Sinh hóa

Trao đổi carbohydrate gồm
2 quá trình cơ bản là
tổng hợp và phân giải
Quang hợp
Quá trình quang hợp (photosynthesis) là một quá trình tổng hợp carbohydrate ở lục lạp từ CO2 và H2O nhờ vào năng lượng ánh sáng mặt trời

Tổng năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất: 1,5. 1022 kJ nhưng chỉ 1% được chuyển hóa thành năng lượng trong chuỗi thức ăn của sinh quyển

Sự biến đổi quang năng thành hóa năng còn được gọi là sự cố định CO2. Cả trái đất cố định được 1011 tấn carbon trong 1 năm, 1/3 được cố định ở các đại dương

Phần năng lượng còn lại 99% thì 2/3 được hấp thu bởi các đại dương, phần còn lại được phản xạ lại trong không gian
Vị trí của quang hợp trên bản đồ biến dưỡng
Phản ứng quang hợp
Quang hợp xảy ra ở lục lạp (trên màng)
Quang hợp gồm 2 pha cơ bản:

+ Pha sáng: là chuỗi các phản ứng quang hóa biến đổi năng lượng ánh sáng thành quang năng dưới dạng NADH và ATP

+ Pha tối: sử dụng hóa năng từ ATP và NADH để cố định và khử CO2 thành carbohydrate
Chlorophyll là phân tử hấp thu ánh sáng trong quang hợp
Các sắc tố trong quang hợp gồm có:
Chlorophyll a
Chlorophyll b
Chlorophyll c
Chlorophyll d
Carotenoid
Xanthophyll
Phycobilin
Quang phổ hấp thu của chlorophyll a và b
Bốn dạng biến đổi của ánh sáng được hấp thu
Mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải glucose
Hiện tượng ấm lên của trái đất và quang hợp
Nồng độ CO2 trên trái đất tăng từ 280 ppm lên khoảng 360 ppm như hiện nay

Hiện tượng hiệu ứng nhà kính (green house effect) gây ra hiện tượng ấm lên của trái đất (global warming) (mực nước biển tăng và tan băng ở các vùng cực)

Nhiệt độ tăng: sự bốc thoát hơi nước

Các thử nghiệm ở 700 ppm CO2 cho thấy có hiệu ứng tốt trên quang hợp (tăng khoảng 45%)

CO2 tăng không phải là yếu tố bất lợi nhưng lại gặp khó khăn về nguồn nước tưới, phân bón, sự phân bổ lượng mưa và sa mạc hóa
Sinh tổng hợp carbohydrate
Sinh tổng hợp sucrose
Sinh tổng hợp tinh bột
Glucose phosphate isomerase
Glucose phosphate mutase
Glucose phosphate adenine transferase
Glucan glucosil transferase
Sinh tổng hợp gylcogen
Xảy ra ở động vật và vi sinh vật

Được tổng hợp từ tiền chất là Glucose-UDP

Nối dài mạch bằng liên kết -1,4-glucoside

Được xúc tác nhờ enzyme glycogen synthetase

Là carbohydrate dự trữ ở động vật và vsv
Sự phân giải carbohydrate
Sự thủy phân sucrose do enzyme invertase thực hiện

Thủy phân tinh bột và gylcogen do hệ enzyme amylase thực hiện

Cellulose được phân giải nhờ enzyme cellulase

Sản phẩm sau cùng của sự phân giải là các monosaccharide tương ứng, chủ yếu là các đơn vị glucose

Glucose có thể được sử dụng để tổng hợp nên lipid, protein, carbohydrate hoặc có thể bị oxy hóa và giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống
Khái quát về sự chuyển hóa glucid ở động vật
Nguồn glucid: chiếm 1 tỷ trọng lớn trong thức ăn hàng ngày. Gạo, bánh mỳ, khoai, bắp, ….. Và các chất bột, đường là nguồn cung cấp glucid cho cơ thể

Sự tiêu hóa glucid trong cơ thể:

- Miệng: có enzyme amylase thủy phân 1 phần tinh bột hoặc glycogen

- Dạ dày: không có enzyme tiêu hóa glucid

- Ruột non: glucid được thủy phân chủ yếu ở đây nhờ hệ enzyme amylase từ tá tràng
Sự hấp thu glucid
Tinh bột sau khi được lấy vào cơ thể sẽ hấp thu chủ yếu qua ruột ở tế bào niêm mạc vào máu và vận chuyển đi khắp cơ thể

Quá trình hấp thu cũng được thực hiện qua 2 cơ chế:

- khuếch tán: theo nguyên tắc vật lý, vận chuyển từ nơi nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn cho đến khi cân bằng

- vận chuyển tích cực: nhờ quá trình phosphoryl hóa (ATP) (vận chuyển tích cực hay chủ động và có sự tiêu hao năng lượng)
Sự phân giải glucid
Sự thủy phân bằng enzyme amylase:

- -amylase: có ở trong nước bọt, tuyến tiêu hóa, mầm lúa, nấm mốc. Thủy phân liên kết -1,4-glycoside trong amylose, amylopectin hay glycogen bất kỳ. Sản phẩm tạo thành là các dextrin có phân tử lượng khác nhau, một ít maltose và glucose

- -amylase: có nhiều ở hạt ngũ cốc chưa nảy mầm. Thủy phân các đầu không khử trong amylose. Sản phẩm sau cùng là các dextrin và maltose

- -amylase: phân cắt liên kết -1,4-glycoside trong tinh bột. Sản phẩm tạo thành là glucose và một ít dextrin

Hệ enzyme amylase không cắt được liên kết -1,6-glycoside mà các liên kết này chỉ được thủy phân bằng enzyme 1,6-glucosidase
Sự thủy phân bằng phospho:

- đây là con đường tiết kiệm năng lượng trong thủy phân tinh bột và glycogen vì được xúc tác bởi enzyme phosphorylase

- sản phẩm tạo thành là 1 glucose được phosphoryl hóa và mạch C trong tinh bột hoặc glycogen bị cắt ngắn đi 1 đơn vị
Sự phân giải glucid
Sự thủy phân của một số oligosaccharide tiêu biểu
Sự thủy phân đường maltose: nhờ enzyme maltase tạo ra 2 phân tử đường glucose

Sự thủy phân sucrose (saccharose) (đường mía): nhờ enzyme invertase tạo ra glucose và fructose

Sự thủy phân lactose (đường sữa): nhờ enzyme lactase tạo thành galactose và glucose
Sự đường phân - Glycolysis
Từ glycolysis có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: glyk có nghĩa là ngọt và glysis có nghĩa là phân rã

Quá trình đường phân xảy ra ở tế bào chất

Sản phẩm của quá trình đường phân là acid pyruvic

Có thể xảy ra ở điều kiện có oxy hoặc không

Là con đường chủ yếu của quá trình hô hấp tạo năng lượng dưới dạng ATP trong tế bào

Là con đường cung cấp năng lượng duy nhất ở đv, tv và nhiều vsv

Trong điều kiện yếm khí nấm men chuyển hóa monosaccharide thành rượu, glygerin và acid lactic
Vị trí của quá trình đường phân trên bản đồ biến dưỡng
Sơ đồ tổng quát của quá trình đường phân
Giai đoạn 1: 1 phân tử glucose bị phosphoryl hóa tạo thành 2 phân tử glyceraldehyde-3-phosphate và tiêu tốn 2 ATP
Giai đoạn 2: Chuyển hóa glyceraldehyde-3-phosphate thành pyruvate và giải phóng năng lượng dưới dạng ATP và NADH
Các phản ứng ở giai đoạn 1 của quá trình đường phân
Các phản ứng ở giai đoạn 1 của quá trình đường phân
Các phản ứng ở giai đoạn 1 của quá trình đường phân
Các phản ứng ở giai đoạn 2 của quá trình đường phân
Các phản ứng ở giai đoạn 2 của quá trình đường phân
Các phản ứng ở giai đoạn 2 của quá trình đường phân
Sự tiếp diễn sau chu trình đường phân
Pyruvate bị biến đổi theo hai hướng chính:
- Trong điều kiện hiếu khí: chuyển hóa thành Acetyl-CoA và đi vào chu trình tricarboxylic acid
- Trong điều kiện yếm khí: chuyển hóa thành rượu ethanol ở nấm men (sự lên men rượu) hoặc thành lactic acid ở trong cơ
Chu trình Krebs
Trong điều kiện hiếu khí
Ở động vật và thực vật
Trong điều kiện yếm khí
Ở cơ của động vật
Trong điều kiện yếm khí
Ở nấm men (yeast)
Ethanol
Bảng liệt kê các cơ chất, sản phẩm và enzyme trong quá trình đường phân
Nồng độ của các chất trong quá trình đưởng phân ở tế bào hồng cầu
Glucokinase chuyển glucose thành glucose-6-phosphate và dự trữ ở gan
Glucokinase là enzyme được kích hoạt bởi insulin, người bị bệnh tiểu đường không chịu đựng được hàm lượng đường cao do có ít insulin và dự trữ ít glycogen ở gan
Dự trữ glucose ở động vật
mạch máu
Màng tế bào
Glucose-6-phosphate là tiền chất quan trọng của nhiều con đường biến dưỡng
Ngoài glucose, galactose, manose hay fructose còn là tiền chất của quá trình đường phân
Sự lên men rượu
Quá trình lên men rượu xảy ra trong điều kiện yếm khí hoàn toàn ở môi trường có pH 4 – 5 và được xúc tác bởi enzyme đặc thù của nấm men Saccharomyces cerevisiae

