển hóa TG và chuyển hóa cuối cùng

trong máu, nước tiểu và các dịch cơ thể khác, nhằm:

- Tìm hiểu sự thay đổi về chất và lượng

- Thấy được một phần qt chuyển hóa trong cơ thể, bilăng của các chất, những RL về chuyển hóa (góp phần vào việc chẩn đoán, phòng và chữa bệnh)

Thí dụ: + Phát hiện CO2 ở cơ thể ĐV xác định CO2 là

sp thoái hóa cuối cùng của glucid ở ĐV

+ Đưa một số aa (alnin, glutamat,…) vào cơ thể BN tiểu đường thấy tăng lượng glucoz bài tiết ra nước tiểu, như vậy những acid amin đó là tiền chất của glucoz,

2 Dùng cơ quan tách rời , lát cắt mô

- Cơ quan tách rời (VD gan, thận): truyền dịch qua mạch máu

của cơ quan tách rời, sau đó ptích TP hh của dịch ra khỏi cơ quan, nhờ đó biết được tiền chất đã được biến đổi như thế nào

ở cơ quan tách rời Thí dụ: nhờ pp này đã biết gan là nơi tạo

thể ceton, urê, tạo glucoz từ một số aa,…

- Lát cắt tươi (Warburg,1920): cắt mô ĐV thành những lát cắt

mỏng (dưới 0,4mm) sao cho đa số các TB còn nguyên vẹn,

đảm bảo tốc độ khuếch tán oxy và các chất chuyển hóa vào và

ra khỏi tế bào Nhờ đó mà n/cứu sự CH của chất đó thành sp nhất định (TD: glucoz biến thành a.lactic trong đkiện yếm khí) Sau đó đo tốc độ hấp thụ oxy bởi lát cắt nhờ áp kế Warburg

PP này đã được sdụng trong việc n/cứu chu trình Krebs, chu trình tạo thành urê,

3 Hệ thống vô bào

• Có thể nghiền nhẹ nhàng mô trong dd saccaroz đẳng trương (0,25M) khiến cho màng TB bị vỡ, nhưng các bào quan (nhân, thể ty, lysosom, ribosom, ) còn nguyên vẹn và có thể phân lập nhờ phép ly tâm phân đoạn

• Chọn bào quan hoặc bào dịch với những chất nhất định theo

mô hình n/cứu nhất định và xác định vai trò của từng bào

quan trong chuyển hóa các chất

Thí dụ: nhờ pp này người ta nghiên cứu vai trò của thể ty

trong sự OXH-K sinh học với hệ thống enzym tương ứng,

n/cứu cơ chế STH protein và vai trò của ribosom trong cơ chế đó

4 Dùng chất đồng vị:

Có 2 loại: - Đồng vị nặng: deuterium D= 2 H, 13 C, 18 O, 15 N,

- Đồng vị p/xạ: trilium T = 3 H, 32 P, 14 C, 35 S, 24 Na, 55 Fe, 131 I,

N/tắc dùng: đánh dấu chất định nghiên cứu = cách:

thay the ngtử của ngtố thường bằng ngtử của chất đồng vị Khi đó chất

n/cứu được gọi là chất được đánh dấu Đưa một lượng nhất định chất

được đánh dấu vào cơ thể sao cho ko làm thay đổi những ĐK sinh lý, sau

đó theo dõi sự biến đổi của chất được đánh dấu - bằng cách tìm chất đồng

vị trong các sp chuyển hóa (xác định đồng vị nặng bằng quang phổ khối,

đồng vị p/xạ bằng máy đếm)

Thí dụ: đánh dấu carbon của acetat CH3COOH bằng chất đồng vị 14 C trong các phân tử glucid, lipid, protid KL: acetat là tiền chất chung của G, L

và P.

Độ nhạy của PP dùng chất đồng vị, nhất là đồng vị p/xạ rất cao, có thể phát

hiện tới 10 -17 gam.

Thí dụ: sự bài tiết bất thường acid homogentisic (trong

bệnh alcapton niệu) tăng khi nuôi bằng phenylalanin hay tyrosin (ko tăng khi dùng aa khác) dẫn đến kết

luận là acid homogentisic là sp CH trung gian của

chuyển hóa phenylalanin và tyrosin