Quá trình thoái hóa glucose theo con đuờng điện phân

Page 5 - Giáo trình môn học Hóa sinh

16. 5

`

3. Tiêu hoá và hấp thu glucid
   • Glucose là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể người

                          (khoảng 50-55%). Một gam glucose cung cấp khoảng 4kcal. Glucose là chất
                          duy nhất có khả năng cung cấp từng lượng nhỏ năng lượng dưới dạng ATP
                          trong điều kiện yếm khí cần thiết cho những tế bào phụ thuộc glucose như
                          hồng cầu.

   • Ở đường tiêu hoá, tinh bột của thức ăn dưới tác dụng của amylase của nước bọt và dịch tuỵ bị thuỷ phân thành dextrin, mantose, rồi thuỷ phân thành glucose.
   • Đường, sữa được thuỷ phân bởi saccarase, lactase tạo thành glucose, fructose, galactose.
   • Các monosaccarid được hấp thu ở đầu ruột non nhờ 2 cơ chế khuyếch tán thụ động và vận chuyển tích cực.
     4. Chuyển hóa glucid

                             4.1. Sự thoái hoá của glucose
                                  Trong cơ thể người glucose được thoái hóa theo ba con đường:

   • Con đường đường phân (hexose diphosphat).
   • Con đường pentophosphat (hexose monophosphat).
   • Con đường acid uronic. 4.1.1. Con đường đường phân: Đường phân là một chuỗi các phản ứng hoá học chuyển hoá glucose thành pyruvat, xảy ra ở bào tương qua 2 giai đoạn với 10 phản ứng.
   • Giai đoạn 1: Gồm 5 phản ứng (1-5). Phân tử glucose được phosphoryl hoá và bị chặt đôi thành 2 triose: glyceraldehyd-3-phosphat cần 2 ATP. Phản ứng 1: Đây là phản ứng phosphoryl hoá lần 1. Phân tử Glucose dưới tác dụng của enzym Hexokinase vận chuyển 1 phân tử ATP đến Glucose tạo thành Glucose-6-Phosphat, sự hoạt động xúc tác của ++ enzym này đòi hỏi Mg . 4 `

