Hóa Sinh Dược - Chương 2 - Chuyển Hóa - Oxy hóa Sinh Học - Chu Trình TCA

Hóa Sinh Dược là giáo án bài giảng, giúp bạn có thể tự học môn Hóa Sinh Dược tốt nhất Hóa Sinh Dược là giáo án bài giảng, giúp bạn có thể tự học môn Hóa Sinh Dược tốt nhất

Chuyên hóa,

oxi hóa sinh học,

chu trinh acid citric

cH Chuyén hoa cac chat

cz Oxy hoa sinh hoc

cS Chu trinh acid citric

tất cả các quá trình hóa

học xảy ra trong co’ thé

từ khi thức ăn được

đưa vào đến khi chất

7 Các con đường chuyên hóa

»Đông hóa (Anabolic/biosynthesis)

= phân tử hữu cơ thức ăn — đại phân tử

= can năng lượng

2006 Pearson Education, Inc publishing as Benjamin

7 Các con đường chuyên hóa

»Đông hóa (Anabolic/biosynthesis)

= gồm 3 giai đoạn:

trong hệ tiêu hóa

mạc ruột non vào máu

dụng tổng hợp các đại phân tử

- Tiêu hóa: thủy phân các đại phân tử hữu cơ thức ăn

thành các đơn vị câu tạo nhờ các enzyme thủy phân

- Hấp thu: sản phẩm tiêu hóa được hấp thu qua niêm

- Tổng hợp: sản phẩm đến các mô và được tế bào sử

= Cơ thể sử dụng các đại phân

- Xây dựng tế bào và mô (protein,

| An mRNA copy of the gene is

| made in the nucleus

ZZ““

\ ‘1

‘Amino acids are linked to one another]

at the ribosome to form the protein encoded by the mRNA,

= quá trình thoái hóa các

đại phân tử hữu cơ >

Energy-poor end products

Energy-yielding

Chemical energy

ATP NADH

- Công cơ học: co duỗi

- Công thắm thấu: vận chuyến tích cực

+» quá trình trao đổi điện tử

+ chất oxy hóa là chất có thể nhận điện tử

‹+ chất khử là chất có khả năng cho điện tử

5/26/2018

ƒ' Thế năng oxi hóa khử

Phương trình Nernst

E = E,+ BE pple

Bee

E: thế năng oxy hóa khử

Eạ: thế năng oxy hóa khử chuẩn

Khi [OxJ[Kh] = 1 hay [Ox]=[Kh] thi E = E,

Điều kiện chuẩn la [Ox] = [Kh]

«+ ` — eE = Egt = pues alc [Ox]

Thế năng oxy hóa khử (E)

= Hé thống có E cao (nồng độ chất oxy hóa cao)

»Hydro hay điện tử chuyền từ hệ thống có E

a

sKhi đo ở điều kiện sinh hoc pH=7, t=25 °C,

thế năng oxy hóa khử được ký hiệu E'a

AG, = —nFAE’,

AG’): bién thién nang lượng tự do của phản ứng

AE”;: biến thiên thế năng oxy hóa khử chuẩn

n: số điện tử di chuyển a

F: hang so Faraday

y Thế năng oxi hóa g oxi hóa kh khử

System E’, Volts

Thê năng oxi hóa khử

| TABLE 3.6 ñ few standard reduction potentials (E°“) of interest in biochemistry

| H* +e =— 1⁄2Hạ 1

| NAD' + H” + 2e” = NADH 2

1,3-Bisphosphoglycerate + 2H” + 2e” =—` Glyceraldehyde-3-phosphate +P; 2

| FAD + 2H* + 2e7 = FADH; 2

Acetaldehyde + 2H” + 2e” — Ethanol 2

Pyruvate + 2H* + 2e —— Lactate 2

Fe?'* + e~ —— Fe2' 1

2O; + 2H* + 2e” — HạO 2

Note: E°’ is the standard reduction potential at pH7 and 25 °C, n is the number of electrons transferred, and each potential is for the

partial reaction written as follows:

Oxidant + ne~ — reductant The entry for the H*/H, couple E°’ = —0.421 V is not zero because it is measured with [H* |] = 1 Min the reference cell (i.e., the

standard hydrogen electrode) and [H*}] = 10°” Min the test cell

a Ban chat cua sw ho hap tê bào

“equa trinh oxy hóa khử xảy ra trong điều kiện

PF chusi hô hấp tế bào

Complex IV

Cytochrome oxidase

INTERMEMBRANE SPACE

= Co chat cung cap hydro

= Cac hydrogenase co coenzyme la NAD*

= Cac flavoprotein co coenzyme la FMN or FAD

= Coenzyme Q (Ubiquinon)

11

Substrate + “or i a0, yA

Oxidized flavin (H* Semiquinone

+e) ie +e) Reduced flavin

(FAD) intermediate (FADH,)

OH OH OH OH

Reduced substrate/product A

a Chuỗi hô hấp tế bào

NADP* " nal GSSG ko

glutathione glutathione reductase peroxidase NADPH 2 GSH H2O

13

Protons are pumped by complexes |, Ill, and IV

as electrons flow through the complexes, generating an electrochemical gradient across the membrane (protonmotive force, pmf)

Chuỗi hô hap té b

nN

2Ht /

The re-entry of protons to the matrix through the Fy channel of ATP synthase (complex V) provides the energy to drive ATP synthesis

5/26/2018

14

Each proposed proton

channel spans roughly half

the length of the a subunit,

and proton-driven rotation

of the c-ring is required to

achieve net passage of a

proton from the IMS to the

matrix

The a and b subunits (cyan)

are stationary in the

membrane, and are part of

the peripheral stalk stator

that prevents rotation of the

of one proton per each c subunit in the c-ring of Fạ

Multiprotein complexes in the mitochondrial

respiratory assembly The subscripts for the b

cytochromes denote their spectral maxima The

gray arrows denote the energy released by the

actions of complexes |, Il, and IV used to drive the

synthesis of ATP by complex V (ATP synthase)

Complex Ill Coenzyme Q-cytochrome c reductase

250 kDa, 10-11 polypeptides

Complex IV oxidase

H;O;

\ glutathione glutathione reductase peroxidase

5/26/2018

16

7 Chuỗi hô hấp tế bào

‹»Các chất ức chế chuỗi hô hap tế bào

complex | e Antimycin A e reaction with cytochrome a,

Coupling site Coupling site Coupling site

Complex | Complex III Complex IV

phosphate vào một Ser/Thr/Tyr —OH

phân tử chất hữu cơ

ATP + HạO ——> AMP + PP, + H*™ —45.6

Acetyl phosphate + H,O —— acetate + P, + H* —43.1

Creatine phosphate + H,O —— creatine + P, —43.1

ADP + HạO —> AMP + P, + H” —32.4

ATP + HO — ADP + P, + H* —32.2

Glucose-1-phosphate + HạO ——> glucose + P, —20.9

Glucose-6-phosphate + H,O —— glucose + P, —13.8

a Glucose-6-phosphate ADP

Dietary glucose Apical

LUMEN OF SMALL INTESTINE

High dietary NaCl

Điều hòa sự phosphoryl oxy hóa

= Su sv dung ATP tang — [ADP]

tang — su phosphoryl oxy hoa

thermogenin > Wcché tong ~ ~ -:* &

hợp ATP (tạo ra nhiệt)

Alternative NAD (P)* External NAD(P)H

NADH dehydrogenase Cytc

3 CHU TRINH ACID CITRIC

(CHU TRINH KREBS)

Replication of DNA; synthesis

of tRNA, mRNA, and some

of biosynthetic products Nucleolus to their ultimate location

Synthesis of ribosomal RNA

Lysosomes (animals)

Segregation of hydrolytic

enzymes such as ribonuclease

and acid phosphatase

Golgi complex

Maturation of glycoproteins

and other components of

membranes and secretory

vessels

Mitochondria

Citric acid cycle; electron

transport and oxidative

phosphorylation; fatty acid

oxidation; amino acid

catabolism; pyruvate

oxidation

Microbodies

Amino acid oxidation; catalase and

peroxidase reactions; sterol degradations;

in plants, glyoxylate cycle reactions

Plasma membrane Energy-dependent transport systems

Locations of major metabolic pathways within a eukaryotic cell This hypothetical cell combines features of a

plant cell and an animal cell

Ribosomes Protein synthesis Vacuole (plants) Water storage Cytosol Glycolysis; many reactions

in gluconeogenesis;

pentose phosphate pathway; activation of amino acids; fatty acid synthesis; nucleotide

synthesis

Glycogen granules Glycogen synthesis and degradation

Chloroplasts (plants) Photosynthesis

@ In stage 1, carbon from metabolic fuels

is incorporated into

acetyl-CoA

6 In stage 2, the citric

acid cycle oxidizes acetyl-CoA to produce CO, reduced electron carriers, and a small amount of ATP

6 In stage 3, the reduced

electron carriers are reoxidized, providing

energy for the synthesis

Stage 2 Acetyl-CoA : idati itrate

HạO

Amino Fatty acids acids Glucose

Glycolysis Pyruvate

CO;

Acetyl-CoA

Pichu trinh acid citric (chu trinh Krebs)

oe 3-Carbon pyruvic acid

Pichu trinh acid citric (chu trinh Krebs

Outer mitochondrial membrane (permeable to metabolites)

co,

Molecular Cell Biology, Sixth Edition

© 2008 W.H Freeman and Company

completes oxidation Oxaloacetate citrate synthase

sequence; generates Dehydration/rehydration carbonyl positioned to O=C—cCOO- HO—C—COO- —OH group of citrate facilitate Claisen

CHạ—COO“ repositioned in isocitrate,

which sets up decarboxylation step in next step

Citric acid cycle aconitase H,0

ng

H

Fumarate ĩ H—C—coo-

Bộ HO—-C—-H lsocitrate coo “FADH, coo- ©

° = ee Oxidative

Sara Sẽ đehydrogenase — decarboxylation:

HN ion: —OH group oxidized

t rbonyl, which i

double bond initiates co; toa facilitates ai

methylene oxidation CH;—COO a-ketoglutarate decarboxylation by

sequence CH, succinyt-CoA dehydrogenase CH; stabilizing carbanion

l ES synthetase complex betes formed on adjacent Succinate COO [E007 I carbon

Pichu trinh acid citric (chu trinh Krebs)

AG’? = 13.3 kJ/mol A

27

COO COO COO coo

cH, gy NADY NADH + Ht CH, 5 CO; cH, cH,

FZ —— a ⁄ a H†

HS isocitrate ae TH net

HO—C—H dehydrogenase C=O CO, C=O

L 8 Mn?† 9 ¿ Mn? © ¿

Oo” No lsocitrate is oxidized by hydride oO” ‘>* Decarboxylation is Oo” No ⁄ Rearrangement Œ No

- transfer to NAD* or NADP* - facilitated by of the enol

Isocitrate (depending on the isocitrate Oxalosuccinate electron withdrawal intermediate œ-Ketoglutarate

dehydrogenase isozyme) by the adjacent generates

a-ketoglutarate dehydrogenase complex

CH + CO2

ro

O Succinyl-CoA

Pichu trinh acid citric (chu trinh Krebs)

Pichu trinh acid citric (chu trinh Krebs)

“»(7) Hinh thanh Malate

5/26/2018

30

Chu trinh acid citric (chu trinh Krebs)

1 | Acetyl-CoA + oxaloacetate + HạO ——> citrate + CoA-SH + H* Citrate synthase

2a Citrate cis-aconitate + HạO Aconitase

2b cis-Aconitate + HạO isocitrate Aconitase

3 lsocitrate + NAD* a-ketoglutarate + CO, + NADH lsocitrate dehydrogenase

4 a-Ketoglutarate + NAD* + CoA-SH succinyl-CoA + CO, + NADH a-Ketoglutarate

dehydrogenase complex

5 Succinyl-CoA + P, + ADP( GDP) succinate + ATP(GTP) + CoA-SH_ | Succinyl-CoA synthetase

6 Succinate + FAD(enzyme-bound ) fumarate + FADH2(enzyme-bound )| Succinate dehydrogenase

lạ Fumarate + H;ạO L-malate Fumarase

8 L-Malate + NAD” oxaloacetate + NADH + H* Malate dehydrogenase

Chu trinh acid citric

(chu trinh Krebs)

Pyruvate ATP, acetyl-CoA,

oe succinyl-CoA, citrate, ATP

@aor

succinate dehydrogenase

cycle

( '-{Acetyl-CoA]

Oxidative phosphory- lation

pyruvate y | @ Amp, ADP, NAD*

đehydrogenase SG 4) | @ ATP, NAH #

citrate PIPE ES)

@&) ATP, NADH

dehydrogenase (2) | ATP, NADH @&

œ

ADP + P,

5/26/2018

32

Pichu trinh acid citric (chu trinh Krebs)

Pyruvate Other