HÓA SINH HỌC ( BÀI 1 )

CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA
TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG (P1)
(Chemotrophic Energy Metabolism)

Cấu trúc và chức năng các phân tử sinh học
(Structure & Function of Biomolecules)
Glucose
Fate of glucose ( sự biến đổi đường)

Oxy hóa hoàn toàn tới CO2 và H2O.
Hô hấp tế bào

Biến đổi thành lactate.
Chu trình Cori biến đổi lactate thành glucose.

Biến đổi thành acetyl CoA.
Đi vào chu trình Kreb hoặc tổng hợp chất béo.

Biến đổi thành các loại monosaccharide khác
Chuyển thành Pentose phosphate

Dự trữ dưới dạng glycogen ở cơ và gan.
Chuyển hóa Glucose
Đường phân (Glycolysis)
Qua con đường Embden-Meyerhof-Parnas (EMP).





Qua 10 giai đoạn
Glycolysis
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi  2 C3H3O3 + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Tại sao oxy hóa đường theo các giai đoạn?
DG˚’ = -686 kcal/mol

Sự đốt cháy trực tiếp glucose do nhiệt không phù hợp với cơ thể sống.
http://www.clipartheaven.com/clipart/outdoor_recreation/camping/roasting_marshmallows.gif
Glycolysis: Giai đoạn 1
Hexokinase xúc tác quá trình photphoryl không thuận nghịch glucose thành glucose-6-photphate (G-6-P).
Đây là cái bẫy cơ bản của glucose trong tế bào.
Enzym Hexokinase
Có 4 loại enzym hexokinase
3 loại có hoạt tính cao với glucose
Tìm thấy ở não và RBC
Ức chế bởi G-6-P (Ức chế ngược)

HK-D hoặc glucokinase có hoạt tính thấp với glucose

Không bị ức chế bởi G-6-P
Chuyển hóa glucose thành glycogen khi nồng độ [glucose] cao.
http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/jmol/hexokinase/hk3.jpg
Glycolysis: Giai đoạn 2
Phosphoglucoisomerase biến đổi G-6-P thành fructose-6-phosphate (F-6-P).
Làm thay đổi cacbon 1 của hexose thực hiện trong quá trình hotphoryl hóa.
Glycolysis: Giai đoạn 3
Phosphofructokinase (PFK-1) xúc tác quá trình photphoryl hóa không thuận nghịch F-6-P thành fructose-1,6-bisphosphate (F-1,6-BP).

Ở thời điểm này tế bào mới thực hiện quá trình đường phân.
Glycolysis: Giai đoạn 4
Aldolase xúc tác the phân chia F-1,6-BP thành dihydroxyacetone phosphate (DHAP) và glyceraldehyde-3-phosphate (G-3-P).
Glycolysis: Step 5
Triose phosphate isomerase huyển đổi DHAP thành G-3-P.

G-3-P tiếp tục đi vào quá trình đường phân.
Glycolysis: Giai đoạn 6
G-3-P dehydrogenase xúc tác quá trình oxy hóa và photphoryl hóa G-3-P thành 1,3-bisphosphate glycerate (1,3-BPG).
Glycolysis: Giai đoạn 7
Phosphoglycerate kinase (PGK) chuyển nhóm phosphate từ 1,3-BPG đến ADP để hình thành ATP (Quá trình photphoryl hóa cơ chất) và 3-phosphoglycerate (3-PG).
Glycolysis: Giai đoạn 8
3-PG được chuyển thành 2-PG bởi enzym phosphoglycerate mutase.
Chuyển dời nhóm phosphate tới nhóm chức hydroxyl tạo ra phân tử không bền ( G) và do đó đễ dàng chuyển nhóm phosphate tới cơ chất khác.
Glycolysis: Step 9
Quá trình tách nước từ 2-PG thành phosphoenolpyruvate (PEP) được xúc tác bởi enzym enolase.
Duy trì PEP ở dạng enol (Không ổn định), điều này làm cho sự chuyển đổi nhóm phosphate tới ADP dễ dàng hơn ở giai đoạn 10.
Glycolysis: Step 10
Pyruvate kinase xúc tác không thuận nghịch chuyển nhóm photphat từ PEP đến ADP để tạo thành ATP (Photphoryl hóa cơ chất lần thứ 2) và tạo ra pyruvate.
Dạng Enol của pyruvate chuyển thành dạng xeto một cách dễ dàng.
Năng lượng đầu tư
Năng lượng
tỏa ra
Chuyển hóa các loại đường khác
Các loại đường khác được chuyển đổi thành các dạng trung gian trong quá trình đường phân.
Galactose
Hội chứng galacto huyết (Galactosemia)
Nôn mửa và ỉa chảy sau khi uống sữa.

Lớn gan và vàng da, dẫn đến xơ gan.

Đục nhân mắt

Hôn mê

Thiểu năng trí tuệ.
Lactose
Enzym chuyển hóa lactose thành galactose và glucose.
Sự kháng Lactose
Vi khuẩn chuyển đổi lactose thành lactic acid và tạo ra khí methane và hydrogen; gây trương phồng.
Lactic acid là nguyên nhân gây mất cân bằng nước gây ra ỉa chảy.
Điều gì xảy ra với pyruvate?
Được xác định trong điều kiện nhất định (oxy).
Hô hấp hiếu khí và kỵ khí
Quá trình lên men (Không có oxy)
Sự lên men lactate
Tế bào phải phục hồi NAD+ để duy trì quá trình đường phân
Sự lên men Lactic Acid
Xuất hiện ở cơ.
Tính toán hiệu quả của quá trình “đốt cháy” đường.
Một số quá trình lên men khác
Quá trình tạo glucose
(Gluconeogenesis)
Hình thành phân tử glucose mới từ những hợp chất không phải cacbonhydrat.
Thực hiện chủ yếu ở gan, thận, não, …
Gluconeogenesis
Con đường ngược với đường phân với một vài ngoại lệ.
Có thể nói các giai đoạn 1, 3 và 10 của đường phân là quá trình bất thuận nghịch; do đó, các giai đoạn này đều không có ở quá trình gluconeogenesis.
Gluconeogenesis
http://oregonstate.edu/instruction/bb450/stryer/ch16/Slide74.jpg
Chu trình Cori
Lactate được vận chuyển từ cơ đến gan và nó được biến đổi thành pyruvate để vào quá trình gluconeogenesis.
Gerty Radnitz Cori (1896-1957)
Sinh ở nước Áo-Hung và theo học tiếng Latin, hóa học, toán học và vật lý
Vào trường Y năm 18 tuổi và cưới Carl Cori năm 1920, người cộng tác nghiên cứu sau này.
Được trao giải Nobel Y học năm 1947 cho những công trình về bệnh đái tháo đường.
Năm 1922 họ chuyển đến làm việc ở trung tâm ung thư ở Buffalo, New York.
Điều hòa quá trình Glycolysis/Gluconeognesis
Enzym điều hòa quá trình glycolysis hoặc gluconeogenesis có tính đặc hiệu và đặc trưng cho từng con đường.
Điều hòa hoạt động enzym PFK-1 do ATP
Có một số phân tử vừa vừa là cơ chất vừa là yếu tố kích thích âm tính?

Ái lực của trung tâm hoạt động của enzym thay đổi theo nồng độ của ATP
Động học của PFK-1 khi nồng độ ATP cao và thấp
Fructose-2,6-Bisphosphate
Điều hòa enzym PFK-2
PFK-2 có hai chức năng
Dạng không photphoryl hóa : kinase
Dạng photphoryl hóa: phosphatase

Phù hợp với cAMP ( Cycle Adenozin Monophotphat)

Tăng cAMP khi cơ thể cần glucose

 cAMP F2,6BP  glycolysis,  gluconeogenesis

 cAMP  F2,6BP  glycolysis,  gluconeogenesis