Mối liên quan giữa các quá trình trao đổi chất

213 Chương 13 Mối liờn quan giữa cỏc quỏ trỡnh trao đổi chất Trong cơ thể mọi quỏ trỡnh biến đổi cỏc chất khụng xảy ra riờng rẽ mà cú mối quan hệ qua lại rất chặt chẽ. Mối quan hệ thể hiện cả trong quỏ trỡnh biến đổi của một nhúm chất lẫn trong mối quan hệ của quỏ trỡnh biến đổi cỏc nhúm chất khỏc nhau. Trong cựng một nhúm chất mối quan hệ thể hiện qua quỏ trỡnh đồng húa và dị húa. Mối quan hệ tương hỗ của sự đồng húa và dị húa thể rhiện cả hai quỏ trỡnh xảy ra đều cú cỏc chất trung gian chung. Vớ dụ phosphoglyceric aldehyde vừa là sản phẩm trung gian trong quỏ trỡnh phõn giải (dị húa) vừa là sản phẩm trung gian của quỏ trỡnh tổng hợp (đồng húa) saccharose. Giữa cỏc nhúm chất mối quan hệ diễn ra phức tạp hơn, nhiều hỡnh thức hơn. Trước hết mối quan hệ được thể hiện qua cỏc chất trung gian. Một chất là sản phẩm phõn giải của nhúm chất này lại là nguyờn liệu để tổng hợp cho nhúm chất khỏc. Vớ dụ Acetyl-CoA là sản phẩm của quỏ trỡnh phõn giải glucose đồng thời nú là nguyờn liệu để tổng hợp acid bộo. Mối liờn quan tương hỗ giữa cỏc quỏ trỡnh trao đổi saccharide, lipid, protein, nucleic acid cú ý nghĩa quan trọng trong sự sống của sinh vật. Vớ dụ việc chuyển húa tinh bột thành đường sau đú tạo cỏc chất bộo trong những thỏng mựa đụng ở thực vật cũng như ở động vật, cú ý nghĩa quan trọng trong việc tăng khả năng chịu rột của chỳng. Việc chuyển biến chất bộo thành đường khi hạt nảy mầm sẽ đảm bảo thức ăn cho phụi. Trong quỏ trỡnh họat động sống của cơ thể, saccharide là chất dự trữ quan trọng; khi cơ thể cần sẽ phõn giải thành phosphoglyceric acid rồi thành pyruvic acid làm nguyờn liệu cho sự tổng hợp amino acid, acid bộo và cỏc chất khỏc. Chất bộo dự trữ cũng cú vai trũ tương tự, khi phõn giải chất bộo tạo nờn acetyl-CoA để từ đú lại tổng hợp amino acid, saccharide … Khi trong cơ thể hết nguồn dự trữ saccharide và chất bộo thỡ protein sẽ bị phõn giải tạo ra cỏc sản phẩm để từ đú cú thể tổng hợp lipid, saccharide. 214 Quỏ trỡnh chuyển húa trờn cú vai trũ 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 đú, nhờ sự chuyển hoỏ tương hỗ mới tạo ra được cỏc chất hữu cơ mà cơ thể cần đến như lipid, protein, nucleic acid. Ở sinh vật dị dưỡng đó sử dụng những chất hữu cơ cú sẵn trong thức ăn để tạo nờn cỏc chất đặc trưng cho cơ thể. Từ cỏc chất protein, lipid… cú trong thức ăn qua quỏ trỡnh biến đổi sẽ kiến tạo nờn những chất đặc trưng cho cơ thể. Do thành phần thức ăn khụng thể cú đầy đủ đối với nhu cầu của cơ thể cho nờn trong quỏ trỡnh đồng húa việc chuyển húa nhúm chất này thành chất hữu cơ khỏc rất cần thiết cho cơ thể. 13.1. Mối liờn quan giữa quỏ trỡnh trao đổi saccharide và trao đổi lipid Hai quỏ trỡnh trao đổi lipid và saccharide cú mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Saccharide dễ dàng biến đổi thành lipid và ngược lại thụng qua cỏc chất trung gian là AlPG, PDA và Acetyl-CoA Từ glucose qua quỏ trỡnh đường phõn sẽ tạo nờn pyruvic acid. Từ Pyruvic acid bị oxy húa sẽ tạo nờn acetyl-CoA. Acetyl-CoA là nguyờn liệu tổng hợp acid bộo. Đồng thời trong quỏ trỡnh đường phõn cũn tạo ra AlPG, từ AlPG biến đổi thành glycero-P , từ đú tạo nờn glycerin. Như vậy từ sản phẩm phõn giải của saccharide đó tạo nờn nguyờn liệu cơ bản để tổng hợp lipid là glycerin và acid bộo. Ngược lại qua sự phõn giải lipid sẽ tạo nờn cỏc chất trung gian là acetyl-CoA, glycerin. Từ acetyl-CoA, qua chu trỡnh ornithine sẽ tổng hợp trở lại saccharide. Từ glycerin tạo nờn glycero-P và từ đú tổng hợp lại saccharide. Ở thực vật, vi khuẩn, nấm mốc, chu trỡnh glyoxylic là con đường nối trực tiếp quỏ trỡnh trao đổi lipid với quỏ trỡnh trao đổi saccharide. Qua chu trỡnh này acid bộo sau khi phõn giải thành acetyl-CoA sẽ biến đổi thành oxalo acetic acid, từ đú tổng hợp nờn glucose. Ngược lại từ glucose sẽ tạo acetyl-CoA và từ đú tổng hợp trở lại lipid. 215 Mối liờn quan giữa sự trao đổi saccharide và trao đổi lipid Saccharide AlPG Pyruvic acid Chu trỡnh glyoxylic Acetyl-CoA Lipid Acetyl-CoA Acid bộo Glycero-P Glycerin 13.2. Mối liờn quan giữa sự trao đổi saccharide và trao đổi protein Pyruvic acid là mắt xớch chủ yếu nối liền quỏ trỡnh trao đổi protein và trao đổi saccharide. Glucose qua quỏ trỡnh đường phõn tạo ra pyruvic acid. Pyruvic acid là nguyờn liệu để tổng hợp một số amino acid trong họ alanine: alanine, leucine, valine… Trong quỏ trỡnh tổng hợp protein cần năng lượng ATP, mà ATP là sản phẩm quan trọng của quỏ trỡnh trao đổi saccharide. 216 Sơ đồ mối liờn quan giữa trao đổi saccharide và trao đổi protein Saccharide 13.3. Mối liờn quan giữa trao đổi saccharide và trao đổi nucleic acid Trong quỏ trỡnh phõn giải saccharide theo con đường pentosophosphate, Ribozo5-phosphate được tạo nờn. Từ Riboso-5- phosphate hỡnh thành nờn phospho-ribosyl-pyrophosphate (PRPP) là nguyờn liệu tổng hợp nờn cỏc nucleotide purine và nucleotide pyrimidine. Ngược lại trong quỏ trỡnh phõn giải nucleic acid Riboso-5P được tạo thành. Từ Riboso 5P sẽ hỡnh thành cỏc monosaccharide khỏc. Kiểu liờn quan thứ 2 giữa quỏ trỡnh trao đổi nucleic acid và trao đổi saccharide là sự liờn quan chặt chẽ giữa quỏ trỡnh sinh tổng hợp cỏc nucleotide diphosphate và nucleotide triphosphate với mức độ phõn giải saccharide trong tế bào vỡ quỏ trỡnh phõn giải này gắn liền với quỏ trỡnh phosphoryl hoỏ oxy hoỏ. Sự phõn giải saccharide tạo năng lượng để tổng hợp cỏc nucleotide diphosphate và nucleotide triphosphate. Qua quỏ trỡnh tổng hợp saccharide lại cần sự tham gia của cỏc sản phẩm tạo ra trong quỏ trỡnh trao đổi nucleic acid, như UTP tham gia vào quỏ trỡnh tổng hợp polysaccharide. Erylozo4P Ribuloso5P APG Erytroso4P APEP Ser Shikimic acid Pyruvic acid Gly, Cys His Phe, Tyr, Trip Ala, val, leu Asp Glu Tre, Ila, Arg Met Arg, Pro Protein , Lys 217 13.4. Mối liờn quan giữa sự trao đổi protein và trao đổi lipid Trao đổi protein và trao đổi lipid cú mối liờn quan chặt chẽ thụng qua cỏc chất trung gian. Sự phõn giải lipid tạo nờn glycerin và acid bộo và một số chất khỏc như serine, choline, sphingosine, H3PO4 … Trước hết acid bộo bị phõn giải tạo ra acetyl-CoA làm nguyờn liệu để tổng hợp nờn nhiều loại amino acid. Glycerin trong quỏ trỡnh phõn giải tạo ra phosphoglyceric acid, từ đú làm nguyờn liệu tổng hợp nờn nhiều amino acid. Những mối quan hệ này xảy ra tương tự như mối liờn quan giữa saccharide với protein đó phõn tớch ở trờn. Ngược lại, khi phõn giải protein cũng tạo nờn cỏc hợp chất trung gian, từ đú tổng hợp nờn lipid. Cỏc amino acid do thoỏi hoỏ protein tạo ra, bị khử amine sẽ tạo nờn cỏc acid như pyruvic acid, oxalo acetic acid, α-cetoglutaric acid. Trong số cỏc acid vừa nờu thỡ pyruvic acid cú vai trũ quan trọng trong quỏ trỡnh tổng hợp lipid. Từ pyruvic acid, acetyl-CoA được tạo ra, acetyl-CoA là nguyờn liệu để tổng hợp nờn cỏc acid bộo đồng thời từ pyruvic acid cũng cú thể tạo ra glycerophosphate và từ đú tạo thành glycerin. Glycerin và acid bộo là nguyờn liệu để tổng hợp lipid. Trong quỏ trỡnh phõn giải lipid sẽ tạo thành nờn một lượng lớn ATP là nguồn năng lượng cho quỏ trỡnh trao đổi protein. Ngược lại protein với chức năng enzyme cú vai trũ quyết định đối với cỏc phản ứng xảy ra trong trao đổi lipid cũng như cỏc chất khỏc vỡ khụng cú enzyme thỡ khụng cú cỏc phản ứng hoỏ sinh xảy ra tức là khụng cú trao đổi chất. 218 Sơ đồ mối liờn quan giữa trao đổi lipid và trao đổi protein Acetyl-CoA Glycerin Những chất khỏc Acid bộo Glycero-P AlP APEP Pyruvic acid Oxalo acetic acid α-Ceto glutaric acid Fru.1.6d AsP Ala, val, leu Glu Tre, Met, Ile, Cys Arg, Pro Rib5P Ser Protein Phe His Gly, Xyl Lipid 13.5. Mối liờn quan giữa trao đổi protein và trao đổi nucleic acid Giữa quỏ trỡnh trao đổi protein và trao đổi nucleic acid cú mối quan hệ đặc biệt quan trọng mà biểu hiện rừ nhất là trong cơ chế truyền đạt thụng tin di truyền. DNA làm khuụn sao mó thành RNAm để từ đú tổng hợp nờn protein. Cấu trỳc phõn tử protein đó được mó hoỏ trong DNA. Quỏ trỡnh trao đổi nucleic acid lại phụ thuộc vào sự cú mặt của cỏc phõn tử protein-enzyme. Đồng thời một số amino acid là nguyờn liệu cho quỏ trỡnh tổng hợp nucleic acid như aspartic acid là nguyờn liệu để tổng hợp nucleotide pyrimidine, aspartic acid, glutamin, glycine là nguyờn liệu tổng hợp nucleotide purine. 219 Vỡ mối quan hệ đú mà nhiều nhà nghiờn cứu đó cho rằng sự tổng hợp protein là sơ cấp cũn sự tổng hợp nucleic acid là quỏ trỡnh thứ cấp làm nhiệm vụ tham gia vào quỏ trỡnh tổng hợp protein. Trong quỏ trỡnh phõn giải protein với sự tham gia của ATP đó tạo nờn cỏc nucleotide-peptid. Cỏc phõn tử này lai tạo nờn những protein mới làm đổi mới thành phần cỏc protein trong cơ thể. Đồng thời sự tổng hợp protein cũng cần cỏc nucleotide triphosphat làm nguồn năng lượng (ATP, GTP). 13.5. Mối liờn quan giữa trao đổi lipid và trao đổi nucleic acid Giữa lipid và nucleic acid cú ớt mối liờn quan trực tiếp, chủ yếu là liờn quan giỏn tiếp qua sự trao đổi saccharide và protein. Tuy nhiờn cũng cú mối liờn quan giữa hai quỏ trỡnh trao đổi chất này. Sự β.oxi hoỏ acid bộo là nguồn duy trỡ đầy đủ cho sự tổng hợp cỏc nucleotide diphosphat và nucleotide triphosphat qua quỏ trỡnh phosphoryl hoỏ. Ngoài ra trong quỏ trỡnh tổng hợp lipid như tổng hợp phospholipid cú sự tham gia của CTP. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Trần Thị Ân (chủ biờn). 1979. Húa sinh đại cương (tập I, II). NxB KH&KT. Hà Nội. 2. Phạm Thị Trõn Chõu, Trần Thị Áng. 2000. Húa sinh học. Nxb Giỏo dục. Hà Nội. 3. Nguyễn Bỏ Lộc. 1997. Húa sinh. Nxb Giỏo dục. Hà Nội Tài liệu dịch 1. Musil J.G., Kurz .K., Novakava .O. 1982 Sinh húa học hiện đại theo sơ đồ. Nxb Y học. Hà Nội. Tài liệu tiếng nước ngoài 1. Farkas G. 1984. Nửvộnyi anyagcsereộlettan. Akadộmiai Kiadú Budapest. 2. Lehninger A. L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman.