Lý thuyết môn Vật lý lý sinh Chương 4: Hóa sinh Glucid | Trường Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 31476141 Chương 4 HÓA SINH GLUCID MỤC TIÊU HỌC TẬP
Sau khi học xong bài này học viên phải:
- Trình bày được cấu tạo hóa học, phân loại và tính chất của các monosaccharid,polysaccharid.
- Trình bày được quá trình chuyển hóa của glucose và glycogen.
- Phân tích được các yếu tố tham gia điều hòa đường máu và cơ chế bệnh sinhcủa bệnh đái tháo đường.
- Làm được các xét nghiệm định lượng nồng độ glucose máu, phát hiện
glucose,ceton niệu (khi tiến hành thực tập). Trình bày được nguyên lý định lượng và ý
nghĩa của các xét nghiệm này trên lâm sàng.
- Nhận thức được vai trò của quá trình chuyển hóa và rối loạn chuyển hóa glucidtrong cơ thể.
- Tư vấn được cho bệnh nhân về chế độ ăn cho người bệnh tiểu đường, ý nghĩacủa
các xét nghiệm chẩn đoán và theo dõi điều trị bệnh tiểu đường. 1. HÓA HỌC GLUCID
Trong cơ thể người và động vật, glucid chiếm khoảng 2% trọng lượng khô của cơ
thể. Ở thực vật glucid có thể chiếm tới 80% trọng lượng khô. Glucid có nguồn gốc thực
vật là thành phần chủ yếu trong thức ăn của người và động vật.
Chức năng của glucid:
Cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể. Glucose là nguồn năng lượng duy nhất cho tế bào não.
Tham gia cấu tạo màng tế bào, có chức năng bảo vệ cho cơ thể như glucolipid,
glucoproteid (ở màng tế bào động vật), polysaccharid (cellulose ở màng tế bào thực vật). -
Nguồn dự trữ của cơ thể như glycogen ở động vật, tinh bột ở thực vật. -
Tham gia cấu tạo nên nhiều chất quan trọng khác như: acid nucleic (vật
chất ditruyền), fibrinogen (đông máu), heparin (chống đông máu),...
Phân loại glucid
Glucid được chia thành ba nhóm: monosaccharid, oligosaccharid và
polysaccharid. Sơ đồ phân loại glucid được biểu diễn như sau: lOMoAR cPSD| 31476141 Glucid Monosaccharid Oligosaccharid Polysaccharid ( Di & Trisaccharid ) Aldose Cetose Homopolysaccharid Heteropolysaccharid 1.1. Monosaccharid 1.1.1. Định nghĩa
Monosaccharid (đường đơn) là dẫn xuất của polyalcol có chứa nhóm carbonyl
(aldehyd hoặc ceton). Nếu monosaccharid có nhóm aldehyd gọi là aldose, nếu có nhóm
ceton gọi là cetose. Ví dụ: ose đơn giản nhất aldolse là glyceraldehyd và cetose là dioxyaceton.
1.1.2. Danh pháp
Tên gọi của monosaccharid gọi theo số carbon theo tiếng Hylạp + ose.
Ví dụ: Triose C3H6O3 (như glyceraldehyd..) Tetrose C4H8O4 (erythrose)
Pentose C5H10O5 (ribose, ribulose, xylulose, arabilose)
Hexose C6H12O6 (glucose, fructose) Heptose C7H14O7.
1.1.3. Một số khái niệm
* Đồng phân dãy D và dãy L của monosaccharid:
Lấy glyceraldehyd làm chuẩn, khi nhóm OH ở nguyên tử C bất đối xứng nằm ở
bên phải gọi là dãy D, còn ở bên trái là dãy L. Ví dụ: đồng phân dãy D và L của
glycaraldehyd có công thức sau: CHO CHO HC-OH CH2OH HO-CH CH2OH D-Glyceraldehyd L-Glyceraldehyd
Các hexose tự nhiên như glucose, fructose, galactose, mannose thường là đồng phân dãy D.
* Đồng phân f và z của monosaccharid:
Monosaccharid có thể trình bày theo công thức mặt phẳng và công thức hình chiếu (vòng).
Theo Bayer: Sự tương tác bên trong phân tử của các nhóm chức alcol và carbonyl
thuận lợi hơn nếu hình thành vòng 5 cạnh và 6 cạnh. Khi đó sẽ hình thành bán acetal
nội phân tử và C ở nhóm aldehyd hoặc ceton thành C bất đối xứng. Vì vậy xuất hiện
thêm 2 đồng phân α và ß. lOMoAR cPSD| 31476141
Theo quy ước dạng vòng, phối cảnh của monosaccharid thường không viết nguyên
tử carbon trong vòng. Gạch dọc đứng phía trên hay phía dưới của mặt phẳng chỉ nhóm
OH. Nếu nhóm OH bán acetal nằm dưới mặt phẳng của vòng thì monosaccharid đó là
dạng α, còn nhóm OH nằm trên mặt phẳng thì monosaccharid đó là dạng ß. Ví dụ: CH2OH CH2OH 1 1 -D-glucose -D-glucose CH2OH CH 2OH CH 1 1 2OH CH2OH -D-fructose -D-fructose
* Đồng phân quang học của monosaccharid:
Trừ dioxyaceton còn các monosaccharid khác đều có carbon bất đối xứng (C*)
nên có đồng phân quang học. Số lượng đồng phân quang học (N) được tính theo công thức: N = 2n (n là số C*)
Vì các monosaccharid có C* nên chúng có tính quang học có nghĩa là trong dung
dịch chúng có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải kớ hiệu là
dấu (+) và sang trái kớ hiệu là dấu (-). Các monosaccharid dãy D và dãy L đều có thể
làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải hoặc sang trái. Cho nên sau chữ D
hoặc chữ L có dấu (+) hoặc dấu (-).
