Chương 1 CHUYỂN HOÁ GLUCID ^ chính cảa glucid. Nêu được ý nghĩa và mối liên quan giữa con đường đường phân và chu trình pentose. Nêu được đặc điểm chuyền hoá glucid ở các mô. Trình bày được các quá trình tổng hợp gỉucid trong cơ thể.
Trình bày được chuyền hoá của frutose, galactose, mannose. % Trình bày được chuyển hoá của glucỉd trong các trường hợp sau khỉ ăn,. Trinh bày được sự điều hòa và những rối loạn của chuyển hoá gỉucid. ĐẠI CƯƠNG Chuyển hoá glucid là một trong những quá trình chuyển hoá quan trọng trong cơ thể sống, chủ yếu nhằm cung cấp năng lượng cho tê bào hoạt động.
Ngoài ra sự chuyển hoá này còn cung cấp nhiều sản phẩm chuyển hoá trung gian quan trọng. Quá trình chuyển hoá glucid có liên quan chặt chẽ với sự chuyển hoá các chất khác trong cơ thể, nhất là đối với chuyển hoá lipid, acid amin và acid nucleic. Nhu cầu glucid của người trưởng thành là 300 - 500g trong 24h. Khi tăng lượng lipid và protid trong khẩu phần ăn thì nhu cầu glucid có thể giảm thấp.
Trong cơ thể người và động vật cao cấp, glucid tồn tại dưới ba dạng: - Dạng dữ trữ là glycogen, tập trung chủ yếu ỏ gan và cơ. - Dạng vận chuyển là glucose tự do trong máu và các dịch của cơ thể. - Dạng tham gia cấu tạo trong các tổ chức của cơ thể. Nguồn glucose của cơ th ể • Nguồn glucose ngoại sinh là nguồn glucid từ thức ăn, bao gồm: - Tinh bột: là thức àn glucid chủ yếu của người, có trong các hạt ngũ cốc, củ.
- Glycogen: có trong các tổ chức và cơ động vật. - Cellulose: có trong rau và một số quả. Các disaccarid: thường gặp là saccarose (đường mía),lactose(đường sữa), maltose (mạch nha). Các monosaccarid có trong thức ăn với lượng ít, thường gặp là glucose (nho), fructose (trái cây), mannose, ribose.
Sự tiêu hoá và hấp thu glucid Quá trĩnh tiêu hoá glucid từ thức ăn thực chất là quá trình thủy phân các poỉysaccarid và disaccarid dưói tác dụng của các enzym ở đường tiêu hoá thành các monosaccarid. Enzym thủy phân tinh bột và glycogen là amj'lase của nước bọt và dịch tụy. Có hai loại amylase là a-am ylase và Ị3-amylase. P-amylase có trong một số thực vật, a-am ylase có trong nước bọt và dịch tụy, cả hai đều thủy phân liên kết a-l-> 4.
P-amylase tác dụng ở phần đầu mạch nên được gọi là exoamylase. a-amylase thì thủy phân các liên kết ở giữa nên có tên là endoamylase, ở hệ thống tiêu hoá a-am ylase là enzym thủy phân amylose và amylopectin (thành phần của tinh bột và glycogen) cho maltose, a-am ylase là enzym cần Ca2+. Vì a-am ylase không cắt được liên kết oc-l-»6 nên sản phẩm trong quá trình thủy phân amylopectin là các oligosaccarid (dextrin). Ruột chỉ có thể hấp thu monosaccaraid nên oligosaccarid tiếp tục được thủy phân tiếp bởi các oligosaccaridase của ruột non.
Các disaccarid trong thức ăn như lactose và saccarose cùng với các sản phẩm thủy phân của tinh bột và glycogen sẽ bị thủy phân dưói tác dụng của maltase, saccarase, lactase để cho sản phẩm cuối cùng là các monosaccarid chủ yếu là glucose và một số ít fructose và galactose. Sự thiếu hụt lactase ở ruột dẫn đến tích tụ lactose gây tiêu chảy khi dùng lactose vì lactose không được hấp thu sẽ lên men bởi vi khuẩn và áp lực tham thấu tăng gây hút nước vào lòng ruột. Tất cả các monosaccarid đều được hấp thu hoàn toàn ỏ ruột non, sự hấp thu tôi nhất ở phần đầu của ruột non. Tốc độ háp thu của các monosaccarid: galactose(llO) > glucose (100) > fructose (43) > mannose (19) > pentose (15-19).
