Sự khuếch tán: Chất được v/c qua màng theo quy luật vật lý, hóa học;không tiêu tốn năng lượng;tốc độ phụ thuộc tổng Gradient giữa hai phía của màng.. Vận chuyển chủ động Tích cực: Sự v/
Trang 1Chương 2 Trao đổi chất và năng lượng sinh học
I Sự trao đổi chất và thông tin
1 Năng lượng tự do và năng
lượng hoạt hóa
2 Oxy hóa khử sinh học và Thế
Trang 2I Sự trao đổi chất và thông tin qua màng tế bào
1 Sự vận chuyển các chất qua màng →
Có 2 hình thức: Sự khuyếch tán (v/c bị động) và vận
chuyển chủ động
a Sự khuếch tán: Chất được v/c qua màng theo quy luật vật
lý, hóa học;không tiêu tốn năng lượng;tốc độ phụ thuộc tổng Gradient giữa hai phía của màng →
• Khuyếch tán qua màng lipit: V/C các chất có kích thước
nhỏ, không tích điện, tan trong lipit (O2, CO2 benzen,
alcol, ethylen )
• Khuyếch tán qua kênh protein: Đk 0,8-1nm, 2 loại kênh
là loại luôn mở và loại mở trong điều kiện nhất định
(thay đổi điện thế, kích thích) →
• Khuếch tán nhờ protein mang: diễn ra nhanh, đặc hiệu
và bị giới hạn về tốc độ →
A + X → AX → X → A
Trang 3
Vận chuyển bị động ←
Trang 4Khuyếch tán nhanh ←
Trang 5Kênh protein đóng, mở ←
Trang 6←
Trang 7b Vận chuyển chủ động (Tích cực): Sự v/c các chất qua màng không phụ thuộc nồng độ, ngược Gradient, cần
cung cấp năng lượng, để duy trì trạng thái chênh lệch
nồng độ các chất giữa 2 phía của màng.
+ Bơm ion Na-K Hai phía của màng TB luôn duy trì sự
chênh nồng độ các ion (Na ngoài >trong; K ngược lại) do bơm chủ động Na ra & K vào.1 ATP v/c được 3 f.tử Na
& 2 f.tử K →
+ Bơm proton (màng trong ty thể và màng thylacoit) Gồm
2 kênh protein chuyên hoá xuyên màng →
- Kênh 1: Proton được bơm chủ động qua màng nhờ E cao năng;tạo nên gradient
- Kênh 2: Proton khuếch tán trở lại qua kênh đ/b; tổng hợp ATP
+ Kênh liên kết Chất v/c (a.amin, đường) nhờ l/k với ion
có lợi thế dốc nồng độ, qua kênh protein.→
Trang 8Bơm ion Na+, K+ ←
Trang 9→
Trang 10Kênh liên kết ←
Trang 112 Sự tiếp nhận thông tin qua màng TB →
• Trên màng tb có protein thụ quan tiếp nhận thông tin → điều chỉnh h/đ sống
• Thông tin dưới dạng những tín hiệu hóa học (nội
tiết-hormone; cận tiết – t/b phát TT và t/b nhận TT cạnh
nhau; tự tiết)
• Thụ quan là những pro xuyên màng, có đầu ngoài khớp với các f/tử tín hiệu, đầu trong hướng vào môi trường nội bào →
• Cơ chế: F/tử tín hiệu + đầu ngoài thụ quan, dẫn đến biến đổi đầu trong làm hoạt động của tế bào thay đổi →
• Ý nghĩa: Thực vật tạo ra tính hướng Động vật tiếp nhận tín hiệu điều khiển, điều hòa của TK, hormone, nhận biết được chất lạ để sản sinh ra kháng thể đặc hiệu… Các tb đứng gần nhau có thể trao đổi thông tin, nhận ra nhau trên cơ sở đó tạo thành mô và cơ quan
Trang 12Tiếp nhận thông tin ←
Trang 13→
Trang 14II Sự trao đổi năng lượng của tế bào
1 Năng lượng tự do và năng lượng hoạt hóa
• Năng lượng tự do: Năng lượng của hệ thống cókhả năng sinh công trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp.
