175

Chương 10

Trao đổi Lipid

10.1. Sự phân giải lipid

10.1.1. Phân giải glycerid

Glycerid dễ dàng bị thủy phân do sự xúc tác của các loại lipase.

H2COOCR1

HCOOCR2 + 3H2O

H2COOCR3

lipase

H2COH

HCOH +

H2COH

R1COOH

R2COOH

R3COOH

Ở động vật sự thủy phân glycerid xảy ra nhanh chóng nhờ sự tác

động của muối acid mật làm nhũ tương hóa glycerid nên dễ bị thủy phân.

10.1.2. Sự oxi hóa acid béo

Acid béo bị phân giải bằng nhiều con đường:

- α oxi hóa.

- β oxi hóa.

- ω oxi hóa.

Trong đó con đường phổ biến và quan trọng nhất là β.oxi hóa.

10.1.2.1. β.oxi hóa acid béo

Sự phân giải acid béo bằng cách cắt dần từng cặp C, tức là tại vị trí

Cα của chuỗi carbon. Các acid béo có mạch carbon chẵn và các acid béo

có mạch carbon lẻ có cơ chế β.oxi hóa khác nhau ở giai đoạn cuối. Acid

béo no và acid béo không no có sự khác nhau ở giai đoạn sau.

* Đối với acid béo no có mạch C chẵn:

Quá trình β.oxi hóa xảy ra qua nhiều phản ứng phức tạp:

176

R.CH2 - CH2 - CH2 - CO ∼ SCoA (Acyl-CoA)

FAD

FADH2

2

R-CH2 - CH = CH - CO ∼ SCoA (Enoyl-CoA)

H2O

3

R-CH2 - CHOH - CH2 - CO ∼ SCoA (β-Hydroxy-acyl-CoA)

NAD

NADH2

4

R-CH2 - CO - CH2 - CO ∼ SCoA (β-Ceto-acyl-CoA)

CH3CO ∼ SCoA

(Acetyl-CoA)

5

CoASH

R - CH3- CO ∼ SCoA

(Acyl-CoA)

R - CH2 - CH2 - CH2 - COOH ∼ A (Acid béo)

CoA-SH

ATP

AMP +(P-P)

1

α

β

γ 177

Các enzyme tham gia xúc tác các phản ứng trên là:

1. Acyl-CoA-Synthetase.

2. Acyl-CoA-Dehydrogenase.

3. Enoyl-CoA-Hydratase.

4. Hydroxy-acyl-Thiolase.

Qua một chu kỳ phân cắt, phân tử acid béo ngắn bớt đi 2 carbon,

kết quả cuối cùng của các chu kỳ phân cắt β.oxi hóa của acid béo là các

phân tử acetyl-CoA . Nếu phân tử acid béo có n nguyên tử C thì sẽ tạo ra

n/2 phân tử acetyl-CoA. Các phân tử acetyl-CoA tiếp tục bị phân giải qua

chu trình Krebs để tạo CO2 và H2O.

Về mặt năng lượng, quá trình β.oxi hóa tạo nên nguồn năng lượng

lớn cung cấp cho các họat động sống của tế bào.

Mỗi lần phân cắt bớt 2C sẽ tạo nên 1 NADH2, 1FADH2, qua chuỗi

hô hấp sẽ tổng hợp được 5 ATP. Đồng thời mỗi phân tử Acetyl-CoA bị

phân giải thông qua chu trình Krebs sẽ tạo ra được 12ATP. Từ đó người ta

tính được tổng số ATP được tạo ra do sự phân giải phân tử acid béo no,

mạch cacbon chẵn có n nguyên tử C là:

ATP12.

2

11

2

5 ⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+ ⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

− ⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

n n

* Đối với acid béo no có mạch C lẻ

Đối với các acid béo no có mạch C lẻ, quá trình phân giải theo

phương thức β.oxi hóa xảy ra giống với acid béo no có mạch carbon chẵn

nói ở trên nhưng sau lần phân cắt cuối cùng không phải tạo ra 2 phân tử

Acetyl-CoA mà cho ta 1 phân tử Acetyl-CoA và 1 phân tử propionyl-CoA.

Từ propionyl-CoA lại tiếp tục biến đổi thêm một chu kỳ β.oxi hóa

nữa để tạo ra 1 phân tử CO2 và 1 phân tử Acetyl-CoA.

178

CH2OH - CH2 -CO∼SCoA

H2O

CH2OH - CH2 - COOH

NAD

NADH2

CHO - CH2 -COOH

CoASH

CO2

CH3 - CH2 - CO ∼SCoA

FAD

FADH2

CH2 = CH - CO∼SCoA

CoA-SH

NAD

NADH2

CH3CO ∼SCoA

Các enzyme xúc tác giống như ở chu trình trước

* Đối với acid béo không no. 179

Với acid béo không no, quá trình phân giải xảy ra tùy vị trí nối đôi.

- Nếu vị trí nối đôi đúng vào vị trí β thì quá trình xảy ra giống như đối với

acid béo no nhưng không xảy ra phản ứng 2.

- Nếu vị trí nối đôi ở vị trí khác thì trước khi phân giải, acid béo không no

bị khử để thành acid béo no tương ứng rồi tiếp tục phân giải theo con

đường β.oxi hóa.

FADH2 FAD

Acid béo không no Acid béo no

10.1.2.2. α.oxi hóa

Phương thức α.oxi hóa là sự phân giải acid béo xảy ra tại vị trí Cα,

mỗi lần phân giải mạch C bị cắt ngắn đi 1 nguyên tử C và tạo ra CO2.

H2O2

CO2

NAD

NADH2

R - CH2 - CH2 - COOH

2 3 1

R - CH2 - CHO

3 2

R - CH2 - COOH

3 2 180

10.1.3. Phân giải glycerin

Sau khi giải phóng khỏi lipid đơn giản, glycerin tiếp tục được biến

đổi bằng nhiều cách để tạo nên các sản phẩm khác nhau

Từ ALPG biến đổi thành pyruvic acid như trong quá trình đường

phân, sau đó pyruvic acid bị phân giải tiếp thông qua chu trình Krebs để

tạo CO2 và H2O.

Như vậy sự phân giải glycerin xảy ra qua quá trình đường phân và

qua chu trình Krebs để tạo sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Năng

lượng giải phóng trong quá trình phân giải này được dùng để tổng hợp

ATP cung cấp cho các họat động sống của tế bào.

10.1.4. Phân giải glycero phospho lipide

Các glycero phospholipide bị phân giải qua nhiều giai đoạn tạo ra

nhiều sản phẩm trung gian tham gia vào nhiều quá trình trao đổi chất. Quá

trình phân giải này do nhiều enzyme thủy phân xúc tác.

- Phospholipase A1 thuỷ phân liên kết giữa glycerin và acid béo

thứ nhất.

- Phospholipase A2 thủy phân liên kết giữa glycerin và acid béo

thứ hai.

- Phospholipasse B thủy phân cả hai loại liên kết trên.

- Phospholipase C thủy phân liên kết giữa glycerin và H3PO4.

- Phospholipase D thủy phân liên kết giữa H3PO4 với choline,

ethanolamine hay serine.

Phối hợp tác dụng của tất cả các loại enzyme nói trên, phân tử

glycero phospholipid sẽ bị phân giải thành glycerin, acid béo, H3PO4 và

choline (hay ethanolamine, serine)

CHO

CHOH

CH2OP

Aldehyde phospho

glycerol (ALPG)

CH2OH

CHOH

CH2O P

Glycerol-P

CH2OH

CHOH

CH2OH

Glycerin

NAD NADH2 ATP ADP 181

O - CH2

O - CH

H2 C O

C

O

P

OH

D

CH2 - CH2 N - (CH3)3

R1CO

R2CO

A1

A2

10.2. Tổng hợp lipid

10.2.1. Tổng hợp acid béo

Acid béo được tổng hợp từ acetyl-CoA. Sự tổng hợp acid béo no

và không no ở giai đoạn đầu giống nhau. Trước hết acid béo no được tổng

hợp sau đó hình thành acid béo không no bằng cách oxi hóa các acid béo

tương ứng.

Quá trình tổng hợp acid béo từ acetyl-CoA xảy ra ngược với quá

trình β.oxi hóa. Từ các acetyl-CoA được nối dần lại với nhau thành chuỗi

trung bình rồi dẫn đến việc tạo thành Stearic acid (có 18C) là loại acid

béo no chủ yếu của các mô. Từ Stearic acid có thể tiếp tục kéo dài thêm

chuỗi carbon tạo nên các acid béo có mạch C dài hơn.

Trước hết từ acetyl-CoA và CO2 kết hợp với nhau để tạo nên

malonyl-CoA. Quá trình này được xúc tác bởi acetyl-CoA-carboxylase.

Để tiến hành phản ứng ngưng tụ giữa acetyl-CoA với malonyl-

CoA cần có sự tham gia của một loại protein có vai trò vận chuyển nhóm

acyl, đó là protein vận chuyển gốc acyl-ACP.

CH3COCoA

Acetyl-CoA

COOH - CH2 - CO SCoA

Malonyl - CoA

H2O

CO2

ATP ADP

COOH - CH2 - CO ~ SACP

Malonyl - ACP

ACPSH CoASH

COOH - CH2 - CO ~ SCoA

Malonyl - CoA 182

Tiếp theo acetyl-SACP và malonyl-SACP ngưng tụ với nhau với

sự xúc tác của enzyme acyl-synthetase. Khi các phân tử acetyl-ACP và

malonyl-ACP tác dụng với enzyme acyl-synthetase sẽ xảy ra sự chuyển

các gốc acetyl và malonyl từ nhóm SH của ACP sang nhóm SH của

enzyme đồng thời CO2 được giải phóng.

CH3CO CH2 - CO ~ SACP + CO2 + ACP - SH

COOH - CH2 - CO ~ SACP + COOH - CO ~ SACP

Từ CH3COCH2CO ~ SACP (aceto acetyl-ACP) bị khử thành

β.hydroxy-butyryl-ACP.

CH3CHOHCH2CO ~ SACP

β.hydroxy butyryl - ACP

NADH2 NAD

CH3CO CH2 CO ~ SACP

Phản ứng tiếp theo là β.hydroxy butyryl-ACP bị khử nước để tạo

nên crotonyl-ACP.

CH3CH = CHCO ~ SACP

(Crotonyl-ACP)

CH3CHOHCH2CO ~ SACP

Crotonyl-ACP bị khử tạo nên butyryl-ACP

NADH2 NAD

CH3CH = CHCO ~ SACP CH3CH2CH2CO ~ SACP

Butyryl-ACP

Từ butyryl-ACP tiếp tục một chu kỳ mới ngưng tụ với malonyl-

ACP để cho ta phântử có 6 nguyên tử C. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy

cho đến khi tạo ra đủ số C cần thiết của acid béo, sau đó Acyl-ACP này sẽ

biến đổi trở lại thành Acyl-CoA và cuối cùng tạo ra acid béo no bằng cách

cắt bỏ CoA-SH. 183

Như vậy acid béo có mạch cacbon chẵn với n nguyên tử C thì quá

trình sẽ diễn ra ⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−1

2

n

chu kỳ.

Nếu acid béo có mạch C lẻ thì trong các lần nối dài mạch C nói

trên, lần đầu tiên không phải phản ứng xảy ra từ 2 Acetyl CoA mà xảy ra

từ Acetyl-CoA và propionyl-CoA để tạo ra acyl-CoA có 5 nguyên tử C.

Từ đó cứ mỗi chu kỳ lại nối thêm 1 phân tử Acetyl-CoA làm cho phân tử

acid béo dài thêm 2 nguyên tử cacbon để cuối cùng tạo nên phân tử acid

béo có số nguyên tử cacbon lẻ.

Các acid béo không no được tạo ra từ các acid béo no tương ứng

bằng cách bị oxy hóa bới FAD.

Acid béo không no

FAD FADH2

Acid béo no

10.2.2. Tổng hợp glycerin

Glycerin được tổng hợp bằng nhiều con đường. Con đường phổ

biến là từ các sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi glucose là AlPG

và PDA biến đổi thành

Glycero-P

NADH2 NAD

AlPG

Glycerin + H3PO4

Glycero-P

NADH2 NAD

PDA

Glycerin +

H3PO4

10.2.3. Tổng hợp glyceride

Từ các acid béo và glycerin đã được tổng hợp sẽ tạo thành

glyceride theo các phản ứng sau đây:

184

Glycerin

Glycero-P

ATP ADP

Phosphatidic acid + 2CoA-SH

R2-CO-SCoA

R1-CO-SCoA

Diglyceride

Photphatidic

acid

Triglyceride

R3-CO-SCoA

H3PO4

10.2.4. Tổng hợp glycero phospholipid

Từ photphatidic acid sẽ tạo nên các loại phospho lipid khác nhau

185

Photphatic acid

Serine

CDP-diacyl-glyceride

Phosphatidyl

serine

Phosphatidyl -

ethanolamine

Phosphatidyl - choline

Glycero - P

Phosphatidyl

inosid

Phosphatidyl

Glycero-P

Phosphatidyl

Glycerin

CTP

CO2

3CH3

H3PO4

10.2.5. Tổng hợp sterid

Sterid được tạo nên bởi sterol và acid béo. Nguyên liệu để tổng

hợp sterol là acetyl-CoA. Quá trình sinh tổng hợp sterol có thể chia làm 3

giai đoạn với nhiều phản ứng rất phức tạp.

- Giai đoạn chuyển acetyl-CoA thành mevalonic acid.

- Giai đoạn tổng hợp squalen.

- Giai đoạn chuyển squalen thành cholesterol. 186