Bài giảng Hóa sinh động vật - Bài: Chuyển hóa carbohydrate

-CoA Acetoacetyl-CoA 
 ATP CO 2 NADH 
 CoA ADP CoA NAD + 
 Malonyl-CoA  -Hydroxybutyryl-CoA 
 Crotonyl-CoA 
 NADH 
 NAD + 
 Butyryl-CoA 
 Acetyl-CoA 
 Acetate 
 Butyryl-Phosphate 
 ADP 
 ATP 
 Butyrate 
Sự hấp thu các AB: 
Con đường acrylate (Acrylate pathways) 
Quan trọng ở kp giàu tinh bột 
Hình thành tới 40% propionate 
 NADH NAD + 
Pyruvate Lactate Acrylyl-CoA 
 NADH 
 Propionate 
 NAD + 
 Propionyl-CoA 
Lên men các SPTG (Fermentation of intermediates) 
Lactate 
KP nhiều chất xơ; Lactate  Butyrate 
KP nhiều tinh bột; Lactate  Propionate 
Succinate 
Supplies at least 1/3 of the propionate 
Formate 
Biến đổi nhanh thành H 2 + CO 2 
H 2 
4H 2 + CO 2  CH 4 + 2H 2 O 
Ethanol 
Biến đổi nhanh thành acetate 
Các yếu tố điều khiển sản phẩm lên men Factors controlling fermentation endproducts 
Tạo ATP nhiều nhất cho VSV (Maximum ATP yields for the microorganisms) 
Duy trì cân bằng OXH-K (Maintenance of Reduction-Oxidation balance) 
Trong qt đường phân, 1glucose  2 NADH+H + 
Phải được OXH để duy trì sự cân bằng Redox 
Chất nhận điện tử 
Ở sinh vật hiếu khí Aerobic organisms 
	O 2 (  H 2 O) 
Sinh vật yếm khí Anerobic organisms 
	CO 2 (  CH 4 ) 
	Pyruvate  Propionate 
	Acetate  Butyrate 
	NO 3  NO 2  NH 3 
	SO 4  S 
Redox balance trong dạ cỏ 
2H (Đương lượng khử) được tạo thành: 
Glucose  2 Pyruvate + 4H (dạng 2NADH+2H + ) 
Pyruvate + H 2 O  Acetate + CO 2 + 2H (dạng 1 FADH 2 ) 
2H accepted: 
CO 2 + 4H 2  CH 4 + 2H 2 O 
Pyruvate + 4H (2NADH +2H + )  Propionate + H 2 O 
2 Acetate + 4H (dạng 2NADH+2H + )  Butyrate + 2H 2 O 
Tỷ lệ các sản phẩm lên men Fermentation balance 
Kp giàu xơ 
5 Glucose  6Acetate + Butyrate + 2Propionate + 5CO 2 
 + 3CH 4 + 6H 2 O 
Acetate:Propionate = 3 
CH 4 :Glucose = .60 
Kp giàu tinh bột 
3 Glucose  2Acetate + Butyrate + 2Propionate + 3CO 2 
 + CH 4 + 2H 2 O 
Acetate:Propionate = 1 
CH 4 :Glucose = .33 
Các ABBH - VFA production 
Nhiều nhất sau 4 giờ cho ăn 
Nồng độ các loại khác nhau 
Các yếu tố làm tăng propionate thì (sẽ) làm giảm acetate và methane 
Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng ABBH 
Tỷ lệ thô:tinh 
Giảm xơDecreased forage and increased concentrate 
Decreased acetate and methane, increased propionate 
Dietary buffers 
Increased acetate and methane, decreased propionate 
Decreased physical form of diet (Grinding, pelleting etc) 
Decreased acetate and methane, increased propionate 
Ionophores 
Decreased acetate and methane, increased propionate 
Unsaturated fatty acids 
Decreased methane, increased propionate 
Examples of diet effects on VFA production 
Forage:Concentrate 
 Forage:Concentrate 
VFA, Molar% 	 60:40 	 40:60 	 20:80 
	Acetate	 66.9	 62.9	 56.7 
	Propionate	 21.1 	 24.9	 30.9 
	Butyrate	 12.0	 12.2	 12.4 
Methane, Mcal/d	 3.1	 2.6	 1.8 
Physical form of forage 
 Alfalfa hay 
	 Grind 
VFA, Molar% 	 Long 	 Coarse 	 Fine 	 Pelleted 
	Acetate	 62.5	 56.8	 47.5	 18.2 
	Propionate	 23.8	 27.1	 28.5	 45.7 
	Butyrate	 10.8	 13.6	 23.9	 32.8 
Methane inhibitors 
Nitrates, sulfates, and alkaloids will inhibit CH 4 , but decreases propionate and butyrate as well 
Chloral hydrate (CCl 4 ) 
Reduces CH 4 and increases propionate 
H 2 accumulates and microbial growth is reduced 
Myristic acid (Brit. J. Nutr. 90:529-540) 
A 14-carbon saturated fatty acid 
Reduced CH 4 production by 58% while increasing propionate concentration (mmol/l) by 86% 
Did not affect DM intake 
Tended to decrease NDF digestion 
Acetogenesis 
2CO 2 + 2H 2 > CH 3 COOH 
Thermodynamically unfavorable to methane production 
Doesn’t usually occur in the rumen 
Does occur in the large intestine of various species and in termites 
Why doesn’t it occur in the rumen? 
2. SỰ CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN CỦA GLUCOSE 
 Phân giải để khai thác năng lượng 
 Chuyển hóa thành các SPTG làm nguyên liệu cho nhiều qt STH 
 Chuyển hóa thành glycogen dự trữ ở gan và cơ. 
2.1. Quá trình đường phân (Glycolysis) 
- Xảy ra trong tế bào chất (cytosol) 
- Là chuỗi các p.ứ. biến glucose thành pyruvate, một phần NL được g/phóng dưới dạng NAD.H và ATP. 
 Gồm 2 giai đoạn: chuẩn bị (5 ph/ứng đầu) và phosphoryl hoá (5 ph/ứ tiếp). 
Ph.trình tổng quát: 
 1 glucose  2 pyruvate + 2 ATP + 2NAD.H 
Glycogen, tinh bột, các loại disaccharide và các hexose đi vào quá trình đường phân. 
2.2. Các đường hướng chuyển hóa của pyruvate 
Trong điều kiện yếm khí (Fermentation) 
Ở tế bào cơ đ/vật, vi kuẩn Lactobacillus): 
Tùy loài, pyruvate chuyển thành các chất khác nhau 
 Vòng Cori 
Ở tế bào men rượu (Saccharomyces cerevisie): 
Chuyển hóa pyruvate trong điều kiện hiếu khí 
Pyruvate sẽ bị khử carboxyl OXH thành acetyl.CoA; chất này có thể đi vào chu trình citric acid và bị OXH thành CO 2 và nước. 
Pyruvate là tiền chất của các chất hữu cơ khác 
- Pyruvate = mắt xích q/trọng trong ch/hoá carbohydrate và protein; là tiền chất để tạo Ala. Thông qua pư chuyển amin, nhóm amin từ Ala hình thành các amino acid khác, rồi thành protein. 
- Từ pyruvate tạo ra acetyl.CoA (ng/liệu để t/hợp các AB và lipid). 
 L à ng/liệu t/hợp carbohydrate, trước hết là glucose. 
Sự b/đổi pyruvate thành glucose là 1 đường hướng tân tạo đường (gluconeogenesis ). 
Có sự khác nhau về enzyme của 2 quá trình đường phân và tân tạo đường 
Đường phân: 
Hexokinase 
Phosphofructose kinase 
Pyruvate kinase 
Tân tạo đường: 
Glucose-6-phosphatase 
Fructose-1,6- bisphosphatase 
Pyruvate carboxylase 
PEP carboxykinase 
2.2.3. Chu trình citric acid 
- Còn gọi là vòng Krebs hay chu trình các tricarboxylic acid 
- Xảy ra trong chất nền ty thể 
- Là cơ chế để OXH hoàn toàn các SPTG của sự ph. giải carbohydrate, acid béo và acid amin 
Ý nghĩa của chu trình citric acid 
Vai trò tr/tâm trong qt TĐC và NL, có ý/n cả đối với dị hóa và đồng hóa 
Là cơ chế OXH cuối cùng chung cho nhiều SPTG của sự ph/giải carbohydrate, lipid và protein. 
Là cơ chế tạo ra các cặp hydro cao năng hiệu quả nhất; 4 cặp H tạo thành sẽ được OXH nhờ chuỗi h/hấp và tạo ra nhiều ATP 
Nhiều SPTG của ch/trình có thể là ng/liệu cho các qt STH. 
Ý nghĩa của chu trình Krebs với STH acid amin, protein và carbohydrate 
Ý nghĩa của chu trình Krebs với STH acid béo và lipid 
Số ATP tạo thành khi OXH acetyl.CoA trong vòng Krebs và chuỗi hô hấp 
Phản ứng 
Sản phẩm sinh 
năng lượng 
Số ATP 
tạo thành 
Isocitrate dehydrogenase 
NADH 
2,5 
-ketoglutarate dehydrogenase 
NADH 
2,5 
Succinyl.CoA synthetase 
GTP hay ATP 
1 
Succinate dehydrogenase 
FAD.H2 
1,5 
Malate dehydrogenase 
NADH 
2,5 
Tổng số 
3NADH, 1FAD.H 2 , 1GTP (ATP) 
10 
hay ATP 
Phosphoryl hóa 
bậc cơ chất 
Phosphoryl hóa 
ôxy hóa 
Số ATP 
Số ATP 
Tổng số: 32 ATP 
FAD.H 2 
hay ATP 
Vòng 
Krebs 
Glucose 
Sự phosphoryl hóa OXH 
NADH và FAD.H 2 hình thành trong đường phân, OXH AB và chu trình citric acid được đưa vào chuỗi hô hấp (chuỗi VC điện tử) 
Trong q/trình VC điện tử từ NADH và FADH 2 tới O 2 thông qua các thành viên của chuỗi hô hấp, NL tự do được g/phóng hợp diễn với sự tạo thành ATP. 
