Chuyển hóa glucose là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Chuyển hóa glucose là chuỗi quá trình sinh hóa nơi glucose được xử lý để tạo năng lượng ATP hoặc tổng hợp phân tử trung gian phục vụ tế bào Nó bao gồm đường phân, chu trình Krebs, chuỗi truyền điện tử và được điều hòa bởi hormone như insulin nhằm duy trì cân bằng nội môi và chức năng sống

Định nghĩa chuyển hóa glucose

Chuyển hóa glucose là chuỗi các phản ứng sinh hóa mà qua đó glucose được hấp thụ, chuyển đổi và sử dụng để tạo năng lượng hoặc các phân tử trung gian cho hoạt động tế bào. Quá trình này bao gồm các con đường chính như đường phân (glycolysis), chu trình acid citric (chu trình Krebs) và chuỗi truyền điện tử, đóng vai trò trung tâm trong cân bằng năng lượng của sinh vật.

Glucose, một monosaccharide đơn giản, sau khi được hấp thụ từ thức ăn, sẽ trải qua các quá trình chuyển hóa để cung cấp ATP – nguồn năng lượng chính cho tế bào. Ngoài ra, các sản phẩm trung gian từ chuyển hóa glucose cũng tham gia vào các con đường sinh tổng hợp khác, như tổng hợp acid béo và amino acid.

Đường phân (Glycolysis)

Đường phân là quá trình phân giải glucose thành pyruvate, xảy ra trong bào tương và không cần oxy. Đây là con đường chính đầu tiên của chuyển hóa glucose, gồm 10 phản ứng enzyme, tạo ra năng lượng dưới dạng ATP và NADH:

Glucose+2 ADP+2 Pi+2 NAD+2 Pyruvate+2 ATP+2 NADH+2 H2OGlucose + 2\ ADP + 2\ P_i + 2\ NAD^+ \rightarrow 2\ Pyruvate + 2\ ATP + 2\ NADH + 2\ H_2O

Quá trình này có thể được chia thành hai giai đoạn:

  • Giai đoạn tiêu hao năng lượng: tiêu tốn 2 ATP để phosphoryl hóa glucose và các chất trung gian.
  • Giai đoạn thu năng lượng: tạo ra 4 ATP và 2 NADH thông qua các phản ứng chuyển hóa pyruvate.

Net ATP thu được từ đường phân là 2 ATP cho mỗi phân tử glucose.

Chu trình acid citric (Chu trình Krebs)

Pyruvate từ glycolysis được chuyển thành acetyl-CoA và đi vào ty thể để tham gia chu trình Krebs. Tại đây, acetyl-CoA bị oxy hóa hoàn toàn thành CO₂, đồng thời tạo ra NADH, FADH₂ và GTP (hoặc ATP):

AcetylCoA+3 NAD++FAD+GDP+Pi+2 H2O2 CO2+3 NADH+FADH2+GTP+CoAAcetyl-CoA + 3\ NAD^+ + FAD + GDP + P_i + 2\ H_2O \rightarrow 2\ CO_2 + 3\ NADH + FADH_2 + GTP + CoA

Các bước chính trong chu trình bao gồm:

  1. Condensation: Acetyl-CoA kết hợp với oxaloacetate tạo thành citrate.
  2. Isomerization: Citrate chuyển thành isocitrate.
  3. Decarboxylation: Isocitrate và α-ketoglutarate bị khử carboxyl, giải phóng CO₂.
  4. Dehydrogenation: Tạo NADH và FADH₂ từ các phản ứng oxy hóa.
  5. Substrate-level phosphorylation: Tạo GTP từ succinyl-CoA.

Chu trình này không chỉ xử lý acetyl-CoA từ glucose mà còn từ acid béo và amino acid, đóng vai trò trung tâm trong chuyển hóa năng lượng.