• 1. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 1 Dương Thị Ngọc Châu CHUYỂN HÓA GLUCID I. ĐẠI CƯƠNG: • Glucid cung cấp 70-80% năng lượng cho cơ thể động vật • Glucose trong máu là nguồn nhiên liệu chính cho mọi hoạt động sống, có nguồn gốc từ sự hấp thu ở đường tiêu hóa, từ các tiền chất glycogen, fructose, galactose, amino acid chuyển hóa ở gan. • Hấp thu glucose: Hấp thu thụ động giản đơn và protein GLUT (glucose transporter) ở màng tế bào. • Gan là cơ quan chính điều hòa hàm lượng glucose máu • Glucose được dự trữ ở gan dưới dạng glycogen ở động vật tương tự như amidon ở thực vật (ở gan 3-6%, ở cơ 0.5%)  Nguồn glucid: - Từ thực vật: chủ yếu; tinh bột (gạo, ngô, khoai), đường sacarose (mía, củ cải đường), maltose (mạch nha), glucose (nho), fructose (trái cây) - Từ động vật: không nhiều; lactose (sữa), glycogen (gan, cơ)  Tiêu hoá glucid: - Thuỷ phân các oligosacarid (OS) và poysacarid (PS) thành monosacarid (MS) không bị thuỷ phân - Bắt đầu từ miệng (amylase nước bọt), chủ yếu ở ruột non (tá tràng, phần trên hỗng tràng)  Phân bố glucid: + Dạng dự trữ: ở động vật là glycogen - Gan: tỷ lệ cao nhất (2,5-10%, có khi 10-12%), chung cho cơ thể - Cơ: chứa 1-3% glycogen; vì khối lượng cơ lớn nên chứa nhiều glycogen nhất (khoảng 1/2 tổng lượng glycogen cơ thể); chỉ riêng cho cơ. + Dạng vận chuyển: chủ yếu là glucose; 15 g ở dịch ngoại bào và 15 g ở dịch nội bào  VAI TRÒ CỦA CHUYỂN HÓA GLUCID: + Tạo năng: - Cung cấp 60% tổng năng lượng cơ thể - Nguồn năng lượng không thể thay thế hoàn toàn được
• 2. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 2 Dương Thị Ngọc Châu + Tạo hình: - Cung cấp chất tham gia cấu trúc tế bào (ribose của acid nucleic; glucose, galactose trong polysacarid tạp)
• 3. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 3 Dương Thị Ngọc Châu II. THOÁI HÓA GLUCID THEO CON ĐƯỜNG HDP: Trong quá trình này có sự tạo thành hexose diphosphat (HDP), đó chính là fructose 1,6- diphosphat (F1,6-DP). - Gồm 3 giai đoạn, 14 khâu phản ứng: + Giai đoạn 1: phosphoryl hóa glucose và sự tạo thành HDP là F1,6-DP, tiêu thụ ATP + Giai đoạn 2: oxy hóa, từ F1,6-DP đến pyruvat, tạo ATP và NADH, H+ + Giai đoạn 3: sự biến đổi tiếp theo của acid pyruvic trong điều kiện yếm khí (tiêu thụ NADH, H+ tạo lactat) hoặc hiếu khí (tạo H2O, CO2, ATP). 1. Giai đoạn 1: Giai đoạn hoạt hóa, khâu 1  5: * Khâu 1: phân ly glycogen, nhờ sự phối hợp của 3 enzyme: - Glycogen phosphorylase (gọi là phosphorylase) - Oligo (α 1,4  α  1,4) – glucantranferase (oligotransferase) - 1,6-glucosidase (enzyme cắt nhánh)
• 4. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 4 Dương Thị Ngọc Châu
• 5. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 5 Dương Thị Ngọc Châu Phosphorylase b (không hoạt động) chuyển thành a (hoạt động) nhờ những gốc serin trong trong phân tử enzyme. Sự khử phosphorylase (nhờ phosphorylase phosphatase tách phosphat) đưa dạng a về dạng b. - Phosphorylase: cắt liên kết 1,4-glycosid, tách dần từng glucose bắt đầu từ đầu không khử (đầu –OH tự do của C4) bằng cách gắn gốc phosphat vào C1 thành glucose-1-phosphat (G1P)  phosphoryl phân. Phosphorylase ngừng hoạt động khi còn khoảng 4G tính từ chỗ phân nhánh (1,6-glycosid). Còn lại là dextrin giới hạn. - Oligotransferase: cắt oligosaccarid gồm 3G của mạch ngắn dextrin giới hạn và chuyển chúng sang gắn vào đầu không khử mạch kế