Bài giảng Khái quát trao đổi chất và năng lượng sinh học

KHÁI QUÁT TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Ths Lê Thụy Bình Phương Nội dung • Trao đổi chất: Qúa trình đồng hóa dị hóa • Khái niệm lượng sinh học: hợp chất cao thường gặp • Phosphoryl hóa oxi hóa Khái quát trao đổi chất (1) Sự trao đổi chất (TĐC) chuỗi phản ứng hóa học (pathway), thường xúc tác enzyme, xảy tế bào sống - Sự TĐC bao gồm trình đồng hóa dị hóa • Mỗi bước chuỗi phản ứng sản xuất sản phẩm (chất chuyển hóa / trung gian) khác với chất tham gia phản ứng ban đầu • Enzyme xúc tác chuỗi phản ứng hóa học có chức phức hệ enzyme (multienzyme complexes) Note: phức hệ enzyme (multienzyme complexes)? Khái quát trao đổi chất (2) • Trao đổi chất xảy tế bào • Đồng hóa và dị hóa: mâu thuẫn hỗ trợ thống sự chuyển hóa chất • Các p/ư dị hóa: phá vỡ phân tử lớn thành phân tử nhỏ và cung cấp lượng cho tế bào • Các p/ư đồng hóa: Sử dụng nguồn NL ATP để xây dựng phân tử lớn Quá trình dị hóa Gđ1: (Tiêu hóa và thủy phân) phân tử lớn phân tử nhỏ máu Gđ 2: (sự thoái biến) Các phân tử ếp tục bị phân cắt nhỏ và oxi hóa thành hợp chất có 2-3 carbon Gđ3: (oxi hóa) bị oxi hóa chu trình acid citric và phosphoryl hóa để cung NL ATP Các quan tham gia vào trình trao đổi chất thể Các hợp chất cao thường gặp mô bào ĐV • Hệ thống ATP/ADP • Hệ thống creatinine phosphate/creatine • Các Coenzyme vận chuyển điện tử (NAD+ , NADP+ FAD+ ,FMN+ ) Các hợp chất cao • Hệ thống ATP/ADP: hợp chất cao quan trọng nhất, dùng chuyển tải lượng từ p/ư giải phóng NL p/ư thu NL • ATP có mô bào giới SV dạng liên kết với Mg2+ Các hợp chất cao • Hệ thống creatinine phosphate/creatine: giữ vai trò thứ cấp ch trữ ~P • Khi NL phóng thích nhiều, hệ ATP/ADP không ch trữ hết, NL ch trữ creatine creatine phosphate (CP) Khi cần lượng, CP nhả NL để ADP ATP Các Coenzyme vận chuyển điện tử (NAD+ , NADP+ FAD+ ,FMN+ ) • Các coenzyme nhận electron (bị khử) • Các coenzyme nhường electron có yêu cầu • Vai trò: chuyển giao electron điện tử cho chuỗi vận chuyển điện tử trình hô hấp mô bào để thành lập lượng ATP Sự hình thành ammonium máu (3) Chu trình Urea Chu trình Urea • Mục đích: giải độc NH4+ từ sự thoái biến amino acid • Chuyển đổi NH4+ thành urea gan và loại thải nước ểu thận Thành lập carbamoyl phos phate: Trong ty thể, NH4+ phản ứng với CO2 từ chu trình acid citric, ATP, nước để thành lập carbamoyl phosphate Sau đó hợp chất vào chu trình urea Phản ứng chu trình urea (1) Nhóm carbamoyl phosphate chuyển giao cho ornithine để tạo thành citrulline Citrulline di chuyển qua màng ty thể vào tế bào chất (2) Phản ứng kết hợp với aspartate: xảy tế bào chất, citrulline kết hợp với aspartate Sử dụng ATP thành AMPđể cung cấp lượng N aspartate phần urea (3) Phản ứng phân cắt thành lập fumarate: phân cắt argininosuccinate thành fumarate và arginine Sau đó fumarate vào chu trình TCA (4) Thủy phân: arginine bị thủy phân tạo urea và ornithine Ornithine quay trở lại ty thể để bắt cặp với carbamoyl phosphate khác để lặp lại chu trình urea (4) Oxy hóa sườn carbon amino acid • Sườn carbon amino acid sử dụng để sản sinh lượng sự hình thành chất chuyển hóa trung gian chu trình TCA • • • • • • Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp pyruvate Leu, Ile, Thr, Lys, Phe, Tyr, Trp acetyl CoA Arg, Glu, Gln, His, Pro α-ketoglutrate Ile, Met, Thr, Val succinyl CoA Phy, Tyr fumarate Asp, Asn oxaloacetate (4) Oxy hóa sườn carbon amino acid Sự oxy hóa sườn carbon amino acid phân thành loại: • Glucogenic: sườn carbon tạo pyruvate oxaloacete sử dụng để tổng hợp glucose • Ketogenic: sườn carbon tạo acetoacetyl CoA acetyl CoA, mà hình thành thể ketone sử dụng để tổng hợp acid béo Sơ đồ sự oxy hóa sườn carbon amino acid Chu trình glucose -alanine Chu trình glucose-alanine Chức năng: • Sự thoái biến protein xương để cung cấp thêm glucose cho trình khác tạo thêm lượng ATP (sự suy thoái protein nguồn lượng thay thế) • Loại bỏ Nitrogen (trong chu trình Urea) Câu hỏi ôn tập ????? Các câu hỏi khác liên quan http://www.jbc.org/content/276/38/36000/F6.expansion [...]... từ matrix được thoát ra tế bào chất như thế nào??(tham khảo) • ADP và ATP không chỉ đơn giản là khuếch tán qua màng trong ty thể không thấm nước • ADP đi vào matrix của ti thể là cùng với sự thoát ra tế bào chất của ATP bởi sự hoán vị ATP-ADP • Đây là một protein vận chuyển (antiporter) • Năng lượng đến từ thế năng xuyên màng • Sử dụng khoảng 25% tiềm năng năng lượng Trả lời một số câu hỏi sau???... sau??? F0F1-ATPase (tham khảo) - Vị trí: chất nền (matrix) của màng bên trong ti thể - Tổng hợp ATP, sử dụng năng lượng được lưu trữ trong pH màng và gradient tiềm tàng - Nhóm đầu F1 có ba nucleotide liên kết ở ba vị trí trên F1, và chứa enzyme thực hiện một chu trình xúc tác - ADP và phosphate liên kết với một trung tâm hoạt động, xúc tác sự hình thành các ATP - Năng lượng từ động lực proton như đòn bẩy... diện của oxy) hoặc lactate (trong điều kiện thiếu ôxy, VD: mô cơ xương) Tế bào hồng cầu (thiếu ty lạp thể): hoàn toàn phụ thuộc vào glucose là nhiên liệu trao đổi chất, và chuyển hóa bằng đường phân kỵ khí • Xảy ra trong tế bào chất của tất cả các tế bào mô • Tạo năng lượng ATP Glucose → 2 Pyruvate Lactate (yếm khí) Acetyl-CoA (chu trình acid citric) Đường phân EM (1) 1 Glucose được phosphorylate... - Năng lượng được truyền tới các tiểu đơn vị xúc tác trong ATP synthase (phần đầu F1) bởi vòng quay của trục cam - Các "cam" bóp méo các tiểu đơn vị protein để liên kết ATP - Các năng lượng đầu vào được sử dụng để điều khiển sự phóng thích ATP không cho hình thành các liên kết - Phải mất ít nhất 9-12 proton để “lái” một vòng quay của trục cam và sản xuất ra 3ATP Toàn bộ phức hợp có thể đảo ngược và. .. tắt là SGL T-1) SGL T-1 vận chuyển glucose vào bên trong tế bào bằng cách sử dụng năng lượng có nguồn gốc từ việc bơm natri-kali (đọc thêm tài liệu p 2) • SGL T-1 có 2 vị trí: một cho natri và một cho glucose Sau khi phóng thích glucose và Na vào trong tế bào chất, SGL T-1 đi ra khỏi tế bào để ếp tục vận chuyển thêm glucose và Na 2 Vận chuyển thụ động : • Chất vận chuyển GLUT (independent transporter... ATP synthease không gắn chặt vào phần đầu Nhưng khi phần đầu xoay nó sẽ kích hoạt ATP synthase thành lập ATP chất mang điện tử hoạt động một cách tuần tự theo thế năng oxi hóa khử từ thấp đến cao Hiệu quả năng lượng ATP được tạo ra từ chuỗi vân chuyển điện tử • Đối với electron di chuyển từ NADH đến O2 (-0.32 to +0.82 volts), E0/ = 1.14 volts tạo ra 3 ATP • Năng lượng tự do: G/0 = - n F... thể nhưng các electron có thể được vận chuyển gián tiếp thông qua chất mang điện tử • Electron được vận chuyển qua một loạt các chất mang điện tử (chủ yếu là protein) được hoạt động một cách tuần tự theo thế năng oxi hóa khử từ thấp đến cao (như kiểu “dòng nước chảy xuôi”) • Các chất mang điện tử này sẽ chuyển các electron đến oxy và đi kèm theo nó là dòng proton H+ từ matrix (là khoảng không... cấu tạo của các tiểu đơn vị được thay đổi bởi các chuyển động quay Các loại phản ứng thường gặp 1 Chuyển nhóm chức năng: VD: chuyển nhóm phosphate cao năng của ATP 2 Phản ứng oxi hóa khử: trao đổi điện tử VD: glucose 6-phosphate thành phosphogluconic acid 3 Sắp xếp lại cấu trúc: thay đổi cấu trúc liên kết của một phân tử VD: glucose 6-phosphate thành fructose 6-phosphate 4.Phân tách: phân cắt liên... với tham gia của các electron vào chuỗi hô hấp mô bào (Quá trình vận chuyển điện tử) • Các điện tử này đến từ đâu ? các phản ứng được xúc tác bởi enzyme dehydrogenases thì một cặp hydrogen được tách ra từ cơ chất, một trong hai nguyên tử hydrogen này được gắn trọn vẹn trên chất nhận điện tử coenzyme NAD+, còn nguyên tử hydrogen thứ hai chỉ có điện tử e- được gắn vào NAD+, còn proton H+ di chuyển... chuyển GLUT (independent transporter ) • Đi từ nơi có nồng độ gradient cao xuống thấp • Không cần năng lượng Quá trình biến dưỡng carbohydrate xảy ra ở các cơ quan Gan Cơ Tế bào mỡ • Đường phân EM (glycolysis): thoái biến glycogen và glucose hay monosaccharide khác thành pyruvate hoặc lactate • Sự tân sinh đường (Gluconeogenesis): con đường từ oxaloacetate thành G6P • Sự phân giải glycogen (glycogenolysis):