• Khi F/ư hóa học xảy ra gây biến đổi năng lượng
Trong TB: G= H -T.S (G:Nl tự do; H:NL tổng số; S: entropy) G < 0 : F.ứng tỏa nhiệt; G > 0 : F.ứng thu nhiệt.
Trang 15Năng lượng hoạt hóa
• Năng lượng họat hóa:
Năng lượng cần thiết để
phản ứng hóa học xảy ra
• Hàng rào năng lượng: Mức
năng lượng cần thiết để
phản ứng xảy ra
• Phản ứng tỏa nhiệt đòi hỏi
năng lượng hoạt hóa ít hơn
phản ứng thu nhiệt
• Trong TB enzim là chất xúc
tác có vai trò làm giảm năng
lượng hoạt hóa
Trang 162 Enzim
• H/C xúc tác sinh học, phần lớn
có b/c protein
• Làm giảm NL hoạt hóa của f ư
• Tên: Cơ chất hoặc kiểu f.ưng +
Trang 17khóa của Fishser,1894 và khớp cảm ứng của Kosland,1958.
- E làm lỏng lẻo các LK của cơ chất
- F/ư xảy ra, tạo SF và giải phóng E
E + S → ES → ES* → E + P
Trang 18Cơ chế tác động của enzim ←
Trang 19• Tính đặc hiệu của enzim: Có 2 kiểu
• Đặc hiệu cơ chất: Mỗi enzim chỉ xúc tác chuyển hóa cho 1 hoặc một số cơ chất nhất định Có thể đặc hiệu tuyệt đối hoặc tương đối
• Đặc hiệu kiểu f/ư: Mỗi enzim chỉ xúc tác chuyển hóa cho một kiểu phản ứng nhất định
• Tính đặc hiệu của E chịu sự chi phối của cấu
hình và nhóm a.a phân bố ở trung tâm hoạt
động
• Các E thường hoạt động phối hợp với nhau tạo thành chuỗi f/ư
Trang 20• Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của E
- Nồng độ enzim: Trong ĐK dư thừa cơ chất
V=k.[E]
V: tốc độ f/ư K: hằng số xúc tác của E [E]: nồng độ E
- Nồng độ cơ chất: Với nồng độ E nhất định →
V= Vm.[S]/(Km+[S]) Trong đó: Vm là tốc độ tối đa của f/ư
Km là hằng số Michealis [S] là nồng độ cơ chất
V là tốc độ f/ư
- Chất kìm hãm: làm giảm hoạt tính của enzim và tác động theo 2
- Nhiệt độ: Trong giới hạn nhiệt độ mà enzim không bị biến tính, nhiệt
độ tăng tốc độ f/ư tăng; tăng 10 0 C tốc độ f/ư tăng 1,5-3 lần; t 0 thích hợp 35-40 0 C; >70 0 C E mất hoạt tính
- Độ pH: Thích hợp ở pH xung quanh vùng trung tính
Trang 21←
Trang 22Chất kìm hãm ←
Trang 233 Sự oxy hóa khử và thế oxy hóa khử sinh học
H2 + 1/2O2 → 2H + + O 2- → H2O (F/ư oxhk)
- Hô hấp tb, quang hợp = nhiều f ư oxhk = sự oxhk sinh học
* Thế oxhk
- Truyền e từ E<0 đến E>0, tự phát + thải NL.Ngược lại
- Thế oxhk sinh học (E’o) : t 0 =25 0 C; P=1at;pH=7; M=1mol/lit
- H2/2H+ (-0,42v) ; O 2- /1/2O2 (+0,81v);
Fe 2+ /Fe 3+ (+0,77v)
* Ý nghĩa: Thông qua f/ư oxhk năng lượng được dẫn truyền giữa các
phân tử tạo dòng năng lượng qua các hệ sinh học
ΔG0’=- ΔE0’.n.F
Trang 244 Sự vận chuyển điện tử trong hô hấp TB
→
• Năng lượng dùng cho hoạt động sống của TB được lấy
từ các f/ư oxhk, e được dẫn truyền trong hệ truyền điện
tử phân bố ở màng trong ty thể = nhiều f/ư oxhk kế tiếp nhau, chất nhận điện tử cuối cùng là O2.
