Lý thuyết về đường phân
1.1. Đường phân là gì?
Đường phân (còn được gọi là Glycolysis trong tiếng Anh) có nghĩa là “tách đường”. Nó được coi là quá trình giải phóng năng lượng trong đường.
1.2. Quá trình đường phân là gì?
Vậy quá trình đường phân là gì? Ta có thể hiểu đường phân là một quá trình giúp chuyển hóa vật chất mà không phụ thuộc vào sự tham gia của nguồn oxy, có khả năng xảy ra ở bất kỳ nơi nào trong môi trường có hay không có oxy. Đây là một con đường phổ biến và chung cho cả quá trình hô hấp ở không khí, hô hấp anaerobic và quá trình lên men.
Quá trình đường phân thông thường được chia thành 2 giai đoạn chính:
- Giai đoạn “đầu tư” năng lượng đầu vào: 2 phân tử ATP bị phân hủy để tạo thành ADP và Pi (nhóm phosphate PO43- không cơ).
- Giai đoạn “thu hồi” năng lượng ra: tạo ra 4 phân tử ATP từ ADP và Pi trong môi trường.
Kết quả cuối cùng của quá trình đường phân là 2 phân tử axit pyruvic, 2 phân tử NADH (nicotinamide adenine dinucleotide), 2 phân tử ATP (adenosine triphosphate) và 2 phân tử nước (H₂O).
1.3. Quá trình đường phân xảy ra ở đâu?
Phần lớn quá trình đường phân xảy ra trong chất tế bào (đặc biệt là trong tế bào chất).
1.4. Ý nghĩa của quá trình đường phân đối với hoạt động hô hấp tế bào
- Quá trình đường phân là rất quan trọng trong tế bào vì glucose là nguồn cung cấp chính cho các mô trong cơ thể.
- Đường phân được biết đến là con đường trao đổi chất đầu tiên trong quá trình hô hấp tế bào giúp sản xuất năng lượng dưới dạng phân tử ATP. Qua hai giai đoạn chính khác nhau, vòng 6 carbon của glucose được cắt ra và chia thành 2 phân tử đường 3 carbon của pyruvate thông qua hàng loạt phản ứng của các enzyme khác nhau.
2. 10 bước diễn ra quá trình đường phân trong hô hấp tế bào
Bước 1: Glucose trong tế bào chất được gắn thêm một nhóm phosphat (phosphoryl hóa cơ chất) do enzyme Hexokinase xúc tác.
Ở bước này, 1 phân tử ATP sẽ bị tiêu tốn, nhóm phosphate của ATP được gắn vào vị trí Carbon 6 của glucose tạo thành glucose 6-phosphate và giải phóng 1 phân tử ADP.
Bước 2: Enzyme phosphoglucomutase xúc tác thay đổi phân bố electron và các nguyên tố làm đồng phân hóa glucose 6-phosphate thành fructose 6-phosphate (đồng phân của nó).
Bước 3: Ở bước này, enzyme phosphorylase phosphofructokinase xúc tác phản ứng phosphoryl hóa fructose 6-phosphate để hình thành fructose 1,6-bisphosphate. Đến bước này, đã tiêu tốn 2 phân tử ATP.
Bước 4: Enzyme aldolase là enzym then chốt của quá trình đường phân, xúc tác phản ứng cắt fructose 1,6-bisphosphate thành 2 phân tử gồm dihydroxyacetone phosphate (DHAP) và glyceraldehyde 3-phosphate (GADP).
Bước 5: DHAP và GADP là những đồng phân có thể chuyển đổi cho nhau nhờ enzyme triose-phosphate isomerase. GADP đóng vai trò quan trọng ở bước sau trong con đường đường phân. Như vậy, 1 phân tử glucose tạo ra được 2 phân tử GADP để tiếp tục giai đoạn tiếp theo.
Bước 6: Hai phân tử GADP sẽ trải qua 2 quá trình là khử hydro và phosphoryl hóa do enzyme glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) xúc tác.
Đầu tiên, GADP bị khử bằng cách chuyển electron và proton (H⁺) của nó sang chất oxy hóa nicotinamide adenine dinucleotide (NAD⁺) để tạo thành NADH + H⁺.
Kế tiếp, GAPDH xúc tác thêm một nhóm phosphate tự do trong dịch tế bào vào GAP để tạo thành 1,3-bisphosphoglycerate (BPG).
Bước 7: Mỗi phân tử BPG đều được enzyme phosphoglycerokinase xúc tác chuyển một nhóm phosphate đến một phân tử ADP để tạo thành ATP. Như vậy đã tạo ra 2 phân tử ATP cho đến bước này và tạo ra 2 phân tử 3-phosphoglycerate (3 PGA).
Bước 8: Ở bước này, enzyme phosphoglyceromutase xúc tác chuyển nhóm phosphate của hai phân tử 3 PGA từ vị trí C3 sang vị trí C2, hình thành 2 PGA.
Bước 9: Một phân tử H20 từ 2-phosphoglycerate bị loại bỏ để tạo thành phosphoenolpyruvate (PEP). Enzyme enolase xúc tác quá trình này.
Bước 10: Cuối cùng, PEP là một hợp chất cao năng vì thế năng lượng khi thủy phân nhóm phosphate của chất này sẽ được sử dụng để tạo ra ATP. Quá trình này được xúc tác bởi enzyme pyruvate kinase và tạo ra axit pyruvic và ATP.
3. Phương trình hóa học khái quát quá trình đường phân
Phương trình tổng quát của quá trình đường phân:
Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2H2O
Kết luận
- Đường phân là một quá trình oxi hóa, trong đó glucose và NAD+ đóng vai trò chất khử, nhận electron và proton (H+) từ quá trình này.
- Từ sơ đồ phản ứng chung, ta thấy trong giai đoạn thu hồi năng lượng, đường phân đã tạo ra 4 phân tử ATP, nhưng vì ban đầu đã sử dụng 2 phân tử ATP từ môi trường, nên thực tế chỉ tạo ra 2 ATP.
- Sản phẩm của quá trình đường phân từ 1 phân tử glucose bị chia cắt và oxi hóa thành 2 phân tử axit pyruvic, 2 phân tử ATP cùng với 2 phân tử NADH. Ngoài ra, còn sản xuất ra cả nước và proton H+.