Chuyển hóa Glucid - Ngô Thị Thu Hiền

CHUYỂN HOÁ GLUCID ThS. BS. Ngô Thị Thu Hiền Bộ môn Hoá sinh- Đại học Y Hà Nội MỤC TIÊU 1. Trình bày được con đường đường phân trong điều kiện ái khí và yếm khí. 2. Trình bày được quá trình tân tạo glucose 3. Trình bày được chu trình pentose phosphat 4. Trình bày được quá trình thoái hóa và tổng hợp glycogen. Tài liệu học tập Mục lục 1. Sự thoái hóa glucose 1.1.Con đường đường phân 1.2.Sự thoái hóa tiếp theo của pyruvat 1.3.Con đường pentose phosphat 1.4. Chuyển hóa của các monosaccarid khác 2. Tân tạo glucose 3. Chuyển hóa glycogen (thoái hoá và tổng hợp) 4. Điều hòa chuyển hóa glucid 5. Rối loạn chuyển hóa glucid Dự trữ Oxy hóa bởi con đường pentose phosphat Oxy hóa bởi con đường đường phân 1. Thoái hoá Glucose Đường phân (Glycolysis) (Con đường hexose diphosphat) • Một phân tử glucose thoái hóa thành 2 phân tử có ba carbon là pyruvat và năng lượng tạo thành dưới dạng ATP và NADH. • Đây là con đường chuyển hóa đầu tiên được biết đến và được hiểu rõ nhất • Xảy ra ở bào tương, qua 2 giai đoạn gồm 10 phản ứng. Giai đoạn hoạt hóa: 5 phản ứng. Giai đoạn oxy hóa sinh năng lượng: 5 phản ứng. Phản ứng tổng quát của đường phân (glycolysis) • Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 pyruvat + 2 NADH + 2H+ + 2 ATP + 2 H2O DG°’ = -85kJ/mol SỐ PHẬN CỦA PYRUVAT • Điều gì xảy ra với 2 phân tử pyruvat? • Có 2 cách thức tùy theo điều kiện môi trường. Điều kiện thiếu oxy hoặc kỵ khí Điều kiện ái khí Điều kiện kỵ khí Lên mên rượu ở nấm Xảy ra khi co cơ mạnh, hồng cầu, một số vi khuẩn Chu trình acid citric Số phận của pyruvat Động vật, thực vật, nhiều loại vi khuẩn trong điều kiện ái khí Ở mô động vật trong điều kiện yếm khí Số phận pyruvat trong điều kiện ái khí Số phận pyruvat trong điều kiện ái khí Dẫn xuất của vitamin B1. Thiếu B1 gây beriberi (ứ dịch, sưng đau ). Quan trọng trong phá vỡ liên kết gần nhóm carbonyl, như acid a-cetonic. Trong điều kiện ái khí • Pyruvat đi vào ty thể, bị khử carboxyl oxy hóa thành acetyl CoA. • Acetyl CoA đi vào chu trình acid citric bị oxy hóa thành CO2 và H2O. • Bilan năng lượng: Glucose  2 pyruvat: 2 ATP 2 NADH (ở phản ứng 6): 6 ATP hoặc 4 ATP 2 Pyruvat  2 Acetyl CoA: 6 ATP 2 Acetyl CoA: 24 ATP Cộng: 38 ATP (hoặc 36 ATP) Con thoi malat- aspartat Khoảng gian màng Chất nền Màng trong Con thoi glycerol 3- phosphat Tổng hợp và thoái hóa 2,3 DPG trong hồng cầu • Glyceraldehyd -3- phosphat • 1,3- diphosphoglycerat • 3-phosphoglycerat • 2-phosphoglycerat GAPDH PGK PGM 2,3- diphosho glycerat Mutase Phosphatase Pi Ý nghĩa của con đường đường phân • Cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào • Các sản phẩm trung gian là tiền chất để sinh tổng hợp các chất cho cơ thể CHU TRÌNH PENTOSE PHOSPHAT (con đường hexose monophosphat) • Đây là một cách thoái hóa khác của glucose 6-phosphat. • Xảy ra ở bào tương của tế bào, glucose được phosphoryl hóa 1 lần rồi bị oxy hóa. • Quan trọng ở các tế bào phân chia nhanh như tủy xương và da, niêm mạc ruột (tổng hợp RNA và DNA). • Cũng quan trọng cho các tế bào cần NADPH để bảo vệ chống lại tác nhân oxy hóa (hồng cầu, võng mạc) và cho quá trình sinh tổng hợp acid béo (mô mỡ, gan), cholesterol (gan, tuyến sinh dục, vỏ thượng thận). Giai đoạn 1: oxy hóa Giai đoạn 2: sự biến đổi của các pentose Chu trình Pentose Phosphat • Ở các tế bào nhu cầu chủ yếu là NADPH, các phân tử đường 5C sẽ đi tiếp vào giai đoạn thứ 2 • 6 phân tử đường 5 carbon phosphat trao đổi với nhau các mẩu 2 và 3 C để tái tạo lại thành 5 phân tử glucose 