bên bằng liên kết 1,4: mạch được kéo dài lại chịu tác dụng của phosphorylase. - Amylo 1,6-glucosidase thủy phân liên kết 1,6-glucosid của gốc G còn lại sau tác dụng của oligotranferase tạo G tự do. Kết quả: Thoái hóa glycogen có – 90% sản phẩm là Glucose-1- phosphat – 10% là glucose tự do * Khâu 2: chuyển vị trí gốc P nhờ phosphoglucomutase (có coenzyme là G1,6-DP) * Khâu 3: Phosphoryl hóa G thành G6P nhờ glucokinase và đặc biệt là hexokinase. - Hexokinase: có tính đặc hiệu rộng (phosphoryl hóa được nhiều hexose), có Km cao - Glucokinase: có tính đặc hiệu với G, chỉ hoạt động khi nồng độ G nội bào cao (ở gan) * Khâu 4: đồng phân hóa G6P thành F6P nhờ phosphohexoisomerase (PHI) hay phosphoglucoisomerase (PGI): dạng pyranose (G6P) lên thành dạng furanose (F6G) không bền. * Khâu 5: phosphoryl hóa F6P thành F1,6-DP nhờ phospho-fructokinase (PFK hoặc PFK1) Tóm lại: qua giai đoạn 1, có sự phosphoryl hóa hexose tạo hexosediphosphat dễ phân giải  hoạt hóa hexose, cần dùng ATP. Tính từ glucose tự do thì dùng 2 ATP (3 và 5), nếu từ glucose trong glycogen thì 1 ATP.
• 6. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 6 Dương Thị Ngọc Châu 2. Giai đoạn 2: Giai đoạn oxy hóa gồm khâu 6  12 (7 phản ứng) * Khâu 6: cắt đôi F1,6-DP (6C) thành hai triose phosphat (3C) là phosphodioxyaceton (PDA) và phosphoglyceraldehyd (PGA) nhờ fructo 1,6-dophosphat aldolase (aldolase A). * Khâu 7: đồng phân hóa aldose-cetose đối với PDA-PGA; chỉ PGA tiếp tục thoái hóa * Khâu 8: phosphoryl-oxy hóa PGA nhờ phosphoglyceraldehyd dehydrogenase (PGAD) tạo 1,3- diphosphoglycerat (1,3 DPG) * Khâu 9: Chuyển phosphat, tạo 1 ATP * Khâu 10: Chuyển vị trí phosphat từ 3-PG thành 2-PG * Khâu 11: Khử nước tạo enol nhờ enolase (phosphopyruvat hydratase) tạo PEP (phosphoenolpyruvat) * Khâu 12: chuyển phosphat, tạo 1 ATP
• 7. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 7 Dương Thị Ngọc Châu Tóm lại: 6  12: - Fructose 1,6-DP bị cắt đôi thành phosphoglyceraldehyd - Có sự phosphoryl hóa PGA tạo NADH, H+ và liên kết phosphat giàu năng lượng được chuyển qua ADP tạo ATP - Giai đoạn 2 cho 2 NADH, H+ và 4 ATP. - Sản phẩm giai đoạn 2 là pyruvat. 3. Giai đoạn 3: Gồm khâu 13, 14 * Khâu 13: Trong điều kiện yếm khí, pyruvat bị khử hóa (nhận 2H) thành lactat nhờ lactat dehydrogenase (LDH). Xảy ra nhiều nhất ở mô cơ * Khâu 14: Trong điều kiện hiếu khí, pyruvat biến thành AcetyCoA nhờ phản ứng khử carboxyl- oxy hóa xúc tác bởi phức hợp pyurvat dehydrogenase (PyD). Xảy ra trong ty thể. 3 enzyme trong PyD: pyruvat dehydrogenase (decarboxylase); Dihydrolipoyltransacetylase; Dihydrolipol dehydrogenase
• 8. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 8 Dương Thị Ngọc Châu Sản phẩm của giai đoạn 3: NADH, H+ và AcetylCoA
• 9. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 9 Dương Thị Ngọc Châu  HDP yếm khí tạo năng lượng dự trữ ít (2 ATP), vẫn là nguồn năng lượng giá trị khi: cung oxy bị hạn chế, cơ hoạt động mạnh, mô ít/không có ti thể (hồng cầu, bạch cầu, vùng tuỷ thận, thuỷ tinh thể, tinh hoàn)  Cơ hoạt động mạnh  NADH,H+ được tạo thành bởi 3 PGAD và enzym trong chu trình acid citric vượt quá khả năng oxh của chỗi hô hấp tế bào  tỉ lệ NADH,H+/NAD+ tăng  khử pyruvat thành lactat  chuột rút.  Số phận pyruvat: -Biến thành ethanol (nấm men, vi khuẩn ruột) -Biến thành oxaloacetat III. THOÁI HÓA THEO CON ĐƯỜNG HMP: Hexose (glucose) chỉ được phosphoryl hóa 1 lần tạo hexose monophosphat (G6P)  Đặc điểm con đường HMP: - 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).  Sử dụng NADPH, H+ : Trong những phản ứng tổng hợp khử hóa( gắn 2H). Ví dụ : – Tổng hợp acid béo – Hydroxy hóa nhờ hệ thống cytocrom P-450 monooxygenase ( hydroxylase) Trong phản ứng chống oxy hóa – Chất trung gian oxy phản ứng được phân hủy nhờ catalase, superoxyddidmutase (SOD), Gutathion reductase (GTR)
