Giáo án Hóa học Lớp 12 - Chương 13: Mối liên quan giữa các quá trình trao đổi chất

Chương 13 Mối liên quan giữa các quá trình trao đổi chất Trong cơ thể mọi quá trình biến đổi các chất không xảy ra riêng rẽ mà có mối quan hệ qua lại rất chặt chẽ. Mối quan hệ thể hiện cả trong quá trình biến đổi của một nhóm chất lẫn trong mối quan hệ của quá trình biến đổi các nhóm chất khác nhau. Trong cùng một nhóm chất mối quan hệ thể hiện qua quá trình đồng hóa và dị hóa. Mối quan hệ tương hỗ của sự đồng hóa và dị hóa thể rhiện cả hai quá trình xảy ra đều có các chất trung gian chung. Ví dụ phosphoglyceric aldehyde vừa là sản phẩm trung gian trong quá trình phân giải (dị hóa) vừa là sản phẩm trung gian của quá trình tổng hợp (đồng hóa) saccharose. Giữa các nhóm chất mối quan hệ diễn ra phức tạp hơn, nhiều hình thức hơn. Trước hết mối quan hệ được thể hiện qua các chất trung gian. Một chất là sản phẩm phân giải của nhóm chất này lại là nguyên liệu để tổng hợp cho nhóm chất khác. Ví dụ Acetyl-CoA là sản phẩm của quá trình phân giải glucose đồng thời nó là nguyên liệu để tổng hợp acid béo. Mối liên quan tương hỗ giữa các quá trình trao đổi saccharide, lipid, protein, nucleic acid có ý nghĩa quan trọng trong sự sống của sinh vật. Ví dụ việc chuyển hóa tinh bột thành đường sau đó tạo các chất béo trong những tháng mùa đông ở thực vật cũng như ở động vật, có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng khả năng chịu rét của chúng. Việc chuyển biến chất béo thành đường khi hạt nảy mầm sẽ đảm bảo thức ăn cho phôi. Trong quá trình họat động sống của cơ thể, saccharide là chất dự trữ quan trọng; khi cơ thể cần sẽ phân giải thành phosphoglyceric acid rồi thành pyruvic acid làm nguyên liệu cho sự tổng hợp amino acid, acid béo và các chất khác. Chất béo dự trữ cũng có vai trò tương tự, khi phân giải chất béo tạo nên acetyl-CoA để từ đó lại tổng hợp amino acid, saccharide Khi trong cơ thể hết nguồn dự trữ saccharide và chất béo thì protein sẽ bị phân giải tạo ra các sản phẩm để từ đó có thể tổng hợp lipid, saccharide. Quá trình chuyển hóa trên có vai trò quan trọng cả đối với sinh vật tự dưỡng lẫn sinh vật dị dưỡng. Ở sinh vật tự dưỡng nguồn chất hữu cơ sơ cấp do quang hợp tạo ra là glucid, trước hết là glucose. Từ nguồn saccharide đó, nhờ sự chuyển hoá tương hỗ mới tạo ra được các chất hữu cơ mà cơ thể cần đến như lipid, protein, nucleic acid. Ở sinh vật dị dưỡng đã sử dụng những chất hữu cơ có sẵn trong thức ăn để tạo nên các chất đặc trưng cho cơ thể. Từ các chất protein, lipid có trong thức ăn qua quá trình biến đổi sẽ kiến tạo nên những chất đặc trưng cho cơ thể. Do thành phần thức ăn không thể có đầy đủ đối với nhu cầu của cơ thể cho nên trong quá trình đồng hóa việc chuyển hóa nhóm chất này thành chất hữu cơ khác rất cần thiết cho cơ thể. 13.1. Mối liên quan giữa quá trình trao đổi saccharide và trao đổi lipid Hai quá trình trao đổi lipid và saccharide có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Saccharide dễ dàng biến đổi thành lipid và ngược lại thông qua các chất trung gian là AlPG, PDA và Acetyl-CoA Từ glucose