Thuyết trình: Vai trò của ATP trong hoạt động của tế bào

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO  Như đã biết, adenosinetriphosphate là một chất chế biến và vận chuyển năng lượng.. Nó được tạo thành trong quá trình phân giải các chất k

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG HOẠT

ĐỘNG CỦA TẾ BÀO

MÔN: NĂNG LƯỢNG

SINH HỌC

NGƯỜI THỰC HIỆN:

NỘI DUNG

 Adenosine triphosphate (ATP)

 Chức năng của ATP

 Sự hình thành ATP

 Vai trò của ATP trong sự hoạt động của tế bào

Adenosine triphosphate (ATP)

THE ADENINE NUCLEOTIDES – AMP, ADP AND ATP

Adenosine triphosphate (ATP)

 Một tính chất quan trọng của phân tử ATP là dễ biến đổi thuận nghịch để giải phóng hoặc tích trữ năng lượng (hình 2) Khi ATP thủy giải nó sẽ tạo

ra hai ADP và Pi - phosphate vô cơ:

enzyme ATP + H2O  ADP + Pi + năng lượng

 Nếu ADP tiếp tục thủy giải sẽ thành AMP Ngược lại ATP sẽ được tổng hợp nên từ ADP và Pi nếu

CHỨC NĂNG CỦA ATP

chất:

chuỗi hô hấp, và đường phân

trong các quá trình tổng hợp và phân giải các chất này

CHỨC NĂNG CỦA ATP

tượng co cơ, tham gia trực tiếp vào vận

chuyển ion, các quá trình hấp phụ và phản hấp phụ khác nhau

Sự liên quan giữa việc sử dụng ATP

và oxy hóa nguyên liệu TĐC

metabolic fuels

CO 2

oxidized coenzymes

reduced coenzymes

mitochondrial electron transport chain

SỰ HÌNH THÀNH ATP

trong trao đổi chất, lượng dự trữ ATP thường

xuyên phải được hồi phục ATP có thể theo

những đường khác nhau:

 Phản ứng phosphoryl hóa ở mức

cơ chất: đó là phản ứng chuyển trực tiếp nhóm phosphate từ một

“dẫn xuất cao năng” đến ADP.

SỰ HÌNH THÀNH ATP

SỰ HÌNH THÀNH ATP

Phản ứng chuyển enol sang xeto của

phosphoenolpyruvat là phản ứng phát năng lượng mạnh do đó có thể cặp đôi (kết hợp) với phản ứng tổng hợp ATP Ví dụ, phản ứng chuyển nhóm phosphate từ phosphocreatin sang ADP là rất quan trọng cho sự

co cơ.

SỰ HÌNH THÀNH ATP

 Phản ứng phosphoryl hóa oxy

hóa: Phản ứng oxy hóa - khử sinh học (cũng như phản ứng quang hợp) thường làm phát sinh ra một gradient nồng độ proton H+ ở 2 phía màng Năng lượng tự do của quá trình tiêu tán gradient proton

H+ này được cặp đôi với phản ứng ATP, do đó mới có tên phosphoryl hóa oxy hóa.

AMP + ATP  2 ADP Tiếp đó ADP lại được phosphoryl hóa

bằng phản ứng đã mô tả ở trên.

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG

TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

 Như đã biết, adenosinetriphosphate là một chất chế biến và vận chuyển năng lượng Nó được tạo thành trong quá trình phân giải các chất khác nhau như oxy hóa các chất trong ty thể, đường phân và lên

men, quang hợp ở diệp lục của thực vật xanh và các quá trình vận chuyển ion ở vi khuẩn,…Ngược lại,

ATP cũng là chất cung cấp năng lượng cho các quá trình tổng hợp của cơ thể sinh vật Đó là các phản ứng gắn liền với phân giải phân tử ATP, công co cơ, sinh tổng hợp các chất protein, axit nucleic…cũng như sản sinh và duy trì tính phân bố không đều các chất giữa tế bào với môi trường xung quanh.

