17 Chương Saccharide Là hợp chất hữu tạo nên từ nguyên tố: C, H, O có công thức cấu tạo chung Cm(H2O)n, thường m = n Do có công thức cấu tạo nên saccharide thường gọi carbohydrate - có nghĩa carbon ngậm nước Tuy nhiên có saccharide có công thức cấu tạo không ứng với công thức chung nói ví dụ: deoxyribose (C5H10O4) Có chất saccharide có công thức cấu tạo phù hợp với công thức chung ví dụ : acetic acid (CH3COOH) Saccharide thành phần quan trọng sinh vật Ở thực vật, saccharide chiếm từ 80 - 90% trọng lượng khô, saccharide tham gia vào thành phân mô nâng đỡ, ví dụ cellulose, hay tích trữ dạng thực phẩm dự trữ với lượng lớn, ví dụ tinh bột Ở động vật, hàm lượng saccharide thấp nhiều, thường không 2%, ví dụ glycogen 1.1 Monosaccharide 1.1.1 Cấu tạo danh pháp Là chất có chứa nhiều nhóm rượu nhóm khử oxy (nhóm khử nhóm carbonyl aldehyde hay ketone) - Nhóm khử aldehyde ta có đường aldose có công thức tổng quát: CHO (CHOH)n CH2OH - Nhóm khử ketone ta có đường ketose có công thức tổng quát: CH2OH C= O (CHOH)n CH2OH 18 CHO - CH2OH xem “monosaccharide”đơn giản Trong thiên nhiên monosaccharide có chứa từ đến carbon gọi tên theo số carbon (theo tiếng Hy Lạp) + ose Ví dụ: monosaccharide có 3C gọi triose Tương tự ta có tetrose, pentose, hexose, heptose 1.1.2 Đồng phân quang học Quy ước Fischer: Fischer người nêu nguyên tắc biểu diễn monosaccharide công thức hình chiếu chúng Theo đó: hình chiếu nguyên tử carbon bất đối (C*) nguyên tử C khác nằm đường thẳng, nguyên tử C có số thứ tự nhỏ có hình chiếu nằm Còn nhóm có hình chiếu bên phải hay bên trái Ví dụ : glyceraldehyde Vì glyceraldehyde có C* nên theo quy tắc Van’t Hoff có đồng phân (N = 2n) 1CHO 1CHO HO- 2C* -H H-2C*-OH 3CH2OH D: -OH bên phải L: -OH bên trái 3CH2OH L glyceraldehyde D glyceraldehyde Khi phân tử monosaccharide có nhiều C* công thức có dạng D hay L vào vị trí nhóm OH C* xa nhóm carbonyl Ví dụ : CHO CHO H-C-OH HO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2OH D glucose H-C-OH HO-C-H H-C-OH HO-C-H CH2OH L glucose 19 Chú ý: monosaccharide từ triose trở lên có C* trừ dihydoxy aceton CH2OH C=O CH2OH 1.1.3 Công thức vòng monosaccharide Công thức thẳng theo Fischer trình bày không phù hợp với số tính chất hoá học chúng như: số phản ứng hoá học thường xảy với aldehyde không xảy monosaccharide Vì nghĩ nhóm -CHO monosaccharide tồn dạng cấu tạo riêng biệt Mặt khác: monosaccharide tạo ether với methanol tạo thành hỗn hợp đồng phân có nhóm methoxy (- OCH3) Điều chứng tỏ monosaccharide tồn nhóm -OH đặc biệt Qua nghiên cứu Kolle cho thấy: số đồng phân thu monosaccharide thực tế nhiều số đồng phân tính theo công thức N=2n, để giải thích tượng trên, Kolle cho ngòai dạng thẳng monosaccharide tồn dạng vòng Sự tạo thành dạng vòng xảy tác dụng nhóm -OH phân tử monosaccharide tạo thành dạng hemiacetal hay hemiketal 20 Ví dụ : cấu tạo vòng glucose xảy sau: Do tạo thành hemiacetal vòng mà C1 trở nên C*, nhóm -OH tạo C1 -OH glucoside Tương tự với ketose C2 trở nên C*, nhóm -OH tạo C2 -OH glucoside tạo thành hemiketal Cách biểu diễn công thức vòng dựa vào nguyên tắc Haworth: C cầu nối với oxy nằm măt phẳng , nhóm công thức thẳng nằm bên phải công thức vòng nằm măt phẳng ngược lại Riêng nhóm C có nhóm OH dùng để tạo cầu nối oxy theo quy tắc ngược lại 1.1.4 Hiện tượng hổ biến monosaccharide Như ta thấy, giải thích tất tính chất monosaccharide ta thừa nhận dạng cấu tạo monosaccharide Nên người ta cho dạng cấu tạo chuyển hoá lẫn β pyranose α pyranose Dạng thẳng β Furanose α Furanose 21 1.1.5 Tính chất monosaccharide 1.1.5.1 Lý tính Các monosaccharide tan nước, không tan dung môi hữu cơ, có tính quay cực trừ biose C* 1.1.5.2 Hoá tính a Monose tác nhân khử Trong môi trường kiềm, khử ion kim loại nặng có hoá trị cao thành ion có hóa trị thấp hay ion kim loại thành kim loại Tính khử nhóm aldehyde hay nhóm ketone tạo monose biến thành acid Ví dụ: Cu2+ bị biến đổi thành Cu+ phản ứng với thuốc thử Fehling, Ag+ bị biến đổi thành Ag phản ứng tráng gương b Phản ứng với chất oxy hoá Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá: - Chất oxy hoá nhẹ nước brom đường aldose thành aldonic acid, với ketose phản ứng không xảy - Chất oxy hoá mạnh HNO3 đậm đặc có oxy hoá xảy đầu cho ta di acid - Trường hợp đặc biệt ta bảo vệ nhóm -OH glucoside cách methyl hóa hay acetyl hoá trước oxy hoá nước brom, sản phẩm tạo thành uronic acid c Phản ứng với chất khử Dù dạng vòng chiếm tỷ lệ lớn thành phần, dạng thẳng chiếm tỷ lệ nhỏ đủ ta thấy rõ tính chất carbonyl thật Khi bị khử: monose biến thành polyalcohol d Phản ứng tạo furfural Dưới tác dụng acid đậm đặc, aldopentose tạo thành furfural aldohexose biến thành hydroxymethylfurfural Các sản phẩm cho tác dụng với phenol cho màu đặc trưng như: α naphthol cho vòng màu tím (Molisch) Đây phản ứng để phân biệt đường với chất khác Nếu đường 5C cho màu xanh cẩm thạch với orcinol (Bial) e Phản ứng ester hoá Các gốc rượu monose có khả kết hợp với acid để tạo thành ester Các ester phosphate thường gặp là: Glucose-6-phosphate, fructose6-phosphate 22 1.1.6 Các monose quan trọng 1.1.6.1 Pentose 1.1.6.2 Hexose Các hexose quan trọng như: * Glucose: gọi dextrose làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực phía phải Phổ biến rộng rãi thực vật nho, nên gọi đường nho, máu người có 0.8 - 1,1 g/l, người bị bệnh đái đường đến 2g/l Các disaccharide quan trọng saccharose, lactose, maltose polysaccharide quan trọng tinh bột, glycogen Người ta sử dụng glucose y học chất tăng lực * D - Mannose: gặp trạng thái tự do, thường gặp polysaccharride glucoside * D - Galactose: thành phần lactose có sữa gọi đường não tuỷ Chúng thành phần cấu tạo raffinose, hemicellulose pectine * D - Fructose gọi levulose làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực phía trái Fructose gọi đường quả, có trạng thái tự trái chín mật ong Chúng thành phần disaccharide saccharose Trong thể ta thấy dạng ester với phosphoric acid đóng vai trò quan trọng trao đổi chất Fructose có độ lớn, dạng α có độ 1/3 dạng β 23 24 1.2 Oligosaccharide 1.2.1 Disaccharide Sự tạo thành disaccharide kết hợp monose loại hay khác loại nhờ liên kết glucosidic Liên kết glucosidic tạo thành -OH glucoside monose với -OH glucoside monose kia, hay nhóm -OH glucoside monose với -OH ( -OH glucoside) monose Disaccharide có tính khử nhóm -OH glucoside trạng thái tự Nghĩa disaccharide tính khử nhóm -OH glucoside liên kết với Các disaccharide quan trọng * Maltose phân tử α- D-glucose liên kết với vị trí C1 C4 tạo thành Công thức cấu tạo: Maltose có nhóm -OH glucoside trạng thái tự nên có tính khử Maltose có nhiều mầm lúa mạch nha (maltum) nên gọi maltose * Lactose (đường sữa) phần tử β D-galactose liên kết với phân tử β D- glucose vị trí C1- C4 * Saccharose phần tử α D-glucose liên kết với phân tử β D-fructose vị trí C1-C2 Do tính khử, gọi đường mía có nhiều mía Dễ bị thủy phân đun nóng 25 1.2.2 Trisaccharide Là oligosaccharide có chứa monosaccharide, phổ biến thiên nhiên raffinose Công thức cấu tạo sau: α-D-galactopyranosyl 1-2 α-D glucopyranosyl 1-2 β-D fructofuranose Do có công thức nên tính khử oxy Dễ bị thủy phân, tác dụng β fructofuranosidase tạo thành fructose melobiose với α galactosidase tạo thành galactose saccharose 1.3 Polysaccharide Còn gọi glycan, tùy thành phần monose có polysaccharide người ta chia chúng làm: homopolysaccharide (chỉ chứa lọai monosaccharide) heteropolysaccharide (có lọai monosaccharide) 26 Polysaccharide đóng vai trò quan trọng đời sống động vật, thực vật Một số polysaccharide thường gặp tinh bột, glycogen, cellulose 1.3.1 Polysaccharide thực vật 1.3.1.1 Tinh bột Là polysaccharide dự trữ thực vật, quang hợp tạo thành Trong củ hạt có từ 40 đến 70% tinh bột, thành phần khác xanh có it chiếm khoảng từ đến 20% Tinh bột không hòa