1.1.4. Các tính chất cơ bản của monosaccharid
Dưới đây chỉ đề cập tính chất hóa học cơ bản của monosaccharid.
* Tính khử (sự oxy hóa):
- Monosaccharid thuộc loại aldolse với các tác nhân oxy hóa yếu như brom, clo,
iode nhóm aldehyd (CHO) biến đổi thành nhóm carboxyl (COOH) và sản phẩm tạo
thành là acid aldonic (ví dụ: acid gluconic). COOH HC-OH HO-CH HC-OH HC-OH CH2OH Acid D- gluconic
Ứng dụng: Trong cùng điều kiện phản ứng như trên các cetose không bị oxy hóa
nên người ta dùng phản ứng riêng biệt này để định lượng aldose. lOMoAR cPSD| 31476141
Phản ứng quan trọng nhất về tính khử của monosaccharid là chúng có thể khử một
số ion kim loại nặng thành tủa kim loại hoặc oxy kim loại có hóa trị thấp hơn. Phản ứng
xảy ra trong môi trường kiềm và đun sôi. Mặc dù phản ứng này ít đặc hiệu vì một số
chất khử khác cũng có tác dụng như vậy, nhưng trong thực tế người ta dùng để định tính
và định lượng các monosaccharid bằng các thuốc thử khác nhau. Ví dụ: khi đun sôi với
thuốc thử fehling (chứa CuSO4 trong môi trường kiềm) monosaccharid khử ion Cu++
thành Cu+ dưới dạng kết tủa Cu2O đỏ gạch; hoặc với thuốc thử bạc nitrat trong môi
trường amoniac cho tủa bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm (phản ứng tráng gương).
- Nhóm alcol bậc nhất của monosaccharid bị oxy hóa (nếu nhóm CHO được bảo
vệ) bằng một chất oxy hóa mạnh như hypobromid (HbrO) ta thu được acid uronic tương ứng.
Vai trò: Các hexuronic tham gia phản ứng liên hợp khử độc ở gan như acid
glucuronic liên hợp với bilirubin tự do (độc) tạo bilirubin liên hợp (không độc).
Ví dụ: Từ glucose, galactose tạo thành acid glucuronic và acid galacturonic. Công thức của chúng như sau: COOH COOH
Acid D-glucuronic Acid D-galacturonic *
Tính oxy hóa (sự khử):
Khi bị khử các monosaccharid biến đổi thành polyalcol tương ứng. CH CHOCH2OH2OH + 2HO C + 2H (CHOH)n (CHOH)n (CHOH)n- 1 CH2OH CH2OH CH2OH Aldose Polyalcol Cetose
Ví dụ: glucose, fructose bị khử tạo thành sorbitol. Sorbitol có nhiều ở quả như táo,
lê; có vị ngọt, dùng cho bệnh nhân đái tháo đường mà không gây tăng đường máu.
* Phản ứng tạo thành ozazon:
Các monosaccharid tác dụng với phenylhydrazin dư trong môi trường natriacetat
và đun sôi sẽ tạo thành tinh thể ozazon. Vì phản ứng chỉ xảy ra ở C1 và C2 của
monosaccharid cho nên các monosaccharid nào chỉ khác nhau ở C1 và C2 thì chúng cho
cùng một ozazon như glucose, fructose, mannose cho ozazon có hình chổi xể; còn lOMoAR cPSD| 31476141
monosaccharid nào khác nhau từ C3 trở đi sẽ cho ozazon khác nhau như galactose cho
galactozazon có hình quả ké. Galactozazon Glucozazon
Ứng dụng phản ứng này để phân biệt một số monosaccharid có trong các trường
hợp bệnh đường niệu như galactose niệu, pentose niệu,...
* Phản ứng tạo ete và este: -
Tạo ete: Các monosaccharid tác dụng với alcol tạo thành ete -
Tạo este: các este phosphat của monosaccharid có vai trò quan trọng trong
traođổi chất như trong thoái biến, tổng hợp glucose, glycogen. Một số este phosphat
quan trọng của monosaccharid: glucose-1phosphat (G-1P), G-6P, F-1,6DP, công thức như sau: CH2OH 6CH2O-P 6 CH2O-P 1 1 O-PCH2O-P Glucose-1P Glucose- 6P Fructose-1,6DP
* Phản ứng cộng hợp của nhóm carbonyl:
Monosaccharid có thể kết hợp với một số chất độc tạo thành hợp chất ít độc hơn
hoặc không độc. Ví dụ như glucose tác dụng với acid cyanhydric (rất độc) tạo thành
cyanhydrin, sau đó cyanhydrrin thủy phân tạo thành glucoseheptonic acid (không độc),
cuối cùng được đào thải ra ngoài theo đường nước tiểu.