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG

TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

 Trong các phần trước cho thấy: sự thay đổi

năng lượng tự do âm, khi thủy phân nhóm

phosphate tận cùng của ATP lớn hơn khi thủy phân liên kết esterphosphate Ví dụ khi thủy

phân phosphate tận cùng của ATP năng lượng giải phóng vào khoảng G0 = -32,7 kJ/mol, còn thủy phân liên kết esterphosphate của glucose- 6-phosphate chỉ giải phóng năng lượng tự do

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

 Khác biệt này, do năng lượng tự do tích lũy

trong liên kết năng lượng và liên kết cao

năng khác nhau Đa số, các liên kết giàu

năng lượng là các liên kết phosphate có cấu trúc anhydride (ATP, ADP, acetylphosphate, aminoacetylphosphate, pirophosphate, ), có cấu trúc enolphosphate

(phosphoenolpyruvat), và cấu trúc

phosphoguanidinphosphate

(creatinphosphate), cũng như thioester (ví

dụ acetyl-CoA) và S-adenosylmethionin (ví

dụ methinoin hoạt động) Còn các liên kết

nhiệt lượng thì khi thủy phân, nhiệt năng giải phóng nhỏ hơn -16 kJ/mol, thường là các sản phẩm trung gian của đường phân như

glucose-6-phosphate, fructose-6-phosphate, glycerat-3-phosphate,…

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG

TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

chuyển nhóm cao, ví dụ như hai phản ứng chuyển phosphate mô tả ở trên mà có ATP là chất cho

phosphate Khi chuyển esterphosphate tận cùng của ATP lên glucose là chất nhận (tạo thành

esterphosphate với thế năng vận chuyển

phosphate thấp) làm giảm năng lượng tự do và phản ứng không thuận ngịch Còn chuyển

phosphate từ ATP đến AMP hay từ ATP đến

creatin dẫn đến tạo thành các liên kết phosphate giàu năng lượng (ADP hoặc A-R-P ~P hay creatin

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG TRAO

ĐỔI CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO

chất mang protein của màng, và kết hợp với ion

Sự vận chuyển tích cực nhờ

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG TRAO ĐỔI

CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO

Sau đó, ion Na+ xâm nhập trở lại tế

bào với các chất khác như đường và

acid amin, hoặc quá trình thu nhận và đào thải các chất của tế bào

Tóm lại, đây là cơ chế vận chuyển tích cực các chất (cơ chế đồng vận chuyển )

Sự vận chuyển tích cực do bơm H+

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG CO CƠ

A T P a s e

in m y o s in lig h t c h a in s

m y o s in

t h e a r r a n g e m e n t o f m y o s in in m y o f ib r ils

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

 Trong phân tử ATP có hai liên kết cao năng (hai liên kết phosphoanhydrid) và có khả năng tham gia vào các phản ứng chuyển nhóm ATP có thể tham gia vào các phản ứng khác nhau, chuyển năng lượng cho phân tử khác và nạp cho phân tử ấy năng lượng cần thiết để thực hiện các phản ứng tiếp theo Tùy thuộc vào liên kết nào trong số các liên kết cao năng của ATP bị đứt mà phản ứng có thể xảy ra:

 Chuyển nhóm phosphate cuối và tạo ra ADP.(a)

 Chuyển hai nhóm phosphate cuối và tạo ra AMP.

 Chuyển AMP và thải ra pirophosphate.

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

 Phản ứng loại một (a) thường hay xảy ra nhất Nếu nhóm phosphate cuối được

chuyển tới nước thì phản ứng sẽ dẫn đến thủy phân nhóm phosphate cuối ấy Quá trình chuyển nhóm phosphate tới nước là phản ứng phát nhiệt do đó thường được cặp đôi với phản ứng thu nhiệt Nhóm

phosphate cuối này có thể chuyển từ ATP sang nhóm hydroxyl, sang nhóm cacboxyl hoặc sang nhóm amid Chất xúc tác của tất cả phản ứng chuyển này là kinaza.

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

G0 = 13,8 kJmol-1

G0 = -30,5 kJmol-1

Thường trong các quá trình trao đổi chất, các chất dinh dưỡng sẽ được chuyển hóa thông qua biến đổi chúng thành dạng phosphoryl hóa Năng lượng tự do giải phóng ra khi thủy phân

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

 Phản ứng loại hai (b) chuyển nhóm

pirophosphate rất ít gặp so với phản ứng loại

ứng này xảy ra khi hoạt hóa các axit amin để

chuẩn bị tổng hợp protein cũng như khi hoạt hóa các axit béo để chuẩn bị tham gia trao đổi chất.

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

ATP cũng đựoc sử dụng để chuyển đổi giữa các nucleosidtriphosphate Như ta đã biết khi tổng hợp protein, axit nucleic, polysacarit, …lại cần những

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

Nói cách khác, năng lượng tự do của ATP có thể được sử dụng để sinh tổng hợp ra các nucleosid và các desoxynucleosidtriphosphate khác nhau.