Trong quá trình quang hợp, lá cây sản sinh nhiều carbohydrate (như triose phosphate) hơn là nhu cầu. Lượng dư thừa ủược chuyển thành sucrose và vận chuyển ủến cỏc bộ phận khỏc của cõy ủể làm nhiờn liệu hay dự trữ. Ở phần lớn cỏc loài thực vật, tinh bột là dạng dự
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… …… 128 trữ chớnh, nhưng ở một số loài như củ cải ủường, mớa, dạng dự trữ chớnh lại là sucrose. Sự tổng hợp sucrose và tinh bột diễn ra ở những bộ phận khác nhau ở tế bào và các quá trình này ủược phối hợp nhờ một loạt cơ chếủiều hoà ủỏp ứng với những thay ủổi về ỏnh sỏng và tốc ủộ quang tổng hợp.
a. Tổng hợp sucrose
Sucrose ủược tổng hợp ở cytosol, bắt ủầu từ dihydroxyacetone phosphate (GAP) và glyceraldehyde-3-phosphate (DHAP) ủưa tới từ diệp lạp thể (chloroplast).
Hai triose phosphates trên ngưng tụ tạo fructose-1,6-bisphosphate (xúc tác bởi aldolase).
Chất này tiếp tục bị fructose- 1,6-bisphosphatase thuỷ phân thành fructose-6-phosphate. Sau ủú enzyme sucrose-6-phosphate synthase xỳc tỏc phản ứng của fructose 6-phosphate với UDP-glucose tạo thành sucrose-6-phosphate (Hình 6-27). Cuối cùng, sucrose-6-phosphate phosphatase thuỷ phõn nhúm phosphate, tạo ra sucrose ủể cú thểủược chuyển ủến cỏc mụ khác.
Hình 6-27. Sự tổng hợp sucrose b. Tổng hợp lactose
Ởủộng vật cấp cao, disaccharide duy nhất ủược tổng hợp là lactose. Lactose ủược tổng hợp ở tuyến sữa vào thời kỳ ủộng vật cú thai và cho con bỳ. Nguyờn liệu là glucose từ mỏu ủưa tới hoặc do phõn huỷ glycogen của mụ. Quỏ trỡnh tổng hợp lactose ủược thể hiện ở hỡnh 6-28.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… …… 129 Hình 6-28. Sự tổng hợp lactose ở tuyến sữa
c. Tổng hợp tinh bột
Tinh bột bao gồm amylose (không phân nhánh) và amylopectin (phân nhánh).
- Tổng hợp amylose:
ADP-Glucose là cơ chất cho sự tổng hợp tinh bột ở thực vật và glycogen ở vi sinh vật, ủược tạo thành từ glucose-1-phosphate:
ðể tổng hợp amylose, cần cú một ủoạn oligosaccharide (gồm 3-4 gốc glucose vốn nối với nhau nhờ liên kết α 1→4 glycoside) làm mồi. ðoạn mồi là chất nhận các gốc glucose từ ADP-glucose. Sự chuyển cỏc gốc glucose cho ủoạn mồi, tạo thành liờn kết α 1→4 glycoside, ủược xỳc tỏc bởi enzyme ADP-glucose-starch-glycosyl transferase:
ADP-glucose + ðoạn mồi (n) glucose→ ADP + ðoạn mồi (n+1) glucose
Glucose tỏch ra khỏi ADP và gắn vào ủầu khụng khử (C4) của chuỗi polysaccharide ủang hỡnh thành.
- Tổng hợp amylopectin:
Amylose của tinh bột không phân nhánh, nhưng amylopetin có một số liên kết α 1→6 glycoside, phân nhánh. Diệp lạp thể có enzyme rẽ nhánh, tương tự như enzyme rẽ nhánh glycogen, xỳc tỏc cho sự cắt ủứt và chuyển một oligosaccharide trờn chuỗi mạch thẳng của amylose ủến một vị trớ khỏc trờn cựng một chuỗi và hỡnh thành liờn kết α 1→6 glycoside.
Sau ủú chuỗi vừa ủược hỡnh thành lại tiếp tục ủược kộo dài, vẫn nhờ sự xỳc tỏc của enzyme tổng hợp amylose.
d. Tổng hợp glycogen từ glucose
Phần lớn cỏc tế bào, ủặc biệt là gan và cơ, cú khả năng tổng hợp loại polysaccharide dự trữ là glycogen (cũn gọi là tinh bột ủộng vật) từ glucose.
Trước hết, glucose ủược phosphoryl hoỏ thành glucose-6-phosphate nhờ tỏc dụng của hexokinase và ATP:
Glucose + ATP → Glucose-6-phosphate + ADP
Sau ủú glucose-6-phosphate ủược ủồng phõn hoỏ thành glucose-1-phosphate, enzyme xúc tác là phosphoglucomutase:
Glucose-6-phosphate ↔ Glucose-1-phosphate
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… …… 130 Hình 6-29. Phản ứng tạo liên kết (α 1→4) glycoside
Glucose-1-phosphate tạo thành sẽ phản ứng với UTP, tạo ra UDP-glucose. Phản ứng này ủược enzyme UDP-glucose pyrophosphorylase xỳc tỏc:
Glucose -1-phosphate + UTP ↔ UDP-glucose + PPi PPi +H2O → 2Pi
Hình 6-30. Sự tổng hợp mạch nhánh của glycogen
UDP-glucose là dạng hoạt hoá của glucose, là hợp chất trung gian cung cấp gốc glucose cho phản ứng ủược enzyme glycogen synthetase xỳc tỏc. Dưới tỏc dụng của enzyme này, C1 của glucose trong UDP-glucose tạo liên kết glycoside với C4 trong gốc glucose tận cùng của một “lõi” glycogen có sẵn, giải phóng ra UDP. Kết quả là tạo ra một liên kết (α 1→4) glycoside. Quỏ trỡnh này lặp ủi lặp lại và mạch thẳng của glycogen cứ dài dần. Nhờ enzyme
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… …… 131 nucleoside diphosphokinase, UDP tỏch ra sẽ tỏc dụng với ATP ủể tạo thành UTP và ADP.
UTP sẽ tiếp tục tham gia phản ứng ủể tạo UDP-glucose.
Khi nhịủúi khoảng 24 giờ, lượng glycogen trong gan gần như cạn kiệt. Khi phải tổng hợp glycogen mà khụng cú “lừi” glycogen (tổng hợp từủầu), quỏ trỡnh bắt ủầu từ một protein- enzyme cú tờn là glycogenin, cú chức năng là chất mở ủầu. Enzyme này tự gắn glucose từ UDP-glucose vào nhóm OH trong gốc tyrosine của mình và trở thành một “lõi” glycogen.
Sự tổng hợp mạch nhánh của glycogen là quá trình tạo ra các liên kết (α 1→6) glycoside. Các liên kết này hình thành nhờ enzyme rẽ nhánh. Trong quá trình tổng hợp, khi chuỗi thẳng ủó dài ớt nhất 11 gốc glucose, enzyme rẽ nhỏnh sẽ chuyển một ủoạn 6-7 gốc glucose của ủầu khụng khử của nhỏnh ủến gắn với C6 của phõn tử glucose của cựng chuỗi hoặc một chuỗi khỏc. Một liờn kết (α 1→6) glycoside hỡnh thành, ủồng nghĩa với một chuỗi mới ủược tạo ra. Sau ủú ủoạn cũn lại của nhỏnh cũ và nhỏnh mới lại tiếp tục ủược kộo dài.