Q/trình VC điện tử làm H + bị đẩy từ chất nền ra khoảng giữa 2 màng, tạo nên một sự chênh lệch về nồng độ proton và điện tích (gradient điện hoá proton). Khi gradient điện hoá này bị hoá giải do H + qay về chất nền qua tổ hợp V (ATP- synthase), ATP được tạo thành từ ADP và P i . 
2.2.4. Chu trình pentose phosphate 
- Diễn ra ở các mô bào, nơi có qt sinh tổng hợp mạnh 
 Mục đích: 
	Tạo các đương lượng khử NADP.H 
	Tạo các đường 5C từ đường 6C 
- Sự chuyển hoá glucose-6-phosphate phụ thuộc vào nhu cầu NADPH, ribose-5-phosphate và ATP. C on đường pentose phosphate có thể diễn ra theo nhiều chiều hướng khác nhau, tuỳ theo nhu cầu tạo ra nhiều sản phẩm nào. 
Pha ôxy hóa của vòng pentose phosphate: 
Các ph/ứng chuyển pentose phosphates thành hexose phosphates làm cho pha ôxy hóa có thể được tiếp tục. Các enzyme transketolase và transaldolase đặc hiệu cho quá trình này. 
Pha không ôxy hóa: tái tạo lại các hexosephosphate 
Sơ đồ của pha không ôxy hóa: 
Biến đổi 2 ph/tử pentose phosphates (5C) thành 1 triose phosphate (3C) và 1 sedoheptulose 7-phosphate (7C). 
 (5C) (5C) (3C) (7C) 
 (7C) (3C) (4C) (6C) 
 (5C) (4C) (3C) (6C) 
Cộng ba phương trình trên sẽ được: 
2 Xylulose-5-phosphate + Ribose-5-phosphate ↔ 2Fructose-6-phosphate + Glyceraldehyde -3-phosphate 
2.2.5. Tổng hợp và phân giải glycogen 
Đường huyết và điều hòa đường huyết 
Phân giải glycogen ở gan và cơ 
Tổng hợp glycogen ở gan và cơ 
Sự phân giải glycogen 
- Tại gan và cơ, glycogen được phân giải chủ yếu theo cơ chế phosphoryl phân ( có P i tham gia) 
 Glycogen phosphorylase , cắt lk  14 glycoside 
 SP là glucose-1-phosphate, tách ra từ đầu không khử 
Phosphoryl phân glycogen 
Đầu không khử 
Điểm rẽ nhánh 
Glycogen 
phosphorylase 
Hoạt tính 
transferase 
Dextrin giới hạn 
Amylo-1,6-glucosidase 
(n gốc glucose) 
(n -1 gốc glucose) 
Khi chuỗi còn khoảng 4 gốc glucose kể từ vị trí ph/nhánh, glycogen phosphorylase bị ức chế. Oligotransferase sẽ h/động, cắt đoạn 3 gốc glucose khỏi chuỗi ngắn còn lại và gắn vào đầu không khử của chuỗi thẳng khác trong ph/tử nhờ lk (  1  4) 
Nhánh glycogen mới dài thêm 3 gốc glucose tiếp tục bị phosphorylase ph/giải 
Tổng hợp glycogen ở gan và cơ 
Glucose + ATP → Glucose-6-phosphate + ADP 
- Hoạt hóa đường glucose do hexokinase x/tác: 
- Đồng phân hóa Glucose -6-Phosphate do phosphoglucomutase x/tác: 
Glucose-6-phosphate → Glucose-1-phosphate 
- Tạo UDP-glucose do UDP-glucose pyrophosphorylase x/tác: 
Glucose-1-phosphate + UTP → UDP-glucose + PPi 
- Tạo chuỗi amylose do glycogen synthetase x/tác: 
- Tạo mạch nhánh của glycogen nhờ enzyme rẽ nhánh 
Khi chuỗi thẳng có ít nhất 11 gốc glucose, enzyme rẽ nhánh sẽ chuyển đoạn 6-7 gốc glucose của đầu không khử của nhánh đến gắn với C6 của phân tử glucose của cùng chuỗi hoặc một chuỗi khác. 
Một liên kết ( α 1→6) glycoside hình thành (một chuỗi mới được tạo ra) 
Đoạn còn lại của nhánh cũ và nhánh mới lại tiếp tục được kéo dài.