Đang tải... (xem toàn văn)
Hóa sinh thực phẩm sự tiêu hóa và hấp thụ glucide quá trình đường phân chu trình kreps Đại cương về glucide Sự tiêu hóa và hấp thụ glucide Quá trình đường phân Phân giải kị khí và hiếu khí Kỵ khí lên men Hiếu khí sự oxy hóa acid pyruvic Chu trình Kreps
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 I Sự tiêu hóa và hấp thụ glucide: 3 1 Đại cương glucide .3 2 Sự tiêu hóa, hấp thụ glucide 3 II Đường Phân: 4 III Phân giải kị khí và hiếu khí: 8 1 Kị Khí – Lên men .8 2 Hiếu khí – Sự oxy hoá acid pyruvic 10 IV Chu Trình Kreps (Được tìm ra bởi Albert Szent-Györgyi và Hans Krebs): 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 1 LỜI NÓI ĐẦU Hóa sinh thực phẩm nghiên cứu về cấu tạo, tính chất của các chất tạo nên thực phẩm và sự chuyển hóa của các chất, chuyển hóa năng lượng trong quá trình bảo quản, chế biến thực phẩm Đây là bộ môn quan trọng, giữ vai trò nền tảng, cơ sở cho những môn học chuyên ngành Glucide là một hợp chất hữu cơ giữ vai trò thiết yếu đối với cuộc sống, phổ biến trong các sản phẩm thực phẩm Cơ thể người, động vật thì sử dụng nguồn nguyên liệu glucide lấy từ thực vật là chính, qua quá trình phân giải với cơ chế chặt chẽ tạo ra đơn vị cơ bản là glucose – nguyên liệu chủ yếu cho hoạt động sống, trung tâm của sự chuyển hóa Glucide còn tạo ra nhiều tính chất chức năng quan trọng cho thực phẩm nên tìm hiểu về “SỰ PHÂN GIẢI GLUCIDE VÀ SINH TỔNG HỢP GLUCIDE” là việc làm cần thiết đối với sinh viên ngành thực phẩm Thông qua đề tài thuyết trình này nhóm 8 xin cung cấp một số kiến thức cơ bản giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế, bản chất của sự chuyển hóa, qua đó có những kiến thức nhất định sẽ giúp ích rất nhiều cho việc học tập, nghiên cứu sau này 2 I Sự tiêu hóa và hấp thụ glucide: 1 Đại cương glucide Chuyển hóa glucide là một trong những quá trình chuyển hóa quan trọng của cơ thể sống, chủ yếu cung cấp năng lượng cho hoạt động Glucide đảm bảo từ 50 – 60% số calo cần thiết cho hoạt động sống hàng ngày.Glucide là thành phần cấu tạo của một số chất quan trọng về mặt sinh học như acid nucleic, glycoprotein, glycolipid, một số enzyme, những chất này tham gia cấu tạo tế bào của các mô và tham gia vào nhiều hoạt động của cơ thể ( yếu tố đông máu, màng sinh học, thành phần trung gian của nhóm máu, globulin miễn dịch, hormone…), chuyển hóa glucide còn tạo ra nhiều sản phẩm chuyển hóa trung gian quan trọng, liên quan với sự chuyển hóa các chất khác trong cơ thể như chuyển hóa lipid, acid amin và acid nucleic 2 Sự tiêu hóa, hấp thụ glucide − Miệng: khởi đầu của quá trình tiêu hóa Ở đây thức ăn sẽ được nghiền nhỏ bằng răng, tuyến nước bọt sẽ tiết enzyme amylase để thủy phân tinh bột thành dextrin Khi nhai kỹ, amylase tác dụng lâu với tinh bột tạo thành đường maltose − Dạ dày: không có quá trình tiêu hóa glucide (không tiết ra enzyme thủy phân glucide) − Ruột non: Enzyme amylase từ dịch tụy thủy phân tinh bột và dextrin thành maltose Ruột non sẽ tiết ra các enzyme maltase, lactase, sucrose để thủy phân maltose, lactose, sucrose thành các monosaccharide như glucose, fructose, galactose Sau đó, các monosaccharide được hấp thu ở thành ruột non vàotrong máu và vận chuyển đến gan Sản phẩm thủy phân glucide thức ăn là các monosaccharide