Quá trình lên men rượu xảy ra trong tế bào nấm men, ethanol và CO2 được phóng thích ra khỏi tế bào
Quá trình lên men lactic
Ở đa số các loài động vật khi bị thiếu oxy thì pyruvate sẽ bị chuyển hóa thành lactic acid (gây hiện tượng mỏi cơ ở người)
Chu trình Tricarbocylic acid – TCA cycle
Citric acid cycle
Pyruvate
Vị trí của chu trình TCA trên bản đồ biến dưỡng
Chu trình TCA
Do Hans Krebs tìm ra nên còn được gọi là chu trình Krebs

Là quá trình oxy hóa acetate thành CO2 và H2O đồng thời với việc chuyển điện tử tới FAD và NAD

Ở tế bào nhân thật (eukaryote): TCA xảy ra trong ty thể

Ở tế bào tiền nhân (prokaryote): TCA xảy ra trên màng sinh chất

Chu trình bao gồm 8 phản ứng cơ bản
Sơ đồ tóm lượt các phản ứng trong chu trình TCA
Acetyl-CoA
Các phản ứng trong chu trình TCA
Acetyl-CoA được cung cấp từ quá trình -oxy hóa acid béo
Các phản ứng trong chu trình TCA
TCA Cycle
Bảng tóm lượt các phản ứng và enzyme trong chu trình TCA
Sự hình thành ATP trong quá trình hô hấp
từ 1 phân tử glucose
Tính số ATP tạo thành biết 1 NADH = 3ATP và 1FADH = 2ATP
Sản phẩm trung gian của TCA là tiền chất của nhiều quá trình tổng hợp
Sự chuyển vận Pyruvate và Citrate qua màng ty thể
Ty thể
Tế bào chất
Màng ty thể
Biến thể của TCA-Chu trình glycoxylate
Các yếu tố ảnh hưởng đến chu trình TCA (Krebs)
NAD: Nicotine adenine dinucleotide

NADP: Nicotine adenine dinucleotide phosphate
Tân sinh glucose (gluconeogenesis)
Ở cơ thể đv, glucose là nguồn cung cấp năng lượng cần thiết. Hồng cầu và hệ thần kinh chỉ sử dụng glucose tự do từ máu

Sự tân sinh glucose xảy ra là khi cơ thể thiếu hụt năng lượng, nghĩa là kháng lại sự giảm glucose trong máu

Sự tân sinh glucose là sự tạo thành glucose từ những tiền chất không phải là đường (protein và lipid)

Sự tân sinh glucose xảy ra chủ yếu ở gan và thận của động vật
Vị trí của tân sinh glucose trên bản đồ biến dưỡng
Tân sinh glucose và đường phân là 2 quá trình trái ngược nhau
Quá trình đường phân - Glycolysis
Tân sinh glucose - Gluconeogenesis
Tân sinh glucose ở người
Phản ứng tổng quát của tân sinh glucose
Điều hòa tân sinh glucose và glycolysis
Mạch máu
Con đường pentose phosphate
Biến dưỡng glucose theo con đường pentose phosphate:

- cung cấp NADPH cho các hoạt động sinh tổng hợp của tế bào

- tạo ra đường ribose-5-phosphate cần cho quá trình tổng hợp acid nhân
Con đường pentose phosphate
Chi tiết các phản ứng trong chu trình pentose
Chi tiết các phản ứng trong chu trình pentose
Chi tiết các phản ứng trong chu trình pentose
Chi tiết các phản ứng trong chu trình pentose
Điều hòa chuyển hóa glucid
Đường huyết trong cơ thể ở mức 0,7 – 1,1 mg/L

Mức đường huyết được duy trì nhờ 2 nguồn:

+ Bổ sung cung cấp glucose vào máu từ thức ăn
+ Sử dụng glucose ở các cơ quan dự trữ (glycogen ở gan, mô mỡ, cơ)

Mức đường huyết vượt ngưỡng chịu đựng của thận thì được thải qua nước tiểu.

Gan đóng vai trò quan trọng trong điều hòa đường huyết cùng với hormone insulin