• Thành viên của hệ truyền e: Coenzim Q (Ubikinon) và các xytocrom có chứa nhóm hem, trung tâm hem là ion
Fe
• Được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của thế oxhk (từ 0,32V đến + 0,81V) V/c e kèm theo giải phóng năng lượng từ từ (2e đc v/c gp 52kcal) được nạp vào ATP (tạo 3 lk cao năng =22kcal); hiệu suất 40%
-• Con đường đi của e: Từ cơ chất (thức ăn) → NADH →
Hệ truyền điện tử → O2.
Trang 25Sơ đồ hệ vận chuyển điện tử →
-0,32V
+ 0,81V
Trang 265 Chu trình ATP
a- ATP - Adenosin triphosphat →
• ATP có 2 l/k cao năng ở nhóm ngoài (G= -7,3 Kcal) dễ
bị thuỷ phân, giải phóng Q
• ATP được tổng hợp bởi các f.ứng Phosphoryl hoá theo
2 cơ chế: Phosphoryl hóa mức cơ chất và cơ chế hóa thấm
* Phosphoryl hóa mức cơ chất: năng lượng tổng hợp ATP lấy trực tiếp từ phản ứng biến đổi cơ chất
VD: PEP (Phospho enol pyruvat) + ADP → Pyruvat +
ATP
* Cơ chế hoá thấm ở màng trong Ty thể & màng túi
Thylacoit (Peter Mitchell, 1961) Cơ chế này gồm 2 gđ: Sản sinh, tích lũy năng lượng dưới dạng gradient điện hóa của H+ và tổng hợp ATP
Trang 27• b Cơ chế hóa thấm tổng hợp ATP ở màng trong ty thể: gồm 2 giai đoạn →
gradient điện hóa của H+
• g/đ 2: Khi xuất hiện gradient điện hóa của H+ qua màng trong, H+ được khuyếch tán xuôi theo gradient qua kênh protein, giải phóng năng lượng để tổng hợp ATP từ ADP + Pi= f/ư phosphoryl hóa với sự xúc tác của enzim
Trang 28ATP ←
Trang 29Sơ đồ cơ chế hóa thấm ở màng trong ty thể
←
Trang 30So sánh tổng hợp ATP ở màng trong ty thể và
màng thylacoit
Trang 31III Hô hấp tế bào
1 Khái quát
• H2 tế bào là q.trình oxy hoá các chất
hữu cơ và giải phóng năng lượng tích
luỹ trong đó.Cơ chất bị oxy hoá dần và
hoàn toàn.
• Hô hấp kỵ khí (Lên men): Q.trình xảy
ra không hoàn toàn,trong điều kiện
không có O 2 , s.fẩm là chất hữu cơ còn
chứa nhiều NL.
• Hô hấp hiếu khí: Cơ chất được fân
giải hoàn toàn trong đ/k có oxy; toàn bộ
Q được giải phóng.
• + Sự đường phân (Glycolysis): TB
chất, f.giải Glucose thành Pyruvat.
• + Chu trình Krebs: Chất nền ty thể,
Pyruvat thành CO2.
• + Chuỗi truyền điện tử: Trong
màng ty thể, điện tử được chuyển tới
O2
Trang 322 Sự đường phân →
• Đặc điểm: Biến đổi1 Glucoza thành 2 f.tử Pyruvat; TB chất; Q được giải phóng ở dạng ATP; g/đ đầu của f.giải Glu.
• GĐ chuẩn bị (Pha đầu tư năng lượng)
TB sử dụng 2 ATP trong f.ứng phosphoryl hoá tạo Fructoz1,6 di P
Glucoza + 2ATP → Fructoz1,6 di P
• GĐ fân giải (Pha giải phóng năng lượng)
• Các bước cơ bản:
- Fructoz1,6 di P → 2(3P Glyxeraldehyt)
- 3P Glyxeraldehyt → P Glyxerat →1,3 diP Glyxerat
- 1,3 diP Glyxerat → Pyruvat
- 4 ATP được tạo thành theo cách bản thể (sự phosphoryl hoá cơ chất) trong quá trình biến đổi 1,3diP Glyxerat thành Pyruvat.
Trang 33G/đ 2 của đường phân
3P glyxeraldehyt
Trang 34Sự đường phân (tiếp)
Trang 353 Các quá trình lên men
• Đ2: F.giải Glu Trong đ/k thiếu O2 Pyruvat được phân giải = các dạng lên men khác nhau
• Lên men rượu
CH 3 COCOOH → CH 3 COH + CO 2
CH 3 COH + NADH+H + → CH 3 CH 2 OH + NAD +
TB nấm men, thực vật, fần lớn Q còn ở sản phẩm, một số ít được g.fóng ở dạng nhiệt
• Lên men axit lactic.
CH 3 COCOOH +NADH+H + → CH 3 CHOHCOOH + NAD +
Vi khuẩn; TB động vật (thiếu O2 tạo a.lactic, sau đó chuyển về gan biến đổi thành pyruvat; nếu O2 được cung cấp kịp thời sẽ biến đổi thành pyruvat và đi vào chu trình Krebs
• Coenzim khử đến từ sự đường phân; dạng oxy hoá tạo thành lại quay về đường phân
Trang 36Đi vào chu trình, gốc Axetyl kết hợp với oxaloaxetat tạo thành citrat, sau đó trải qua một loạt f/ư gốc axetyl bị
phân giải hoàn toàn và tái tạo lại oxaloaxetat
Trang 37→
Trang 38Sơ đồ chu trình Krebs ←
Trang 39Tổng kết NL tạo ra trong qt hô hấp tế bào
• Đường phân (Glycolyz):
• 2 ATP được tạo nhờ sự phosphoryl hoá cơ
chất.
• Chu trình Krebs:
• 2 ATP được tạo nhờ sự phosphoryl hoá cơ chất
• Chuỗi v/c điện tử và sự oxy photphoryl hoá:
• 2 NADH+H+ (đường phân) = 4ATP
• 2 NADH+H+ (oxh pyruvat)= 6ATP
• 6 NADH +H+ ( C.trình Krebs) = 18 ATP
• 2 FADH2 ( C.trình Krebs) = 4 ATP
• Tổng số 36 ATP/glucoza
Trang 40
Ý nghĩa của chu trình Krebs
• Qua chu trình, f/tử glucoza bị oxh hoàn
toàn, gp toàn bộ NL, tổng hợp tối đa được
36 ATP, đạt hiệu suất 40%
Trang 41IV Quang hợp
1 Khái niệm
• ĐN: là qt chuyển hóa NL quang năng thành hóa năng và sự biến đổi chất vô cơ thành chất hữu cơ
Trang 43• Pha sáng của quang hợp
Bao gồm các f/ư liên quan AS, ở màng thylacoit
- Sắc tố qh hấp thu NLAS thực hiện f/ư quang hóa làm bật
e từ trung tâm f/ư đi vào hệ truyền e
- Phân ly H2O: gp O2; e; H+
- E được vận chuyển trong hệ truyền e, gp NL tổng hợp ATP và cuối cùng e khử tạo NADPH+H+
Sản phẩm: ATP, NADPH+H+, O2
• Pha tối của quang hợp
- Gồm các f/ư không phụ thuộc trực tiếp vào AS
- Sử dụng sản phẩm của pha sáng: ATP, NADPH+H+ để khử CO2 thành CH2O
- Xảy ra trong chất nền lục lạp
