Trao đổ i ch ấ t– Thể hiện mối quan hệ giữa cơ thể sống và môi trường • Chức năng – Tạo năng lượng hóa học từ nguồn năng lượng Mặt Trời quang năng hoặc từ thức ăn nhận ñược từ môi trườn
Trang 1Ch ươ ng 8: TRAO ĐỔ I CH Ấ T
• Khái ni ệ m v ề s ự trao đổ i ch ấ t
• N ă ng l ượ ng sinh h ọ c
– Khái ni ệ m
– S ự phosphoryl hóa
– S ự phosphoryl hóa
• S ự trao đổ i glucid
Trang 2Trao đổ i ch ấ t
– Thể hiện mối quan hệ giữa cơ thể sống và môi trường
• Chức năng
– Tạo năng lượng hóa học từ nguồn năng lượng Mặt Trời (quang
năng) hoặc từ thức ăn nhận ñược từ môi trường xung quanh
Trang 3• Biến ñổi các phân tử dinh dưỡng nhận ñược từ môi trường xung quanh
thành phân tử và ñại phân tử tiền chất của tế bào
– Thực hiện phản ứng polymer hóa tổng hợp protein, axit nucleic,
lipid, polysaccharide,…
– lipid, polysaccharide,…
– Tổng hợp và phân rã phân tử sinh học trong tiến trình thực hiện chức
năng sinh học ñặc thù của tế bào
Trang 4Trao đổ i ch ấ t
• Có các lo ạ i:
– Trao đổi axit amin và
protein
– Trao đổi gluxit
– Trao đổi lipid
– Trao đổi lipid
– Trao đổi muối
khoáng, nước,
vitamin
– Trao đổi axit nucleic
– …
• Trao đổ i ch ấ t liên
quan m ậ t thi ế t v ớ i trao
đổ i n ă ng l ượ ng
Trang 5Trao đổ i ch ấ t (tt)
• D ự a vào hình th ứ c thu nh ậ n n ă ng l ượ ng, chia sinh
gi ớ i thành 2 nhóm
– Nhóm tự dưỡng (autotroph)
– Nhóm dị dưỡng (heterotroph)
Trang 6Trao đổ i ch ấ t (tt)
• Thu ậ t ng ữ
– Quá trình trao đổi chất,
biến dưỡng, quá trình
chuyển hóa các chất
(metabolism)
• T ổ ng h ợ p c ủ a t ấ t c ả các
• T ổ ng h ợ p c ủ a t ấ t c ả các
bi ế n đổ i hóa h ọ c x ả y ra trong t ế bào và c ơ th ể s ố ng
• Chu trình bi ế n đổ i v ậ t ch ấ t qua nhi ề u giai đ o ạ n (ph ả n
ứ ng) đượ c xúc tác b ằ ng enzyme
– Đường chuyển hóa
(pathway) là thứ tự của
các giai đoạn phản ứng
biến đổi
– Chất trao đổi trung gian
(metabolite) là các thành
phần tham gia trong quá
trình biến đổi trên
Trang 7Trao đổ i ch ấ t
• Gồm 2 phase có tính định hướng
trái ngược nhau nhưng lại bổ
xung chặt chẽ cho nhau
– Quá trình phân rã ch ấ t (catabolism)
• Các ch ấ t dinh d ưỡ ng h ữ u c ơ
(protein, gluxit, lipit) b ị phân rã thành
nh ữ ng ph ầ n t ử nh ỏ và đơ n gi ả n
Carbohydrate Lipid Protein
Protein Polysaccharide
Lipid Nucleic axit
ADP HPO4
2-NADP +
ADP HPO4
2-NADP +
nh ữ ng ph ầ n t ử nh ỏ và đơ n gi ả n
h ơ n: axit lactic, CO2, NH3,…
• Gi ả i phóng n ă ng l ượ ng t ự do và m ộ t
ph ầ n n ă ng l ượ ng này đượ c tích l ũ y
ở d ạ ng ATP và m ộ t s ố ch ấ t kh ử v ậ n chuy ể n e (NADH, NADPH)
– Quá trình t ổ ng h ợ p sinh ch ấ t
(anabolism)
• T ổ ng h ợ p các đạ i phân t ử sinh h ọ c (gluxit, lipid, protein, axit nucleic,…)
t ừ nh ữ ng ti ề n ch ấ t đơ n gi ả n
• S ử d ụ ng n ă ng l ượ ng đượ c t ạ o ra trong quá trình catabolism ho ặ c quang h ợ p
Amino axit
Đườ ng Axit béo
G ố c ch ứ a N
CO2
H2O
NH3
NADP +
NAD +
NADP +
NAD +
ATP NADPH NADH
Trang 8Đ i ề u hòa trao đổ i ch ấ t
• Đả m b ả o ho ạ t độ ng t ế bào s ố ng nh ị p nhàng,
uy ể n chuy ể n và ti ế t ki ệ m nh ấ t
• Đ i ề u hòa ở 3 m ứ c độ
– Tr ự c ti ế p và nhanh nh ấ t
• Enzyme điều hòa dị lập thể
• Enzyme điều hòa dị lập thể
• Chất điều biến: ức chế/hoạt hóa enzyme
– Ở m ứ c độ cao h ơ n, đặ c bi ệ t ở c ơ th ể s ố ng b ậ c cao
• Hocmon, nội tiết tố: được vận chhuyển đến các mô/cơ
quan ức chế/kích thích hoạt động nhịp nhàng
• Điều hòa tổng thể và thời gian tác động dài hơn
– Đ i ề u hòa b ằ ng cách thay đổ i n ồ ng độ enzyme
• Cân bằng quá trình tổng hợp và phân rã enzyme
Trang 9N ă ng l ượ ng sinh h ọ c - Khái ni ệ m
• C ơ th ể c ầ n n ă ng l ượ ng cho m ọ i ho ạ t độ ng s ố ng
• N ă ng l ượ ng công nghi ệ p vs n ă ng l ượ ng sinh h ọ c
Năng lượng công nhiệp Năng lượng sinh học
1 Hệ nhiệt động học: 1 Hệ hóa động học: chuyển từ năng
1 Hệ nhiệt động học:
năng lượng trước khi
chuyển sang công năng
luôn qua khâu nhiệt
năng
2 Giải phóng năng
lượng nhanh, ồ ạt
1 Hệ hóa động học: chuyển từ năng
lượng hóa học sang công năng mà không qua khâu nhiệt năng nên năng lương
được sử dụng với hiệu quả cao >50-60%
2 Giải phóng năng lượng dần dần, từng
bậc
3 Năng lượng được tích lũy trong các
chất giống như “acquy sinh học”; cụ thể là trong các liên kết cao năng ester (~) - với axit phosphoric trong phân tử ATP Sự giải phóng năng lượng kèm theo sự
Trang 10NLSH – S ự phosphoryl oxy hóa
• Là quá trình v ậ n chuy ể n electron (e-) và proton (H+) t ừ
h ệ th ố ng có th ế n ă ng oxy hóa kh ử th ấ p t ớ i h ệ th ố ng có
th ế n ă ng oxy hóa kh ử cao; n ă ng l ượ ng đượ c gi ả i phóng trong quá trình đượ c tích l ũ y ở m ố i liên k ế t cao n ă ng c ủ a ATP- con đườ ng duy nh ấ t tích l ũ y n ă ng l ượ ng cho c ơ
th ể s ố ng
th ể s ố ng
• Có hai lo ạ i phosphoryl hóa
– Phosphoryl hóa trong dãy cơ chất: khi quá trình này xảy ra
1 H tách ra khỏi cơ chất tạo nên 1 ATP
– Phosphoryl hóa trong dãy hô hấp: quá trình tạo ra 3 ATP
Tiến trình như sau: H từ cơ chất chuyển sang NAD, rồi lại chuyển tiếp sang NADP sau đó chuyển sang hệ xytocrom
Điền tử được oxy sử dụng, sau đó oxy kết hợp với hydro
tạo thành nước
Trang 11S ự trao đổ i Gluxit
• S ự phân gi ả i gluxit
– S ự chuy ể n hóa c ủ a các monosacarit
(glucose)
– S ự phân gi ả i polysaccharide và disaccharide – S ự phân gi ả i polysaccharide và disaccharide
• S ự t ổ ng h ợ p gluxit
– T ổ ng h ợ p các gluxit đơ n gi ả n
– T ổ ng h ợ p các oligosaccharide
– T ổ ng h ợ p các polysaccharide
– S ự chuy ể n hóa t ươ ng h ỗ gi ữ a các gluxit
Trang 12S ự chuy ể n hóa c ủ a glucose
• Là phân t ử trung tâm c ủ a
quá trình T Đ C nói chung
và d ị hóa nói riêng
• Ngu ồ n cung c ấ p n ă ng
l ượ ng ch ủ y ế u cho các
ho ạ t độ ng c ủ a t ế bào và
c ơ th ể s ố ng
Glycogen tinh b ộ t, đườ ng
D ự tr ữ
ho ạ t độ ng c ủ a t ế bào và
c ơ th ể s ố ng
– Glucose bị oxi hóa hoàn
toàn đến CO2 và H2O,
giải phóng năng lượng
khoảng 2.840kJ/mol
• Cung c ấ p các ti ề n ch ấ t
c ầ n thi ế t để t ổ ng h ợ p h ầ u
h ế t các phân t ử sinh h ọ c
c ủ a t ế bào
Glucose
Pyruvate Ribose-5-phosphate
Oxy hóa trong chu trình đườ ng phân
Oxy hóa trong chu trình pentose
phosphate
Trang 13S ự chuy ể n hóa c ủ a glucose
• Trong đ i ề u ki ệ n y ế m khí
– Glucose 2 axit lactic + 2ATP
– Glucose 2 r ượ u etylic + 2 CO2 + 2 H2O + 2 ATP
• Trong đ i ề u ki ệ n hi ế u khí
– Glucose 3 CO2 + 3 H2O + 38 ATP
– Glucose 3 CO2 + 3 H2O + 38 ATP
• Gi ố ng nhau
– Chu trình đườ ng phân: glucose pyruvate
• Khác nhau
– L.men lactic: pyruvate axit lactic
(E.dehydrogenase)
– L.men etylic:
• pyruvate acetaldehyde (E pyruvate decarboxylase)
• Acetaldehyde rượu ethylic (E alcohol dehydrogenase)
Trang 14Chu trình đườ ng phân
• Nguyên liệu đầu: glucose,
glycogen và tinh bột
– Tinh b ộ t và glycogen s ẽ b ị
phosphoryl hóa t ừ phân t ử
glucose
• 4 giai đoạn
• 2 phase
– Phase chu ẩ n b ị (tiêu hao ATP
để ho ạ t hóa glucose)
– Phase hoàn tr ả t ạ o ATP
• 10 phản ứng
• Cân bằng tổng thể
Glucose + 2ADP + 2Pi + 2
NAD+ 2Pyruvate +
2NADH + 2H+ + 2ATP +
2H2O
Trang 15Chu trình axit citric (3C)
• Nguyên li ệ u đầ u:
– Pyruvate Acetyl-CoA
– Acetyl-CoA đi vào qui
trình 3C
• 8 ph ả n ứ ng giai đ o ạ n
• 8 ph ả n ứ ng giai đ o ạ n
– Bắt đầu bởi sự kết hợp
của acetyl vào
oxaloacetate kết thúc
bằng việc hoàn trả lại
oxaloacetate
• sp: 4CO2 + 4H2O +
3NADH + 1FADH +1ATP
Trang 16Lên men ethanol
• N ấ m men và m ộ t s ố
vi sinh v ậ t lên men
ethanol
• Tái t ạ o NAD+
• 2 giai đ o ạ n:
• 2 giai đ o ạ n:
– Decarboxyl hóa
pyruvate nhờ E
pyruvate
decarboxylase
thành acetaldehyde
– Khử acetaldehyde
thành ethanol nhờ E
alcohol
dehydrogenase
Trang 17Lên men lactic
• X ả y ra m ạ nh m ẽ mô
độ ng v ậ t (thi ế u oxy)
• Tái t ạ o NAD+
• Kh ử pyruvate thành
lactate (axit lactic)
nh ờ E lactate
dehydrogenase