Sinh học phân tử chương 15

THOÁI DƯỠNG



AB + HOH Enzim AH + BOH
I.THOÁI DƯỠNG CARBOHYDRAT-1.Thoái dưỡng đường glucoz
1). Lộ trình đường phân
Glucoz + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ 2Pyruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2 O


1940: Embden,Meyerhof,Neuberg,
Parnas, Warburg, Gerty Cori và Carl Cori
Phân giải đường

Lưu ý:
Pha 1 đối lại với pha 2
Các chất (tên và cấu trúc)
enzyme
ATP
Pha đầu tiên của lộ trình đường phân
Phản ứng đầu tiên là Phospho hóa glucose

Hexokinase hoặc glucokinase

Đây là phản ứng mồi ( ATP được tiêu thụ ở đây để mà tạo ra nhiều hơn sau đó)


C6
C3
Pha I

Chuyển đổi glucose
Thành 2 phân tử
glyceraldehyde-3-
phosphate (G-3-P)

Liên quan đến 5 phản ứng

2 ATP được tiêu thụ trong 02 phản ứng
Các thuận lợi của sự phospho hóa Glucose
Giữ nó bên trong tế bào
Giữ cho nồng độ [glucose] thấp
Vận chuyển theo cách khuếch tán glucose vào trong tế bào
Glucose-6-Phosphate:
Một điểm nhánh trong chuyển hóa Glucose
Glucokinase
Chỉ có trong gan

Cũng phospho hóa glucose thành glucose-6-phosphate
Nhưng chỉ khi glucose trong gan có nồng độ cao (> 4mM)

G-6-P được tồn trữ trong gan dưới dạng glycogen

Inducible by insulin

Diabetes Mellitus (insufficient insulin)
patients have low levels of glucokinase
can not tolerate high levels of glucose
produce little glycogen
Lộ trình đường phân – Pha thứ hai
Năng lượng chuyển hóa sản xuất 4 ATP
- ATP thực sản xuất trong lộ trình đường phân là 02 ATP
- Trong pha 2 có liên quan đến sự tạo thành 2 sản phẩm trung gian chứa phosphat có năng lượng rất cao:
* 1,3 bisphosphoglycerate (1,3-BPG)
* Phosphoenolpyruvate


Phase 2 of Glycolysis

Two glyceraldehyde-3-phosphates
converted to two pyruvates

Rxns yield 4 ATPs
Số phận của NADH và Pyruvate
Trong điều kiện hiếu khí và hiếm khí??
NADH is energy - two possible fates:

1. If O2 is available (aerobic), NADH is re-oxidized in the electron transport pathway, making ATP in oxidative phosphorylation
2. In anaerobic conditions, NADH is re-oxidized by lactate dehydrogenase (LDH), providing additional NAD+ for more glycolysis
Pyruvate is also energy - two possible fates:
1. aerobic: citric acid (TCA) cycle
2. anaerobic: lactose dehydrogease makes lactate
Số phận của Pyruvate trong điều kiện hiếm khí:
Sự lên men
Nấm men
Động vật hữu nhũ
Lên men rượu
Lên men lactat
THOÁI DƯỠNG GLUCOZ TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG CÓ OXY

1.Lên men rượu

Glucoz + 2Pi + 2ADP + 2H+ 2 Ethanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

2. Lên men lactat

Glucoz + 2Pi + 2ADP 2 Lactat + 2ATP + 2H2O
Lộ trình đường phân xãy ra tại đâu trong tế bào?


Trong cytosol (Cytosol là dịch chất trong tế bào chất và bên ngoài các cấu trúc có màng trong tế bào chất)
Chuyển hoá pyruvat thành acetyl CoA



Pyruvat + CoA + NAD+ acetyl CoA + CO2 + NADH + H+
Chu trình Krebs
Chu trình axit Citric
Dưới các điều kiện hiếu khí trong ty thể, pyruvate từ lộ trình đường phân được chuyển đổi thành acetate và sau đó được phân hủy thành CO2

Một số ATP được sản xuất
Chuyển hoá pyruvat thành acetyl CoA do phức hợp
pyruvat dehydrogenaz xúc tác
E1:
E2:
E3:
The Pyruvate Dehydrogenase Enzyme Complex
24 dihydrolipoyl transacetylase subunits form a cubic core (pink)