được hấp thu qua tế bào niêm mạc ruột thường xảy ra ở phần đầu ruột non, qua tĩnh mạch đến gan Ở gan, một phần glucose được gan sử dụng một phần dự trữ dưới dạng glycogen, phần còn lại qua tĩnh mạch cửa trên gan vào máu để cung cấp glucose cho cơ, thần kinh, hồng cầu và các mô sử dụng Sự hấp thu các monosaccharide xảy ra ở phần đầu ruột non với tốc độ khác nhau phụ thuộc vào cấu tạo và nồng độ của chúng Sự hấp thu này xảy ra theo hai cơ chế: ➢ Cơ chế khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp, xảy ra với một số monosacchride như mannose, fructose ➢ Cơ chế vận chuyển tích cực nhờ sự phosphoryl hóa xảy ra với một số monosacchride như glucose, galactose các monosaccharide được vận chuyển qua 3 màng tế bào thành ruột với tốc độ nhanh và không phụ thuộc với gradient nồng độ của chúng giữa tế bào và dịch trong ruột theo nhu cầu của cơ thể II Đường Phân: Đường phân là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phân giả glucose xảy ra không cần sự hiện diện của O2.Đường phân xảy ra trong dịch tế bào chất của tế bào sống, và là chuỗi phản ứng đã xảy ra ở những sinh vật đầu tiên khi mà trái đất còn chưa có O2 Glucose là một hợp chất bền vững, ít có xu hướng phân cắt ra thành những chất đơn giản hơn, do đó tế bào muốn lấy năng lượng từ glucose trước tiên phải cung cấp cho nó một ít năng lượng để hoạt hoá phân tử Do đó, giai đoạn đầu của đường phân là cung cấp ATP cho phân tử glucose Trong các phản ứng chuẩn bị, hai phân tử ATP gắn gốc phosphate cuối cùng của nó vào phân tử.(Bước 1) Trong phản ứng này hexokinase xúc tác chuyển một gốc phosphate vào glucose Kinase là tên chung được dùng cho các enzyme xúc tác chuyển gốc phosphate từ ATP cho các chất nhận, lớp phụ của tranferase Hexokinase không những xúc tác sự photphoryl hoá glucose mà còn xúc tác sự phophoryl hoá các hexose khác như fructose, monose Phản ứng kế tiếp là phản ứng chuyển đổi glucose-6-phosphat thành fructose-6- phosphat.(Bước2) Sau khi tạo ra sản phẩm, một phân tử ATP nữa được tiêu thụ để them một gốc phosphate nữa vào phân tử.(Bước 3) Kế tiếp, fructose-1,6-bisphosphat bị cắt đôi ở giữa C thứ ba và C thứ tư tạo ra hai chất 3C tương tự nhau)(Bước 4) Một chất là PGAL (phosphor glyceraldehyd) và một chất trung gian thường chuyển đổi thành PGAL(Bước 5) PGAL là một chất trung gian 3C, là chìa khoá trung gian trong cả quá trình đường phân và quang hợp 4 Đến giai đoạn này, đường phân đã sử dụng 2 phân tử ATP Phản ứng kế tiếp dẫn đến sự thành lập ATP mới, thật sự là hai phản ứng +Phản ứng đầu là một phản ứng oxy hoá khử: hai điện tử H+ được lấy từ mỗi phân tử PGAL (phân tử này bị oxy hoá) bởi phân tử nhận điện NAD+ (nitcotinamid adenin dinucleotid – chất này bị khử) NAD+ rất gần với NADP+ tìm thấy trong lục lạp Trong trường hợp này sản phẩm trung gian là NADH thay vì là NADPH + Phản ứng thứ hai là sự phosphoryl hoá PGAL Năng lượng được giải phóng từ sự oxy hoá PGAL được dùng để gắn một phosphat vô cơ P vào PGAL Gốc phosphat được gắn bằng một cầu nối giàu năng lượng.