Đang tải... (xem toàn văn)
Trao đổi cacbohydrat
CHƯƠNG CARBOHYDRATE VÀ SỰ TRAO ĐỔI CARBOHYDRATE TRONG CƠ THỂ THỰC VẬT 4.1 Cấu tạo, tính chất vai trị carbohydrate Carbohydrate nhóm chất hữu phổ biến rộng rãi thể sinh vật Nhìn chung hàm lượng carbohydrate thực vật cao động vật Ở thực vật carbohydrate tập trung chủ yếu thành tế bào, mô nâng đỡ mô dự trữ Tuy nhiên hàm lượng carbohydrate thay đổi tuỳ theo loài, giai đoạn sinh trưởng, phát triển Trong thể người động vật carbohydrate tập trung chủ yếu gan Thực vật xanh có khả sử dụng lượng ánh sáng để tổng hợp carbohydrate từ CO2 H2O Carbohydrate thực vật nguồn dinh dưỡng quan trọng người động vật Trong thể sống carbohydrate giữ nhiều vai trò quan trọng như: - Cung cấp lượng cho thể, carbohydrate đảm bảo khoảng 60% lượng cho q trình sống - Có vai trị cấu trúc, tạo hình (ví dụ: cellulose, peptidglican ) - Có vai trị bảo vệ (mucopolysaccharide) - Góp phần bảo đảm tương tác đặc hiệu tế bào (polysaccharide màng tế bào hồng cầu, thành tế bào số vi sinh vật) Dựa vào cấu tạo, tính chất carbohydrate chia làm hai nhóm lớn: monosaccharide polysaccharide 4.2 Các monosaccharide Monosaccharide aldehyd ketone có chứa nhiều nhóm hydroxyl Số lượng carbon phân tử monosaccharide 3, glyceraldehyd dihydroxyacetone Chúng có cơng thức sau: 56 CH2OH | C=O | CH2OH L-glyceraldehyd D-glyceraldehyd Dihydroxyaketone Glyceraldehyd có chứa cacbon bất đối (C*), có hai đồng phân D L, cịn dihydroxyaketone khơng chứa carbon bất đối Số đồng phân lập thể monosaccharide tính theo cơng thức X = 2n (n số C* phân tử) Nếu số cacbon phân tử monosaccharide 4, 5, chúng có tên gọi tương ứng tetrose, pentose, hexose heptose Công thức cấu tạo số monosaccharide thường gặp trình bày đây: CHO | HCOH | HCOH | CH2OH D-Erythrose CHO | HCOH | HOCH | HCOH | HCOH CH2OH | C=O | HC-OH | HCOH | CH2OH D-Ribulose CHO | HCOH | HCOH | HCOH | CH2OH D-Ribose CH2OH | C=O | HO-CH | HCOH | HCOH 57 CH2OH | C=O | HO-CH | HCOH | CH2OH D-Xilulose CH2OH | C=O | HO-CH | HCOH | HCOH | CH2OH | CH2OH D-Glucose D-Fructose | HCOH | CH2OH D-Sedoheptulose Khi đánh số thứ tự nguyên tử carbon phân tử monosaccharide, carbon nhóm carbonyl aldose, carbon đầu gần nhóm carbonyl ketose Căn vào vị trí H OH carbon bất đối mang số thứ tự lớn (carbon bất đối xa nhóm carbonyl) giống với D Lglyceraldehyd để xếp monosaccharide vào dạng D L Các monosaccharide có khả làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực bên phải (ký hiệu dấu +) bên trái (ký hiệu dấu -) Trong hoá sinh học đường 6C 5C có ý nghĩa lớn Một số đường ví dụ 1,6 fructosediphosphate đường ribose nêu Hexose pentose tồn dạng thẳng vòng Theo đề nghị Harworth phân tử đường viết dạng vòng Ở người ta tưởng tượng mặt phẳng nằm ngang có góc, góc xếp phía phía chuỗi bên vng góc với mặt phẳng Ở dạng vịng xuất nhóm hydroxyl glycoside, nhóm có khả phản ứng cao, dễ dàng