Năng lượng sinh học

THUYẾT THẨM THẤU HÓA HỌCGiải thích cách tạo ra nguồn năng lượng tự do bởi sự vận chuyển điện tử cùng với chuỗi truyền vận chuyển điện tử để sử dụng sản xuất ATP từ ADP và Pi... “để góp

THUYẾT THẨM THẤU HOÁ HỌC

MÔN: NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Giáo viên hướng dẫn: TS Võ Văn Toàn Người thực hiện : Trương Thị Xuân Trúc

NỘI DUNG

Để giải thích việc kết hợp giữa các quá trình vận

chuyển điện tử trong chuỗi hô hấp với những phản ứng phosphoryl hoá Có 3 học thuyết tiêu biểu sau:

►Thuyết kết hợp hoá học:

►Thuyết vận chuyển điện tử nhờ cấu hình:

►Thuyết thẩm thấu hoá học:

1.1 Thuyết kết hợp hóa học

tổn thương khi: quá trình phosphoryl hoá chỉ thực

màng bị tổn thương thì chỉ có oxy hoá mà không

có phosphoryl hoá.

quá trình photphosrin hóa tiến hành có sự thay đổi liên tục thể tích ty thể.

1 TỒN TẠI CỦA THUYẾT KẾT HỢP

HÓA HỌC VÀ VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ NHỜ CẤU HÌNH.

1 2 Thuyết vận chuyển điện tử nhờ cấu hình:

- Sự biến đổi cấu hình thể tích ty thể có liên quan

mức độ tích luỹ và giải phóng năng lượng ATP.

- Thuyết này đề cập cơ chế tổng hợp ATP gắn liền

giải phóng năng lượng mà năng lượng đó nhận

từ cơ chất trong quá trình oxy hoá

2 THUYẾT THẨM THẤU HÓA HỌC

Giải thích cách tạo ra nguồn năng

lượng tự do bởi sự vận chuyển điện tử cùng với chuỗi truyền vận chuyển điện tử để sử dụng sản

xuất ATP từ ADP và Pi.

Gọi là Mitchell’s mô hình thẩm thấu hóa học.

Sự kết hợp của thuyết thẩm thấu học học

Nobel, 1978)

IMM

Electrontransport ElectrochemicalH+ gradient

ATPSynthesis

“để góp phần cho sự hiểu biết về

sự chuyển đổi nguồn năng lượng

thuộc về sinh học qua kết quả

thiết lập của thuyết thẩm thấu

hóa học"

Peter Mitchell Giải Nobel về hóa học, 1978

Điều đó không phải là

học thuyết ,đó là một sự

thật

b Tổng hợp hoá thẩm ATP

kênh protein xuyên qua màng, có chức năng trong việc bơm proton ra ngoài tế bào

ứng hoá học do lực khuếch tán tương tự lực thẩm thấu

thúc đẩy, nên gọi là tổng hợp

hoá thẩm ATP.

truyền các điện tử cao năng của NADP đến màng là động lực để bơm tổng hợp hoá

thẩm ATP

Peter Mitchell

Thuyết thẩm thấu hoá học dựa trên cơ sở ba điểm sau:

 Màng trong ty thể có tính bán thấm proton.

 Chuỗi hô hấp có tác dụng như một bơm proton

 Tổng hợp ATP thực hiện bằng ATPase hoạt động

không đồng thời một hướng.

- Bơm proton: Sự vận chuyển điện

tử gắn liền với photphosrin hóa ADP bởi

sự vận chuyển proton H+ qua phía trong màng từ nội chất màng vào khoảng

không gian giữa hai lớp màng.

Giả thuyết thuyết thẩm thấu

hóa học :

a Tính thấm proton qua màng ty thể:

- Hoạt động của chuỗi vận chuyển điện tử là cơ chế hóa học sử

dụng năng lượng tích lũy trong các e- để bơm H+ vào màng trong.

Dòng vận chuyển electron

Oxidative phosphorylation.

electron transport and chemiosmosis

Glycolysis

ATP ATP ATP

Inner Mitochondrial membrane

Electron transport chain

Electron transport and pumping of protons (H + ), which create an H + gradient across the membrane

Chemiosmosis

ATP synthesis powered by the flow

Of H + back across the membrane

ATP synthase

b Bơm proton

- Bơm thứ hai là ATPase có tác dụng tổng hợp ATP

Sự kết hợp giữa dòng vận chuyển

proton và thuyết “ Thẩm thấu hóa học”

 ATP synthesis là nguồn năng lưụơng

cấp bách có thể là sự chênh lệch nồng

độ proton và điện tử(chênh lệch điện

thế) qua màng.

 Chênh lệch nồng độ proton và điện tử

có thể gọi là lực chuyển động proton.

Sự kết hợp giữa dòng vận chuyển

proton và thuyết “ Thẩm thấu hóa

học”

 Dòng vận chuyển proton được tạo ra

bởi sự di chuyển từng bước của electron cùng với phần mang elẻcton mà dẫn

đến việc bơm proton ra khỏi nội chất ty thể.

 Oxi hóa của NADH và photphosrin hóa

của ADP tăng lên tạo ra sự chêch lệch nồng độ proton.

Sự kết hợp thẩm thấu hóa học với chuỗi vận chuyển điện tử tới ATP

2

2

2 2

2e

-Năng lượng tự do thay

đổi trong suốt quá

c Tổng hợp ATP thực hiện bằng ATPase

ATPase màng trong ty thể vận chuyển các proton theo hướng ngược gradient và kết hợp giữa vận chuyển

proton với tổng hợp ATP

ATPase là enzim màng, được tìm thấy ở màng plasma

tế bào thực vật, màng thylacoid của lục lạp, màng bên

trong ty thể của các tế bào có nhân thật.

ATPase màng trong ty thể vận chuyển các proton theo hướng ngược gradient và kết hợp giữa vận chuyển

proton với tổng hợp ATP

ATPase là enzim màng, được tìm thấy ở màng plasma

tế bào thực vật, màng thylacoid của lục lạp, màng bên

trong ty thể của các tế bào có nhân thật.

c Tổng hợp ATP thực hiện bằng ATPase

CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG QUÁ TRÌNH PHOTPHORIN HÓA - Electron Transport Phosphorylation (Thẩm thấu hóa học -

Chemiosmosis)

-Mục tiêu: bẽ gãy NADH và FADH2, bơm H+ vào màng ngoài cùng của ty thể (mitochondria)

- Nơi diễn ra: ty thể (mitochondria)

Trong phản ứng này, tạo ra một gradient được dùng

để sản sinh ATP, hoàn toàn giống như trong lục lạp

ATP

synth

ase

lum en

stro ma

Mitochon drion

Chloropl ast

E

coli

inner membr ane mat rix

membra

inter-ne space thylak

oid membr ane

ATP synth ase

Tính chuyển hoá năng lượng không chỉ có ở màng trong ty thể mà còn có cả ở màng lạp thể và màng vi khuẩn

ATP

synth

ase

lum en

stro ma

Mitochon drion

Chloropl ast

E

coli

inner membr ane mat rix

membra

inter-ne space thylak

oid membr ane

ATP synth ase

Tính thấm proton qua màng ty thể :

Chemiosmosis in a Mitochondrion

Overview of the electron

substrate oxidation

CO2

CO2

cytochrome b cytochrome c

cytochrome oxidase

(cytochromes a and a 3 )

M ô tả tổng quát về chuỗi vận chuyển điện tử ở ty thể

* ƯU THẾ CỦA THUYẾT THẨM THẤU

HOÁ HỌC

Màng ty thể có khả năng biến đổi năng lượng từ gradient nồng độ thành dạng năng lượng có giá trị sinh học là ATP Nên màng này được gọi là màng “chuyển hoá năng lượng”

 Bơm proton: Vận chuyển điện tử gắn liền với

quá trình photphosrin hóa của ADP bởi sự vận

chất vào không gian giữa hai lớp màng

* GIẢ THUYẾT VỀ THUYẾT THẨM THẤU HÓA HỌC.

Giả thuyết về thuyết thẩm thấu hóa học

Điện tử vận chuyển qua chuỗi hô hấp, bắt đầu từ việc bơm proton

pH outside is 1.4 unitslower than inside

Membrane potential is0.14V = ∆G of 5.2 kcalper mole of protons

T ác giả Peter Mitchell, 1961

Sự hình thành ATP ở thuyết thẩm thấu hóa học

chuyển điện tử và proton qua màng

ATP được tổng hợp ở phía matrix của các bào quan (ty thể và lục lạp) trong khi diễn ra dòng vận chuyển ngược lại của H+ nhờ chất hoạt động có đinh hướng là ATPase (ATP-synthase)