qua quá trình đường phân sẽ tạo nên pyruvic acid. Từ Pyruvic acid bị oxy hóa sẽ tạo nên acetyl-CoA. Acetyl-CoA là nguyên liệu tổng hợp acid béo. Đồng thời trong quá trình đường phân còn tạo ra AlPG, từ AlPG biến đổi thành glycero-P , từ đó tạo nên glycerin. Như vậy từ sản phẩm phân giải của saccharide đã tạo nên nguyên liệu cơ bản để tổng hợp lipid là glycerin và acid béo. Ngược lại qua sự phân giải lipid sẽ tạo nên các chất trung gian là acetyl-CoA, glycerin. Từ acetyl-CoA, qua chu trình ornithine sẽ tổng hợp trở lại saccharide. Từ glycerin tạo nên glycero-P và từ đó tổng hợp lại saccharide. Ở thực vật, vi khuẩn, nấm mốc, chu trình glyoxylic là con đường nối trực tiếp quá trình trao đổi lipid với quá trình trao đổi saccharide. Qua chu trình này acid béo sau khi phân giải thành acetyl-CoA sẽ biến đổi thành oxalo acetic acid, từ đó tổng hợp nên glucose. Ngược lại từ glucose sẽ tạo acetyl-CoA và từ đó tổng hợp trở lại lipid. 13.2. Mối liên quan giữa sự trao đổi saccharide và trao đổi protein Pyruvic acid là mắt xích chủ yếu nối liền quá trình trao đổi protein và trao đổi saccharide. Glucose qua quá trình đường phân tạo ra pyruvic acid. Pyruvic acid là nguyên liệu để tổng hợp một số amino acid trong họ alanine: alanine, leucine, valine Trong quá trình tổng hợp protein cần năng lượng ATP, mà ATP là sản phẩm quan trọng của quá trình trao đổi saccharide. 13.3. Mối liên quan giữa trao đổi saccharide và trao đổi nucleic acid Trong quá trình phân giải saccharide theo con đường pentosophosphate, Ribozo5-phosphate được tạo nên. Từ Riboso-5-phosphate hình thành nên phospho-ribosyl-pyrophosphate (PRPP) là nguyên liệu tổng hợp nên các nucleotide purine và nucleotide pyrimidine. Ngược lại trong quá trình phân giải nucleic acid Riboso-5P được tạo thành. Từ Riboso 5P sẽ hình thành các monosaccharide khác. Kiểu liên quan thứ 2 giữa quá trình trao đổi nucleic acid và trao đổi saccharide là sự liên quan chặt chẽ giữa quá trình sinh tổng hợp các nucleotide diphosphate và nucleotide triphosphate với mức độ phân giải saccharide trong tế bào vì quá trình phân giải này gắn liền với quá trình phosphoryl hoá oxy hoá. Sự phân giải saccharide tạo năng lượng để tổng hợp các nucleotide diphosphate và nucleotide triphosphate. Qua quá trình tổng hợp saccharide lại cần sự tham gia của các sản phẩm tạo ra trong quá trình trao đổi nucleic acid, như UTP tham gia vào quá trình tổng hợp polysaccharide. 13.4. Mối liên quan giữa sự trao đổi protein và trao đổi lipid Trao đổi protein và trao đổi lipid có mối liên quan chặt chẽ thông qua các chất trung gian. Sự phân giải lipid tạo nên glycerin và acid béo và một số chất khác như serine, choline, sphingosine, H3PO4 Trước hết acid béo bị phân giải tạo ra acetyl-CoA làm nguyên liệu để tổng hợp nên nhiều loại amino acid. Glycerin trong quá trình phân giải tạo ra phosphoglyceric acid, từ đó làm nguyên liệu tổng hợp nên nhiều amino acid. Những mối quan hệ này xảy ra tương tự như mối liên quan giữa saccharide với protein đã phân tích ở trên. Ngược lại, khi phân giải protein cũng tạo nên các hợp chất trung gian, từ đó tổng hợp nên lipid. Các amino acid do thoái hoá protein tạo ra, bị khử amine sẽ tạo nên các acid như pyruvic acid, oxalo acetic acid, a-cetoglutaric acid. Trong số các acid vừa nêu thì pyruvic acid có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp lipid. Từ pyruvic acid, acetyl-CoA được tạo ra, acetyl-CoA là nguyên liệu để tổng hợp nên các acid béo đồng thời từ pyruvic acid cũng có thể tạo ra glycerophosphate và từ đó tạo thành glycerin. Glycerin và acid béo là nguyên liệu để tổng hợp lipid. Trong quá trình phân giải lipid sẽ tạo thành nên một lượng lớn ATP là nguồn năng lượng cho quá trình trao đổi protein. Ngược lại protein với chức năng enzyme có vai trò quyết định đối với các phản ứng xảy ra trong trao đổi lipid cũng như các chất khác vì không có enzyme thì không có các phản ứng hoá sinh xảy ra tức là không có trao đổi chất. 13.5. Mối liên quan giữa trao đổi protein và trao đổi nucleic acid Giữa quá trình trao đổi protein và trao đổi nucleic acid có mối quan hệ đặc biệt quan trọng mà biểu hiện rõ nhất là trong cơ chế truyền đạt thông tin di truyền. DNA làm khuôn sao mã thành RNAm để từ đó tổng hợp nên protein. Cấu trúc phân tử protein đã được mã hoá trong DNA. Quá trình trao đổi nucleic acid lại phụ thuộc vào sự có mặt của các phân tử protein-enzyme. Đồng thời một số amino acid là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp nucleic acid như aspartic acid là nguyên liệu để tổng hợp nucleotide pyrimidine, aspartic acid, glutamin, glycine là nguyên liệu tổng hợp nucleotide purine. Vì mối quan hệ đó mà nhiều nhà nghiên cứu đã cho rằng sự tổng hợp protein là sơ cấp còn sự tổng hợp nucleic acid là quá trình thứ cấp làm nhiệm vụ tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Trong quá trình phân giải protein với sự tham gia của ATP đã tạo nên các nucleotide-peptid. Các phân tử này lai tạo nên những protein mới làm đổi mới thành phần các protein trong cơ thể. Đồng thời sự tổng hợp protein cũng cần các nucleotide triphosphat làm nguồn năng lượng (ATP, GTP). 13.6. Mối liên quan giữa trao đổi lipid và trao đổi nucleic acid Giữa lipid và nucleic acid có ít mối liên quan trực tiếp, chủ yếu là liên quan gián tiếp qua sự trao đổi saccharide và protein. Tuy nhiên cũng có mối liên quan giữa hai quá trình trao đổi chất này. Sự b.oxi hoá acid béo là nguồn duy trì đầy đủ cho sự tổng hợp các nucleotide diphosphat và nucleotide triphosphat qua quá trình phosphoryl hoá. Ngoài ra trong quá trình tổng hợp lipid như tổng hợp phospholipid có sự tham gia của CTP. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Trần Thị Ân (chủ biên). 1979. Hóa sinh đại cương (tập I, II). NxB KH&KT. Hà Nội. 2. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 2000. Hóa sinh học. Nxb Giáo dục. Hà Nội. 3. Nguyễn Bá Lộc. 1997. Hóa sinh. Nxb Giáo dục. Hà Nội Tài liệu dịch 1. Musil J.G., Kurz .K., Novakava .O. 1982 Sinh hóa học hiện đại theo sơ đồ. Nxb Y học. Hà Nội. Tài liệu tiếng nước ngoài 1. Farkas G. 1984. Növényi anyagcsereélettan. Akadémiai Kiadó Budapest. 2. Lehninger A. L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman.