Những điểm quan trọng cho hô hấp tế bào

11/15/2017 Tóm tắt ý Hơ hấp tế bào Chương 13: Đường phân lên men  Các đường trao đổi chất: - Q trình đồng hóa (anabolic), hay trình tổng hợp chất - Quá trình dị hóa (catabolic), hay q trình phân giải chất - Q trình dị hóa cung cấp lượng cần thiết để q trình đồng hóa diễn Chương 13: Đường phân lên men  - - ATP: chất mang lượng “toàn cầu” ATP phân tử mang lượng phổ biến tế bào ATP chứa hai liên kết phosphoanhydride giàu lượng Quá trình thủy phân ATP tạo ADP gốc photphat trình phát với mức biến thiên lượng tự -7.3 kcal/mol ATP hoạt động chất cho gốc phophat ADP chất nhận gốc photphat 11/15/2017 ATP is an important intermediate in cellular energy metabolism  ATP can serve as a phosphate donor in some biological reactions  ADP can serve as a phosphate acceptor in other reactions Chương 13: Đường phân lên men  Sự trao đổi lượng sinh vật dị dưỡng - Hầu hết sinh vật dị dưỡng tổng hợp ATP từ q trình dị hóa chất dinh dưỡng như: carbonhydrate, chất béo protein Quá trình tổng hợp thực phản ứng lên men (trong điều kiện thiếu oxy) hơ hấp hiếu khí có mặt oxy Q trình đường phân hay gọi q trình phân giải glucoz giải phóng lượng dự trữ phân tử ATP - “What happen to the sugars?”  Food are broken down in three stages: - Stage 1: Digestion - occurs either out of the cells (intestine) or in a specified organelle in the cells (lysosome) - Stage 2: Glycolysis – occurs in cytosol, convert each molecule of glucose into two smaller molecules of pyruvate - Stage 3: citric acid cycle – occurs in mitochondria (aerobic respiration) or fermentation – occurs in cytosol (anaerobic respiration) 11/15/2017 Chương 13: Đường phân lên men  Đường phân lên men: tổng hợp ATP không liên quan đến oxy - Q trình dị hóa glucoz sinh vật kỵ khí hiếu khí bắt đầu đường phân: trình bao gồm 10 bước để chuyển hóa glucoz thành pyruvat Trong hầu hết trường hợp, trình dẫn đến tổng hợp phân tử ATP/ phân tử glucoz Kết thúc trình đường phân tạo nên hai phân tử pyruvate - Glycolysis • generates ATP by catabolizing Glucose to pyruvate  Glycolytic pathway consist of 10 reactions (Gly -1 through Gly -10) with 10 enzymes that catalyze the reactions Considered in three phases Phase 2: oxidation and ATP generation The two molecules of glyceraldehyde-3-phosphate are oxidized to 3-phosphoglycerate Some of the energy from this oxidation is conserved as two ATP and two NADH molecules are produced In phase 2: ATP production is linked directly to the oxidation of glyceraldehyde-3phosphate to 3-phosphoglycerate which is highly exergonic 11/15/2017 11/15/2017 Chương 13: Đường phân lên men  Đường phân lên men: tổng hợp ATP không liên quan đến oxy - Trong điều kiện khơng có oxy, NADH (chất mang hydro dạng khử) tổng hợp trình đường phân bị oxy hóa q trình lên men pyruvate, để tái tạo phân tử NAD Sản phẩm cuối trình lên men lactate ethanol CO2 Hiệu suất chuyển hóa lượng trình lên men thấp (khoảng 7%) - Chương 13: Đường phân lên men  Cơ chất thay trình đường phân: - Quá trình đường phân sử dụng số chất thay khác như: fructoz, galactoz, mannoz Các chất trải qua số bước chuyển hóa trung gian trước tham gia vào đường phân Quá trình đường phân sử dụng để chuyển hóa glucose-1-phosphate tổng hợp trình bẻ gãy polysacharide dự trữ (như tinh bột glycogen) - Chương 13: Đường phân lên men  - - Sự tổng hợp glucoz: Trong số loại tế bào, glucoz tổng hợp từ hợp chất chứa carbon pyruvate Quá trình ngược lại với trình đường phân khơng hồn tồn q trình đường phân đảo ngược Hai trình sử dụng chung loại enzyme Tuy nhiên trình tổng hợp glucoz đòi hỏi phản ứng thủy phân ATP 2GTP 11/15/2017 Chương 13: Đường phân lên men  - Chu trình Cori: Là q trình phân tử lactate tổng hợp từ hô hấp kị khí mơ đưa đến gan chuyển hóa thành glucoz Phân tử glucoz sau lại vận chuyển đến cơ, tham gia vào đường phân hơ hấp kị khí chuyển hóa thành lactate “What happen to the sugars?” Aerobic respiration consist of stages  Stage 1: Glycolysis  Stage 2: Pyruvate oxidation  Stage 3: The citric acid cycle (the TCA cycle)  Stage 4: Electron transport  Stage 5: ATP synthesis 11/15/2017 Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Hô hấp tế bào: tổng hợp ATP với hiệu suất cao - So với trình lên men, hơ hấp hiếu khí tạo nên nhiều phân tử ATP việc sử dụng phân tử oxy chất nhận điện tử cuối - Q trình chuyển hóa hồn tồn glucose bắt đầu q trình đường phân tế bào chất, tạo nên pyruvat Pyruvat đưa đến ty thể Tại chuyển hóa thành acetyl CoA giải phóng CO2 Acetyl CoA sau oxy hóa hồn tồn thành CO2 hệ enzym chu trình TCA (citric or Krebs) Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Ti thể: nơi diễn hơ hấp hiếu khí - Ty thể bào quan ln có mặt tất tế bào nhân chuẩn, số lượng thay đổi tùy loại tế bào; tồn dạng bào quan riêng lẻ hay tập hợp thành mạng lưới - Được bao bọc hai lớp màng Lớp màng ngồi có lỗ để trao đổi ion phân tử nhỏ Lớp màng có kênh vận chuyển đặc hiệu số phân tử pyruvat, axit béo số phân tử hữu khác vào chất - Lớp màng cuộn lại thành nếp gấp giống lược hướng vào chất nền, làm tăng diện tích bề mặt màng, tăng khả mang phức hệ hô hấp FoF1, phức hệ vận chuyển protein cần thiết cho chức hơ hấp Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Chu trình citric: vòng q trình oxy hóa - Pyruvat chuyển hóa thành acetyl CoA, tổng hợp nên NADH giải phóng CO2 Acetyl CoA tham gia vào chu trình citric cách kết hợp với oxaloacetate để tạo thành citrate - Citrate chuyển hóa thành succinate, giải phóng CO2, ATP NADH Succinate sau oxy hóa chuyển hóa thành oxaloacetate đồng thời tổng hợp nên FADH2 NADH - Chu trình citric đóng vai trò quan trọng q trình phân giải lipit protein để giải phóng lượng Axit béo chuyển hóa chất ty thể, tạo nên acetyl CoA tham gia vào chu trình - Protein phân giải thành axit amin, chuyển hóa thành chất trung gian cho q trình đường phân chu trình citric 11/15/2017 Citric acid cycle (or TCA – tricarboxylic acid cycle) The final oxidative reactions of the TCA cycle Generate FADH2 and NADH Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Chuỗi truyền điện tử: Electron vận chuyển từ chất mang điện tử đến oxy - Hầu hết lượng giải phóng trình hơ hấp hiếu khí dự trữ NADH FADH2 Các phân tử sau bị tái oxy hóa chuỗi truyền điện tử Hệ thống bao gồm phức hệ hơ hấp riêng biệt, phức hệ protein nằm màng ty thể - Chất trung gian quan trọng chuỗi truyền điện tử coenzyme Q cytochrome c, có nhiệm vụ vận chuyển electron phức hệ chuỗi - Ở sinh vật hiếu khí, oxy chất nhận điện tử cuối H2O sản phẩm trình khử oxy Electrons are transferred through three respiratory enzyme complexes in the inner mitochondrial membrane 11/15/2017 The electron carriers function in a sequence determined by their reduction potentials  Reduction potential: is a measure of the affinity that the oxidized form of a redox pair has for electrons  Most of the carriers are organized into four large respiratory complexes (i.e cytochrome oxidase complex…) The electrochemical proton gradient: key to energy coupling Chương 13+14: Hô hấp hiếu khí  The electrochemical proton gradient tổng hợp ATP - Trong bốn phức hệ hơ hấp chuỗi truyền điện tử, ba phức hệ I, III IV kèm với bơm proton khoảng gian màng ty thể Điều tạo nên gradient “hóa điện proton” thúc đẩy tổng hợp ATP - Phức hệ tổng hợp ATP bao gồm: thành phần vận chuyển proton - Fo có mặt màng ty thể, ATP synthase F1 nằm mặt màng ty thể, hướng phía chất - ATP tổng hợp F1 lực sinh từ gradient proton đẩy proton qua Fo Như vậy, cách đó, gradient “hóa điện proton” ATP dạng hoán đổi lượng dự trữ 11/15/2017 The proton gradient drives ATP synthesis  ATP synthesis involves phosphorylation events that are linked to oxygen-dependent electron transport, the process is called oxidative-phosphorylation The protons have a thermodynamic tendency to return to the matrix = Proton-motive force The proton move back into the matrix through the FoF1ATP synthase driving ATP synthesis ATP synthase  ATP synthase is a large, multisubunit protein The enzymatic portion project on the matrix ide of the inner mitochondrial membrane  The enzyme composed of a head portion, called the F1 ATPase, and a transmembrane H+ carrier, called Fo 10 11/15/2017 loose binding ADP + Pi Binding Change Mechanism ATP tight binding open ATP ATP ADP + Pi ATP ADP + Pi repeat ATP  Open State – releases any ATP  Loose State – ADP and Pi molecules enter the subunit  Tight State – the subunit contracts to bind molecules and make ATP Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Tổng hợp hơ hấp hiếu khí: Sự oxy hóa hồn tồn phân tử glucoz tạo thành phân tử CO2 tổng hợp nên 10 NADH, FADH2, ATP - Mỗi phân tử NADH sau bị oxy hóa chuỗi truyền điện tử tạo nên ATP, với FADH2 ATP - Như vậy, số lượng ATP lớn đạt hơ hấp hiếu khí 38 ATP/một phân tử glucoz Tuy nhiên, số tế bào, số lượng ATP thực tế tổng hợp 36 phân tử NADH tổng hợp từ đường phân tế bào chất chuyển electron cho FADH2 ty thể thông qua phân tử thoi phosphate glycerol - ATP tổng hợp hai cách: photphoryl hóa chất (substrate-level phosphorylation) photphoryl hóa –oxy hóa (oxidative-phosphorylation) - 11 ... Krebs) Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Ti thể: nơi diễn hơ hấp hiếu khí - Ty thể bào quan ln có mặt tất tế bào nhân chuẩn, số lượng thay đổi tùy loại tế bào; tồn dạng bào quan riêng lẻ hay tập... đạt hơ hấp hiếu khí 38 ATP/một phân tử glucoz Tuy nhiên, số tế bào, số lượng ATP thực tế tổng hợp 36 phân tử NADH tổng hợp từ đường phân tế bào chất chuyển electron cho FADH2 ty thể thông qua... làm tăng diện tích bề mặt màng, tăng khả mang phức hệ hô hấp FoF1, phức hệ vận chuyển protein cần thiết cho chức hô hấp Chương 13+14: Hơ hấp hiếu khí  Chu trình citric: vòng q trình oxy hóa