tan nước, đun nóng hạt tinh bột phồng lên nhanh tạo thành dung dịch keo gọi hồ tinh bột Tinh bột có cấu tạo gồm hai phần: amylose amylopectin, có khoảng 2% phospho dạng ester Tỷ lệ amylopectin/amylose đối tượng khác không giống nhau, tỷ lệ gạo nếp lớn gạo tẻ *Amylose Chiếm 15 đến 25% lượng tinh bột, nhiều gốc α D- glucose liên kết với thông qua C1-C4 tạo thành mạch thẳng không phân nhánh Trong không gian cuộn lại thành hình xoắn ốc giữ bền vững nhờ liên kết hydro Theo số tài liệu amylose có chứa α D- glucopyranose dạng thuyền Amylose bắt màu xanh với iodine, màu đun nóng, màu trở lại nguội Một đặc trưng hóa lý khác cần ý bị kết tủa rượu butylic 205 12.1.4 Phân giải base pyrimidine Các base pyrimidine bị phân giải tạo nên sản phẩm cuối NH3, CO2, β.amino isobutyric acid alanine Cytosine Uracil H2O Thymine NH3 Dihydro Uracil H2O + alanine NADPH2 NADP Dihydro Thymine CO2 + NH3 NH3+CO2+ β.aminoisobutyric acid H2O NADPH2 NADP CO2, NH3 tạo trình biến đổi thải ngoài, alanine β.aminoisobutyric acid tiếp tục biến đổi amino acid khác 12.2 Sinh tổng hợp nucleotide purine Gốc purine tạo từ nhiều thành phần khác nhau: CO2, aspartic acid, glycine, formate, glutamine CO2 aspartic acid N N formate glycine formate N N-H glutamine Trong trình tổng hợp khung purine xảy đồng thời trình tổng hợp nucleotide Tóm tắt kết trình sau: Riboso5P + 2.glutamine + glycine + CO2 + formate + aspactic acid + H2O → inosinic acid Từ inosinic acid tạo nên GMP AMP - Inozinic acid + aspactic acid + GTP → AMP + fumaric acid– GDP + Pv - Inozinic acid + NAD + ATP + NH3 → GMP + NADH2 + AMP + Pv 206 Ngoài ra, nucleotide purine tổng hợp trực tiếp từ base purine phosphoriboso-pyrophosphate (PRPP) Adenine + PRPP → AMP + P-P Guanine + PRPP → GMP + P-P 12.3 Sinh tổng hợp nucleotide pyrimidine Khung pyrimidine tạo từ NH3, CO2 aspartic acid NH3 N Asparic acid CO2 N Quá trình tổng hợp nucleotide pyrimidine xảy qua giai đoạn sau: CO2 + NH3 + ATP → carbamyl-P Carbamyl-P + Aspactic acid → Orotic acid Orotic acid + Riboso5P → UMP → CMP → TMP Các nucleotide pyrimidine tổng hợp trực tiếp từ base nitơ pyrimidine với PRPP Uracil + PRPP → UMP + P-P Thymine + PRPP → TMP + P-P Cytosine + PRPP → CMP + P-P 12.4 Tổng hợp DNA Quá trình tổng hợp DNA, hay gọi tái bản, có ý nghĩa quan trọng đời sống thể liên quan đến chế di truyền Đây trình phức tạp có tham gia nhiều yếu tố xảy nhiều hình thức Có thể chia trình tái DNA thành kiểu - Tái bảo thủ Là trình tổng hợp DNA từ phân tử DNA gốc tạo phân tử DNA con, có phân tử phân tử DNA gốc phân tử tổng hợp hoàn toàn 207 - Tái gián đoạn Là trình tổng hợp DNA từ phân tử DNA gốc tạo phân tử DNA có đoạn tổng hợp đoạn cũ DNA gốc xen kẽ Hai hình thức tái phổ biến - Tái bán bảo thủ Đây hình thức tổng hợp DNA từ phân tử DNA gốc tạo phân tử DNA con, phân tử DNA chuỗi lấy từ DNA gốc chuỗi tổng hợp Hình thức Meselson Stahl phát năm 1958 thực nghiệm nuôi cấy E.coli Trước hết E.coli nuôi cấy môi trường chứa 15N (Nitơ nặng) nên DNA tổng hợp nên chứa 15N tạo nên phân tử DNA có tỷ trọng cao DNA thường Sau chuyển E.coli vào môi trường chứa 14 N (Nitơ thường) theo dõi, phân tích hệ DNA tạo phương pháp li tâm phân đoạn với CSCl Qua kết phân tích li tâm cho thấy hệ thứ 100% phân tử DNA dạng lai, chuỗi chứa 15N chuỗi chứa 14N Ở hệ thứ có 50% dạng lai xuất 50% dạng 14N Điều chứng tỏ chế tái DNA dạng bán bảo thủ 12.4.1 Các yếu tố tham gia tái DNA - DNA khuôn Để tổng hợp phân tử DNA cần có phân tử DNA làm khuôn DNA vừa làm chức khuôn vừa tham gia sản phẩm trình tổng hợp - Nguyên liệu Để tổng hợp DNA cần có nguyên liệu Nguyên liệu desoxy Ribonucleotide Triphosphate (dATP, dGTP, dCTP, dTNP) dTMP vừa làm nguyên liệu vừa cung cấp lượng cho trình tổng hợp DNA - Enzyme Tham gia xúc tác trình tái DNA có nhiều loại enzyme + DNA-polymerase, + Topoisomerase, + Helicase, + DNA-ligase - Protein Có nhiều loại protein tham gia vào trình tái