Sự thoái hóa Glucose

- Tài liệu ôn thi Bác sĩ Nội trú môn Hóa sinh Đại học Y Hà Nội

1. Sự thoái hóa của glucose theo con đường đường phân ( hexose diphosphat )

- Đường phân là 1 chuỗi các phản ứng hóa học chuyển hóa glucose (6C) thành pyruvat (3C) , xảy ra ở bào tương , qua 2 giai đoạn với 10 phản ứng

o Giai đoạn 1 : gồm 5 phản ứng , phân tử glucose được phosphoryl hóa và bị chặt đôi thành 2 triose : glyceraldehyd -3-phosphat với sự chi phí 2 ATP đầu tư

o Giai đoạn 2 : gồm 5 phản ứng : 2 phân tử glyceraldehyd -3 –phosphat chuyển hóa thành pyruvat tạo 4 ATP

- Phản ứng 1 :

o Phản ứng 1 là sự vận chuyển của 1 ATP đến glucose tạoglucose-6-phosphat (G6P) xúc tác bởi hexokinase

o Hexokinase có trong tất cả tế bào , xúc tác sự phosphoryl hóa của D-glucose , D-mannose , D-fructose , hoạt động cần ion Mg²⁺

- Phản ứng 2 :

o Là sự đồng phân hóa G6P thành fructose -6 – phosphat( F6P)được xúc tác bởi phospho glucose isomerase , là phản ứng thuận nghịch

- Phản ứng 3:

o Phosphoryl hóa F6P thành fructose -1,6 –diphosphat (F-1,6DP )xúc tác bởi phosphofructokinase (PFK) , cũng cần Mg²⁺

- Phản ứng 4 :

o Cắt đôi phân tử F-1,6DP thành 2 triose : glyceraldehyd -3 phosphat (GAP ) và dihydroaceton phosphat (DHAP ) xúc tác bởialdolase

- Phản ứng 5:

o DHAP có thể bị biến đổi thuận nghịch thành GAP 1 cách nhanh chóng nhờ enzym triose phosphat isomerase .

o Chỉ có GAP tiếp tục thoái hóa theo con đường đường phân

- Phản ứng 6 :

o Oxy hóa và phosphoryl hóa GAP thành 1,3 diphosphoglycerat (1,3 DPG ) bởi NAD⁺ và Pi , được xúc tác bởi glyceraldehyd-3-phosphat dehydrogenase

- Phản ứng 7

o 1,3 DPG chuyển gốc phosphat cho ADP tạo ATP và 3PG nhờ xúc tác của enzym phophoglycerat kinase ( PGK )

o Đây là phản ứng đầu tiên của con đường đường phân tạo ATP

- Phản ứng 8

o Chuyển 3PG thành 2PG nhờ xúc tác của phosphoglycerat mutase

- Phản ứng 9

o Khử nước của 2PG thành phosphoenol pyruvat (PEP) xúc tác bởienolase , có Mg²⁺

- Phản ứng 10

o PEP chuyến gốc phosphat sang ADP để tạo ATP và pyruvat nhờ xúc tác của pyruvat kinase

2. Sự thoái hóa tiếp theo của pyruvat trong đk yếm khí và ái khí

a. Thoái hóa pyruvat trong đk yếm khí

- Trong con đường đường phân như đã mô tả trên , số lượng NAD+ giảm sau phản ứng 6

- ở cơ , trong quá trình hoạt động , khi nhu cầu ATP cao , oxy máu cấp ko đủ => lactatdehydrogenase xúc tác phản ứng

o pyruvat + NADH.H⁺ lactat + NAD⁺

o LDH cấu tạo bởi 2 dưới đơn vị H và M tạo 5 isoenzym là : M4, M3H, M2H2, MH3, H4

o Typ H có chức năng trong oxy lactat thành pyruvat, trong khi typ M có xu hướng ngược lại

o Typ H thường ở tổ chức có oxy như cơ tim , typ M hay ở gan , cơ , xương

- Bilan năng lượng toàn bộ quá trình đường phân và khử pyruvat thành lactat

o Glucose + 2 ATP + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 4 ADP + 2 NADH + 2H⁺ à 2 lactat + 2 ADP + 2 NADH + 2H⁺ + 4 ATP + 2 H2O

o Rút gọn là : Glucose + 2ADP⁺ + 2 Pi à 2 lactat + 2 ATP + 2 H2O

§ ∆G^o’ = -196 kJ/mol , cùng với sự tạo ATP , 31% tạo ra dưới dạng nhiệt

b. Thoái hóa pyruvat trong điều kiện ái khí

- Với sự có mặt oxy , pyruvat vào ty thể , oxh thành acetyl CoA , đi vào chu trình acid citric và oxy hóa thành CO2 và H2O .

- Phân tử NADH tạo ra ở phản ứng 6 được chuyển vào ti thể để oxy hóa trong chuỗi hô hấp tế bào , tại đây mỗi phân tử NADH tạo 3ATP , phân tử pyruvat thành acetyl CoA cho 3 ATP , acetyl CoA oxy hóa trong chu trình citric cho 12 ATP

- Vậy thoái hóa hoàn toàn glucose trong đk ái khí cho :2+ 3x2+ 3x2 + 12x 2 = 38 ATP

3. sự phân hủy glycogen

- Cơ và gan là nơi xảy ra quá trình thoái hóa glycogen . Ở cơ , khi tế bào hoạt động cần ATP , glycogen được thoái hóa thành G6P cho con đường đường phân . Ở gan , khi nồng độ glucose máu giảm , glycogen thoái hóa thành G6P rồi tiếp tục thành glucose để đưa vào máu

- Quá trình nhờ 3 enzym :

o enzym phosphorylase xúc tác quá trình phosphoryl phân (bẻ gẫy liên kết 1,4 glucosid bằng sự thay thế nhóm phosphat ) tạo thành glucose -1 phosphat ( G1P ) . enzym này chỉ tác dụng tới khi còn 4 gốc glucose tính từ điểm chia nhánh thì ko hoạt động nữa

o enzym cắt nhánh ( glycogen debranching enzym ) có 2 hoạt tính

§ Hoạt tính chuyển nhánh [oligo-( α 1,4 àα 1,4 ) glucosyl transferase ] thủy phân liên kết 1,4 glucosid giữa gốc thứ nhất và gốc thứ 2 tính từ gốc nhánh , chuyển 1 đoạn 3 gốc glucose đến gắn vào đầu 1 chuỗi thẳng khác bằng cách tạo liên kết 1-4 glucosid , nhánh glycogen này được kéo dài thêm 3 glucose , nhánh còn lại chỉ còn 1 gốc glucose với liên kết 1-6 glucosid

§ Hoạt tính cắt nhánh [amylo- (α 1,6 ) glucosidase ] thủy phân liên kết 1,6 glucosid của gốc glucose còn lại giải phóng glucose tự do

o Enzym phosphoglucomutase : chuyển G1P thành G6P . G6P có thể đi tiếp vào con đường đường phân ở cơ hoặc có thể bị thủy phân thành glucose ở gan

o Sau quá trình thoái hóa 90% gốc glucose của glycogen chuyển thành G1P và 10% chuyển thành glucose tự do