Bài giảng năng lượng sinh học cho BSĐK

Trình bày được sơ đồ chuỗi vận chuyển điện tử và cơ chế tạo ATP ở ty thể.. Khái quát sự thoái hóa glucid, lipid và protein gtrong cơ thể • Sự đốt cháy các chất hữu cơ -nhanh, mạnh, cần

Năng lượng sinh học

Mục tiêu:

1 Phân tích khái quát các bước thoái hóa glucid,

lipid và protein để tạo ATP.

2 Trình bày được sơ đồ chuỗi vận chuyển điện

tử và cơ chế tạo ATP ở ty thể.

3 Trình bày được chu trình acid citric: các phản

ứng, năng lượng sinh ra, đặc điểm và ý nghĩa.

1 Khái quát sự thoái hóa glucid,

lipid và protein trong cơ thể

• Mọi tế bào, cơ thể sống đều cần năng lượng cho

sự tồn tại, hoạt động và phát triển.

• Các thành phần trong thức ăn có khả năng cung cấp năng lượng cho cơ thể là Glucid, Lipid và

1 Khái quát sự thoái hóa glucid,

lipid và protein gtrong cơ thể

• Sự đốt cháy các chất hữu cơ

-nhanh, mạnh, cần

ngọn lửa

-Oxy không khí tiếp

xúc trực tiếp với cơ

chất

-Năng lượng giải

-Nhiệt độ không cao, môi trường 2/3 là nước, xảy ra

từ từ từng bước -Oxy không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất

-Năng lượng giải phóng

2 Bản chất của sự hô hấp tế bào

• Quá trình tế bào sử dụng oxy đốt cháy các chất hữu cơ sinh năng lượng, giải phóng CO2 và H2O gọi là hô hấp tế bào

2.2.Chuỗi hô hấp tế bào (Chuỗi vận chuyển điện tử)

• Điện tử được chuyển qua một loạt các chất vận chuyển cuối cùng đến O2

Các protein của chuỗi vận chuyển điện tử ty thể

Phức hợp I, NADH Dehydrogenase

(NADH-CoQ Reductase)

• Xúc tác sự vận chuyển điện tử và H+ từ NADH

và proton từ trong ty thể đến ubiquinone

(CoQ)

• Kèm theo với quá trình này là sự vận chuyển 4

H+ từ trong lòng ty thể đến khoảng giữa hai

màng

NADH + 5H+

M + Q → NAD+ + QH2 + 4H+

(khoảng giữa 2 màng)

Cơ chế vận chuyển điện tử và H

của NAD+

Các trung tâm sắt lưu huỳnh

Phức hợp I Khoảng giữa 2 màng

Lòng ty thể

Phức hợp II, Succinat Dehydrogenase

(Succinat- CoQ Reductase)

• Là enzym gắn màng duy nhất của chu trình acid citric

• Oxy hóa succinat thành fumarat FAD bị khử thành FADH2, rồi nhanh chóng chuyển e đến trung tâm Fe-S và cuối cùng tới ubiquinon

(CoQ)

Phức hợp Succinat

Dehydrogenase.

Sự di chuyển điện tử tới ubiquinon, QH2.

Cơ chế vận chuyển e của FAD hay

FMN

Khoảng giữa

2 màng

Lòng ty thể

Sự vận chuyển điện tử đến coenzym Q

với đó là vận chuyển 4 H+ từ trong lòng ty thể

ra khoảng giữa hai màng

• Sự vận chuyển e và H+ qua phức hợp rất

phức tạp, nhưng kết quả là:

Phức hợp III còn gọi là phức hợp cytochrom bc1

Cytochrom c

• Protein tan trong nước của khoảng giữa 2

màng

• Nhận e từ cytochrom c1 của phức hợp III,

chuyển qua nhân hem, sau đó e được chuyển cho phức hợp IV

Phức hợp IV, Cytochrom oxidase

• Nhận e từ cytochrom c và khử O2 thành H2O

• Điện tử được chuyển cho một trong hai ion Cu+

trong phức hợp (cyt a), sau đó chuyển cho 2

nhân hem, rồi chuyển cho ion Cu+ khác (cyt a3)

Trật tự sắp xếp chuỗi vận chuyển điện tử

• Được định hướng chặt chẽ theo trình tự thế năng oxy hóa khử của các chất trong chuỗi Điện tử đi từ chất có thế năng oxy hóa khử thấp tới chất có thế năng oxy hóa khử cao dần.