DNA với chức hỗ trợ, kích thích … + Protein bám sợi đơn SBS, + Protein DnaA, + Protein DnaB, + Protein DnaG 208 12.4.2 Cơ chế tái DNA procariote 12.4.2.1 Giai đoạn mở đầu - Protein DnaB làm nhiệm vụ mở xoắn DNA cách phân hủy liên kết hydrogen chuỗi, tách chuỗi tạo nên chạc tái - Protein SBS đến gắn vào chạc tái - Primase xúc tác tạo RNA bổ sung vào chuỗi khuôn 3’-5’ 12.4.2.2 Giai đoạn kéo dài * Tổng hợp chuỗi sớm - Trên chuỗi khuôn 3’-5’ sau tạo đoạn RNA mồi, nucleotide tiếp tục đến gắn vào đầu 3’-OH chuỗi theo nguyên tắc bổ sung với chuỗi làm khuôn nhờ enzyme DNA-polymerace III xúc tác - Chuỗi sớm tổng hợp liên tục, tháo xoắn đến đâu nucleotide tự môi trường tế bào tương ứng bổ sung với nucleotide chuỗi khuôn đến gắn vào đầu 3’-OH cách tạo liên kết phosphodiester với nucleotide cuối đầu 3’ Đồng thời pirophosphate tách * Tổng hợp chuỗi muộn Trên chuỗi khuôn 3’-5’ DNA khuôn, chiều tháo xoắn chiều tổng hợp ngược nên trình tổng hợp không diễn liên tục mà tạo đoạn okazaki ngược chiều với chiều phát triển chạc tái Mỗi đoạn okazaki có RNA mồi riêng tổng hợp nhờ primase Mồi tổng hợp bỏ sung với chuỗi khuôn 5’-3’ ngược chiều tháo xoắn Quá trình tháo xoắn xảy đoạn khoảng 300 nucleotide tổng hợp RNA mồi theo chiều ngược lại Xúc tác cho trình tổng hợp chuỗi muộn phức hợp protein có tên primosom Primosom di chuyển chuỗi khuôn 5’-3’ tiến hành tổng hợp đoạn RNA mồi nhờ primase sau tổng hợp tiếp đoạn DNA bổ sung vào chuỗi khuôn nhờ DNA-polymerase tạo nên đoạn Okazaki Sau đoạn Okazaki hoàn chỉnh, RNA mồi tách nhờ DNApolymerase I sau thay vào vị trí đoạn RNA mồi đoạn DNA tương ứng Sau nhờ DNA-ligase nối đoạn Okazaki lại với 12.4.2.3 Giai đoạn kết thúc Quá trình kéo dài tiếp diễn hết phân tử DNA khuôn Kết từ phân tử DNA khuôn tạo phân tử DNA mới, phân tử DNA có chuỗi tổng hợp từ nucleotide môi trường, chuỗi DNA khuôn 209 12.4.3 Tái DNA Eucariote Ở Eucariote trình tái DNA giống procariote có só đặc trưng riêng - Trên phân tử DNA khuôn trình tái xảy đồng thời nhiều điểm - Vận tốc tái chậm procariote + Ở procariote vận tốc 500 nucleotide/S + Ở Eucariote vận tốc 50 nucleotide/S - Một số enzyme khác procariote + DNA polymerase α, + DNA polymerase β, + DNA polymerase γ, + DNA polymerase δ 12.5 Tổng hợp RNA (sao mã) 12.5.1 Các yếu tố tham gia tổng hợp RNA 12.5.1.1 Khuôn Để tổng hợp RNA cần có khuôn Khuôn DNA, RNA Ở phần lớn sinh vật RNA tổng hợp từ DNA, DNA làm khuôn Phân tử DNA làm khuôn sử dụng đoạn, tương ứng gen để tổng hợp nên phân tử RNA Như từ phân tử DNA tổng hợp nhiều RNA Đồng thời chuỗi DNA, sử dụng chuỗi 3’-5’ làm khuôn 12.5.1.2 Nguyên liệu Cùng tổng hợp DNA, trình tổng hợp RNA cần Ribonucleotide-Triphosphat làm nguyên liệu nguồn lượng 12.5.1.3 Các enzim protein * RNA-polymerase Có loại RNA-polymerase, loại xúc tác trình tổng hợp RNA từ DNA loại xúc tác trình tổng hợp RNA từ RNA Ở procariote RNA-polymerase có cấu tạo phức tạp Phân tử RNApolymerase gồm tiểu đơn vị α, β, γ, ω, δ 210 Tiểu đơn vị Số lượng M Chức α 40.000 Nhận biết vị trí mở đầu β 155.000 Tạo liên kết P-diester γ 165.000 Gắn DNA khuôn ω 95.000 Chưa rõ δ 95.000 Nhận biết chuỗi làm khuôn điểm mở đầu * Yếu tố Rho (ρ): Rho loại protein tham gia vào trình kết thúc tổng hợp RNA 12.5.2 Cơ chế mã 12.5.2.1 Giai đoạn mở đầu Bước vào giai đoạn mở đầu RNA-polymerase tách yếu tố ρ khỏi enzyme Lõi enzyme tiến hành mở xoắn DNA Yếu tố ρ nhận biết biết chuỗi làm khuôn điểm mở đầu nhờ tín hiệu promotor Hai chuỗi DNA tách đoạn 30 nucleotide tạo nên vùng mã Chuỗi đơn DNA (chuỗi 3’-5’) nhận nucleotide gắn bổ sung vào nucleotide mở đầu DNA Tiếp theo nucleotide thứ đến gắn với nucleotide đầu liên kết phosphodiester tạo liên kết bổ sung với nucleotide chuỗi khuôn Sau liên kết phosphodiester tạo ra, yếu tố ρ tách khỏi vùng mã kết thúc giai đoạn mở đầu 12.5.2.2 Giai đoạn kéo dài chuỗi Nhờ lõi enzyme nucleotide môi trường đến kéo dài chuỗi theo nguyên