Ứng dụng: để giải độc cyanuar (say sắn, nhiễm độc chất độc hóa học), ngngười ta
cho bệnh nhân uống hoặc tiêm truyền glucose.
Phản ứng thế của monosaccharid:
Nhóm hydroxyl (OH) của monosaccharid được thế bằng nhóm amin (NH2) tạo
osamin của monosaccharid. Có nhiều osamin, nhưng chủ yếu là D- glucosamin và lOMoAR cPSD| 31476141
Dgalactosamin và các dẫn xuất của chúng như N-acetylglucosamin,
Nacetylgalactosamin. Ví dụ: CH2OH CH2OH CH2OH NH2 NH2 NHCOCH3 D-glucosamin D-galactosamin N-acetylglucosamin
1.2. Oligosaccharid
Là glucid có chứa từ 2- 8 gốc monosaccharid liên kết với nhau bằng liên kết
glucosid. Có 2 loại chính của oligosaccharid là di và trisaccharid.
1.2.1. Disaccharid
- Disaccharid là loại glucid mà mỗi phân tử của chúng khi thủy phân cho 2 phântử monosaccharid.
- Cấu tạo: 2 phân tử monosaccharid liên kết với nhau bằng liên kết glucosid.
Tùytheo liên kết osid tạo thành mà có disaccharid có tính khử và disaccharid không có
tính khử. Nếu liên kết osid tạo thành do sự kết hợp của nhóm alcol (OH) của
monosaccharid này với nhóm OH bán acetal của monosaccharid khác thì phân tử
disaccharid vẫn còn một nhóm OH bán acetal và disaccharid còn tính khử. Nếu liên kết
osid tạo thành do sự kết hợp của 2 nhóm OH bán acetal của 2 monosaccharid thì phân
tử không còn nhóm OH bán acetal và disaccharid không còn tính khử. Sau đây là một
số disaccharid quan trọng. + Maltose:
Maltose còn gọi là đường mạch nha vì nó có trong mầm hạt ngũ cốc. Maltose có
vị ngọt dịu, dễ tan trong nước.
Maltose được cấu tạo từ 2 gốc α-D-glucose, liên kết với nhau bằng liên kết
1,4glucosid, có công thức sau: CH2OH CH2OH 1 4 1 O OH Maltose
Maltose có tính khử vì ở gốc glucose thứ 2 của nó có nhóm OH bán acetal ở C1 tự do. + Lactose (đường sữa):
Lactose là disaccharid có ở sữa, nó cấu tạo từ ß-D-galactose và α-D-glucose.
Công thức cấu tạo của lactose như sau: CH2OH CH2OH 4 1 O 1 OH lOMoAR cPSD| 31476141 Lactose
Lactose cũng thuộc loại đường khử vì trong phân tử của nó cũng có nhóm OH bán acetal tự do ở C1.
+ Saccharose (đường mía):
Saccharose là disaccharid phổ biến nhất, trong mía có chứa từ 14 - 25 %
saccharose, vì thế người ta gọi nó là đường mía; ngoài ra nó còn có trong củ cải đường.
Cấu tạo: từ một α -D-glucose và một ß-D-fructose, chúng liên kết với nhau bằng
liên kết α (1,2)-glucosid. Công thức cấu tạo như sau: CH2OH CH2OH 1 2 O CH2OH OH OH Saccharose
Saccharose không có tính khử vì nó không có nhóm OH bán acetal tự do trong
phân tử của nó. 1.2.2. Trisaccharid
Các trisaccharid tự nhiên (rafinose, melexinose, gentianose) không có ý nghĩa lớn
trong thực tế. Được biết nhiều hơn cả là rafinose.
Rafinose cấu tạo từ 3 gốc glucose, fructose và galactose; thường gặp ở củ cải
đường, hạt bông. Nói chung, các oligosaccharid ở thực vật đa dạng hơn ở động vật.
1.3. Polysaccharid -
Theo cấu tạo polysaccharid được chia thành 2 loại: homopolysaccharid vàheteropolysaccharid.
+ Homopolysaccharid (polysaccharid thuần) cấu tạo từ các đường đơn (monosaccharid) cùng loại.
+ Heteropolyssaccharid (polysaccharid tạp): trong cấu tạo ngoài ose còn có chất khác. -
Theo ý nghĩa chức năng polysaccharid chia thành 2 loại là:
+ Polysaccharid “Cấu trúc “ như cellulose ở thực vật.
+ Polysaccharid “ Dự trữ “ như glycogen ở động vật, tinh bột ở thực vật.
1.3.1. Homopolysaccharid * Tinh bột:
Có nhiều trong hạt lúa (60 - 80%), ngô (65 - 75%), khoai tây(12 - 20%), là thức
ăn quan trọng nhất của người.
Có khối lượng phân tử (KLPT) khoảng 106 - 107. Khi thủy phân một phần tạo nên
dextrin và thủy phân hoàn toàn thành glucose. Tinh bột không tan trong nước mà tạo
nên dung dịch keo khi đun sôi, kết hợp với iode cho màu xanh. lOMoAR cPSD| 31476141
Tinh bột gồm amylose có cấu trúc mạch thẳng và amylopectin có cấu trúc mạch
nhánh. Công thức chung của tinh bột là: (C6H10O5)n.