tạo liên kết glycoside có tính khử 58 Nhóm hydroxyl glycoside đặc trưng đường khử, nhóm phía phía mặt phân tử Nếu nằm phía người ta gọi dạng α, ví dụ α-glucose, phía gọi dạng β Glucose tồn chủ yếu dạng cạnh (pyranose), fructose pentose dạng vòng cạnh (furanose) Một liên kết glycoside xuất phân tử nguyên tử H thay gốc đường (glycosyl), ví dụ adenine thay ribosyl (gốc đường ribose) 59 Hình 4.1 Tổng hợp hexosephosphate từ triosephosphate Trong trường hợp nguyên tử N nối với thành phần, người ta gọi N-glycoside Tương tự S-glycoside O-glycoside tạo nên Trong trường hợp thứ nguyên tử H nhóm SH, 60 trường hợp thứ hai nguyên tử H nhóm OH thay gốc glycosyl Tính chất chung monosaccharide Các monosaccharide chất không màu, phần lớn có vị Chúng hồ tan tốt nước, không tan dung môi hữu không phân cực, tan dung dịch ethanol 80% Tính chất lý học đặc trưng monosaccharide tính hoạt quang chúng, nghĩa có khả làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải sang trái Có thể đo góc quay máy phân cực kế Hố tính quan trọng monosaccharide tính chất nhóm chức aldehyd ketone, điển hình tính khử a) Tuỳ điều kiện oxy hố monosaccharide bị oxy hoá thành acid khác - Khi oxy hoá nhẹ dung dịch clo, brom, iod môi trường kiềm, dung dịch kiềm ion kim loại, nhóm chức aldehyd monosaccharide bị oxy hố Ion kim loại bị khử thành dạng có hố trị thấp đến kim loại tự (vi dụ Cu2+ →Cu+1, Ag+ →Ag0) CHO | HCOH | HOCH | HCOH | HCOH | CH2OH D-glucose - Oxy hoá nhẹ COOH | HCOH | HOCH | HCOH | HCOH | CH2OH D-gluconic acid Khi chất oxy hoá HNO3 đặc, hai nhóm aldehyd alcohol bậc monosaccharide bị oxy hố tạo thành acid chứa nhóm carboxyl gọi saccharic acid: 61 CHO | HCOH | HOCH HNO3 | HCOH | HCOH | CH2OH D-glucose COOH | HCOH | HOCH | HCOH | HCOH | COOH saccharic acid b) Dưới tác dụng chất khử nhóm carbonyl monosaccharide bị khử tạo thành polyol tương ứng Để tiến hành phản ứng khử dùng dịng khí hydro có chất xúc tác kim loại (hỗn hợp Hg Na) Ví dụ bị khử fructose tạo thành polyol đồng phân sorbitol mannitol Sorbitol sản phẩm phản ứng khử glucose CHO | HCOH | HOCH | HCOH | HCOH | CH2OH D-glucose CH2OH | HCOH | HOCH | HCOH | HCOH | COOH D-sorbitol Trong thể sinh vật, glucose bị khử tạo thành polyol vịng gọi inosite, ví dụ mezoinosite yếu tố sinh trưởng mô thực vật nuôi cấy Estephosphoric (fitin) nguồn dự trữ phospho hạt 62 c) Phản ứng tạo este thường xảy với nhóm alcohol bậc 1, OH glycosite monosaccharide Các este phosphat monosaccharide sản phẩm trung gian quan trọng nhiều trình trao đổi chất thể sinh vật d) Phản ứng nhóm OH glycosite tạo thành hợp chất glycoside Nhóm OH glycoside phản ứng với rượu tạo thành este tương ứng gọi glycosite Tuỳ theo vị trí nhóm OH mà α- βglycoside tạo thành Trong phân tử glycoside, phần carbonhydrate gọi aglicon Có thể phân biệt kiểu liên kết glycosite khác nhau: - Liên kết O-glycoside: (G-C-O-A) gốc