tắc bổ sung với nucleotide chuỗi khuôn DNA Quá trình kéo dài chuỗi xảy phức tạp gồm nhiều phản ứng liên hoàn tạo ổn định vùng mở xoắn Quá trình xảy theo trình tự sau: - Tháo xoắn DNA khuôn đầu 3’ chuỗi khuôn - Kéo dài thêm nucleotide chuỗi RNA - Tháo xoắn kép lai DNA-RNA đầu 5’ - Đóng xoắn DNA khuôn đầu 5’ 211 Quá trình diễn theo chu kỳ nhờ lõi enzyme xúc tác gặp tín hiệu kết thúc 12.5.2.3 Giai đoạn kết thúc Có kiểu kết thúc: kết thúc nhờ yếu tố Rho kết thúc không nhờ yếu tố Rho - Kết thúc nhờ yếu tố Rho: bề mặt số vị trí kết thúc có loại protein Rho Rho di chuyển RNA tổng hợp tới vùng mã, Rho làm nhiệm vụ tách xoắn lai DNA-RNA, giải phóng RNA kết thúc trình mã - Kết thúc không cần yếu tố Rho: Trên RNA có đoạn có cấu trúc ngược chiều (palindrome) mã tạo vùng palindrome, vùng tạo liên kết kép hình thành cấu trúc kẹp tóc nên làm ngừng trình mã 12.5.3 Quá trình trưởng thành RNA Phân tử RNA từ DNA proRNA Từ proRNA phải qua trình biến đổi phúc tạp tạo RNAm 12.5.3.1 Gắn mũ vào đầu 5’ ProRNA chưa có mũ nên trước hết cần gắn thêm mũ vào đầu 5’ Pro-RNA Mũ tổng hợp sẵn nhân Mũ gắn vào đầu 5’ liên kết anhydric acid với nhóm Triphosphate ProRNA không gắn vào đầu 3’ trình kéo dài chuỗi 12.5.3.2 Gắn đuôi vào đầu 3’ Cũng mũ, đuôi RNAm không mã hóa gen mà tổng hợp riêng nhân ProRNA chưa có đuôi Đuôi nối vào với ProRNA đầu 3’ nhờ polyA-polymerase 12.5.3.3 Cắt bỏ đoạn Intron proRNA Trên Pro-RNA có đoạn không mã hóa amin acid (Intron I) để tạo RNAm cần cắt bỏ đoạn I nối đoạn mã hóa (ExonE) lại Để tín hiệu di truyền truyền đạt xác, cắt nối cần có độ xác cao cần cắt sai nucleotide làm thay đổi toàn mã di truyền phía sau vị trí cắt Giữa đoạn E I có trình tự nucleotide đặc trưng giống pro-RNA - Đầu 3’ E phía trước AG, - Đầu 5’của E phía sau G, 212 - Đầu 5’ I GU, - Đầu 3’ I G Trong Intron có đoạn có vai trò quan trọng chế cắt nối pro-RNA Đó vị trí tách nhánh Qua vị trí này, tác động enzyme cắt Các Intron bị cắt bỏ Intron nối lại với Kết trình biến đổi tạo nên phân tử RNAm trưởng thành tham gia vào trình dịch mã TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Trần Thị Ân (chủ biên) 1979 Hóa sinh đại cương (tập I, II) NxB KH&KT Hà Nội Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng 2000 Hóa sinh học Nxb Giáo dục Hà Nội Nguyễn Bá Lộc 1997 Hóa sinh Nxb Giáo dục Hà Nội Tài liệu dịch Musil J.G., Kurz K., Novakava O 1982 Sinh hóa học đại theo sơ đồ Nxb Y học Hà Nội Tài liệu tiếng nước Farkas G 1984 Növényi anyagcsereélettan Akadémiai Kiadó Budapest Lehninger A L., 2004 Principle of Biochemistry, 4th Edition W.H Freeman 213 Chương 13 Mối liên quan trình trao đổi chất Trong thể trình biến đổi chất không xảy riêng rẽ mà có mối quan hệ qua lại chặt chẽ Mối quan hệ thể trình biến đổi nhóm chất lẫn mối quan hệ trình biến đổi nhóm chất khác Trong nhóm chất mối quan hệ thể qua trình đồng hóa dị hóa Mối quan hệ tương hỗ đồng hóa dị hóa thể rhiện hai trình xảy có chất trung gian chung Ví dụ phosphoglyceric aldehyde vừa sản phẩm trung gian trình phân giải (dị hóa) vừa sản phẩm trung gian trình tổng hợp (đồng hóa) saccharose Giữa nhóm chất mối quan hệ diễn phức tạp hơn, nhiều hình thức Trước hết mối quan hệ thể qua chất trung gian Một chất sản phẩm phân giải nhóm chất lại nguyên liệu để tổng hợp cho nhóm chất khác Ví dụ Acetyl-CoA sản phẩm trình phân giải glucose đồng thời nguyên liệu để tổng hợp acid béo Mối liên quan tương hỗ trình trao đổi saccharide, lipid, protein, nucleic acid có ý nghĩa quan trọng sống sinh vật Ví dụ việc chuyển hóa tinh bột thành đường sau tạo chất béo tháng mùa đông thực vật động vật, có ý nghĩa quan trọng việc tăng khả chịu rét chúng Việc chuyển biến chất béo thành đường hạt nảy mầm đảm bảo thức ăn cho phôi Trong trình họat động sống thể, saccharide chất dự trữ quan trọng; thể cần phân giải thành phosphoglyceric acid thành pyruvic acid làm nguyên liệu cho tổng hợp amino acid, acid béo chất khác Chất béo dự trữ có vai trò tương tự, phân giải chất béo tạo nên acetyl-CoA để từ lại tổng hợp amino acid, saccharide … Khi thể hết nguồn dự trữ saccharide chất béo protein bị phân giải tạo sản phẩm để từ tổng hợp lipid, saccharide 214 Quá trình chuyển hóa có vai trò quan trọng sinh vật tự dưỡng lẫn sinh vật dị dưỡng Ở sinh vật tự dưỡng nguồn chất hữu sơ cấp quang hợp tạo glucid, trước hết glucose Từ nguồn saccharide đó, nhờ chuyển hoá tương hỗ tạo chất hữu mà thể cần đến lipid, protein, nucleic acid Ở sinh vật dị dưỡng sử dụng chất hữu có sẵn thức ăn để tạo nên chất đặc trưng cho thể Từ chất protein, lipid… có thức ăn qua trình biến đổi kiến tạo nên chất đặc trưng cho thể Do thành phần thức ăn có đầy đủ nhu cầu thể trình đồng hóa việc chuyển hóa nhóm chất thành chất hữu khác cần thiết cho thể 13.1 Mối liên quan trình trao đổi saccharide trao đổi lipid Hai trình trao đổi lipid saccharide có mối quan hệ chặt chẽ với Saccharide dễ dàng biến đổi thành lipid ngược lại thông qua chất trung gian AlPG, PDA Acetyl-CoA Từ glucose qua trình đường phân tạo nên pyruvic acid Từ Pyruvic acid bị oxy hóa tạo nên acetyl-CoA Acetyl-CoA nguyên liệu tổng hợp acid béo Đồng thời trình đường phân tạo AlPG, từ AlPG biến đổi thành glycero-P , từ tạo nên glycerin Như từ sản phẩm phân giải saccharide tạo nên nguyên liệu để tổng hợp lipid glycerin acid béo Ngược lại qua phân giải lipid tạo nên chất trung gian acetyl-CoA, glycerin Từ acetyl-CoA, qua chu trình ornithine tổng hợp trở lại saccharide Từ glycerin tạo nên glycero-P từ tổng hợp lại saccharide Ở thực vật, vi khuẩn, nấm mốc, chu trình glyoxylic đường nối trực tiếp trình trao đổi lipid với trình trao đổi saccharide Qua chu trình acid béo sau phân giải thành acetyl-CoA biến đổi thành oxalo acetic acid, từ tổng hợp nên glucose Ngược lại từ glucose tạo acetyl-CoA từ tổng hợp trở lại lipid 215 Mối liên quan trao đổi saccharide trao đổi lipid Saccharide AlPG Pyruvic acid Acetyl-CoA Chu trình glyoxylic Glycero-P Glycerin Acid béo Acetyl-CoA Lipid 13.2 Mối liên quan trao đổi saccharide trao đổi protein Pyruvic acid mắt xích chủ yếu nối liền trình trao đổi protein trao đổi saccharide Glucose qua trình đường phân tạo pyruvic acid Pyruvic acid nguyên liệu để tổng hợp số amino acid họ alanine: alanine, leucine, valine… Trong trình tổng hợp protein cần lượng ATP, mà ATP sản phẩm quan trọng trình trao đổi saccharide 216 Sơ đồ mối liên quan trao đổi saccharide trao đổi protein Saccharide Ribuloso5P Erylozo4P Erytroso4P Shikimic acid His APEP APG Pyruvic acid Ser Phe, Tyr, Trip Protein Gly, Cys Ala, val, leu Asp Tre, Ila, Arg Met, Lys Glu Arg, Pro 13.3 Mối liên quan trao đổi saccharide trao đổi nucleic acid Trong trình phân giải saccharide theo đường pentosophosphate, Ribozo5-phosphate tạo nên Từ Riboso-5phosphate hình thành nên phospho-ribosyl-pyrophosphate (PRPP) nguyên liệu tổng hợp nên nucleotide purine nucleotide pyrimidine Ngược lại trình phân giải nucleic acid Riboso-5P tạo thành Từ Riboso 5P hình thành monosaccharide khác Kiểu liên quan thứ trình trao đổi nucleic acid trao đổi saccharide liên quan chặt chẽ trình sinh tổng hợp nucleotide diphosphate nucleotide triphosphate với mức độ phân giải saccharide tế bào trình phân giải gắn liền với trình phosphoryl hoá oxy hoá Sự phân giải saccharide tạo lượng để tổng hợp nucleotide diphosphate nucleotide triphosphate Qua trình tổng hợp saccharide lại cần tham gia sản phẩm tạo trình trao đổi nucleic acid, UTP tham gia vào trình tổng hợp polysaccharide 217 13.4 Mối liên quan trao đổi protein trao đổi lipid Trao đổi protein trao đổi lipid có mối liên quan chặt chẽ thông qua chất trung gian Sự phân giải lipid tạo nên glycerin acid béo số chất khác serine, choline, sphingosine, H3PO4 … Trước hết acid béo bị phân giải tạo acetyl-CoA làm nguyên liệu để tổng hợp nên nhiều loại amino acid Glycerin trình