- Amylose: Trong tinh bột amylose chiếm từ 10 - 30%.
+ Cấu tạo từ những α D-glucose (khoảng 1.000 gốc glucose) liên kết với nhau
bằng liên kết glucosid α (1-4) thành mạch thẳng, không phân nhánh.
+ Tính chất: dễ hòa tan trong nước, không tạo thành dung dịch hồ tinh bột và cho
màu xanh lơ khi tác dụng với iode. Cấu tạo amylose: CH2OH CH2OH CH2OH O O O
Một đoạn của phân tử amylose - Amylopectin:
+ Cấu tạo từ các mạch thẳng amylose có từ 20 - 30 đơn vị glucose, liên kết với
nhau bởi liên kết glucosid α (1- 6) - liên kết mạch nhánh.
+ Tan trong nước, tạo thành dung dịch hồ tinh bột, cho màu tím đỏ khi tác dụng với iode. CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH O O O O CH 2 OH CH 2 OH CH 2 O O O
Một đoạn của phân tử amylopectin * Glycogen:
- Là polysaccharid “ dự trữ “ chính của người và động vật, có ở hầu hết các tổ
chức, cơ quan nhưng có nhiều hơn ở gan và cơ.
- Glycogen cấu tạo từ α -D-glucose, công thức chung của nó cũng như tinh bộtlà
(C6H10O5)n. KLPT của glycogen là 107 - 109 và cao hơn.
- Theo cấu tạo glycogen gần giống như amylopectin mà trong đó các α -Dglucose
liên kết với nhau bằng liên kết glucosid α (1- 4), còn các điểm nhánh có các liên kết “nhánh” α (1- 6).
- So sánh với amylopectin, glycogen có một số điểm giống và khác như:
+ Giống: về cấu tạo và cho màu tím đỏ khi nó tác dụng với iode.
+ Khác: Glycogen phân nhánh nhiều hơn và độ dài của mỗi nhánh ngắn hơn có
nghĩa là có số liên kết nhánh (liên kết α (1- 6) nhiều hơn và số gốc glucose ở mỗi nhánh ít hơn). lOMoAR cPSD| 31476141
- Khi thủy phân glycogen (tương tự như tinh bột) được dextrin, sau đó là
maltosevà cuối cùng là glucose. o o o o o o o o o oo o o o o B o o o o o o o o o o o o 0 o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o A o o R ( Glucose ) o
Mô hình cấu trúc của glycogen A- nhánh trong B- nhánh ngoài
- Công thức cấu tạo của phân tử glycogen theo Meyer tương tự như ởamylopectin. * Cellulose:
- Cellulose là polysaccharid “cấu trúc”, là thành phần chính của màng tế bàothực vật.
- KLPT của cellulose khoảng 106 - 2.106.
- Cấu tạo từ các α-D-glucose liên kết với nhau bởi các liên kết glucosid α(1-4).
Công thức cấu tạo của cellulose có thể trình bày theo sơ đồ sau: CH2OH CH2OH O 1 O O n
- Chức năng của cellulose là nâng đỡ và bảo vệ cơ thể (thực vật).
- Ở người cellulose không tiêu hóa được vì không có enzym đặc hiệu là
ßglucosidase trong ống tiêu hóa. Enzym này chỉ có ở động vật nhai lại như trâu, bũ, ngựa...
1.3.2. Heteropolyssaccharid (polysaccharid tạp)
Heteropolyssaccharid là các glycosaminoglycan (mucopolysaccharid) có chủ
yếu ở tổ chức liên kết. Mucopolysaccharid là những polyme thẳng, không phân nhánh,
cấu tạo từ những disaccharid lặp lại. Trong cơ thể chúng thường liên kết với protein,
không có ở dạng tự do. Các gốc glucosamin hay galactosamin là thành phần bắt buộc
của mucopolysaccharid. Mucopolysaccharid có các loại sau: * Acid hyaluronic: lOMoAR cPSD| 31476141 -
Cấu tạo: Đơn vị lặp lại của acid hyaluronic gồm D-glucuronic acid liên
kếtvới N-acetylglucosamin bởi liên kết glucosid ừ(1-3). Công thức của acid hyaluronic như sau: COOH CH 2 OH (1-4) O 1 O O (1-4) (1-3) 3 NHCOCH 3 n -
Vai trò: là chất kết dính ở tổ chức liên kết, cản trở sự xâm nhập của nhiều
chấtnhất là các chất độc vào tổ chức, vào cơ thể.
Chức năng cơ bản của acid hyaluronic trong tổ chức liên kết là liên kết với nước.
Nhờ liên kết đó mà các chất giữa tế bào có đặc tính tiết dịch để giữ các tế bào, ngoài ra
nó còn tham gia điều hòa tính thẩm thấu của các tổ chức. -
Khu trú: có nhiều ở thủy tinh thể, cuống nhau thai, dịch khíp, van tim,
sụnphụi thai, ở da và ở sụn. Trong các u ác tính, trong độc tố nọc ong, nọc rắn có enzym
hyaluronicdase, đây là enzym phân hủy acid hyaluronic thành glucosamin và acid glucuronic.