Sự hấp thu có hai cơ chế gồm (1) sự khuếch tán đơn giản phụ thuộc vào gradient nồng độ của monosaccariđ giữa tế bào màng ruột và máu; (2) sự vận chuyển tích cực không phụ thuộc vào gradient nồng độ, mà phụ thuộc vào năng lượng cung cấp, cơ chế này xảy ra đối với glucose và galactose. Sự hấp thu monosaccarid ở ruột non cũng bị ảnh hưởng bởi một sô' tác nhân như thyroxin làm tăng quá trình hấp thu các hexose hay sự thay đổi nồng độ của các cation đặc biệt là K* làm tăng hấp thu glucose. Sự hấp thu các hexose tối ưu khi có mặt các vitamin nhóm B như thiamin, pyridoxin và pantothenic acid. • Nguồn glucose nội sinh Nguồn carbohydrlit nội sinh chính là glycogen của gan.
Ngoài glycogen trong cơ thể còn nguồn carbohydrat nhỏ là galactose, mannose và pentose, những chất này có khả năng chuyền thành glucose. Ngoài ra, trong cơ thể còn có những thành phần không phải carbohydrat có khả năng tạo glucose như (1) các acid amin, nó được xem là một trong những nguồn nguyên liệu để tổng hợp carbohydrat, (2) lipid, các acid béo không có khả năng chuyển thành glucose, nhưng phần glycerol được xem là nguồn tạo glucose. S ử d ụ n g g lu c o s e c ủ a cơ t h ể Thoái hoá Đê cung cấp năng lượng cho cơ the, glucose bị thoái hoá hoàn toàn thành C 02 và H20 (đưòn£ pyruvat), quá trình này xảy ra ở tất cả các mô. Tổng hợp dạng dự trữ Khi không có nhu cầu năng lượng khẩn cấp hay nhu cầu tổng hợp các sản phẩm đặc biệt, thì lượng thừa glucose sẽ được dự trữ dưới dạng glycogen ở gan và mô.
Lượng glycogen dự trữ trong cơ thể có giới hạn, khi vượt giới hạn này lượng glucose thừa sẽ được chuyển thành acid béo và dự trữ dưới dạng triglycerid trong mô mỡ. Sử dụng tổng hợp các thành phần khác Một phần glucose được sử dụng đế tổng hợp: - Ribose và deoxyribose cần cho tổng hợp acid nucleic. - Mannose, glucosamin, galactosamin, neuramic acid (thành phần của các mucopolysaccarid và glycoprotein). - Sử dụng tổng hợp acid béo và acid amin.
(1) Có nhiều acid amin không có trong khẩu phần ăn, nhưng vẫn xuất hiện trong thành phần protein của mô cơ thể, đó là những acid amin do cơ thể tự tổng hợp. Các acid amin này được tổng hợp từ khung carbon là glucose hay chất chuyến hoá của glucose. (2) Quá trình chuyển glucose thành acid béo xảy ra khi vượt quá giới hạn dự trữ ở dạng glycogen. THOÁI HOÁ GLUCOSE Trong tế bào của các tổ chức, glucose tự do được tạo ra một phần do thoái hoá glycogen (ít) hoặc do tế bào 1% từ máu ngoại biên vào.
Gkicose chỉ có thể đi vào con đưòng thoái hoá khi nó ở dạng gỉucose-6-phosphat. Từ glucose-6-phosphat có thể theo nhiều con đường thoái hoá như (1) Con đường đường phân (glycolysis), (2) Con đường Hexose monophosphat hay chu trình pentose phosphat, (3) Con đường Uronk cucid. Thoái hoá glu cose theo con đường đường phân - glycolysis 2. Đường phăn-Glycolysis Quá trình oxi hoá glucose đến pyruvat gọi là quá trình Phosphoryl họá Hexokinase đường phân (glycolysis).
Phản ứng đầu tiên của con đưòng ADp CHjO <P> đường phân là phản ứng phosphoryl hoá glucose ở C-6 bởi S0 H O T T OH OH hexokinase. Tiếp theo glucose-6- (2 ) Isomer hoá Glucose - 6 - phosphat Phosphoglucoisomerase phosphat được isome hoá thành fructose-6-phosphat và fructose- 6-phosphat được phosphoryl hoá <£> OCHj n CHz-OH tiếp tục dưới tác dụng enzym F6p phosphofructokinase cho fructose OH 1,6-diphosphat. Quá trình (3 ) Phosphoryl hoả A T p 'i Fructose - ® - phosphat Phosphofructokinase phosphoryl hoá vói sự tham gia của 2 phân tử ATP và sự hiện ADR diện của Mg*+. Dưới tác dụng của aldolase, fructose 1,6-diphosphat FDP V T oh bị phân đôi thành hai mảnh 3C @ Phân đòi OH Fructose -1 ,6 - diphosphat Aldolase là glyceraldehyd-3-phosphat (G3P) và dihydroxyaceton phosphat (DHAP).
