TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG pdf

Hiện tượng cơ thể lấy một số chất từ môi trường để - kiến tạo nên sinh chất của mình và - thải ra môi những chất do quá trình phân hủy vật chất bên trong cơ thể hay những chất hình thà

Biochemistry 1

Chương 9 TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG

HÓA SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

TĐC TĐC là gì?

Hiện tượng cơ thể lấy một số chất từ môi trường để

- kiến tạo nên sinh chất của mình và

- thải ra môi những chất do quá trình phân hủy vật chất bên trong cơ thể hay những chất hình thành trong quá trình sinh sống được gọi là trao đổi chất.

Trao đổi chất là mối liên hệ giữa cơ thể và môi trường sống bao gồm 2 quá trình cơ bản:

- Đồng hóa

- Dị hóa

II GIỚI GIỚI THIỆU THIỆU CHUNG CHUNG

Quá Quá trình trình đồng đồng hóa hóa

Quá Quá trình trình dị dị hóa hóa

Đồng hoá và dị hóa là 2 quá trình đối lập nhưng lại thống nhất nhau trong một cơ thể.

Sự trao đổi chất của tế bào là một tổng thể các mối liên hệ hữu cơ gộp lại

Biochemistry 3

Quá trình TĐC của mọi sinh vật liên quan chặt chẽ với nhau, tạo nên 1 chu trình TĐC trong sinh giới

II CÁC QUÁ TRÌNH DIỄN RA TRONG TĐC VÀ TĐNL

1 Tổng quát về chu trình TĐC trong sinh giới

Xét về khả năng TĐC, chia sv làm 2 nhóm

Nhóm sinh vật tự dưỡng :

cây xanh và một số vi sinh vật lam

Nhóm sinh vật dị dưỡng:động vật, người và vi sinh vật

2 Quá trình quang hợp

Phản ứng quang hợp tạo một cacbonhydrate tổng quát

CO 2 + H 2 O Quang năng [CH 2 O] n + O 2

2 Quá trình quang hợp

Năng lượng cho sự sống trên Trái đất là quang năng, quang năng được chuyển thành hĩa năng nhờ hệ sắc tố trong lục lạp của thực vật như Chlorophyll, Xanthophyll, Carotenoid…được cố định trong màng thylakoid cùng với các hệ chuyển điện tử như cytocrom, plastoquinon,

ferredoxin…

Biochemistry 5

Quang hợp xảy ra 2 giai đoạn

2.1 Giai đoạn quang phosphoryl hóa (pha sáng ):

Các sắc tố hấp thu ánh sáng ở các bước sĩng khác nhau làm cho các điện tử cĩ trong các sắc tố bị kích thích sẽ nhảy lên mức năng lượng cao hơn,

Hệ thống quang II (P680nm) sử dụng năng lượng hấp thụ được để thực hiện phản ứng quang phân li nước giải phĩng Oxi, H+và cung cấp điện tử để chuyển đến Chlorophyl và nâng lên mức năng lượng cao hơn

Chlorophyl và các hệ chuyển điện tử trên màng thylakoid xảy ra sự chuyển H tạo NADPH2 và ATP, gọi là quá trình quang phosphoryl hĩa

Light reaction (phản ứng pha sáng) 12H 2 O + 12NADP + 18ADP


6O 2 + 12NADPH 2 + 18ATP

2.2 Giai đoạn cố định CO 2 (pha tối):

CO 2

G3P(Glixeraldehyt 3 phosphat)

Trong đó G3P


C6 (Fructose)…


Glucose….


saccharose, glycogen, tinh bột ….

Dark reaction (phản ứng pha tối) 6CO 2 + 12NADPH 2 + 18ATP


C 6 H 12 O 6 + 12NADP + 18ADP + 6H 2 O

Chu trình này được gọi là CT Calvin:các hexose được tổng hợp từ CO2 bằng cách sử dụng năng lượng của ATP và NADPH2 đã được tích lũy trong giai đoạn trước Xảy ra không cần ánh sáng

3 Quá trình hơ hấp và Chuỗi hơ hấp ETS 3.1 Bản chất của quá trình hơ hấp

-Là sự oxh các chất hữu cơ và giải phĩng năng lượng tồn trữ trong đĩ thành dạng hĩa năng ATP

-Quá trình hơ hấp là quá trình oxhk sinh học bao gồm nhiều giai đoạn kế tiếp nhau, được xúc tác bởi enz thích hợp, cơ chất sẽ dần biến đổi thành các sản phẩm đơn giản hơn và cuối cùng bị oxh thành CO2và H2O

- Các hình thức hơ hấp: kị khí (lên men kị khí) và hiếu

Biochemistry 7

3.2 Chuỗi Chuỗi hô hô hấp hấp (ETS (ETS E lectron T ransportation SS ystem) ystem)

oxi là chất oxh vạn năng là chất nhận e cuối cùng ; các phân tử hữu cơ đóng vai trò chất cho điện tử.

-Điện tử và H của cơ chất không chuyển trực tiếp cho oxi không khí mà chuyển dần qua một chuỗi phức tạp

-Các hệ enz này được sắp xếp theo trật tự tăng dần thế oxhk, tạo thành một chuỗi gọi là chuỗi hô hấp hay chuỗi vận chuyển điện tử (ETS).

-Vai trò của chuỗi hô hấp là oxh từng bậc H của cơ chất đến H 2 O

Chuoãi hoâ haáp trong ty thể

Biochemistry 9

Các phức hệ trong chuỗi hô hấp Phức hệ I (NADH-ubiquinon-reductase) Phức hệ II (succinate-ubiquinon-reductase) Phức hệ III (ubiquinon-cytocrom c-reductase) Phức hệ IV (cytocrom c- cytocrom oxidase)

Chất cho nguyên tử H là NADH+H + (or FADH 2 )

phức hệ I


chuyển tới hệ II - coQ


hệ III


hệ IV


điện tử chuyển cho oxi tạo nước

Điểm thoát năng lượng trên chuỗi hô hấp: có 3 điểm:

- Giữa NADH và flavoprotein (I)

- Giữa citocrom b và c1 (III)

- Giữa citocrom a và a3 (IV) Như vậy khi vận chuyển trong chuỗi hô hấp nếu từ :

- NADH +H +
oxi : 3 điểm phophoryl hoá (3ATP)

- FADH 2
oxi: 2 điểm phophoryl hoá (2ATP)



4 Quá trình đường phân

Quá trình đường phân: glucose
acid piruvic (+ giảiphĩng ATP) Gồm 9 phản ứng

Glucose (đường phân)


acid piruvic Từ acid piruvic sẽ xảy ra theo 2 hướng chính

Phân giải kị khí : Phân giải hiếu khí :

Biochemistry 11

III.1.3 Quá trình đường phân (Glucolysis).

Gồm 9 phản ứng

(1) Sự tạo thành glucose-6 Photphat hoạt động,

ATP cung cấp P, enzym PG kinase hoạt hóa, 1 liên kết cao năng của ATP biến thành liên kết thường

CH2OH

OH

H

OH OH

O H

O H

OH

O H

Fructozo-6P Glucozo-6P

Photphohexo izomerase

H OH OH O

CH 2 OP Photphokinase

Fructose-1,6 di-P

Aldolase

P dioxy aceton

3-P-glyceraldehyde +

(5) Glyceraldehyde-3-P bị oxy hóa bởi NAD, Là sự photphoryl hóa trong cơ chất

O=C-H

C-OH

CH 2 OP H

O=C-O~P CHOH

CH 2 OP

+

glyceraldehyde-3-P

glyceraldehyde 3P dehydrogenase

axit 1,3 di P glyceric NAD ++Pv + NADH+ H +

1 liên kết acyl-photphat cao năng được hình thành Quá trình này không làm thay đổi năng lượng tự

do vì năng lượng được tập trung ở liên kết cao năng (∼∼∼∼)

(6) Photphoryl hóa axit 1-3 diphotphoglyxeric để tạo thành axit 3-photphoglyxeric.