24 ab dimers of pyruvate dehydrogenase (2 per edge) (yellow/biege)


12 dihydrolipoyl dehydrogenase (two per face) (blue)
E1
E2
E3
Hoạt động của phức hợp pyruvat dehydrogenaz bị điều tiết
Ho?t d?ng c?a pyruvat dehydrogenaz b? di?u ti?t b?i:
- N?ng d? cao acetylCoA vă NADH ?c ch? ho?t d?ng c?a enzim năy (?c ch? do s?n ph?m)
- N?ng d? cao GTP ?c ch? ho?t d?ng c?a enzim( ?c ch? ph?n h?i)
- Câc t? l? cao ATP/ADP, AcetylCoA/CoA vă NADH/NAD+ lăm enzim m?t ho?t t�nh (do serin trín enzim b? phospho hoâ).
- Phosphataz lo?i b? phosphat ra kh?i serin lăm pyruvat dehydrogenaz ph?c h?i ho?t t�nh
THOÁI DƯỠNG CARBOHYDRAT
Thoái dưỡng đường glucoz



2). Chu tr�nh Krebs
2 Pyruvat + 2CoA + 2 NAD+ 2 Acetyl CoA + 2 CO2 + 2NADH + 2 H+
2 Acetyl CoA + 6 NAD+ + 2FAD + 2 GDP + 2Pi + 4H2O
4 CO2 + 2 GTP + 6 NADH + 2 FADH2 + 4H+ + 2 CoA
Glucoz + 36ADP + 36 Pi + 36 H+ + 6O2 6CO2 + 36 ATP + 42 H2O
BA CHỐT ĐIỀU TIẾT Ở CHU TRÌNH KREBS
1. Chốt một:: nồng độ cao ATP ngăn không cho citrat synthaz xúc tác tổng hợp citrat

2. Chốt hai: Isocitrat dehydrogenaz được nồng độ thấp ADP kích thích nhưng bị nồng độ cao ATP và NADH ức chế hoạt động

3. Chốt ba: -ketoglutarat dehydrogenaz bị nồng độ cao NADH và succinyl CoA ức chế (ức chế do sản phẩm). Enzim này cũng bị nồng độ cao ATP hạn chế hoạt động
Lộ trình pentoz phosphat vận hành theo nhu cầu của tế bào
(a). Cần nhiều riboz 5-phosphat hơn NADPH
5 G 6-P + ATP 6 R 5-phosphat + ADP + H+
(b). Cần riboz 5-phosphat lẫn NADPH như nhau
G 6-P + 2NADP+ + H2O R 5-P + 2NADPH + 2H+ + CO2
( c). Cần nhiều NADPH hơn riboz 5-phosphat
G 6-P + 12 NADP+ + 7H2O 6CO2 + 12 NADPH + 12 H++Pi
(d). Khi tế bào cần rất nhiều NADPH
3 G-6P + 6 NADP+ + 5NAD+ + 5Pi + 8ADP
5 Pyruvat* + 3CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8ATP + 2H2O + 8H+
* Puruvat tiếp tục bị oxit-hoá cho ra ATP hay được sử dụng tổng hợp chất mới
Chu trình glyoxylat
1. Chu trình glyoxylat chỉ có ở thực vật và vi sinh vật, không có ở động vật.
2. Thực vật và vi sinh vật sử dụng acetat hay các acetylCoA có nguồn gốc từ các acit béo làm nguồn năng luợng hay nguồn carbon