(Bước 6) Trong phản ứng kế tiếp, gốc phosphat mới được chuyển vào ADP để tạo ra ATP Trong quá trình này, một gốc phot phat giàu năng lượng được chuyển vào một cơ chất ADP để tạo thành ATP, phản ứng này được gọi là phophoryl hoá ở mức cơ chất (substrate –level phosphoryalation) Sản phẩm 3C là PGA, một chất trung gian trong chu trình Calvin-Benson, một lần nữa cho thấy sự tương quan giữa hai quá trình (Bước 7) Ở giai đoạn này, tế bào thu lại được 2 phân tử ATP đã dùng lúc ban đầu Năng lượng đầu tư ban đầu đã được trả lại Qua phản phản ứng kể tiếp, nước được tách ra từ PGA sau đó gốc phosphat được chuyển đổi và được gắn lại bởi cầu nối năng lượng: (Bước 8) 5 Sau phản ứng sắp xếp lại (Bước 9) gốc phosphat được chuyển vào ADP theo sự photphoryl hoá ở mức cơ chất để thành lập ATP , kết quả tao ra hai phân tử ATP và phân tử acid pyruvic.(Bước 10) Vì hai phân tử ATP đã được lấy lại trước đó ở Bước 7 nên hai phân tử ATP này là 2 phân tử được tổng hợp thêm cho tế bào 6 CÁC PHẢN ỨNG CHÍNH CỦA ĐƯỜNG PHÂN 7 Các điểm quan trọng cần chú ý trong quá trình đường phân là: - Một phân tử glucose (C6H12O6) bị phân tách thành hai phân tử acid pyruvic (C3H4O3) - Hai phân tử ATP sử dụng lúc ban đầu, sau đó có tạo ra bốn phân tử ATP Như vậy, tế bào còn dư ra được hai phân tử ATP - Hai phân tử NAPD được tạo thành - Vì không sử dụng Oxy, quá trình vẫn có thể xảy ra cho dù có sự hiện diện của O2hay không - Các phản ứng của đường phân xảy ra trong dịch tế bào chất của tế bào, bên ngoài ty thể III Phân giải kị khí và hiếu khí: Trong đường phân, hai phân tử NAD+ được khử thành NADH Chức năng của phân tử NAD+trong tế bào là vận chuyển điện tử, trao đổi ion H+và điện tử giữa chất này và chất khác, nên sau khi chuyển ion H+và điện tử cho chất khác, thì nó sẽ trở lại làm chất tải tiếp tục Nếu NADH không nhanh chóng loại bỏ H+và điện tử thì NAD+trong tế bào sẽ thiếu, khi đó Bước 6 của quá trình đường phân không thể xảy ra, quá trình đường phân dừng lại Như vậy, sự oxy hoá NADH thành NAD+là cần thiết cho quá trình đường phân tiếp tục 1 Kị Khí – Lên men Dưới điều kiện yếm khí (không có O2), để nhận được hydro và điện tử thì acid pyruvic được tạo ra trong quá trình đường phân sẽ nhận hydro và điện tử từ NADH, quá trình này gọi là sự lên men 8 Ở tế bào động vật và nhiều vi sinh vật sự khử acid pyruvic tạo ra acid latic: (Bước 11 bên phải) Ở tế bào thực vật và men (yeast), sản phẩm lên men rượu ethyl và CO2, quá trình này được áp dụng trong sản xuất.(Bước 11-12) Vì vậy trong điều kiện yếm khí, NAD+như con thoi đi qua lại giữa bước 6 và bước 11, lý hydro và điện tử để tạo ra NADH ở bước 6 và trả lại hydro và điện tử ở bước 11 Sự lên men là sự nối tiếp của quá trình đường phân, bằng cách này glucose được biến đổi thành rượu hay thành acid lactic dưới điều kiện yếm khí, sự lên men sử dụng một phần năng lượng rất nhỏ tử glucose, sản phẩm là chất còn chữa rất nhiều năng lượng tự do 9 Sự lên men của những tế bào men và những vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều kĩ thuật quan trọng như làm bánh mì, phomat, yogurt, sản xuất rượu v.v 2 Hiếu khí – Sự oxy hoá acid pyruvic Nếu có sự hiện diện của O2, thì O2là chất nhận điện tử cuối cùng từ NADH, do đó acid pyruvic sẽ được đưa vào ty thể và ở đây sẽ được tiếp tục biến dưỡng và đồng thời tạo ra nhiều ATP mới Acid Pyruvic trong dịch tế bào chất được chuyển vào ngăn trong của ty thể Qua một chuỗi phản ứng phức tạp, acid pyruvic vị oxy hoá thành CO2và một gốc acetyl 2C, chất này gắn với một co enzym A (CoA) tạo ra chất