• Năng lượng được giải phóng được tính:

∆E°’ = E°’chất nhận e - E°’ chất cho e

NAD + + H + + 2e - ↔ NADH E°’ = -0.320 V

2.3.Cơ chế tạo ATP của ty thể

• NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O

• Phản ứng giải phóng năng lượng nhiều,

được dùng tổng hợp ATP từ ADP và Pi

• Năng lượng sinh ra dùng bơm H+ qua phức hợp I, III, và IV

2.3.1 Nhắc lại cấu tạo ty thể

(mitochondrion),

Vị trí xảy ra sự phosphoryl

oxy hóa ở các tế bào nhân thật.

2.3.2 ATP synthase

2.3.2 ATP synthase

• Cấu tạo bởi 2 phức hợp oligome Fo và F1

• Fo gắn chặt vào màng trong gồm 3 tiểu

đơn vị tạo kênh cho H+ đi qua

• F1 : 3 tiểu đơn vị α và 3 tiểu đơn vị β được gắn với Fo qua các tiểu đơn vị γ, δ, ε

Năng lượng của sự vận chuyển e và

• Gradient tạo thành do các bơm là nguồn năng

lượng dùng để phosphoryl hóa ADP thành ATP.

Lòng ty thể Khoang giữa

2 màng

Thuyết thẩm thấu hóa học

của Peter Michell

• Năng lượng điện hóa do sự khác nhau về

nồng độ H+ và sự tích điện của màng trong ty thể dẫn đến tổng hợp ATP khi H+ thụ động

chuyển qua ATP synthase.

ADP + Pi + nH+

(giữa 2 màng) → ATP + H2O + nH+

(lòng ty thể)

Cơ chế quay của ATP synthase tạo ATP

Khoảng giữa

2 màng

Sự tạo thành ATP

• Sự vận chuyển 3 H+ qua phức hợp ATP

synthase tạo 1 phân tử ATP

• Chuỗi vận chuyển e từ NADH tới oxy tạo

3 ATP Nếu đi từ succinat tạo 2 ATP

• Năng lượng giải phóng trong quá trình vận chuyển e còn được dùng sinh nhiệt, vận

chuyển canxi…

2.4 Điều hòa tổng hợp ATP

• Ty thể tổng hợp ATP theo nhu cầu năng lượng của tế bào

2.5.Các chất ức chế chuỗi hô hấp tế bào

2.5.Các chất ức chế chuỗi hô hấp tế bào

• DNP (2,4 dinitrophenol) là chất phá ghép cho phép oxy hóa liên tục NADH với tốc độ cao nhưng không tạo ATP

mà năng lượng tỏa ra dưới dạng nhiệt

• Thermogenin là chất phá ghép tự nhiên ở màng trong ty thể

2.5.Các chất ức chế chuỗi hô hấp tế bào

2.6.Sự tạo ATP ở mức cơ chất

• Xảy ra ở bào tương, không liên quan tới ty thể

• Trong quá trình đường phân có 2 phản

ứng phosphoryl hóa ở mức cơ chất

3.Sự phosphoryl hóa

• Là sự gắn một gốc phosphat vào một chất hữu cơ

• Các loại liên kết phosphat:

- Liên kết phosphat nghèo năng lượng: Khi thủy phân giải phóng 1000- 5000 calo.Ví dụ: liên kết este phosphat

- Liên kết phosphat giàu năng lượng: Khi

thủy phân giải phóng > 7000 calo

Liên kết acyl phosphat

Liên kết enol phosphat

= 114,8kcalo/mol

Liên kết amidphosphat

Liên kết anhydrid phosphat

Sự phosphoryl oxy hóa

• Điện tử đi từ chất có thế năng oxy hóa

khử thấp đến chất có thế năng oxy hóa

khử cao trong chuỗi vận chuyển e gọi là quá trình oxy hóa

• Trong quá trình trên năng lượng giải

phóng để tổng hợp ATP gọi là phosphoryl hóa

• Hai quá trình trên đi kèm với nhau gọi là