* Condrointin-4-sulfat (Condrointin sulfat A) và condrointin-6 -
Sulfat(Condrointin sulfat C):
Cấu tạo: Cấu tạo chung gồm acid glucuronic và N-acetyl-D-galactosamin sulfat.
Sự khác biệt giữa chúng là vị trí nhóm sulfat. Cụ thể cấu tạo của chúng như sau:
- Condrointin sulfat A: Acid glucuronic + N-acetyl galactosamin-4-sulfat. COOH CH 2 OH HO 3 SO (1-4) O 1 O O (1-4) (1-3) 3 NHCOCH 3 n
- Condrointin sulfat C: Acid glucuronic + N-acetyl galactosamin-6-sulfat. COOH HO 3 SOCH 2 O (1-4) O 1 O (1-4) (1-3) 3 NHCOCH 3 n
Condrointin sulfat A có ở: sụn, xương, sụn phụi thai, giác mạc.
Condrointin sulfat C có ở: da, gân, dây chằng, cuống nhau thai, van tim.
* Condrointin sulfat B:
(Dermatan sulfat). Derma- da (chân bì).
Cấu tạo: acid L-iduronic và N-acetylgalactosamin-4sulfat: lOMoAR cPSD| 31476141 CH 2 OH HO 3 SO (1-4) COOH O 1 O O (1-4) (1-3) 3 NHCOCH 3 n
Đặc trưng ở da, vai trò sinh hóa còn chưa rõ. * Keratan sulfat: - Keratan là giác mạc.
- Cấu tạo: D-galactose + N-acetylgalactosamin -6 sulfat: CH 2 OH HO 3 SOCH 2 (1-3) O O 1 O (1-4) NHCOCH 3 n
Có 2 loại: Keratan sulfat 1 lấy ra từ giác mạc.
Keratan sulfat 2 lấy ra từ sụn.
Chúng phân biệt với nhau theo độ sulfat hóa và theo mối liên kết giữa các phần peptid của proteoglycan.
* Heparin và heparin sulfat:
Các mucopolysaccharid khu trú ở các tổ chức khác nhau, chúng có cấu tạo và vai
trò sinh học khác nhau. Sau đây giới thiệu về cấu tạo cũng như vai trò của heparin vì
đây là một polysaccharid được ứng dụng nhiều trong thực tế.
- Heparin có trong gan, trong thành mạch máu và trong phổi.
- Heparin cấu tạo từ D-glucuronat-2-sulfat và gốc của N-acetyl
glucosamin-6sulfat (từ acid glucuronic, glucosamin và acid sulfuric).
- Công thức cấu tạo của heparin: COOH HO 3 SOCH 2 O O OSO 3 H NHCOCH 3 n
- Vai trò của quan trọng của heparin trong cơ thể là chống đông máu.
2. CHUYỂN HÓA GLUCID
Chuyển hóa glucid cùng với chuyển hóa protid và lipid là những chuyển hóa cơ
bản rất quan trọng của cơ thể sống. Chuyển hóa glucid cung cấp nhiều sản phẩm trung
gian quan trọng, cần thiết cho các chuyển hóa trong cơ thể. lOMoAR cPSD| 31476141
Ví dụ: đường phân “ái khí”: cung cấp một năng lượng chủ yếu cho cơ thể, thoái
hóa glucose theo con đường này là nguồn cung cấp 100% năng lượng cho não hoạt động.
Chu trình pentose-phosphat: là nguồn cung cấp coenzym khử NADPH2 cần thiết
cho nhiều quá trình trong cơ thể như: tổng hợp acid béo, tổng hợp cholesterol, khử
methemoglobin thành hemoglobin..
Vòng uronic acid: Cung cấp acid glucuronic (UDP-glucuronic acid)- là chất có
khả năng liên hợp với nhiều chất để thực hiện phản ứng liên hợp khử độc ở gan. Ví dụ:
UDP-glucuronic acid liên hợp với bilirubin tự do (độc) ở gan tạo thành bilirubin liên
hợp (không độc, tan trong nước, qua được màng lọc cầu thận) thực hiện chức năng liên hợp khử độc của gan.
Thoái hóa, tổng hợp glycogen ở gan là cơ sở khoa học cho nghiệm pháp tăng
đường máu, giúp chẩn đoán xác định bệnh tiểu đường hay không khi kết quả glucose máu cao (≥ 7mmol/l).
2.1. Tiêu hóa và hấp thu glucid
Glucid thức ăn được tiêu hóa một phần ở miệng nhờ amylase nước bọt, nhưng chủ
yếu xảy ra ở ruột nhờ amylase của dịch tụy và các enzym dịch ruột như maltase,
saccharase, lactase. Kết quả là từ các polysaccharid (tinh bột, glycogen), các disaccharid
(maltose, saccharose, lactose) được tiêu hóa tạo nên glucose, fructose, galactose… Các
đường đơn này được hấp thu gần như hoàn toàn từ ruột non vào tĩnh mạch cửa và đến
gan. Tốc độ hấp thu của các ose khác nhau: galactose > glucose > fructose > mannose.
Ở ruột non các monosaccharid được hấp thu vào máu theo 2 cơ chế:
- Khuếch tán đơn giản: theo gradien nồng độ giữa tế bào niêm mạc ruột và
huyếttương. Phần lớn các monosaccharid được hấp thu theo cơ chế này.