aglicon (A) kết hợp với carbonhydrate (G) qua O Liên kết O-glycoside dạng liên kết đi-, tri-, oligo- polysaccharide - Liên kết S-glycoside: (G-C-S-A) gốc aglicon (A) kết hợp với carbonhydrate (G) qua S - Liên kết N-glycoside: (G-C-N-A) gốc aglicon (A) kết hợp với gluxit (G) qua N - Liên kết C-glycoside: (G-C-C-A) gốc aglicon (A) kết hợp với carbonhydrate (G) qua C Liên kết glycoside không bền với acid, tương đối bền với kiềm Dưới tác dụng acid enzyme tương ứng, glycoside bị thuỷ phân tạo thành monosaccharide aglicon 4.3 Các polysaccharide Polysaccharide nhiều gốc monosaccharide kết hợp với nhau, có khối lượng phân tử lớn, polysaccharide khơng có tính khử Các monosaccharide thuộc loại hay nhiều loại khác Các liên kết glycoside phân tử polysaccharide α- β-glycoside Tên polysaccharide dựa theo tên monosaccharide cấu tạo nên 63 đổi “ose” thành “an” Ví dụ D-glucane, D-fructane, Dgalactane Sau đề cập chi tiết số polysaccharide phổ biến quan trọng Tinh bột polysaccharide dự trữ thực vật phổ biến nhất, hỗn hợp amylose amylopectin, amylopectin chiếm khoảng 80% Amylose chuỗi không phân nhánh gồm nhiều gốc glucose Có khoảng 200-300 gốc glucose kết hợp với theo kiểu α-glycoside Liên kết luôn nằm C1 C4 Ngược lại amylopectin chuỗi phân nhánh Sự phân nhánh liên kết glycoside C1 C6 Amylopectin tạo thành từ amylose Gốc amylose (khoảng 40 gốc glucose) gắn kết với chuỗi amylose khác liên kết α -1-6-glycoside Người ta cho chuỗi amylose dài chuỗi amylopectin ngắn có cấu tạo xoắn Cơ quan dự trữ tinh bột vô sắc lạp (amyloplast), tương tự lục lạp phát triển từ tiền lục lạp Cơ quan chứa tế bào dự trữ (hạt ngũ cốc, củ khoai tây) gồm vơ sắc lạp xếp sít Tinh bột tích luỹ vơ sắc lạp lục lạp dạng hạt tinh bột tạo nên vị trí tinh bột tập trung Cấu trúc loại thực vật khác hình 4.2 Người ta nhận dạng hạt tinh bột có nguồn gốc từ lồi thực vật khác Ở vị trí tinh bột tập trung 64 thể kết hợp hạt tinh bột dày thưa Sự kết hợp dày thể vào ban ngày, thưa vào ban đêm Tinh bột có nhiều loại củ khác nhau, hạt ngũ cốc (60-70 %) củ khoai tây (15-20%) Hình 4.2 Cấu trúc hạt tinh bột khác Trong lục lạp tinh bột tích luỹ tạm thời thực hoạt động quang hợp mạnh, vào ban ngày Ban đêm hạt tinh bột phân giải thành monosacaride, đặc biệt triose khỏi lục lạp Glycogen chuỗi mạch nhánh, đại phân tử tạo nên từ nhiều gốc glucose Glycogen (tinh bột gan) carbohydrate dự trữ động vật bậc cao Nó tồn chủ yếu gan mô Nồng độ glycogen gan cao mơ cơ, nhiên trọng lượng mô lớn trọng lượng gan nên mơ có nồng độ glycogen tổng số cao gan Glycogen nằm tế bào chất dạng hạt nhỏ, có đường kính 10-40 nm Sự tổng hợp glycogen thực từ UDP-glucose 65 Tổng quát: đưa vào glucosephosphate kết tạo phân tử triosephosphate: Đầu vào Đầu + glucosephosphate +1ATP + NAD ADP + 2NADH + 2H+ + HS-Enzyme + 2HS- Enzyme +4ATP +2H2O P-OH + ADP + pyruvic acid + Tổng quát: glucosephosphate + NAD + ADP + P-OH → pyruvic acid + NADH + 2H+ + 3ATP +2 H2O Sơ đồ tổng quát làm rõ vai trị sinh lý q trình đường phân hexosephosphate phân giải thành apyruvic acid Năng lượng giải phóng dùng để tổng hợp ATP để khử NAD+ Vì trình đường phân ý nghĩa sinh lý tương ứng với phản ứng sáng trình quang hợp Quá trình quang hợp cần lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp ATP NADPH, trình đường phân lượng hoá học sử dụng để tổng hợp ATP NADH Sự tổng hợp ATP trình đường phân xảy điều kiện yếm khí Vì người ta gọi phosphoryl hố yếm khí, nghĩa phosphoryl hố ADP để tổng hợp ATP không cần O2 4.5.3 Các loại hô hấp Pyruvate coi sản phẩm cuối q trình đường phân Nó lên men rượu để tạo ethanol lên men lactic để tạo lactic acid phân giải qua chu trình Krebs để tạo CO2 H2O Ở lên men rượu trước hết pyruvate khử cacboxyl hoá thành acetaldehyde, sau tác dụng NADH khử thành ethanol 108 NADH trình đường phân sử dụng để oxy hoá acetaldehyde, tái tạo NADH oxy hoá aldehydphosphoglyceric (phản ứng đường phân) cung cấp cho phản ứng Quá trình lên men rượu gồm trình đường phân từ carbohydrate pyruvic acid, từ chất đến acetaldehyde ethanol sản phẩm cuối Đường hexose (glucose, fructose) nguyên liệu ban đầu trình lên men, tổng quát biểu diễn sau: Hexose + 2ATP → fructose-1,6-diphosphate Fructose-1,6-diphosphate → aldehydphosphoglyceric aldehydphosphoglyceric + NAD+ → pyruvic acid + 4ATP +2NADH pyruvic acid + NADH → ethanol + NAD ++ CO2 Cuối cùng: hexose → ethanol + CO2 + ATP Nhiều quan rễ thực vật bậc cao, có khả thực lên men rượu điều kiện yếm khí Đối với cơng nghệ quan trọng men rượu đặc biệt Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae lồi men kỵ khí khơng bắt buộc, nghĩa phát triển điều kiện có khơng có O2 Khi khơng có O2 phân giải glucose xảy nhanh Người ta gọi hiệu ứng hiệu ứng Pasteur Pasteur phát rằng, phân giải đường điều kiện yếm khí xảy nhanh lần so với điều kiện háo khí Ngày biết rằng, hiệu ứng điều khiển biến đổi cấu trúc (biến cấu) enzyme fructosephosphatkinase, mô tả Ở phân giải háo khí ATP tạo tương đối nhiều, nồng độ ATP cao, ức chế hoạt tính fructosephosphatkinase làm cho vào glucosephosphat bị giảm xuống Ngược lại phân giải đường điều kiện yếm khí, nồng độ AMP cao, kích thích hoạt tính fructosephosphatkinase ADP tạo nhiều phản ứng kinase xúc tác, biến đổi thành ATP AMP sau: ADP → ATP + AMP Lên men lactic gồm trình biến đổi từ carbohydrate đến pyruvate, chất khử để tạo thành lactic acid nhờ NADH tạo trình đường phân 109 Quá trình tổng quát sau: glucose → lactic acid + ATP Những vi khuẩn lactic quan trọng thuộc chủng loại sau: Streptococcus không mẫn cảm với O2 Lactobacillus không mẫn cảm với O2 Clostridium yếm khí nghiêm ngặt Những vi khuẩn streptococus lactobacillus không mẫn cảm với O2, nghĩa chúng có enzyme superoxiddismutase, enzyme có khả làm độc tính gốc O2 