3. Mỗi chu trình sử dụng hai acetylCoA

4. Isocitrat bị isocitrat lyaz cắt cho ra succinat và glyoxylat

5. Malat synthaz xúc tác tổng hợp malat từ glyoxylat và acetylCoA

2 AcetylCoA + NAD+ + 2H2O Succinat + NADH + 2H+
+ 2 CoA

THOÁI DƯỠNG ACETAT- CHU TRÌNH GLYOXYLAT


Acetat + CoA + ATP AcetylCoA synthetaz Acetyl CoA + AMP + PPi

S?n ph?m m?t chu tr�nh:
2 Acetyl CoA + NAD+ + 2H2O Succinat + NADH + 2 H+ + 2CoA
Source: Lehninger Principles of Biochmemistry, 3rd Ed., Figure 16-18
Mối liên hệ giữa chu trình glyoxylat chu trình Krebs
Ở thực vật chu trình glyoxylat xãy ra tại peroxisome hay còn gọi là glyoxysome
THOÁI DƯỠNG GLYCOGEN
- Lần lượt cắt glycogen tại từng cầu nối -1,4 với xúc tác của glycogen phosphorylaz cho đến khi còn cách cầu nối chia nhánh -1,6 bốn phân tử glucoz
Glycogen(n) + Pi Glycogen phoshorylaz Glycogen(n-1) + Glucoz 1-phosphat
- Transferaz cắt cầu nối  -1,4 cách cầu nối nhánh  -1,6 một phân tử glucoz và chuyển sợi ba glucoz vào nhánh kia

-Enzim thứ ba,  -1,6-glucosidaz ,cắt cầu nối  -1,6

-Enzim thứ tư, phosphoglucomutaz,chuyển hoá các glucoz 1-phophat thành glucoz 6-phosphat trước khi sử dụng
- Glucoz 6-phosphat chuyển dổi thănh Glucoz nhờ glucoz 6-phosphatase xúc tâc
THOÁI DƯỠNG CHẤT BÉO
Enzim lipaz thuỷ phân chất béo cho ra glycerol và các acit béo
Glycerol bị oxit- hoá và chuyển hoá thành pyruvat hay glucoz
- Các acit béo được chuyển thành acyl CoA và được tải từ cytosol vào cơ chất của ty thể
Các acylCoA bị cắt lần lượt thành đoạn hai carbon cho ra acetyl CoA
Acetyl CoA có thể bị oxit hoá hoàn toàn thông qua chu trính Krebs
THOÁI DƯỠNG CHẤT BÉO
Enzim lipaz thuỷ phân chất béo cho ra glycerol và các acit béo
Glycerol bị oxit- hoá và chuyển hoá thành pyruvat hay glucoz
- Các acit béo được chuyển thành acyl CoA và được tải từ cytosol vào cơ chất của ty thể
Các acylCoA bị cắt lần lượt thành đoạn hai carbon cho ra acetyl CoA
Acetyl CoA có thể bị oxit hoá hoàn toàn thông qua chu trính Krebs
1940: Embden,Meyerhof,Neuberg,
Parnas, Warburg, Gerty Cori và Carl Cori
THOÁI DƯỠNG CHẤT BÉO
Enzim lipaz thuỷ phân chất béo cho ra glycerol và các acit béo
Glycerol bị oxit- hoá và chuyển hoá thành pyruvat hay glucoz
- Các acit béo được chuyển thành acyl CoA và được tải từ cytosol vào cơ chất của ty thể
Các acylCoA bị cắt lần lượt thành đoạn hai carbon cho ra acetyl CoA
Acetyl CoA có thể bị oxit hoá hoàn toàn thông qua chu trính Krebs
R-COO - + CoA + ATP + H2O Acyl CoA + AMP + 2Pi + 2H+
THOÁI DƯỠNG CHẤT BÉO
Enzim lipaz thuỷ phân chất béo cho ra glycerol và các acit béo
Glycerol bị oxit- hoá và chuyển hoá thành pyruvat hay glucoz
- Các acit béo được chuyển thành acyl CoA và được tải từ cytosol vào cơ chất của ty thể
Các acylCoA bị cắt lần lượt thành đoạn hai carbon cho ra acetyl CoA
Acetyl CoA có thể bị oxit hoá hoàn toàn thông qua chu trính Krebs
THOÁI DƯỠNG PROTEIN
1.Khử gốc amin
Acit amin Acit hữu cơ + NH4
1) Acit amin 3 carbon:
Alanin,Serin,Cystein Pyruvat + NH4+
2) Acit amin 4 carbon:
Aspartat + -ketoglutarat Oxaloacetat + Glutamat
3)Acit amin 5 carbon:
Glutamat, Prolin,Arginin... -Ketoglutarat

2. Thoái dưỡng các acit hữu cơ của acit amin
Các lộ trình biến dưỡng
thức ăn hữu cơ