- Vận chuyển tích cực: không phụ thuộc vào gradien nồng độ, chỉ có
glucose,galactose liên quan tới cơ chế này. Bản chất của cơ chế này liên quan đến sự
chênh lệch nồng độ Na+ trong và ngoài tế bào và tới hoạt động của “ Bơm Na+", tức là
có sự tham gia của Na+, K+-ATPase và ATP.
2.2. Chuyển hóa glucose
2.2.1. Thoái hóa của glucose
Trong cơ thể, có 3 con đường thoái hóa của glucose:
- Hexosediphosphat (đường phân “yếm khí“ và “ái khí “).
- Hexose monophosphat (chu trình pentose). - Vòng uronic acid.
2.2.1.1. Hexosediphosphat
* Đường phân yếm khí (con đường Embden- Meyerhof): lOMoAR cPSD| 31476141
- Là quá trình oxy hóa glucose trong điều kiện thiếu oxy, chất tham gia đầu tiên
là glucose hoặc glucophosphat và sản phẩm cuối cùng là acid lactic. Đường phân gồm
11 phản ứng (phản ứng). - Các phản ứng:
Phản ứng 1: Phosphoryl hóa glucose bởi ATP cần enzym xúc tác là hexokinasse hoặc glucokinase. CH2OH ADP CH2O- P A T P Mg2+ Glucose-6(P) Glucose
Hexokinase có nhiều ở các tổ chức khác nhau xúc tác phosphoryl hóa glucose và
một số hexose khác. Glucokinase chỉ có ở gan, enzym này chỉ phosphoryl hóa glucose
khi nồng độ glucose máu tăng cao (ví dụ sau khi ăn).
Phản ứng 2: Đồng phân hóa G-6P thành fructose-6 phosphat (F-6P) có
phosphohexoisomerase xúc tác. CH2O- P CH2O- P Hexoisomerase CH2OH Glucose-6(P) Fructose-6(P)
Đây là phản ứng 2 chiều, xảy ra dễ dàng mà không cần một coenzym nào. lOMoAR cPSD| 31476141
Phản ứng 3: F-6P mới tạo thành phosphoryl hóa lần 2 nhờ phân tử ATP thứ hai,
được xúc tác bởi enzym phosphofructokinase, sản phẩm tạo nên là fructose-1,6
diphosphat (F-1,6DP). Đây là phản ứng một chiều xảy ra chậm hơn cả trong “ Đường
phân “, nó quyết định tốc độ của “ Đường phân “. CH2O- P CH2O- P CH2OH Phosphofructokinase CH2O- P Fructose-6P ATP ADP Fructose-1,6DP
Phosphofructokinase (P-Fructokinase) là enzym dị lập thể, hoạt hóa bởi ADP,
AMP vòng và ức chế bởi ATP, citrat nồng độ cao.
Phản ứng 4: F-1,6DP bị bẻ gẫy thành dioxyacetonphosphat (DOAP) và
glyceraldehyd-3phosphat (GAP) dưới tác dụng của enzym aldolase. CH2O- PCH2O- PCHO CH2O- P AldolaseC= O +CHOH CH2OHCH2O- P Fructose-1,6DP DOAP GAP
Phản ứng 5: Đồng phân hóa DOAP thành GAP nhờ enzym isomerase. CH2O- PCHO Triosephosphoisomerase C= O CHOH CH2OH CH2O- P DOAP GAP Glucose Hexokinase ATP 1 ADP G-6P 2 F-6P P-Fructokinase ATP 3 ADP F-1,6DP 4 5 D.O.A. P G.A. P NAD 6 lOMoAR cPSD| 31476141
Sự cân bằng của phản ứng isome hóa (đồng phân hóa) này chuyển dịch về phía
DOAP (95 %) và 5 % về phía GAP. Nhưng tiếp theo các phản ứng đường phân GAP
được tiếp tục sử dụng nên DOAP được biến đổi thành GAP.
Con đường hexosediphosphat (Đường phân) có thể tóm tắt theo sơ đồ sau:
Hình 4.1: Sơ đồ con đường hexosediphosphat (Đường phân).
Phản ứng 6: GAP bị oxy hóa bởi glyceraldehydphosphatdehydrogenase
(GAPDH) có coenzym là NAD tạo nên 1,3diphosphoglycerat (1,3-DPG) và dạng khử
của NAD là NADH2. 1,3-DPG là chất cao năng. Phản ứng xảy ra như sau: OO C HO P~ C GAPDH CHOH + NAD + H3PO4 CHOH + NADH2 CH2O- P CH2O- P GAP 1,3-DPG
Phản ứng 7: Enym xúc tác là phosphoglyceratkinase, liên kết cao năng ở C1 của
1,3-DPG bị cắt đứt, năng lượng chuyển cho ADP tạo nên ATP và 3phosphoglycerat (3- PG). O CO (P)~COOH phosphoglyceratkinase CHOH + ADP CHOH + ATP CH2O-(P) CH2O-(P)
1,3 di P-glycerat 3-P-glycerat
Phân tử ATP tạo thành là năng lượng giải phóng khi oxy hóa nhóm aldehyd của
GAP thành nhóm carboxyl của 3-PG nhờ tác dụng của 2 enzym GAPDH và phosphoglyceratkinase.