• 10. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 10 Dương Thị Ngọc Châu  Mối liên hệ giữa HDP và HMP: Mối liên quan giữa HDP và HMP: F-6P và PGA 1) Nếu nhu cầu Ribose 5P > NADPHH+ → thoái hoá chủ yếu theo HDP; F6G và PGA lấy từ đường phân tạo thành ribose 5P nhờ những phản ứng ngược của transcetolase và transaldolase 2) Nếu nhu cầu Rib 5P = NADPHH+ → theo giai đoạn 1 của HMP 3) Nếu nhu cầu NADPHH+ > Rib P → theo giai đoạn 1 và 2 của HMP. HMP cung cấp phần lớn NADPHH+ cho tế bào, đặc biệt ở gan và tuyến vú (tổng hợp acid béo), vỏ thượng thận (tổng hợp steroid)  Điều hoà HDP - Hexokinase bị ức chế bởi G6P (sản phẩm của phản ứng) - PKF-1 bị ức chế bởi nồng độ ATP cao, nồng độ citrat cao; được hoạt hoá bởi nồng độ AMP cao, F2,6-DP - Pyruvat kinase được hoạt hoá bởi F1,6-DP (điều hoà tiến tới), bị ức chế bởi nồng độ ATP cao.
• 11. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 11 Dương Thị Ngọc Châu IV. TỔNG HỢP GLUCID: 1. Tổng hợp glycogen từ glucose:
• 12. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 12 Dương Thị Ngọc Châu
• 13. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 13 Dương Thị Ngọc Châu 2. Tân tạo glucid: - Là sự tạo thành glucose và glycogen từ những chất không phải là glucid: lactat, pyruvat, chất trung gia trong chu trình citric, glycerol, acid amin. - Nếu thức ăn không cung cấp đủ glucose cơ thể phải tạo glucose từ các chất khác từ sự tân tạo glucose. - Quan trọng ở não và hồng cầu. Quá trình tân tạo glucose diễn ra ngược với đường phân (HDP) với 3 khâu không thuận nghịch.
• 14. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 14 Dương Thị Ngọc Châu
• 15. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 15 Dương Thị Ngọc Châu
• 16. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 16 Dương Thị Ngọc Châu
• 17. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 17 Dương Thị Ngọc Châu
• 18. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 18 Dương Thị Ngọc Châu V. MỘT SỐ CON ĐƯỜNG CHUYỂN HÓA KHÁC:
• 19. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 19 Dương Thị Ngọc Châu VI. ĐIỀU HÒA CHUYỂN HÓA GLUCID: Trong cơ thể bình thường, chuyển hóa glucid luôn được điều hòa theo nhu cầu cơ thể. * Đường huyết được ổn định nhờ sự cân bằng 2 nguồn: - Bổ sung, cung cấp glucose vào máu từ thức ăn (ngoại sinh); phân giải glycogen, tân tạo glucose giữa các bữa ăn (nội sinh). - Sử dụng glucose ở các tổ chức, cơ quan: mô mỡ, thần kinh và dự trữ (nhiều nhất ở gan và cơ). Glucose được liên tục lọc qua quản cầu thận và tái hấp thu hoàn toàn qua ống thận. * Cơ chế điều hòa đường huyết: - Gan đóng vai trò quan trọng nhờ glycogen của gan. Hệ thống nội tiết qua hệ thần kinh trung ương, gồm 2 hệ thống đối lập: - Làm giảm đường huyết: insulin