Chuỗi truyền điện tử và phosphoryl hóa oxy hóa

NADH và FADH₂ từ các giai đoạn trước sẽ truyền điện tử qua chuỗi truyền điện tử tại màng trong ty thể, dẫn đến tổng hợp ATP thông qua cơ chế phosphoryl hóa oxy hóa. Đây là giai đoạn tạo ATP chủ yếu:

NADH+H++12O2NAD++H2O(keˋm tổng hợp ATP)NADH + H^+ + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow NAD^+ + H_2O \quad \text{(kèm tổng hợp ATP)}

Quá trình này bao gồm các bước:

  • Electron từ NADH và FADH₂ được chuyển qua các phức hợp I-IV trong chuỗi truyền điện tử.
  • Proton được bơm từ ma trận ty thể vào không gian gian màng, tạo gradient proton.
  • ATP synthase sử dụng năng lượng từ gradient proton để tổng hợp ATP từ ADP và P_i.

Phosphoryl hóa oxy hóa là bước cuối cùng trong hô hấp tế bào, tạo ra phần lớn ATP cho tế bào.

Gluconeogenesis

Gluconeogenesis là quá trình tổng hợp glucose mới từ các tiền chất không phải carbohydrate, như lactate, glycerol và amino acid glucogenic. Quá trình này chủ yếu xảy ra ở gan và thận, đặc biệt quan trọng trong điều kiện nhịn ăn kéo dài hoặc luyện tập cường độ cao. Gluconeogenesis đảm bảo cung cấp glucose cho các cơ quan phụ thuộc như não và hồng cầu.

Quá trình này không phải là sự đảo ngược đơn giản của glycolysis mà bao gồm các phản ứng đặc hiệu để vượt qua các bước không thuận của glycolysis. Các enzyme chính tham gia bao gồm pyruvate carboxylase, phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), fructose-1,6-bisphosphatase và glucose-6-phosphatase.

Phương trình tổng quát của gluconeogenesis:

2 Pyruvate+4 ATP+2 GTP+2 NADH+6 H2OGlucose+4 ADP+2 GDP+6 Pi+2 NAD+2\ Pyruvate + 4\ ATP + 2\ GTP + 2\ NADH + 6\ H_2O \rightarrow Glucose + 4\ ADP + 2\ GDP + 6\ P_i + 2\ NAD^+

Nguồn: NCBI - Gluconeogenesis

Glycogenesis và Glycogenolysis

Glycogenesis là quá trình tổng hợp glycogen từ glucose để lưu trữ năng lượng, chủ yếu xảy ra ở gan và cơ xương. Quá trình này bắt đầu với việc phosphoryl hóa glucose thành glucose-6-phosphate, sau đó chuyển thành glucose-1-phosphate và kết hợp với UTP để tạo thành UDP-glucose. Enzyme glycogen synthase sau đó xúc tác việc thêm các đơn vị glucose vào chuỗi glycogen.

Glycogenolysis là quá trình phân giải glycogen thành glucose khi cơ thể cần năng lượng. Enzyme glycogen phosphorylase cắt các liên kết α(1→4) trong glycogen, giải phóng glucose-1-phosphate, sau đó chuyển thành glucose-6-phosphate. Ở gan, glucose-6-phosphatase chuyển đổi glucose-6-phosphate thành glucose tự do để giải phóng vào máu.

Bảng so sánh:

Tiêu chíGlycogenesisGlycogenolysis
Chức năngTổng hợp glycogenPhân giải glycogen
Enzyme chínhGlycogen synthaseGlycogen phosphorylase
Hormone điều hòaInsulinGlucagon, Epinephrine

Nguồn: GeneTex - Glycogenesis & Glycogenolysis

Đường pentose phosphate

Đường pentose phosphate (PPP) là con đường chuyển hóa song song với glycolysis, xảy ra trong bào tương. PPP không tạo ra ATP nhưng cung cấp NADPH và ribose-5-phosphate, cần thiết cho các phản ứng khử và tổng hợp nucleotide.