Phản ứng 8: 3-Phosphoglycerat biến đổi thành 2-phosphoglycerat (2-PG),
có phosphoglyceromutase xúc tác. COOH Phosphoglyceratkinase COOH HCOH HCO- P CH 2+ 2O- P CH2OH Mg 3-PG 2-PG lOMoAR cPSD| 31476141
Phản ứng 9: 2-Pglycerat tách nước tạo thành phosphoenolpyruvat (PEP) Trong
phân tử PEP liên kết phosphat ở C2 trở thành liên kết cao năng. COOHCOOH Enolase HCO- P CO ~ P + H2O Mg2+ CH2OH CH2 2-PG P.E.P
Phản ứng 10: Năng lượng từ liên kết cao năng của PEP được chuyển sang dạng
ATP và PEP biến đổi thành pyruvat nhờ pyruvatkinase xúc tác. COOHCOOH Pyruvatkinase CO ~ P + ADP C=O + ATP Mg2+ CH2 CH3 P.E.P Pyruvat
Phản ứng 11: Tạo lactat từ pyruvat nhờ lactatdehydrogenase (LDH) có coenzym
là NADH2 (từ phản ứng 6). COOHCOOH L.D.H C=O + NADH2 HOCH + NAD CH3 CH3 Pyruvat Lactat
Ở đây NAD đóng vai trò trung gian vận chuyển hydro từ GAP (phản ứng 6) đến
pyruvat (phản ứng 11). Phản ứng này kết thúc giai đoạn oxy hóa khử. LDH tồn tại ở 5
dạng isozym khác nhau (LDH1 - LDH5), xác định hoạt độ của các isozym này có ý nghĩa
trong việc chẩn đoán bệnh về tim và gan. Lactat là sản phẩm cuối cùng của đường phân,
nó khuếch tán qua màng tế bào. Ở cơ lactat vào máu tới gan để tái tổng hợp glycogen.
Phương trình tổng quát của đường phân có thể viết như sau: Glucose + 2 ADP + 2 Pi 2 Lactat + 2 ATP - Năng lượng (ATP): lOMoAR cPSD| 31476141
ATP tạo ra khi glucose thoái hóa theo con đường đường phân yếm khí như sau:
+ Từ glucose đến G-1P: tiêu tốn - 1 ATP
+ Từ F-6P đến F-1,6DP: tiêu tốn - 1 ATP
+ Từ 1,3-DPGlycerat đến 3-PGlycerat: tạo ra + 2 ATP
+ Từ P.E.P đến pyruvat: tạo ra + 2 ATP
Tổng cộng tạo ra 2 ATP cho cơ thể.
Nếu từ glycogen theo đường phân sẽ cung cấp 3 ATP vì từ glycogen tạo thành
G-1P; G-1P biến đổi thành G-6P không cần năng lượng từ ATP. Vì vậy chỉ mất 1 ATP
để phosphoryl hóa F-6P thành F-1,6DP. - Nhận xét:
+ Đường phân chia thành 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Là giai đoạn phosphoryl hóa glucose và tạo thành G.A.P, ở giai
đoạn này tiêu tốn mất 2 ATP.
Giai đoạn 2: gồm các phản ứng oxy hóa khử từ phản ứng 6 đến phản ứng 11,
ở giai đoạn này sinh ra 4 ATP.
+ Enzym: Các enzym xúc tác khu trú ở bào tương, có 3 enzym " chốt" xúc tác 3
phản ứng 1 chiều là: hexokinase, phosphofructokinase và pyruvatkinase.
Hexokinase có khả năng xúc tác phosphoryl hóa glucose và cả các hexose khác
như fructose, mannose. Ở gan ngoài hexokinase còn có glucokinase, đây là enzym có
tính đặc hiệu cao chỉ xúc tác phosphoryl hóa D-glucose khi đường máu cao. - Ý nghĩa:
+ Tuy chỉ cho 2 ATP nhưng "đường phân" là quá trình duy nhất cung cấp năng
lượng cho cơ thể trong điều kiện thiếu oxy (yếm khí).
+ Thực tiễn: Trong điều kiện lao động với cường độ cao như bộ đội hành quân
chiến đấu, acid lactic sinh ra trong cơ cao làm ức chế thần kinh cơ, làm cho cơ thể, bắp đau nhức.
* Đường phân " ái khí "của glucose (oxy hóa hoàn toàn glucose):
Giống với đường phân " yếm khí ": 10 phản ứng đầu tức là từ glucose đến
pyruvat. Nhưng khác là pyruvat không bị khử để tạo lactat mà nó bị oxy hóa tiếp tục
tạo acetylCoA, sau đó acetylCoA đi vào chu trình Krebs oxy hóa hoàn toàn thành CO2
và H2O và NADH2 đi vào chuỗi hô hấp tế bào.
Sự biến đổi pyruvat đến acetylCoA xúc tác bởi hệ thống đa enzym là pyruvat
dehydrogenase, gồm có 3 enzym là:
Pyruvat dehydrogenase – ký hiệu E1. Dihydrolipoyl transacetylase- E2,
Dihydrolipoyl dehydrogenase- E3. lOMoAR cPSD| 31476141
Có 5 coenzym tham gia là: NAD, FAD, coenzym A; thiamin pyrophosphat
(vitamin B1) và acid lipoic liên kết với nhau dưới dạng lipothiaminpyrophosphat ký hiệu là LTTP.