• 20. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 20 Dương Thị Ngọc Châu - Làm tăng đường huyết: adrenalin, glucagon và hormone khác (giáp trạng, vỏ thượng thận, yên trước) Adrenalin và glucagon: - Glucagon được tiết ra từ tế bào α của tụy, tác động lên gan, kích thích gan phân giải glycogen thành glucose vào máu. - Sự co cơ hoặc kích thích thần kinh làm cho tuyến thượng thận tiết adrenalin, kích thích gan phân giải glycogen thành glucose máu Insulin: Nguồn gốc: Tế bào β đảo Langherhans tuyến tụy  Tác động sinh học làm giảm lượng glucose máu: • Kích thích các tiến trình sử dụng glucose • Tăng đường phân EM, chu trình Krebs • Tăng tổng hợp glycogen
• 21. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 21 Dương Thị Ngọc Châu • Tăng tổng hợp triacylglycerol • Tăng tổng hợp amino acid, protein Epinephrine:  Nguồn gốc: Vùng tủy tuyến thượng thận  Tác động sinh học làm tăng lượng glucose máu: • Ức chế các tiến trình sử dụng glucose • Tăng phân giải glycogen Glucocorticoid  Nguồn gốc: Vùng vỏ tuyến thượng thận  Tác động sinh học làm tăng lượng glucose máu: • Ức chế các tiến trình sử dụng glucose • Tăng tổng hợp glucose từ lactate, glycerol, acid béo, amino acid... VII. ĐẶC ĐIỂM CHUYỂN HÓA GLUCID Ở CÁC MÔ:
• 22. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 22 Dương Thị Ngọc Châu
• 23. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 23 Dương Thị Ngọc Châu MỘT SỐ CÂU HỎI THAM KHẢO 1. Trong chuyển hóa yếm khí pyruvat được chuyển thành lactat. Quá trỉnh này tạo 1: A. NAD+ B. ATP C. FAD D. H2O E. AcetylCoA 2. Enzyme chuyển phosphodiaceton thành phosphoglyceraldehyd thuộc nhóm: A. Oxidoreductase B. Transferase C. Hydrolase D. Lyase E. Isomerase 3. Cơ chất chính của tân tạo đường: A. Galactose B. Glycerol C. Glycogen D. Sucrose E. Mannitol 4. Một đứa trẻ bị hạ đường huyết, gan to và mặt đọng mỡ. Sinh thiết gan cho thấy tế bào gan lắng đọng glycogen quá mức. Bệnh này do thiếu: A. α-1,1-glucosidase B. α-1,1-galactosidase C. α-1,4-glucosidase D. α-1,4-galactosidase E. α-1,6-galactosidase 5. Nhịn đói 4-5h sẽ xảy ra: A. Giảm AMP vòng và tăng tổng hợp glycogen ở gan B. Tăng AMP vòng và tăng li giải glycogen ở gan C. Giảm nồng độ epinephrine và tăng li giải ở gan D. Tăng Ca2+ ở cơ và giảm li giải glycogen E. Giảm Ca2+ ở cơ và giảm li giải glycogen 6. Sau bữa ăn, glucose máu vào tế bào và dự trữ ở dạng glycogen, đặc biệt là ở gan. Chất cho phân tử glucose máu mới vào glycogen: A. UDP-glucose-1-phosphat B. UDP-glucose C. UDP-glucose-6-phosphat
• 24. Dược TPHCM Forum Khoa Y Page | 24 Dương Thị Ngọc Châu D. Glucose-6-phosphat E. Glucose-1-phosphat 7. Về quá trình li giải glycogen: A. 9/10 số G được giải phóng dạng G-1-P B. 1/10 số G được giải phóng dạng G-6-P C. α-1,6-glucosidase tạo G-1-P D. Li giải glycogen ở cơ cung cấp glucose vào máu khi cần E. Phosphorylase hoạt động khi đến khoảng 2 G từ chỗ phân nhánh 8. Hexokinase: A. Hoạt động chính tại gan B. Ái lực thấp với glucose C. Có thể phosphryl hóa lượng lớn glucose D. Bị ức chế bởi glucose-6-phosphat E. Có Km cao 9. Số ATP tiêu tốn trong quá trình đường phân đến giai đoạn tạo fructose-1,6- diphosphat nếu tính từ glucose tự do là: A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 E. 4 10. Nguyên nhân và hậu quả của bệnh tăng galactose máu gồm, NGOẠI TRỪ: A. Do thiếu galactokinase B. Do thiếu galactose-1-phosphat uridyl transferase C. Gây đục thủy tinh thể do lắng đọng glucitol D. Gây tổn thương gan E. Gây chậm phát triển tâm thần Đáp án: 1A 2E 3B 4C 5B 6B 7A 8E 9C 10C