Chuyển hóa năng lượng sinh học

1 1 Bài giảng Hóa sinh Bài giảng Hóa sinh CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC DSCK2.Nguyễn văn Ảnh DSCK2.Nguyễn văn Ảnh 2 2 MỤC TIÊU : MỤC TIÊU : - Trình bày được những khái niệm về phản ứng oxy - Trình bày được những khái niệm về phản ứng oxy hoá khử, sự phosphoryl hoá và sự khử hoá khử, sự phosphoryl hoá và sự khử phosphoryl, đặc biệt là vai trò của các liên kết phosphoryl, đặc biệt là vai trò của các liên kết phosphat giàu năng lượng và hệ thống ADP - ATP phosphat giàu năng lượng và hệ thống ADP - ATP - Phân tích được bản chất và quá trình chuyển biến - Phân tích được bản chất và quá trình chuyển biến của sự hô hấp tế bào của sự hô hấp tế bào - Trình bày và phân tích được chu trình Krebs. - Trình bày và phân tích được chu trình Krebs. 3 3 1. ĐẠI CƯƠNG 1.1. Khái quát về chuyển hóa ở động vật và người : 1.1.1. Chuyển hóa các chất - Tập hợp các quá trình hóa học xảy ra trong cơ thể sống , từ khi thức ăn đưa vào cơ thể, đến khi chất cặn bả được đào thải ra ngoài - Xảy ra qua nhiều khâu, qua nhiều chất trung gian, những chất trung gian gọi là sản phẫm chuyển hóa. - Thực chất : gồm những dãy liên tiếp của các quá trình thoái hóa (dị hóa) và tổng hợp (đồng hóa). 4 4 1.1.2. Đồng hóa và dị hóa : - Đồng hóa : + Là quá trình biến đại phân tử hữu cơ có tính đặc hiệu theo nguồn gốc thức ăn thành các đại phân tử đặc hiệu của cơ thể : glucid, lipid, protid, acid nucleic + Xảy ra qua 3 bước : . Tiêu hóa : thủy phân các đại phân tử đặc hiệu của thức ăn thành các đơn vị cấu tạo không đặc hiệu nhờ các enzym thủy phân trong dịch tiêu hóa . Hấp thụ : sản phẩm tiêu hóa cuối cùng sẽ được hấp thu qua niêm mạc ruột non vào máu và bạch huyết (bằng cơ chế vận chuyển, khuyếch tán, ) . Tổng hợp : từ máu ( mô và được tế bào sử dụng tổng hợp thành những đại phân tử có tích đặc hiệu của cơ thể ( có thể đặc hiệu cho loài và cho mô), quá trình tổng hợp này cần năng lượng. 5 5 - Dị hóa : là phân giải các đại phân tử sử dụng của tế bào mô thành các sản phẩm đào thải ( Ví dụ : phân giải 1 chất thành chất nhỏ hơn và có thải ra năng lượng ( thoái hóa ) Hai quá trình này ngược chiều nhau, nhưng luôn thống nhất và đi đôi trong cơ thể. 6 6 1.2. Năng lượng tự do và công : - Các dạng công : + Công thẩm thấu : Giúp cho sự vận chuyển tích cực qua màng chống lại Gradient nồng độ . Ví dụ: sự hấp tái thu ở ống thận ( Grad: sự sai biệt) + Công hóa học : giúp cho sự co duỗi các bào quan, tế bào + Các dạng công ít gặp : công điện học, quang học 7 7 2. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ: 2.1. Định nghĩa: - Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trong đó có sự cho và nhận điện tử hay có sự thay đổi số OXH ( tức là dịch chuyển e- ) có thể kèm theo ( hay không ) sự cho và nhận Oxy, Hydro ( đặc trưng nhất cho phản ứng OXH - khử là số OXH ). - Phân biệt phản ứng hay hiện tượng OXH (hoặc khử ) và chất OXH ( hoặc khử ) + Phản ứng hay hiện tượng OXH là hiện tượng trong đó có sự nhả e- hay nhả Hydro, còn khử ngược lại. + Chất OXH là chất có thể nhận e-, và chất khử là chất có thể cho e- ( khử cho, O nhận ) 8 8 - - + + + + - - + + - - OXH OXH Khử Khử Chất Chất + + - - - - + + - - + + OXH OXH Khử Khử Phản ứng Phản ứng Hiện Hiện tượng tượng O O H H e e - - Ví dụ: - e- Fe2+ Fe3+ ( chất khử) + e- Phản ứng OXH - khử thực chất gồm 2 phản ứng ngược nhau nhưng luôn đi đôi với nhau bao giờ cũng có chất OXH và chất khử, tập họp nhau thành cặp hay hệ thống OXH - khử. Ví dụ: cặp OXH - khử Fe2+ ( hay còn gọi là hệ thống ). 9 9 2.2. Thế năng OXH - khử ( E ) - Tùy theo nhiệt độ các thành phần OXH và Khử mà 1 cặp OXH - khử có xu hướng nhận e- nhiều hay ít, xu hướng này tạo cho dung dịch 1 thế năng gọi là thế năng OXH - khử , và tính theo công thức Nernst : E : Thế năng OX - khử E0 : là thế năng OXH - Khử chuẩn n : số e- trao đổi hay di chuyển R : hằng số khí lý tưởng F: hằng số Faraday = 96.500 Coulomb T: nhiệt độ tuyệt đối Khi [OH] = [Kh] ==> E = E0 10 10 Thế năng OX - Kh biểu hiện cho nhận e- của hệ thống : hệ thống có E thấp ( nồng độ chất khử lớn thì xu hướng phóng e- cao), nghĩa là hệ thống có E thấp dễ cho e- và ngược lại hệ thống có E cao dễ nhận e Hydro hay e- sẽ chuyển từ hệ thống có E thấp đến hệ thống có E cao. E’o : thế năng OXH - khử chuẩn ở điều kiện pH = 7, và luôn được cho trước và từ đó cho chúng ta tính trước chiều hướng phản ứng. [...]... H+ ( là dạng hoạt hóa của H ) và oxy nhận è để trở thành ion O2- ( dạng hoạt hóa của oxy ) Hai dạng hoạt hóa này kết hợp với nhau tạo H2O 23 - Có sự cho và nhận è ( của H2 và O2 ) nên thực chất của sự HHTB là quá trình oxy hóa - khử và nó xảy ra trong cơ thể nên ta còn gọi là oxy hóa - khử sinh học (hoặc oxy hóa sinh học) giải phóng năng lượng cho cơ thể sử dụng Đó là nguồn năng lượng phong phú cho... phosphat chỉ có este phosphat là nghèo năng lượng) 15 16 3.2.2 Liên kết giàu năng lượng : Năng lượng giải phóng trên 7 kcal/mol : ký hiệu ~ P Tương đối không bền : dể tạo thành và dể cắt đứt 17 3.2.3 Vai trò : * Trong việc vận chuyển, tích trữ và sử dụng năng lượng Đặc biệt là các liên kết phosphat giàu năng lượng nhất là hệ thống ATP, ADP - Khi ATP nhận thì sẽ chuyển sang cho Creatin Creatin + ATP... thì sẽ chuyển sang cho Creatin Creatin + ATP == Creatin P + ADP - ATP là kho dự trử năng lượng số 1 - Creatin P là kho số 2 Khi lượng ATP giảm > Creatin P sẽ chuyển phosphat sang ADP để tái tạo ATP rồi mới được sử dụng Ta thấy : Năng lượng do quá trình thoái hóa các chất không đưọc sử dụng ngay mà bắt buộc qua ATP mới được sử dụng, ngay cả Creatin P và vai trò trung tâm trong chuyển hóa năng lượng là... chất hữu cơ khác ) - Khi phản ứng xảy ra thì nó phát ra năng lượng và năng lượng này bằng năng lượng tạo phosphat - Do enzym xúc tác Phản ứng trên gọi là phản ứng song biến hay liên hợp 14 3.2 Các loại liên kết phosphat : Phân loại dựa vào năng lượng tự do được giải phóng khi cắt đứt liên kết đó 3.2.1 Liên kết phosphat nghèo năng lượng : Khi năng lượng giải phóng vào khoảng 2 - 4 kcal/mol hoặc < 5 kcal/mol... phosphoryl hóa để tạo ATP 30 - Mối tương quan giữa (G’o và (E’o : ∆G’o = - nF∆E’o (G’o : biến thiên năng lượng tự do chuẩn của phản ứng n : số è được chuyển vận F : hệ số Faraday (E’o : hiệu số thế năng oxy hóa- khử - Năng lượng được dự trử nhờ sự phosphoryl hóa ADP thành ATP 31 - ATP được tạo ra ở 3 vị trí trong chuổi HHTB + NADH, H+ và FAD + Cytb &Cytc + Cyta & O2 - Có sự ghép giữa phản ứng oxy hóa &... SH2 ( cơ chất cho H2 ) 29 4.2.3 Năng lượng : - Năng lượng tỏa ra nhiều và khoảng 50% chứa dạng nhiệt, 50% tích trử dưới dạng P ( nối cao năng ) - Năng lượng này được giải phóng dần qua các khâu, nhiều hay ít tùy theo mức chênh lệch (E’o giữa 2 hệ thống kế tiếp nếu (E’o lớn > giải phóng Q nhiều và tích trử dưới dạng ATP và ngược lại - Trên nguyên tắc 1 phản ứng oxy hóa nào có Q phóng thích lớn hơn... bị tách dần từng cặp 2H chuyển tới oxy để tạo ra H2O và trong quá trình thoái hóa đó sẽ tạo thành acid carboxyl và sự khử carboxyl để tạo CO2 trong cơ thể, nó xảy ra theo : 22 * Khử carboxyl : RCOOH > RH + CO2 Giải phóng một ít năng lượng và năng lượng đó tỏa ra dưới dạng nhiệt , không sử dụng được, không có sự tham gia của oxy * Tạo H2O : Cặp 2H tách khỏi SH2 được vận chuyển qua một hệ thống enzym... cytc Fe2+ 11 12 3 Phosphoryl hóa và khử phosphoryl : 3.1 Định nghĩa : * Phosphoryl hóa : chất hữu cơ tác dụng với Pvc hoặc hữu cơ để tạo hợp chất phosphat - Phản ứng thuộc loại thu năng lượng ( để tích trữ năng lượng ) - Do enzym xúc tác với cơ chất là Pvc hay Phosphat hữu cơ 13 * Khử Phosphoryl : - Cắt đứt liên kết phosphat, giaỉ phóng phosphat ( nếu dưới dạng Pvc sẽ chuyển ngay đến 1 chất hữu cơ... dụng ngay mà bắt buộc qua ATP mới được sử dụng, ngay cả Creatin P và vai trò trung tâm trong chuyển hóa năng lượng là ATP và ADP 19 * Hoạt hóa các chất : Nhờ sự phosphoryl hóa nhiều chất được gắn phosphat thành dạng hoạt hóa và nếu chuyển hóa tiếp tục sẽ được : * Hoạt hóa enzym, biến enzym thành các dạng hoạt động : Đôi khi ngược lại làm ức chế , biến enzym > dạng không hoạt động 20 4 Sự hô hấp tế bào... 31 - ATP được tạo ra ở 3 vị trí trong chuổi HHTB + NADH, H+ và FAD + Cytb &Cytc + Cyta & O2 - Có sự ghép giữa phản ứng oxy hóa & phosphoryl hóa, năng lượng được giải phóng do oxy hóa, tích trử nhờ phosphoryl hóa ( ADP -> ATP ) ta gọi là quá trình phosphoryl - oxy hóa 32 33 34 35 36