chuyển hóa năng lượng

1THÁNG 11/2009 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC BIOLOGICAL ENERGY CÁC CON ĐƯỜNG THU NHẬN NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC CELLULAR PATHWAYS THAT HARVEST CHEMICAL ENERGY GVHD: TS. VÕ VĂN TOÀN HVTH: NGUYỄN VĂN NAM Click to edit Master title style Click to edit Master subtitle style 2 Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level THÁNG 11/2009 2 Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 2 CÁC CON ĐƯỜNG THU NHẬN NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC CELLULAR PATHWAYS THAT HARVEST CHEMICAL ENERGY 1. Proton khuếch tán để tổng hợp ATP: 2. Cơ chế tổng hợp ATP ở ty thể: 3. Thí nghiệm chứng minh cơ chế tổng hợp ATP: 4. Sự khuếch tán proton và sản xuất ATP: 5. Sự lên men: sản xuất ATP từ glucose trong điều kiện không có O 2 : 6. Một số tế bào lên men sản xuất axit lactic và một số sản xuất rượu: 7. Năng lượng tương đương: 333 1. Proton khuếch tán để tổng hợp ATP: Như ta đã thấy, tất cả những chất mang và enzym của chuỗi hô hấp ngoại trừ cytochrome c đều được gắn trên màng ty thể Hình 7.10. Các quá trình oxy hóa NADH + H + Điện tử từ NADH + H + được chuyển qua chuỗi hô hấp, một loạt các phức hệ protein ở màng trong ty thể có chứa các chất vận chuyển điện tử và các enzym. Điện tử khởi đầu của chuỗi hô hấp từ NADH + H + Và được vận chuyển đến từng phần của chuỗi hô hấp Cuối cùng, điện tử được chuyển giao cho ôxy phân tử, sẽ kết hợp với proton để tạo thành nước 444 1. Proton khuếch tán để tổng hợp ATP: Hình 7.11. Phức hệ vận chuyển điện tử của chuỗi hô hấp Điện tử từ NADH + H + được tiếp nhận bởi enzym NADH-Q reductase ở đầu của chuỗi hô hấp Điện tử cũng đến từ Succinate bằng FADH 2 ; các electron được tiếp nhận bởi enzym Succinate dehydrogenase chứ không phải là enzym NADH-Q reductase 555 1. Proton khuếch tán để tổng hợp ATP: Hình 7.12. Cơ chế sản xuất ATP ở ty thể Các điện tử đi qua các phức hệ protein trong chuỗi hô hấp, proton được bơm từ cơ chất ti thể vào không gian giữa hai màng và các proton quay trở lại cơ chất của ty thể thông qua ATP synthase, ATP được hình thành Điện tử (tạo ra bởi NADH và FADH 2 ) từ đường phân và chu trình acid citric, "thức ăn" của chuỗi vận chuyển điện tử của màng trong ti thể, với các bơm proton (H + ) từ cơ chất của ty thể tới không gian hai lớp màng Bơm proton tạo ra một sự mất cân bằng về điện tích giữa không gian hai lớp màng và cơ chất của ty thể. Sự mất cân bằng này là do các động cơ lực bơm proton 666 1. Proton khuếch tán để tổng hợp ATP: Vì có sự chênh lệch nồng độ của proton giữa không gian hai lớp màng với cơ chất của ty thể, proton trở lại cơ chất ty thể bằng cách đi qua một phức hệ ATP synthase trên màng trong. Sự vận chuyển do sự mất cân bằng này được gắn liền với sự hình thành ATP trong phức hợp ATP synthase 777 2. Cơ chế tổng hợp ATP ở ty thể: Cơ quan ty thể sử dụng hệ enzym ATP synthase cho sự khuếch tán proton để sự tổng hợp ATP. Cơ chế này gồm có 3 phần (3 giai đoạn): 1. Dòng chảy của những electron từ một phần tử mang điện tích đến phần tử mang điện tích khác trong chuỗi của hệ hô hấp là một loạt những phản ứng tỏa nhiệt xảy ra ở màng trong ty thể. 2. Các phản ứng tỏa nhiệt này đã bơm H + từ cơ chất ty thể vào bên trong không gian giữa hai lớp màng. Việc bơm này đã thiết lập và duy trì một gradient H + . 88 2. Cơ chế tổng hợp ATP ở ty thể: 3. Năng lượng tiềm năng của gradient H + , hoặc proton-cơ động lực, được khai thác bởi enzym ATP synthase. Loại protein này (ATP synthase) có hai vai trò: Nó hoạt động như một kênh cho phép H + khuếch tán trở lại vào cơ chất của ty thể, và nó sử dụng năng lượng của khuếch tán đó để tổng hợp ATP từ ADP và P i . 99 2. Cơ chế tổng hợp ATP ở ty thể: Sự tổng hợp ATP là một phản ứng thuận nghịch, ATP synthase cũng có thể hành động như một ATPase, thủy phân ATP để tạo ra ADP và P i . ATP ↔ ADP + P i + năng lượng tự do Nếu phản ứng diễn ra theo chiều hướng về bên phải, năng lượng tự do được giải phóng, và năng lượng đó được sử dụng để bơm H + ra khỏi cơ chất của ty thể. Nếu phản ứng diễn ra theo bên trái, nó sử dụng năng tự do từ sự khuếch tán H + vào cơ chất để tổng hợp ATP. Điều gì làm cho ty thể thích tổng hợp ATP? Có hai câu trả lời cho câu hỏi này: - ATP rời khỏi cơ chất ty thể để sử dụng ở nơi khác trong tế bào ngay sau khi nó được tổng hợp, giữ sự tập trung ATP trong cơ chất ty thể thấp và đưa phản ứng hướng về phía trái. Một người có thể sử dụng khoảng 10 25 phân tử ATP mỗi ngày, và rõ ràng phần lớn được tái chế bằng cách sử dụng năng lượng tự do từ các quá trình oxy hóa glucose. - Gradient H + được duy trì bởi sự vận chuyển electron và bơm proton. (các điện tử, bạn sẽ nhớ lại, đến từ quá trình oxy hóa của NADH và FADH 2 , được tạo ra bởi sự oxy hóa của glycolysis và chu trình acid citric. Vì vậy, một trong những lý do bạn ăn là để bổ sung gradient H + ). 101010 3. Thí nghiệm chứng minh cơ chế tổng hợp ATP: Hai thí nghiệm chứng minh: (1) là một gradient proton H + qua màng có thể đưa đến sự tổng hợp ATP; và (2) rằng các enzym ATP synthase là chất xúc tác cho phản ứng này. Hình 7.13. Hai nghiệm chứng minh các cơ chế tổng hợp ATP Hai thí nghiệm cho thấy rằng một gradient H + qua màng là cần thiết để xúc tiến tổng hợp ATP do enzyme ATP synthase. Cho dù gradient H + được sản xuất nhân tạo, như trong các thí nghiệm, hoặc bằng chuỗi hô hấp tìm thấy trong tự nhiên là không quan trọng. [...]... của quá trình oxy hóa glucose, như là quá trình lên men Vẫn còn nhiều năng lượng trong sản phẩm cuối của quá trình lên men, như axit lactic và ethanol, ATP sẽ tạo ra nhiều hơn khi phân giải các chất này trong hô hấp tế bào để tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO2 21 7 Năng lượng tương đương: Trong hô hấp tế bào, các chất giàu năng lượng (chủ yếu là NAD+) được tạo ra trong quá trình oxy hóa pyruvate và chu... một sản lượng tịnh của 36 ATP - bởi vì trong một số tế bào động vật, màng trong ti thể có tính thấm để NADH đi qua, và một lượng ATP được tạo ra cho một NADH sản xuất ở giai đoạn đường phân đi vào cơ chất ty thể 22 7 Năng lượng tương đương: 23 Hình 7.16 Hô hấp tế bào tạo ra nhiều năng lượng hơn đường phân Các chất tạo thành trong quá trình oxy hóa pyruvate và chu trình acid citric, sau đó bị ôxi hóa bằng... pyruvate và chu trình acid citric, sau đó bị ôxi hóa bởi chuỗi hô hấp, đi kèm với việc sản xuất của ATP (ba cho mỗi NADH + H+ và hai cho mỗi FADH2) bởi cơ chế sản xuất ATP ty thể Trong môi trường hiếu khí, một sinh vật có khả năng loại này sẽ có lợi thế trong chuyển hóa (về khả năng lượng đường trong phân tử) trong một giới hạn trong quá trình lên men Tổng sản lượng tổng cộng ATP từ một phân tử glucose được... Đâyphânquy trình để chất H+ từ đường là như là một sản xuất bia rượu phân giải, phân giải acetaldehyde để sản xuất ethanol 20 7 Năng lượng tương đương: Tổng sản lượng năng lượng tạo ra từ đường phân sử dụng lên men là hai phân tử ATP cho mỗi phân tử glucose bị oxy hóa Ngược lại, sản lượng tối đa mà có thể thu được từ một phân tử glucose qua đường phân trong hô hấp tế bào là lớn hơn nhiều - khoảng 36 phân... quả đầu tiên của việc cung cấp O 2 không đầy đủ là các tế bào không thể oxy hóa để tạo cytochrome c trở lại, do đó tất cả các hợp chất ở trong tình trạng bị biến đổi Khi điều đó xảy ra, QH 2 không thể bị oxy hóa trở lại Q và dây chuyền vận chuyển điện tử nhanh chóng bị biến đổi Vì vậy, các bước oxy hóa trong đường phân, oxy hóa pyruvate và chu trình axit citric cũng dừng lại 16 5 Sự lên men: sản xuất... chất chuyển hóa của nó và do vậy NAD+ được tái sinh NAD+ là bắt buộc đối với phản ứng 6 của đường phân (xem hình 7.16) Do đó, một khi các tế bào đã được bổ sung NAD+ cung cấp theo cách này, nó có thể thực hiện thông qua con đường đường phân - Lên men đường phân sản xuất một nhỏ nhưng duy trì lượng ATP Các phản ứng lên men không tự sản xuất ra bất kỳ ATP nào mà ATP chỉ được sản xuất từ việc phosphoryl hóa. .. một số sản xuất rượu: Quá trình này đòi hỏi hai enzyme chuyển Hình 7.15 Lên men cồn hóa pyruvate Thứ nhất, Trong quá dioxide men khỏi lượng khí carbontrình lênloại bỏ rượu (cơ sở cho các thành các nghiệp ủ pyruvate, để tạongành công hợp chất acetaldehyde Thứ hai, acetaldehyde bia), pyruvate từ glycolysis được được cung cấp và phân giải NADHvà chuyển đổi thành acetaldehyde + H+, 2 tạo ragiải phóng Các... bên Hỏi: bào quan trong Có thể một gradient H+ dẫn tới tổng hợp ATP Ty thể chuyển đến môi trường bằng ty thể + cô chua (pH = 4; H tập lập? trungcao) H+ di chuyển vào ty thể để tổng hợp ATP trong sự vắng mặt của dòng vận chuyển điện tử.11 3 Thí nghiệm chứng minh cơ chế tổng hợp ATP: Kết luận: Trong trường hợp không có dòng vận chuyển điện tử, một gradient H+ nhân tạo là đủ cho ATP tổng hợp của ty thể... Nhớ lại rằng quá trình lên men là sự phá vỡ cấu trúc của axit piruvit được sản xuất bởi quá trình đường phân trong điều kiện vắng mặt O2 Kết quả của sự lên men trong quá trình oxy hóa không hoàn toàn glucose sẽ tỏa ra năng lượng ít hơn so với hô hấp tế bào Tại sao một quá trình (lên men) không hiệu quả vẫn tồn tại như vậy? Giả sử việc cung cấp O 2 cho tế bào hô hấp bị giảm (trong điều kiện kỵ khí) dẫn... ATP: Kết luận: ATP synthase, hành động như một kênh vận chuyển H+, là cần thiết để tổng hợp ATP 14 4 Sự khuếch tán proton và sản xuất ATP: Trong cơ chế làm việc của ty thể, sự khuếch tán của proton H+ và sự hình thành ATP phải được liên kết một cách chặt chẽ, điều đó có nghĩa là những proton phải vượt qua chỉ có thông qua các kênh ATP synthase để di chuyển vào cơ chất ty thể Nếu có một loại kênh khuếch . để tạo ra ADP và P i . ATP ↔ ADP + P i + năng lượng tự do Nếu phản ứng diễn ra theo chiều hướng về bên phải, năng lượng tự do được giải phóng, và năng lượng đó được sử dụng để bơm H + ra khỏi. 1THÁNG 11/2009 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC BIOLOGICAL ENERGY CÁC CON ĐƯỜNG THU NHẬN NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC CELLULAR PATHWAYS THAT HARVEST CHEMICAL ENERGY GVHD:. sử dụng năng lượng tự do từ các quá trình oxy hóa glucose. - Gradient H + được duy trì bởi sự vận chuyển electron và bơm proton. (các điện tử, bạn sẽ nhớ lại, đến từ quá trình oxy hóa của