acetyl-CoA Khi acid pyruvic được oxy hoá, điện tử và ion H+bị lấy đi, và NAD+ lại là chất nhận điện tử và ion H+ để tạo ra NADH Chuỗi phản ứng có thể được tóm tắt trong phương trình sau: Cuối giai đoạn này, 2 trong 6 C của glucose ban đầu được giải phóng ra dưới dạng CO2 IV Chu Trình Kreps (Được tìm ra bởi Albert Szent-Györgyi và Hans Krebs): Chu trình Kreps còn được biết đến dưới tên chu trình Citric acid hoặc chu trình Tricarboxylic Acid (TCA) là một chuỗi các phản ứng hoá học xúc tác bởi enzym, có vai trò quan trọng bậc nhất trong mọi tế bào sống có dùng oxy trong hô hấp tế bào Chu trình Kreps tạo ra ATP cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của tế bào, cũng như cho hoạt động của cơ thể Nó lấy nguyên liệu từ qua trình đường phân của glucose và diễn ra tại chất nền của ti thể - Nguyên liệu: Acid pyruvic (CH3COCOOH) sẽ sinh ra 2 NADH, 2 ATP, 2 Acetyl CoA - 2 Acetyl CoA này đi vào chu trình Kreps sẽ sinh ra 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2 Acetyl CoA cung cấp cho phức hợp của hàng loạt phản ứng hoá học nối tiếp nhau theo vòng tròn khép kín gọi là chu trình citric acid của Kreps 10 Phương trình tổng quát: Chu trình Kreps có 8 giai đoạn: - Giai Đoạn 1: 11 Enzyme Citrate synthase xúc tác gắn Acetyl CoA và oxaloacetate để hình thành Citrate - Giai đoạn 2: Aconitase chuyển 3 alcohol citrate thành 2 alcohol isocitrate tạo điều kiện thuận lợi cho sự oxy hoá nhóm hydroxyl ở giai đoạn kế tiếp - Giai đoạn 3: Quá trình decacboxy hoá oxy hoá isocitrate được xúc tác bổi enzyme isocitrate dehydrogenase Ketoglutarate có thể được sử dụng để tổng hợp amino acids - Giai đoạn 4: 12 Enzyme α-ketoglutarate dehydrogenase xúc tác quá trình decacboxy hoá oxy hoáα- ketoglutarate Syccinyl-CoA có liên kết thioester năng lượng cao - Giai đoạn 5: Syccinyl-CoA synthetase (succinyl thiokinase) xúc tác hình thành succinate từ syccinyl-CoA Ở động vật, năng lượng từ sự thuỷ phân liên kết thioester được sử dụng để tạo GTP GTP chuyển nhóm Pi cho ADP để hình thành ATP ( Photphoryl hoá cơ chất) - Giai đoạn 6: Succinate dehydrogenase xúc tác hình thành Fumarate từ succinate Hình thành liên kết C=C mất nhiều năng lượng hơn C=O; do đó, không đủ năng lượng để tạo ra NAD+ - Giai đoạn 7: 13 Hydrat hoá Fumarate để hình thành Malate được xúc tác bởi enzyme fumarate hydratase - Giai Đoạn 8: Quá trình oxy hoá malate để hình thành Oxaloacetate được xúc tác bởi enzyme Malate dehydrogenase OAA được sử dụng để bắt đầu chu trình kế tiếp Kết quả:1 phân tử axyl-coenzyme A bị oxy hoá hoàn toàn tạo ra 3 phân tử NADH, 1 phân tử ATP, 1 phân tử FADH2 (Flavin ađênin đinuclêôtit), 2 phân tử CO2 14 So sánh quá trình đường phân và chu trình Kreps Note: Tính toán số ATP trong chu trình kreps Đường phân: 2NADH+2ATP=>8ATP(1) 2phân tử Axit pyruvic qua chu trình KREBS sẽ tạo được: 2*4 NADH => 24ATP 2*1FADH => 4ATP 2*1ATP => 2 Tổng => 30ATP (2) (1) + (2) = 38 ATP 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách: 1 Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lê Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Lê Doãn Diên, Hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,2002 2 Phạm Thị Trân Châu (chủ biên), Hóa sinh học, Nxb Giáo dục,2007 Tài liệu mạng: 1 123doc.vn 2 Thuvien24.com 16 17