- Phương trình tổng quát
- 6CO2 + 12 NADPH+H+ + 18ATP → C6H12O6
Trang 442 Hệ quang hóa, các phản ứng quang hóa
- Hệ II Clorofill a (P680), nhiều Clorofill b hơn
năng lượng tới Sắc tố trung tâm, e- bật ra → chất nhận e- đầu tiên → Hệ truyền e-
• Sự v/c ngược chiều E’o(+0,81 → -0,32v), năng lượng cung cấp từ NLAS
• Trong quá trình sự v/c e- chỉ đi ngược 2 lần,các g/đ khác
đi xuôi và g.fóng năng lượng tổng hợp ATP
• Điện tử được vận chuyển theo 2 con đường: Vận
chuyển e thẳng và vận chuyển e vòng
Trang 45Hệ quang hóa ←
Trang 46Quang vận chuyển điện tử thẳng →
• Đặc điểm: e được v/c trong 2 hệ quang hóa, có quang phân
Trang 47Quang vận chuyển e thẳng ←
Trang 48Quang vận chuyển e vòng →
• Sự v/c e- trong hệ q.hợp I, nhờ hệ v/c e- ở màng Thylacoit Hoạt động khi ATP bị thiếu hụt
• Hệ h/đ không có sự quang phân ly nước, chỉ tạo ATP mà không tạo NADPH+H+
• e- được đưa lên mức năng lượng cao nhờ
Trang 49Vận chuyển e vòng ←
Trang 503 Pha tối
• CO2 bị khử để tạo C6H12O6 bằng nhiều f/ư trung gian
được xúc tác bởi nhiều enzim
• Nguồn H+ và e được lấy từ NADPH+H+; năng lượng từ ATP (s/f pha sáng)
• Có 2 cơ chế chính để cố định C là chu trình C3 và chu trình C4 Chu trình C3 phổ biến và hợp chất đầu tiên có 3 C; chu trình C4 bổ sung cho C3 và hợp chất đầu tiên có 4 C
Trang 51Chu trình C3= Chu trình Calvin, 1951 →
• RUDP (Ribulozo Di photphat) là chất nhận CO2, s/f đầu tiên là axit photphoglyxeric có 3 C Có 3 g/đ:
- G/đ cacboxyl hóa: CO2 + RUDP tạo 2 pt axit
photphoglyxeric (APG), xúc tác =E
RUDPcacboxylaza
- G/đ khử: APG bị khử bởi NADPH+H+ và ATP
tạo 3 Photphoglyxeraldehit (PGAL)
Cuối g/đ này cứ 2 f/t PGAL (thứ 6) đi ra khỏi chu trình tổng hợp 1 f/t C6H12O6
- G/đ tái sinh: Các f/t PGAL còn lại qua một loạt f/ư tái tạo lại RUDP với sự tham gia của ATP, khép kín chu trình
Trang 52→
Trang 536CO2
Pha Caboxyl ho¸
6ADP + Pi
Pha khö 12(NADPH+H+ ) + 12 ATP 6ATP Pha t¸i sinh 12NADP+ + 12 ADP +12 Pi
10 C 3
12 C 3 (PGAL)
Trang 54Chu trình C4= chu trình Hatch-Slack,1960 →
• Là chu trình cố định CO2 ở thực vật nhiệt đới và cận
nhiệt đới, bổ sung cho chu trình C3; diễn ra ở 2 loại TB:
- G/đ tái sinh: Malat bị decacboxyl hóa và oxh tạo pyruvat,
CO2, NADPH+H+ Trong đó NADPH+H+, CO2 đi vào chu trình C3 tạo C6H12O6; còn pyruvat quay về tb thịt lá tái tạo PEP với sự tham gia của ATP, khép kín chu trình
• Trong chu trình, SF đầu tiên có 4 C; CO2 được tiếp nhận gián tiếp bởi PEP; CO2 cố định trong C6H12O6 là tái tạo; chu trình C3 trở thành 1 g/đ của chu trình C4
Trang 55Chu trình C4←
Trang 57←