CHOH

CH2OPO=C-O~P

axit 3-Photphoglyxeric

glyxerokinase

phản ứng thuận nghịch , ADP

ATP Tại phản ứng này:1 Glucose


2 ATP (Vì 1 glucose cho 2 triose)

CH 2 OH

O=C-OH C-O~P

CH 2

+ H 2 O axit 2-P- glyceric axit 2P-enolpiruvic

enolase

(9) Dephotphoryl hóa axit 2-photphoenolpyruvic

Dạng enol ít bền nên chuyển sang dạng ceto và vì vậy phải chuyển P và (~) cho ADP

ATP

1 phân tử glucose cho 2 phân tử ATP

Pyruvatkinase

axit Piruvic

dạng enol dạng ceto

Tóm lại: Sự phân giải 1 phân tử glucose (hexose) tạo ra 2 phân tử axit pyruvic, tổng hợp được 4 phân tử ATP và các sản phẩm trung gian.

Ý nghĩa của quá trình đường phân:

- Là con đường chung trong sinh giới (ĐV, TV, VSV)

- Vai trò kép:

- Đối với SV hiếu khí:

Tuỳ theo điều kiện và tính chất riêng của cơ thể,

Biochemistry 17

5.Sự biến đổi của acid pyruvic và Chu trình Krebs 5.1 Sự chuyển hoá piruvic trong điều kiện yếm khí (lên men kị khí)

Lên men lactic: Quá trình này diễn ra ở một số sinh vật.

yếm khí (lên men kị khí)

ethylic Quá trình này diễn ra ở một số sinh vật.

Ứng dụng :

Lên men ethylic qua 2 bước B1: Acid piruvic chuyển thành acetadehyde.

B2: Acetadehyde bị khử thành rượu nhờ oxy hóa NADH 2

C=O COOH

A ld e h it a c e tic Acetadehyde alcol dehydrogenase R ư ơ ïu e ty lic

5.2.Sự chuyển hóa piruvic trong điều kịên hiếu khí.

Axit piruvic sẽ phân giải đến cùng để tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H 2 O và giải phóng hoàn toàn năng lượng (oxh piruvic và chu trình Krebs).

Gồm 2 bước:

Biochemistry 19

CT Krebs (CT acid citric, CT tricacboxylic, CT TCA)

1 Acetyl CoA


Citrate + coA (citrate synthetase)

2 Citrat


isocitrate (cis aconitase)

3 Iso citrat


anfa cetoglutarate + CO 2 ( isocitrate dehydrogenase)

4 α - cetoglutarate

succinyl coA + CO 2 ( anfa cetoglutarate dehydrogenase)

5 succinyl coA + Pv + GDP


sucinate + ATP + CoASH (succinyl CoA synthetase) Đây là bước duy nhất trong chu trình Krebs trực tiếp tạo lk P cao năng

6 sucinate + FAD


fumarate +FADH 2 (succinate dehydrogenase)

7 fumarate


L- malate (malate hydratase))

8 L- malate+ NAD +

oxaloacetate + NADH + H + (malate dehydrogenase)

Đường phân : Glucose + 2 ADP + 2 P i + 2 NAD +



 2 pyruvate + 2 ATP + 2 (NADH + H + )

Tổng kết năng lượng khi oxh hoàn toàn 1 ptử glucose

Biochemistry 21

2 (NADH + H + ) (từ glucolysis) qua ETS

2 *3ATP


6 ATP

2A.piruvic (Krebs)
2 ATP

6 NADH (Krebs) qua ETC

Phương trình tổng quát của chu trình Krebs

Tổng kết năng lượng khi oxh hoàn toàn 1 ptử glucose:

Ýù nghĩa CT Krebs:

- Glucose bị oxh hoàn toàn và giải phóng toàn bộ năng lượng

- Là con đường chung cho sự oxh các nguyên liệu khác

-Về mặt vật chất: tạo ra nhiều nguyên liệu trung gian cho các quá trình TĐC khác

Tóm lại: CT Krebs là trung tâm của các quá trình

TĐC, là điểm giao lưu của nhiều hướng phân giải và tổng hợp; là nơi xảy ra quá trình oxh hòan tòan của các sản phẩm của TĐC, giải phóng nl triệt để và hiệu quả nhất