PPP gồm hai giai đoạn:

  • Giai đoạn oxy hóa: glucose-6-phosphate bị oxy hóa để tạo NADPH và ribulose-5-phosphate.
  • Giai đoạn không oxy hóa: chuyển đổi ribulose-5-phosphate thành ribose-5-phosphate và các đường 3-7 carbon khác.

Phương trình tổng quát của giai đoạn oxy hóa:

Glucose6phosphate+2 NADP++H2ORibulose5phosphate+2 NADPH+CO2+2 H+Glucose-6-phosphate + 2\ NADP^+ + H_2O \rightarrow Ribulose-5-phosphate + 2\ NADPH + CO_2 + 2\ H^+

Nguồn: Khan Academy - Pentose Phosphate Pathway

Điều hòa chuyển hóa glucose

Chuyển hóa glucose được điều hòa chặt chẽ bởi các hormone như insulin, glucagon và cortisol. Insulin, được tiết ra khi nồng độ glucose máu tăng, thúc đẩy quá trình glycolysis, glycogenesis và ức chế gluconeogenesis. Ngược lại, glucagon được tiết ra khi nồng độ glucose máu giảm, kích thích gluconeogenesis và glycogenolysis.

Cortisol, một hormone steroid, cũng ảnh hưởng đến chuyển hóa glucose bằng cách tăng gluconeogenesis và giảm sử dụng glucose ở các mô ngoại vi, giúp duy trì nồng độ glucose máu trong điều kiện stress.

Nguồn: Diabetes Spectrum - Glucose Metabolism and Regulation

Rối loạn liên quan đến chuyển hóa glucose

Các rối loạn chuyển hóa glucose bao gồm:

  • Đái tháo đường type 1: do thiếu hụt insulin tuyệt đối do phá hủy tế bào beta tuyến tụy.
  • Đái tháo đường type 2: do kháng insulin và suy giảm tiết insulin tương đối.
  • Hạ đường huyết: nồng độ glucose máu thấp, có thể do insulin quá mức hoặc rối loạn chuyển hóa.
  • Bệnh dự trữ glycogen: do thiếu hụt enzyme trong glycogenesis hoặc glycogenolysis, dẫn đến tích tụ hoặc thiếu hụt glycogen.

Những rối loạn này có thể dẫn đến các biến chứng nghiêm trọng nếu không được chẩn đoán và điều trị kịp thời.

Nguồn: MedlinePlus - Carbohydrate Metabolism Disorders

Tóm tắt

Chuyển hóa glucose là một mạng lưới phức tạp gồm nhiều con đường sinh hóa, đảm bảo cung cấp năng lượng và duy trì cân bằng nội môi. Sự điều hòa chặt chẽ của các quá trình này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng của cơ thể và thích nghi với các điều kiện sinh lý khác nhau.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề chuyển hóa glucose:

Dự đoán suy giảm nhận thức trong người cao tuổi bình thường với phương pháp chụp cắt lớp phát xạ positron 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG/PET) Dịch bởi AI
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 98 Số 19 - Trang 10966-10971 - 2001
Các nghiên cứu về bệnh lý thần kinh cho thấy bệnh nhân suy giảm nhận thức nhẹ (MCI) và bệnh Alzheimer thường có các tổn thương ở vùng vỏ nào entorhinal (EC), hồi hải mã (Hip) và vỏ não thái dương. Các quan sát liên quan với hình ảnh in vivo đã cho phép dự đoán các dấu hiệu mất trí nhớ từ MCI. Mặc dù những cá nhân có khả năng nhận thức bình thường có thể có tổn thương EC foc...... hiện toàn bộ
#suy giảm nhận thức #Alzheimer #MCI #vùng vỏ nào entorhinal #hồi hải mã #vỏ não thái dương #FDG/PET #người cao tuổi #chuyển hóa não #gene apolipoprotein E
Sự không đồng nhất trong chuyển hóa glucose ở các dòng tế bào glioma ác tính ở người và chuột Dịch bởi AI
Journal of Neuro-Oncology - Tập 74 - Trang 123-133 - 2005
Nghiên cứu hiện tại đã xem xét các dấu hiệu sinh năng lượng cụ thể liên quan đến kiểu hình chuyển hóa của một số dòng tế bào glioma ở người và chuột. Dựa trên các nghiên cứu sơ bộ, chúng tôi giả thuyết rằng các tế bào glioma sẽ biểu hiện một trong ít nhất hai kiểu hình chuyển hóa khác nhau, có thể đã được tích lũy qua quá trình tiến hóa. Các dòng tế bào glioma D-54MG và GL261 thể hiện kiểu hình ph...... hiện toàn bộ
#glioma #metabolic phenotype #oxidative phosphorylation #glycolysis #lactate dehydrogenase
Các gen mã hóa protein điều hòa bằng glucose (GRP94 và GRP78) chia sẻ các miền điều hòa chung và được điều chỉnh phối hợp bởi các yếu tố chuyển vị chung. Dịch bởi AI
Molecular and Cellular Biology - Tập 9 Số 5 - Trang 2153-2162 - 1989
Chúng tôi đã tách được trình điều khiển của gen người mã hóa protein điều hòa bằng glucose 94,000 dalton (GRP94). Khu vực 5'-flanking quan trọng cho sự biểu hiện của gen này đã được xác định thông qua phân tích xóa bỏ. Sự so sánh giữa các trình điều khiển của các gen GRP78 và GRP94 lấy từ tế bào người, chuột và gà cho thấy một miền chung dài 28 cặp cơ sở trong các vùng điều hòa dự kiến của...... hiện toàn bộ
#GRP94 #GRP78 #protein điều hòa bằng glucose #miền điều hòa chung #yếu tố chuyển vị
Quercetin Cải Thiện Chuyển Hoá Glucose và Lipid ở Chuột Đái Tháo Đường: Vai Trò của Đường Dẫn Akt và SIRT1 Dịch bởi AI
Journal of Diabetes Research - Tập 2017 - Trang 1-10 - 2017
Rối loạn chuyển hoá glucose và lipid trong bệnh đái tháo đường thường gây tổn thương cho nhiều mô và cơ quan. Bệnh đái tháo đường có sự ảnh hưởng tích cực từ quercetin. Tuy nhiên, các cơ chế cụ thể của nó vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. Trong nghiên cứu của chúng tôi, bệnh đái tháo đường được gây ra trên chuột Sprague-Dawley thông qua tiêm STZ. Các chuột được phân chia ngẫu nhiên thàn...... hiện toàn bộ
Acid Ursolic cải thiện quá trình chuyển hóa lipid và glucose ở chuột C57BL/6J ăn nhiều chất béo bằng cách kích hoạt thụ thể alpha kích hoạt proliferator peroxisome và autophagy gan Dịch bởi AI
Molecular Nutrition and Food Research - Tập 59 Số 2 - Trang 344-354 - 2015
Phạm vi nghiên cứuNghiên cứu này đã điều tra tác động chuyển hóa của acid ursolic (UA), một chất hoạt hóa thụ thể tăng cường phân tử peroxisome (PPAR)-α, trên sinh vật sống.Phương pháp và kết quảChuột C57BL/6J được cho ăn chế độ ăn nhiều chất béo (HFD) được quản lý sử dụng UA bằng cách uống (5...... hiện toàn bộ