Chỉ có G3P DHAP G3P tiẻp tục thoải hoá. Sự cân bằng ( 5) Isomer hóa thành phần hai loại triose- c h 2o <£> Triose phosphat isomerase H phosphat này được điều khiển bởi c =0 lo ỎHOH triose—phosphat isomerase do đó CH20H CHjO <g> cả hai triose từ hexose đều có thể Dihydroxyaceton pbosphat Glyceraldehyd - 3 - phosphat được sử dụng hoàn toàn. Đường phân - Glycolysis khác dihydroxyaceton phosphat có thể chuyến hoá theo đường khác, đó là khi có sự hiện diện DPNH enzym glycerophosphat dehydrogensase sẽ khử dihydroxyaceton phosphat thành glycerol cung cấp cho tống hợp lipid (hình 1. G3P tiếp tục bị oxi hoá và phosphoryl hoá dưới tác dụng glyceraldehyd - 3 - 0 =0 G3P ổHOH phosphat dehydrogenase cho ( D Oxi hoả vầ CHz0<P> 1,3 - diphosphoglycerat và phosphofyl hoà Glyceraldehyd - 3 - phosphat giai đoạn này tạo ra một Glyceraldehyd- 3 - Phosphat dehydrogenase NADH H \ trong điều kiện nadh2 hiếu khí NADH H+ sẽ đi vào h ° o CH0H DPG chuỗi hô hấp tế bào tạo ra 3 ( J \ Phosptroryl hoá ở CHzO<^> mức Cỡ chất 1,3 - diphosphoglycerat ATP.
1,3 ADP diphosphoglycerat có xu Phosphoglycerat kinase ATP hưóng chuyển nhóm acyl - coo- phosphat cho ADP 3PG ốHOH c h 20 < 5 > để tạo ATP và phản (8 ) Isome hoá 3 - phosphoglycerat ứng này xúc tác bởi Phosphoglycerat mutase phosphoglyceratkinase. Đến thòi điểm này tổng số ATP coo- tạo ra bổi con đường 2PG ố H -0 glycolysis là 0. Con đường CHzO^ (9 ) Dehydrat hoâ 2 - phosphoglycerat glycolysis thật sự cho năng Enolase lượng ở các phản ứng còn lại. 3-phosphoglycerat qua giai coo- đoạn isomer hoá cho 2- PEP ĩ-O^Ệ> ch2 phosphoglycerat và tiếp tục Phosphoryl hoà ADP Phosphoenolpymvat bị khử nưốc bởi enolase cho ^ ở mức cơ chất E phosphoenolpyruvat (PEP).
Pyruvat kinase ATP C 00- Cuối cùng vối xúc tác ch3 pyruvat kinase tiếp tục quá Pyruval Pyruvat trình phosphoryl hoá ở mức Hình 1. Đưdng phân - glycolysis cơ chất, PEP chuyển phosphat cho ADP và cho pyruvat (hình 1. Chuyển hoả tiếp tục của acid, pyruvic Trong điều kiện hiếu khí Trong điều kiện tế bào của tổ chức được cung cấp đủ oxy, acid pyruvic sẽ được chuyển vào trong ty thể, ở đó nó bị khử carboxyl oxy hoá thành acetyl CoA. Sau đó acetyl CoA tiếp tục đi vào chu trình Krebs để tiếp tục thoái hoá.
Phản ứng khử carboxyl oxy hoá của acid pyruvic thực ra là một chuỗi phản ứng được xúc tác bơi một phức hợp đa enzym, phức hợp này có sự tham gia của các coenzym: thiamin pyrophosphat, NAD, FAD. Mg2* CH3COCOOH + Lipoic I. Lipoic + C 02 TPP HS acid pyruvic CHaCCW j Lipoic + C oA -S H Ị/ Lipoic + CH3C0 - s - CoA HS FAD. NADH, FADH2 NAD o.
Lipoic Trong điều kiện yếm khí Trong trường hợp co cơ yếm khí khi cơ vận động cường độ cao hay ở những vi khuẩn lactic sông trong điểu kiện không có oxy, acid pyruvic bị khử thành acid lactic. COOH I L a c tic d e h yd ro g e n a se I c = 0 ---------- — --------► C H - O H ch3 ch3 N A D H H* N AD * A c id p yru vic A cid la c tic Trong quá trình lên men rượu, acid pyruvic bị khử thành etanol.