- Quá trình biến đổi từ pyruvat thành acetyl-CoA gồm 5 phản ứng sau:
Phản ứng1: Oxy hóa, khử CO2 của Pyruvat tạo phức hợp enzym- acetal và CO2:
CH3CO-COOH + E1-TPP --> E1-TPP-CHOH-CH3 + CO2
Phản ứng 2: Enzym- acetal kết hợp với acid lipoic dạng oxy hóa “O” tạo
acetyl - E2 và giải phóng E1-TPP: S SH E1-TPP-CHOH-CH3 + E2- E 2 - L L + E1-TPP S S~COCH3
Phản ứng 3: Acetyl-E2 kết hợp với CoA tạo AcetylCoA & tạo acid lipoic dạng khử "K": SH + HS CoA CH3CO~SCoA + E2-L SHSH E2-LS ~ COCH3
Phản ứng 4: Oxy hóa acid lipoic "K" nhờ E3 tạo FADH2, giải phóng acid lipoic "O": 3- 2 SH E FAD E -L S + E3-FADH2 S E2-LSH +
Phản ứng 5: Khử E2-FADH2 tạo NADH2 và giải phóng E3-FAD: E3-FADH2 + NAD E3-FAD + NADH2
Phản ứng tổng quát có thể viết như sau:
Pyruvatdehydrogenase CH3CO- COOH + HSCoA CH3CO~SCoA + CO2. NAD NADH2 Pyruvat AcetylCoA - Năng lượng:
Năng lượng của đường phân ái khí được tạo ra như sau:
Từ glucose đến pyruvat: + 2 ATP.
2 NADH2 (ở phản ứng 6): 3 ATP (qua chuỗi HHTB): + 6 ATP. 2
NADH2 ( pyruvat -> acetylCoA) qua chuỗi HHTB: + 6 ATP.
2 AcetylCoA -> 12 ATP (qua vòng Krebs): + 24 ATP lOMoAR cPSD| 31476141 Tổng = 38 ATP
Như vậy từ 1 phân tử glucose thoái hóa hoàn toàn thành CO2 và H2O cho 38 ATP.
Tương tự như ở đường phân nếu đi từ một gốc glucosyl của glycogen sẽ cho 39 ATP. - Ý nghĩa:
+ Đường phân " ái khí " cung cấp năng lượng lớn hơn nhiều so với đường phân
" yếm khí " - cho 38 ATP từ 1 phân tử glucose.
+ Cung cấp một số sản phẩm trung gian như acid pyruvic, acetylCoA. Từ acid
pyruvic có thể tạo nên oxaloacetat, tổng hợp nên acid amin (alanin). acetylCoA có thể
tổng hợp nên acid béo, đi vào chu trình Krebs.
+ Cần chú ý bảo quản gạo, thực phẩm để đảm bảo đủ lượng vitamin B1 trong
khẩu phần ăn, tránh thiếu dài ngày có thể gây nên phù nề.
2.2.1.2. Chu trình pentosephosphat (Con đường hexosemonophosphat):
Chu trình pentosephosphat là con đường oxy hóa trực tiếp glucose (ở dạng G6P. - Đặc điểm:
Glucose không bị phosphoryl hóa lần thứ 2, mà các hexosemonophosphat bị oxy
hóa giải phóng CO2 và tạo nên pentosephosphat.
Chu trình pentose- phosphat xảy ra ở bào tương của tế bào, hoạt động mạnh ở tổ
chức mỡ, ở tuyến thượng thận, trong tổ chức phụi, ở tuyến sữa và giai đoạn sinh sữa. - Các giai đoạn:
Chu trình pentosephosphat (xem hình 4.2) gồm 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: oxy hóa glucose- 6P, khử carboxyl tạo nên CO2 và ribulose5phosphat: NADP NADPH2 NADP NADPH2 Glucose-6(P) 6-phosphogluconat Ribulose-5(P) G-6PD PGD CO2
G.6PD: Glucose-6phosphat-dehydrogenase
PGD: Phosphogluconatdehydrogenase
Dưới tác dụng của epimerase, isomerase biến đổi ribulose-5P (Ri-5P) thành xylulose-5P (Xy-5P). isomerase Epimerase Ribose - 5(P) Ribulose - 5(P) Xylulose - 5(P) Ri-5P Ru- 5P Xy- 5P lOMoAR cPSD| 31476141
+ Giai đoạn 2: Gồm những biến đổi không oxy hóa của pentose phosphat tạo
thành glucose-6P ban đầu. Trong giai đoạn này có 3 phản ứng, trong đó có 2 phản ứng
transcetolase và 1 phản ứng transaldolase (xem hình 4.2).
Phản ứng 1: 2 pentose phosphat là Xy-5P, Ri-5P dưới tác dụng của trancetolase
và coenzym là thiaminpyrophosphat (TPP) tạo nên G.A.P và 1 đường 7 cacbon là
sedoheptulose-7 phosphat (Se-7P). CH2OH C=O CH2OH O=C-H Transcetolase O=C-H HOHCHCOH