#Acid ursolic #chuyển hóa lipid #chuyển hóa glucose #thụ thể alpha kích hoạt proliferator peroxisome #autophagy gan #biểu hiện gen #dung nạp glucose #độ nhạy cảm insulin #chế độ ăn nhiều chất béo
Protein tau toàn phần và phosphorylated trong dịch não tủy, chuyển hóa glucose vùng và mức độ sa sút trí tuệ ở bệnh Alzheimer Dịch bởi AI
European Journal of Neurology - Tập 15 Số 11 - Trang 1155-1162 - 2008
Nền tảng và mục đích:  Chúng tôi đã điều tra mối liên hệ giữa mức độ suy giảm nhận thức, nồng độ protein tau toàn phần (t‐tau) và tau phosphorylated tại threonin 181 (p‐tau181) trong dịch não tủy (CSF) và chuyển hóa glucose vùng được đo bằng phương pháp chụp positron phát xạ (PET) với 18F‐fluorodeoxyglucose (18F‐FDG) ở bệnh nhân có khả năng mắc b...... hiện toàn bộ
Tình trạng sử dụng glucose tại chỗ trong giai đoạn động kinh ở loài linh trưởng sơ sinh Dịch bởi AI
American Journal of Physiology - Cell Physiology - Tập 256 Số 6 - Trang C1160-C1167 - 1989
Ảnh hưởng của tình trạng động kinh do bicuculline gây ra (SE) lên tỷ lệ chuyển hóa glucose tại chỗ trong não (LCMRglc) đã được nghiên cứu trên những con khỉ marmoset được gây mê bằng ketamine ở tuổi 2 tuần, sử dụng kỹ thuật autoradiography 2-[14C]-deoxy-D-glucose. Để ước lượng LCMRglc trong vỏ não và đồi thị trong giai đoạn SE, hằng số gom nhóm (LC) đối với 2-deoxy-D-glucose (2-DG) và các...... hiện toàn bộ
#động kinh #chuyển hóa glucose #khỉ marmoset #vỏ não #đồi thị
Tác Động Chống Béo Phì của Hợp Chất Lưu Huỳnh Thiacremonone Qua Việc Giảm Điều Hoà Mức Triglyceride và Glucose Trong Máu Cũng Như Tích Tụ Lipid Ở Gan Của Chuột db/db Dịch bởi AI
Phytotherapy Research - Tập 26 Số 9 - Trang 1265-1271 - 2012
Tỏi được sử dụng rộng rãi như một loại gia vị. Chiết xuất từ tỏi có tác dụng chống ung thư và chống viêm, tuy nhiên các nghiên cứu về hiệu quả chống béo phì lại cho kết quả mâu thuẫn. Tác dụng chống béo phì của thiacremonone, một hợp chất lưu huỳnh được chiết xuất từ tỏi, đã được đánh giá trên chuột béo phì db/db. Thiacremonone đã được ...... hiện toàn bộ
#tỏi #thiacremonone #béo phì #lipid #glucose #chuột db/db #hàm lượng triglyceride #dây chuyền chuyển hóa lipid
Gremlin-1 trong thai kỳ và sau sinh: mối quan hệ với chỉ số gan nhiễm mỡ, các dấu hiệu sức khỏe xương, chuyển hóa glucose và tình trạng tiểu đường thai kỳ Dịch bởi AI
Acta Diabetologica - Tập 60 Số 12 - Trang 1699-1707
Tóm tắt Giới thiệu Gremlin-1 là một peptide đóng vai trò là chất đối kháng của các protein hình thành xương và được biểu hiện quá mức trong tình trạng béo phì và bệnh tiểu đường type 2. Cho đến nay, Gremlin-1 chưa được nghiên cứu trong thai kỳ, kháng insulin liên quan đến thai kỳ hoặc tiểu đường tha...... hiện toàn bộ
Tăng Insulin Do Chế Độ Ăn Khác Nhau Ảnh Hưởng Đến Chuyển Hóa Glucose và Protein: Phương Pháp Metabolomics Cao Thông Suốt Trên Chuột Dịch bởi AI
Journal of Physiology and Biochemistry - Tập 69 - Trang 613-623 - 2013
Metabolomics là một công cụ cao thông suất định lượng và xác định toàn bộ bộ metabolite trong dịch sinh học. Khoa học "omics" này đang đóng một vai trò ngày càng tăng trong việc hiểu các cơ chế liên quan đến tiến triển của bệnh. Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định xem liệu phương pháp metabolomics không định hướng có thể được áp dụng để điều tra sự khác biệt chuyển hóa giữa chuột béo phì được ...... hiện toàn bộ
#metabolomics #béo phì #insulin #chuyển hóa #chuột
Tổng số: 55   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6