6-phosphat. Các glucid khác đi vào con đường đường phân • Nhiều đường khác cùng đi vào con đường đường phân sau khi chuyển thành các sản phẩm trung gian của con đường này. 2. Tân tạo Glucose TÂN TẠO GLUCOSE (Gluconeogenesis) • Sự tạo thành glucose từ các sản phẩm chuyển hóa của glucid, lipid, protein; không phải từ các monosaccharid khác. • Là quá trình đi ngược lại con đường đường phân, trừ 3 phản ứng không thuận nghịch đòi hỏi các phản ứng khác thay thế. Tân tạo glucose Đường phân Đường phân Tân tạo glucose Tân tạo glucose (Gluconeogenesis) • Tốn kém cho tế bào, cho cơ thể. • Để tạo 1 phân tử glucose tiêu tốn mất 4ATP và 2GTP và oxy hóa 2NADH thành NAD+. Tân tạo glucose (Gluconeogenesis) • Là cần thiết vì một số mô sử dụng chủ yếu glucose do máu cung cấp, ví dụ não và hệ thần kinh trung ương. • Tân tạo glucose xảy ra chủ yếu ở gan, một phần rất nhỏ ở vỏ thận (10%). Chu trình Cori Gan Máu Cơ Glucose Glucose Glucose,Glycogen Lactat Lactat Lactat Chu trình Glucose- Alanin Đường phân và tân tạo đường • Cơ thể không thể đồng thời vừa xảy ra hai quá trình trên đồng thời với tốc độ cao. Kết quả sẽ là tiêu tốn nhiều ATP và sinh ra quá nhiều nhiệt!! • Hai quá trình trên được điều hòa tương hỗ và phối hợp sao cho một quá trình tăng lên thì quá trình kia giảm đi và ngược lại. 3. Chuyển hoá Glycogen CHUYỂN HÓA GLYCOGEN PPi UTP UDP Glycogen (Glucose)n+1 UDP-Glucose Glucose-1-P Pi Glucose-6-P 2 Pi Glycogen (Glucose)n Glycogen (Glucose)nGlycogen Synthase Glycogen Phosphorylase Phosphoglucomutase UDP-Glucose Pyrophosphorylase Pyrophosphatase Thoái hóa glycogen • Cấu trúc của glycogen a-(1—>4) Linkages a-(1—>6) Linkage a-(1—>4) Linkages 1. Glycogen phosphorylase Thoái hóa glycogen a-(1—>4) transglycosylase Glucosea-(1—>6) glucosidase Limit Branch (4 residues) (group transfer reaction) 2. Glycogen debranching enzym Có 2 hoạt tính: Hoạt tính chuyển nhánh Hoạt tính cắt nhánh Thoái hóa glycogen G6P có thể  vào đường phân (ở cơ)  Tạo glucose tự do (ở gan) • Kết quả: Thoái hóa glycogen khoảng 90% sản phẩm là Glucose-1- phosphat, 10% là glucose tự do Glucose–1–P Glucose–6–P Thoái hóa glycogen 3. Phosphoglucose mutase Tổng hợp glycogen • Xảy ra ở tất cả các mô, nhưng chủ yếu ở gan và cơ • Xảy ra ở bào tương của tế bào • Nguyên liệu là glucose • Tổng hợp mạch thẳng và mạch nhánh OCH2OH H H HO OH H H OH H O P O– O O– O H CH2 H H OH OH H N P O O O– P O O– O HN O O OP O –O O– PPi UTP O O CH2OH H H H HO OH H H OH H O CH2 H H OH OH H N P O O O– P O O– O HN O O Glucose-1-P UDP-Glucose UDP-Glucose Pyrophosphorylase 2 Pi Inorganic Pyrophosphatase 1. UDP-Glucose Pyrophosphorylase Tổng hợp glycogen 2. Glycogen Synthase Tổng hợp glycogen Amylo-(1,4—>1,6)-Transglycosylase (Branching Enzyme) ~7 Glucosyl Residues ≥4 Residues from existing branch Tổng hợp glycogen 3. Tổng hợp mạch nhánh Glycogen Branching Enzym 4. Điều hoà chuyển hoá Glucid Điều hòa chuyển hóa glucid • Điều hòa hoạt tính enzym: - Thay đổi tốc độ sinh tổng hợp & thoái hóa - Điều hòa dị lập thể hoặc hóa học - Tách các enzym khỏi cơ chất nhờ những khoang dưới tế bào • Đặc điểm: – Điều hòa nhanh (tính bằng giây hoặc nhanh hơn) ở mức độ trong tế bào thường là dị lập thể – Tác động của các hormon thường chậm hơn (giây đến giờ) thường là sự thay đổi hóa học hoặc thay đổi tổng hợp enzym 5. Rối loạn chuyển hóa glucid 1. Hạ đường huyết (Hypoglycemia) 2. Thiếu viatmin B1 3. Đái tháo đường 4. Bệnh ứ glycogen bẩm sinh 5. Bệnh galactose máu bẩm sinh 6. Bệnh không dung nạp fructose bẩm sinh Tóm lại •