Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 29 - TS. Trần Hoàng Phương

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2 - Chương 29: Hóa học hữu cơ của những con đường trao đổi chất, cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về sự trao đổi chất và năng lượng sinh hóa; quá trình dị hoá triacylglycerol: quá trình chuyển hóa của glycerol; quá trình dị hóa của triacylglycerol: sự oxid hóa; quá trình sinh tổng hợp của các acid béo;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 29 - TS. Trần Hoàng Phương Trường Đại Học Khoa học Tự nhiênKhoa Hóa Học – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 12HÓA HỌC HỮU CƠ CỦA NHỮNG CON ĐƯỜNG TRAO ĐỔI CHẤT 3Chương 29 – HÓA HỌC HỮU CƠ CỦA NHỮNG CON ĐƯỜNG TRAO ĐỔI CHẤTØ Bất kì ai muốn hiểu và góp phần vào cuộc cách mạng đang diễn ra trong ngành khoa học sinh học đầu tiên phải hiểu những chu trình sống ở cấp độ phân tử.Ø Sự hiểu biết phải dựa vào những kiến thức cụ thể của những phản ứng hóa học và những cách thức được sử dụng bởi cơ thể sống.Ø Những phản ứng sinh hóa không còn là điều bí ẩn mặc dù những phản ứng diễn ra trong cơ thể sống phức tạp hơn bất kì phản ứng nào được tiến hành trong phòng thí nghiệm với một cơ chế phản ứng như nhau. 429.1 TỔNG QUAN VỀ SỰ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG SINH HÓAØ Nhiều phản ứng diễn ra trong tế bào cơ thể sống được gọi chung là quá trình trao đổi chất (metabolism).Ø Những con đường phá vỡ các phân tử lớn hơn thành những phân tử nhỏ hơn được gọi là dị hóa (catabolism), còn những con đường tổng hợp những phân tử lớn hơn từ các phân tử nhỏ hơn được gọi là đồng hóa (anabolism).Ø Các phản ứng dị hóa thường giải phóng năng lượng, trong khi những phản ứng đồng hóa thường hấp thu năng lượng.Ø Con đường dị hóa được phân chia thành bốn giai đoạn 5 (Hình 29.1.Ø Giai đoạn 1: Một lượng lớn thực phẩm được tiêu hóa trong dạ dày và ruột để hình thành những phân tử nhỏ hơn.Ø Giai đoạn 2: Acid béo, monosaccaride và amino acid được giảm cấp để hình thành acetyl CoA bên trong các tế bào.Ø Giai đoạn 3: Acetyl CoA bị oxid hóa trong chu trình acid citric để tạo CO2.Ø Giai đoạn 4: Năng lượng giải phóng trong chu trình acid citric được dùng bởi chuỗi chuyền electron để phosphoryl hóa ADP tạo thành ATP. 6Hình 29.1Tổng quan vềcon đường dịhóa 7Ø Giai đoạn đầu tiên của quá trình dị hóa được gọi là sự tiêu hóa: thức ăn bị chia nhỏ ở miệng, dạ dày và ruột bằng sự thủy phân các nối ester, glycoside (acetal) và peptide (amide) của các acid béo cơ bản, glycerol, đường đơn và các amino acid.Ø Những phân tử nhỏ hơn này tiếp tục được giảm cấp trong giai đoạn thứ hai của quá trình dị hóa để hình thành những nhóm acetyl liên kết với phân tử coenzyme A thông qua nối thioester.Ø Acetyl CoA là chất có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và cả trong nhiều con đường sinh học khác. Nhóm acetyl của acetyl CoA được liên kết với nguyên tử S của phosphopantetheine, và bản thân 8 nhóm này liên kết với adenosine 3’,5’-bisphosphate.9Ø Trong giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa, những nhóm acetyl bị oxid hóa trong ti thể của tế bào với chu trình acid citric để hình thành CO2.Ø Như nhiều quá trình oxid hóa khác, giai đoạn này giải phóng một lượng lớn năng lượng, năng lượng này sẽ được sử dụng trong giai đoạn thứ tư, ở chuỗi chuyền electron, để tiến hành quá trình phosphoryl hóa adenosine diphosphate ADP bằng ion HOPO32- (viết tắt là Pi) để hình thành adenosine triphosphate ATP. 10Ø Kết quả của quá trình dị hóa là ATP, nó được gọi là “đồng tiền năng lượng” của tế bào.Ø Phản ứng dị hóa hình thành ATP bằng cách sử dụng năng lượng để tổng hợp nó từ ADP và Pi, trong khi đó phản ứng đồng hóa sử dụng ATP để chuyển một nhóm phosphate tới phân tử khác, đồng thời tái tạo ADP.Ø Vì vậy sự sản sinh năng lượng và sử dụng năng lượng trong cơ thể sống xoay quanh quá trình chuyển đổi qua lại giữa ADP và ATP. 11Ø ADP và ATP đều là anhydride phosphoric –P(=O)–O– P(=O)–. Anhydride phosphoric này cũng phản ứng với alcol bằng cách phá vỡ nối P–O và hình thành phosphate ester, ROPO32-. 12Ø Cần lưu ý rằng những phản ứng phosphoryl hóa với ATP nói chung đều cần sự có mặt của cation kim loại hóa trị hai trong enzyme, thường là Mg2+ để hình thành phức acid/base Lewis với những nguyên tử oxygen phosphate và trung hòa các điện tích âm trên các nguyên tử oxygen phosphate này. 13Ø Để phản ứng diễn ra một cách thuận lợi và tự nhiên thì ΔG phải là số âm và phải giải phóng năng lượng. Nếu ΔG là số dương thì phản ứng này không diễn ra một cách tự nhiên.Ø Để những phản ứng không thuận lợi về mặt năng lượng có thể xảy ra thì phản ứng đó cần được đi kèm với một phản ứng thuận lợi về mặt năng lượng, để năng lượng tự do tổng cộng của cả hai phản ứng này ưu đãi về mặt năng lượng. 1429.2 QUÁ TRÌNH DỊ HOÁ TRIACYLGLYCEROL: QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CỦA GLYCEROLØ Quá trình trao đổi chất của các triacylglycerol bắt đầu với quá trình thủy phân tạo glycerol và các acid béo, phản ứng được xúc tác bởi enzyme lipase.Ø Vùng hoạt hóa của enzyme chứa bộ ba: acid aspartic, histidin, và serin; bộ ba này phối hợp hoạt động với nhau để cung cấp những xúc tác acid và base cần thiết cho những bước riêng biệt.Ø Quá trình thủy phân được thực hiện bởi hai phản ứng thế thân hạch acyl nối tiếp nhau, một phản ứng tạo liên kết cộng hóa trị của một nhóm acyl với nhóm -OH của serine trên enzyme và phản ứng thứ hai giải phóng các 15 acid béo ra khỏi enzyme.16Ø Bước 1-2: Sự hình thành enzyme acyl:Bước thế thân hạch acyl đầu tiên - phản ứng củatriacylglycerol và vùng hoạt hóa serine để hình thành enzymeacyl, bắt đầu bằng việc khử proton nhóm alcol của serine ...