Streptococcus lactobacillus có khả sử dụng O2 khơng phải cho phân giải háo khí (hơ hấp), chúng khơng có khả tổng hợp heme Nó khơng có cytochrome, thành phần quan trọng hơ hấp Clostridium sống nghiêm ngặt điều kiện yếm khí, chúng O2 độc Clostridium botulinum tổng hợp chất độc tự nhiên mạnh nhất, botulinus-toxin Một lượng nhỏ 0.03 ng /kg trọng lượng thể gây chết Hầu hết vi khuẩn lactic không mẫn cảm nhiệt độ pH thấp Ở trình lên men lactic nhanh pH mơi trường giảm nhanh nhiều vi sinh vật mẫn cảm với độ pH thấp, nên chúng khơng có hội cạnh tranh với vi khuẩn lactic Điều đặc biệt cạnh tranh với vi khuẩn gây thối, nhờ mà nông sản bảo vệ Khi sản xuất thức ăn chua gây chua nhanh nhờ vi khuẩn lactic điều kiện cho thành công lên men lactic bảo quản Để lên men chủ yếu lactobacillus plantarum, loại vi khuẩn sống cách mà đưa vào với nông sản Để lên men lactic nhanh điều quan trọng thực vật có đủ carbohydrate dễ dàng bị phân giải, đặc biệt saccharose Những bắp cải trắng già thoả mãn điều kiện Thực phẩm xanh, non hàm lượng carbohydrate ít, 110 thức ăn giàu đạm lên men lactic xảy chậm, pH giảm vi khuẩn khác, vi khuẩn butyric phân giải thực phẩm xanh Việc cho thêm mật vào hạn chế nhược điểm trên, mật chứa nhiều saccharose raffinose, chất sau thuỷ phân phân giải nhanh vi khuẩn lactic Ngơ chín sữa ngun liệu lên men lý tưởng, chứa nhiều carbohydrate dễ phân giải Khi sản xuất phomat lên men lactic có ý nghĩa quan trọng Sữa chua gây phần lớn streptococcus lactis streptococcus cremonis Giá trị pH thấp dẫn đến kết tủa protein (sữa đặc lại), gọi phomat trắng Phomat khơng chứa protein mà cịn chất béo sữa Phomat nguyên liệu cho việc sản xuất loại phomat khác Để sản xuất phomat cần có tham gia vi khuẩn lactic, streptococus, lactobacillus, loại vi khuẩn tạo nên lactic acid mà thuỷ phân protein, nghĩa phân giải thành peptide aminoacid Trong phomat lactic acid cịn có chức bảo quản Ngun lý phophoryl hố yếm khí nghiên cứu kỹ Như hình 4.22 phân tử chất biến đổi nhóm phosphoryl dạng liên kết giàu lượng Nhóm phosphoryl chuyển đến ADP, làm xuất ATP Vì người ta gọi phosphoryl hoá phosphoryl hoá chất So sánh hai giai đoạn phân giải carbohydrate (hô hấp háo khí) lượng thu (ATP) từ q trình đường phân chiếm khoảng 20% tổng lượng dự trữ phân tử glucose Phần lượng lớn tạo giai đoạn phân giải Quá trình đường phân điều khiển bền vững enzyme gần bắt đầu chuỗi phản ứng, enzyme fructosephosphatkinase (phản ứng sơ đồ) Đó enzyme quan trọng q trình đường phân Enzyme có tiểu đơn vị bị ức chế theo chế “tác động biến cấu” ATP citrate, ngược lại hoạt hoá AMP Vì tỷ lệ AMP/ATP cao kích thích tỷ lệ ATP/AMP cao ức chế hoạt tính enzyme Cơ chế có ý nghĩa, hệ thống có nhiều ATP khơng cần sản sinh nhiều qua trình đường phân Ngược lại tỷ lệ AMP/ATP cao biểu thiếu ATP, xảy tổng hợp ATP Một nồng độ citrate cao chất trao đổi cung cấp đủ cho chu trình Krebs Vì trình đường phân cung cấp chất trung gian cho chu trình Krebs, nên điều khiển trình đường phân qua hiệu biến cấu citrate đến fructosephosphatkinase chế có ý nghĩa 111 4.5.4 Hơ hấp háo khí (chu trinh Krebs) Chu trình tricarboxylic, chu trình Krebs giải thích Hans Krebs, Schueler Otto Warburg Nhờ phát minh mà Krebs nhận giải thưởng Nobel vào năm 1953 Chu trình xảy ty thể Cơ quan tử so sánh với lục lạp, thực nhỏ lục lạp (đường kính 0.5-1μm), nhiên cấu tạo chức chúng tương tự (hình 4.23) Hình 4.23 Sơ đồ cấu tạo ty thể: hình phía sơ đồ cắt ngang qua ty thể, hình phía cắt phần ty thể Người ta cho lục lạp, ty thể xuất trước khoảng 109 năm thể độc lập, q trình tiến hố chúng sinh vật nhân chuẩn “bắt” hoà nhập Những tế bào có biến đổi lượng lớn chứa nhiều ty thể, tế bào mô tế bào gan, chúng có 1000 ty thể tế bào Ty thể xuất kính hiển vi hạt nhỏ sợi Tuy nhiên, người ta thấy rõ kính hiển vi điện tử, bao bọc màng bên hệ thống màng kéo dãn với nhiều uốn cong vào Sự gập khúc nhiều màng làm cho có diện tích bề mặt lớn, diện tích lớn màng ngồi khoảng 112 lần Màng cho phân tử lớn thấm qua, phân tử có trọng lượng lớn 10.000 Da, màng chứa protein vận chuyển với kênh lớn chứa nước Màng khó thấm qua vận chuyển chất có tính chọn lọc Màng bao quanh stroma, stroma chứa enzyme chu trình Krebs enzyme phân giải chất béo (hình 4.23) Ngược lại màng ty thể có enzyme hệ thống oxy hoá Ở tương tự lục lạp, chuỗi vận chuyển e- định vị màng thylacoid enzyme chu trình Calvin matrix Cơ chất chu trình Krebs sản phẩm trình đường phân, pyruvate Nó vận chuyển chọn lọc từ tế bào chất qua màng ty thể đến stroma khử carboxyl hố oxy hố nhờ enzyme pyruvate dehydrogenase Pyruvate dehydrogenase ví dụ đa enzyme, phức hệ chứa carboxylase, transacetylase dehydrogenase Bên cạnh phản ứng cịn có nhóm prostetic thyaminpyrophosphate, liponic acid, coenzyme NAD+ Coenzyme A Sau bước cụ thể chu trình Krebs Ở có khử carboxyl hố oxy hố, phản ứng khơng kể trực tiếp vào chu trình Tương tự q trình đường phân chu trình Krebs ví dụ nói lên thể sống phản ứng phân giải chất chứa nhiều lượng thực theo bước Ở chu trinh Krebs vòng quay lấy vào chu trình acetyl CoA Các bước chu trình (hình 4.24) Pyruvic acid chuyển thành acetyl CoA phản ứng khử carboxyl hoá oxy hoá Ở phản ứng oxy hoá lượng giải phóng liên kết NADH liên kết cao acetyl-CoA Năng lượng chứa liên kết cao acetyl-CoA đủ để gắn acetate vào oxaloacetate tạo thành citrate 113 Qua ngưng tụ phân tử có nguyên tử C tạo nên Phản ứng xúc tác enzyme citrate synthetase Bằng phản ứng citric acid biến đổi thành isocitric acid qua aconitic acid Dưới tác dụng aconitase (hydratase) xảy kết hợp với nước Ở trạng thái cân citric acid chiếm 91%, aconitic acid % isocitric acid 6% Ở hình 4.24, phản ứng thực enzyme isocitrate dehydrogenase Trước hết isocitric acid oxy hoá thành 114 oxalosuccinic acid sau khử carboxyl hố thành axit αcetoglutaric acid Có hai dạng isocitrate dehydrogenase, dạng với NAD+ dạng với NADP+ Ở ty thể isocitrate dehydrogenase dạng NAD+ quan trọng Bằng phản ứng khử carboxyl hoá oxy hoá α- cetoglutaric acid biến đổi thành succinyl-CoA Enzyme xúc tác phức hệ αcetoglutarate dehydrogenase Phản ứng enzyme tương tự khử carboxyl hoá oxy hoá pyruvic acid Từ succinyl-CoA succinic acid tạo thành Liên kết giàu lượng succinyl-CoA bẻ gãy, lượng giải phóng dùng để tổng hợp guanosintriphosphate (GTP) từ guanosindiphosphate (GDP) phosphate vô Trong thể thực vật GTP tạo thành tương tự ATP Dưới tác dụng FAD succcinate bị oxy hoá để tạo thành fumarate 115 Enzyme flavoprotein, có nhóm prostetic FAD gọi succinate dehydrogenase Ở oxy hoá succinate thành fumarate lượng giải phóng khơng đủ để khử NAD+ Tuy nhiên đủ để khử FAD (xem khử tiêu chuẩn) 10 Dưới tác dụng H2O, fumarate biến thành malate 11 Malate dehydrogenase khử malate thành oxaloacetate, chất khởi đầu chu trình 116 Những phản ứng chu trình Krebs khử carboxyl hoá phản ứng oxy hoá Nếu tính phản ứng từ pyruvate đến acetyl-CoA vào chu trình Krebs có vị trí khác CO2 giải phóng (phản ứng 1,6,7) vị trí khác chất bị oxy hoá (phản ứng 1,5,7,9 11) Ở phản ứng oxy hố ln ln có coenzyme (NAD+) nhóm prostetic (FAD) tham gia Chúng chuyển thành dạng khử phản ứng oxy hoá Năng lượng giải phóng oxy hố chất sử dụng cho việc khử nhóm coenzyme nhóm prostetic Quan trọng lượng phản ứng dùng để tổng hợp phân tử GTP, tương đương với ATP, GTP phản ứng với ADP sau: GTP + ADP → ATP + GDP Từ hình 4.24 rút rằng, chu trình, CO2 tách O2 khơng tiếp nhận vào Nguyên tử O có CO2 oxy cho hô hấp Ý nghĩa chu trình Krebs cung cấp coenzyme khử (NADH, FADH2), chất khử cần thiết cho hô hấp Ngồi acid khác chu trình cịn tham gia vào q trình trao đổi chất khác 117 Hình 4.24 Chu trình Krebs Qua chu trình Krebs chuỗi carbon từ carbohydrate đến trao đổi lipid trao đổi aminoacid đến protein 4.5.5 Chu trình pentosophoptphate- oxy hố trực tiếp glucose Bên cạnh q trình đường phân tế bào chất cịn xảy đường khác, người ta gọi chu trình pentosephotphate q trình phản ứng có phần tương tự chu trình Calvin Phản ứng bắt đầu với việc oxy hố trực tiếp glucose-6-phosphate, gọi oxy hoá trực tiếp glucose Enzyme xúc tác cho phản ứng glucose-6-phosphatedehydrogenase, Otto Warburg phát năm 1931 Các bước oxy hoá hình 4.26 - Phản ứng 1: Từ glucose-6-phosphate nguyên tử H đính C1 tách nhờ enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase, xuất dạng lactone Glucose-6-phosphate dehydrogenase đặc hiệu NADP+ Ai lực NADP+ cao 1000 lần so với NAD+ Hình 4.25 Chu trình pentosephosphate (oxy hố trực tiếp glucose) 118 - Phản ứng 2: Dạng lactone thuỷ phân, tạo nên phosphogluconic acid Phản ứng 3: 6-phosphogluconate khử carboxyl hoá oxy hoá Enzyme xúc tác 6-phosphogluconate dehydrogenase Trong chu trình vị trí (phản ứng 3) NADP+ khử NADPH tạo sử dụng cho phản ứng tổng hợp, ví dụ tổng hợp acid béo Ribulose-1-phosphate sản phẩm cuối chuỗi phản ứng Nó biến đổi dễ dàng thành dạng đồng phân ribose-5-phosphate xylulose-5-phosphate, theo sau Chu trình pentosephosphate cung cấp nguyên liệu cho trình tổng hợp khác Ribose-5-phosphate tham gia tổng hợp nucleotide, tổng hợp nucleic acid nhiều enzyme Xylulose-5-phosphate với ribose-5-phosphate nhờ phản ứng transcetolase tạo nên sedoheptulosephosphate aldehydphosphoglycic 119 Transcetolase vận chuyển phần gồm nguyên tử C từ đường ceto đến aldose, nhóm prostetic chúng thiaminpyrophosphate, vịng thiazol đường ceto kết hợp vào bắt đầu phản ứng Sedoheptulosephosphate phản ứng với aldehydphosphoglyceric phản ứng transcetolase để tạo thành erythrose-4-phosphate Ở phản ứng phần nguyên tử C vận chuyển đến aldehydphosphoglyceric Fructose-6-photphate chất trao đổi q trình đường phân, vào trình khác Erythrose-4-phosphate phản ứng với xylulose-5-photphate để tạo thành fructose-6-photphate aldehydphosphoglyceric 120 Phản ứng vận chuyển phần 2C (transcetolase) Hai sản phẩm phản ứng chất trao đổi q trình đường phân, phân giải tiếp tục qua trình Tồn phản ứng chu trình pentosephosphate biểu diễn hình 4.26 Hình 4.26 Chu trình pentosephosphate Các bước oxy hố khử dẫn đến vị trí khử NADP+ thành NADPH Dạng khử coenzyme cần cho phản ứng tổng hợp H vào cấu tạo chất hữu NADPH đóng vai trò quan trọng 121 tổng hợp chất béo Những tế bào acid béo tổng hợp nhiều trao đổi chất theo chu trình pentosephotphate xảy mạnh mẽ, ví dụ mơ tuyến động vật bú sữa Ribulose-5-photphate tiền chất ribose-5-photphate, thành phần nhiều nucleotide nucleic acid Đặc biệt mô sinh trưởng, tổng hợp nucleic acid thường xuyên cần ribosephosphate, trình tự phản ứng chu trình ribulose-5-photphate thực với tốc độ lớn Erythrose-4photphate tiền chất aminoacid thơm (phenylalanine, tyrosine) sử dụng để tổng hợp protein đặc biệt mơ sinh trưởng Khi có nhu cầu lớn NADPH phản ứng xảy với tốc độ lớn trình đường phân Từ 6C phân tử glucose 5C vào q trình đường phân Chu trình pentosephotphate có khả thích nghi với nhu cầu sinh lý, tương tự chu trình Krebs cung cấp cho đường trao đổi chất khác với chuỗi carbon hữu chất khử tương ứng 122 ... khả gắn liền với trao đổi acid CO2 đặc biệt, trước hết nghiên cứu lồi Crassulaceae Những thực vật có hình thức trao đổi gọi thực vật “CAM” 92 Hình 4.17 Sơ đồ đồng hoá CO2 trao đổi acid thực vật... sáng thấp mát thực vật C3 Cấu tạo giải phẩu kiểu Kranz tế bào có ý nghĩa trao đổi nước Những tế bào xếp sát bó mạch có trao đổi khí thấp có nước nước Điều giải thích thực vật C4 có nhu cầu nước... để tạo nên hydroxylpyruvate chất biến đổi thành phosphoglyceric acid phản ứng khử phản ứng phosphoryl hóa Phản ứng cần NADH Phosphoglyceric acid chất trao đổi chu trình Calvin Chất lại vào lục