phân giải tạo phosphoglyceric acid, từ làm nguyên liệu tổng hợp nên nhiều amino acid Những mối quan hệ xảy tương tự mối liên quan saccharide với protein phân tích Ngược lại, phân giải protein tạo nên hợp chất trung gian, từ tổng hợp nên lipid Các amino acid thoái hoá protein tạo ra, bị khử amine tạo nên acid pyruvic acid, oxalo acetic acid, α-cetoglutaric acid Trong số acid vừa nêu pyruvic acid có vai trò quan trọng trình tổng hợp lipid Từ pyruvic acid, acetyl-CoA tạo ra, acetyl-CoA nguyên liệu để tổng hợp nên acid béo đồng thời từ pyruvic acid tạo glycerophosphate từ tạo thành glycerin Glycerin acid béo nguyên liệu để tổng hợp lipid Trong trình phân giải lipid tạo thành nên lượng lớn ATP nguồn lượng cho trình trao đổi protein Ngược lại protein với chức enzyme có vai trò định phản ứng xảy trao đổi lipid chất khác enzyme phản ứng hoá sinh xảy tức trao đổi chất 218 Sơ đồ mối liên quan trao đổi lipid trao đổi protein Lipid Glycerin Những chất khác Acetyl-CoA Glycero-P AlP Fru.1.6d Pyruvic acid APEP Rib5P His Acid béo Ser Ala, val, leu Gly, Xyl Oxalo acetic acid AsP Tre, Met, Ile, Cys α-Ceto glutaric acid Glu Arg, Pro Phe Protein 13.5 Mối liên quan trao đổi protein trao đổi nucleic acid Giữa trình trao đổi protein trao đổi nucleic acid có mối quan hệ đặc biệt quan trọng mà biểu rõ chế truyền đạt thông tin di truyền DNA làm khuôn mã thành RNAm để từ tổng hợp nên protein Cấu trúc phân tử protein mã hoá DNA Quá trình trao đổi nucleic acid lại phụ thuộc vào có mặt phân tử protein-enzyme Đồng thời số amino acid nguyên liệu cho trình tổng hợp nucleic acid aspartic acid nguyên liệu để tổng hợp nucleotide pyrimidine, aspartic acid, glutamin, glycine nguyên liệu tổng hợp nucleotide purine 219 Vì mối quan hệ mà nhiều nhà nghiên cứu cho tổng hợp protein sơ cấp tổng hợp nucleic acid trình thứ cấp làm nhiệm vụ tham gia vào trình tổng hợp protein Trong trình phân giải protein với tham gia ATP tạo nên nucleotide-peptid Các phân tử lai tạo nên protein làm đổi thành phần protein thể Đồng thời tổng hợp protein cần nucleotide triphosphat làm nguồn lượng (ATP, GTP) 13.5 Mối liên quan trao đổi lipid trao đổi nucleic acid Giữa lipid nucleic acid có mối liên quan trực tiếp, chủ yếu liên quan gián tiếp qua trao đổi saccharide protein Tuy nhiên có mối liên quan hai trình trao đổi chất Sự β.oxi hoá acid béo nguồn trì đầy đủ cho tổng hợp nucleotide diphosphat nucleotide triphosphat qua trình phosphoryl hoá Ngoài trình tổng hợp lipid tổng hợp phospholipid có tham gia CTP TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Trần Thị Ân (chủ biên) 1979 Hóa sinh đại cương (tập I, II) NxB KH&KT Hà Nội Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng 2000 Hóa sinh học Nxb Giáo dục Hà Nội Nguyễn Bá Lộc 1997 Hóa sinh Nxb Giáo dục Hà Nội Tài liệu dịch Musil J.G., Kurz K., Novakava O 1982 Sinh hóa học đại theo sơ đồ Nxb Y học Hà Nội Tài liệu tiếng nước Farkas G 1984 Növényi anyagcsereélettan Akadémiai Kiadó Budapest Lehninger A L., 2004 Principle of Biochemistry, 4th Edition W.H Freeman [...]... Châu, Trần thi Áng 1999 Hoá sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội 2 Đỗ Quý Hai 2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường ĐHKH Huế 3 Trần Thanh Phong.2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường ĐHKH Huế 4 Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẫn, Lê Doãn Diên, 2000 Hóa sinh Công nghiệp, Nxb KH&KT,... Châu, Trần thi Áng 1999 Hoá sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội 2 Đỗ Quý Hai.2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường ĐHKH Huế 3 Trần Thanh Phong.2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường ĐHKH Huế 4 Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẫn, Lê Doãn Diên, 2000 Hóa sinh Công nghiệp, Nxb KH&KT,... hoạt động sống trong cơ thể sinh vật, từ việc tham gia xây dưng tế bào, mô, tham gia hoạt động xúc tác và nhiều chức năng sinh học khác Ngày nay, khi hiểu rõ vai trò to lớn của protein đối với cơ thể sống, người ta càng thấy rõ tính chất duy vật và ý nghĩa của định nghĩa thiên tài của Engels P “Sống là phương thức tồn tại của những thể protein” Với sự phát triển của khoa học, vai trò và ý nghĩa của... mật chứa nhiều cholesterol nên kết tủa lại thàng sạn mật Cholesterol là chất quan trọng trong sự sinh tổng hợp acid mật, vitamin D và nhiều chất khác Cholesterol + acid béo cholesterid Trong thiên nhiên, các sterol ở trạng thái tự do nhiều hơn ở trạng thái sterid Ở cơ thể người, chỉ 10% sterol bị ester hóa tạo thành sterid Tỷ lệ sterol và sterid ở các mô khác nhau là không giống nhau * Lý tính của... dung hoà: Lipid là những chất chuyển hoá của acid béo và tan được trong dung môi hữu cơ Lipid rất phổ biến ở động vật cũng như ở thực vật và tồn tại dưới 2 dạng mỡ nguyên sinh chất (dạng liên kết) và dạng dự trữ (dạng tự do) - Mỡ nguyên sinh chất: thành phần của màng tế bào cũng như các bào quan khác ví dụ: ty thể, lạp thể dạng này không bị biến đổi ngay cả khi con người bị bệnh béo phì hoặc bị đói -... 39 * Thuỷ phân bằng enzyme: trong cơ thể lipid bị thuỷ phân bằng enzyme lipase - Lipase dịch tràng tác dụng vào vị trí β - Lipase tụy tạng tác dụng vào vị trí α và α’ d Sự ôi hóa: Dầu mỡ để lâu có mùi và vị khó chịu gọi là sự ôi hóa, một trong những nguyên nhân gây ra là do oxy không khí kết hợp vào nối đôi tạo thành peroxide Nếu oxy kết hợp vào nguyên tử carbon đứng cạnh liên kết đôi thì sẽ tạo thành... tự do hoặc liên kết với hợp chất khác trong các mô và tế 52 bào, chúng có thể là chất tiền thân hay là các sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hoá trong cơ thể Bảng 3.1 Các amino acid thường gặp Tên amino acid Glycine Alanine Tên amino acid gọi theo danh pháp hoá học α-aminoacetic acid α-aminopropionic acid Tên viết tắt Gly Ala Ký hiệu G A Khối lượng (MW) 75 89 Proline α-pyrolydilcarboxylic acid... giống nhau * Lý tính của cholesterol: kết tinh dưới dạng vảy óng ánh như xà cừ, dạng kết tinh cũng khác nhau tuỳ theo môi trường kết tinh * Hoá tính: - Phản ứng với acid béo do nhóm -OH ở C3 - Bị hydrogen hóa hay halogen hoá ở C5 - C6 41 - Phản ứng màu: + Phản ứng Liebermann: Cholesterol cho màu xanh lục, màu này rất bền trong nhiều giờ, phản ứng này được dùng để xác định cholesterol ở bệnh viện + Phản... vậy trong mật, acid mật liên kết với acetamin tạo thành một chất ít độc hơn Ngoài cholesterol và acid mật còn có các sterol khác cũng có nguồn gốc động vật như hormone nang thượng thận, hormone tuyến sinh dục, các sterol có nguồn gốc thực vật như ergosterol, stigmasterol 2.2 Lipid phức tạp Khác với lipid tự do có nhiệm vụ cung cấp năng lượng , hàm lượng luôn thay đổi Lipid phức tạp có nhiệm vụ tham... hòa tan hơn - Trong dung môi hữu không phân cực như benzen, ether, ether dầu hoả acid béo dễ tan 38 - Trong dung môi hữu cơ phân cực như aceton, acid béo khó hoà tan hay hoà tan rất ít * Tính chất hoá học: a Sự hydrogen hoá Acid béo chưa no có thể kết hợp với H2 để tạo thành acid béo no R - (CH2)n - CH =CH- (CH2)n - COOH + H2 R - (CH2)n -CH2 - CH2 - (CH2)n - COOH Người ta dùng phản ứng này để chế tạo ... Trần thi Áng 1999 Hoá sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội Đỗ Quý Hai 2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội Trường ĐHKH Huế Trần Thanh Phong.2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài... Trần thi Áng 1999 Hoá sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội Đỗ Quý Hai.2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài liệu lưu hành nội Trường ĐHKH Huế Trần Thanh Phong.2004 Giáo trình Hóa sinh đại cương, Tài... định cấu trúc bậc I sở để tổng hợp nhân tạo protein phương pháp hoá học kỹ thuật công nghệ sinh học Hiện nhiều loại protein biết trình tự amino acid chuỗi polypeptide như: ribonuclease protein có