Năng Lượng sinh học và sự ô xi-hóa

Năng Lượng sinh học và sự o xi -hóa

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ SỰ PHOSPHORYL- OXY HOÁ ® ® èi t­îng: sinh viªn Y èi t­îng: sinh viªn Y 2 2 Mục tiêu Mục tiêu Sau giờ học, sinh viên có thể mô tả đầy đủ: Sau giờ học, sinh viên có thể mô tả đầy đủ: 1. 1. Sự hô hấp tế bào: bản chất, các thành phần tham gia, Sự hô hấp tế bào: bản chất, các thành phần tham gia, sơ đồ chuỗi, sự sử dụng năng lượng, vai trò của ATP sơ đồ chuỗi, sự sử dụng năng lượng, vai trò của ATP 2. Sự phosphoryl oxy hoá 2. Sự phosphoryl oxy hoá 3. Sự phosphoryl hoá và các liên kết giàu năng lượng 3. Sự phosphoryl hoá và các liên kết giàu năng lượng 4. Chu trình Krebs 4. Chu trình Krebs Sự hô hấp tế bào Sự hô hấp tế bào B B ản chất sự hô hấp tế bào ản chất sự hô hấp tế bào Tạo thành CO Tạo thành CO 2 2 : : R-COOH R-COOH decarboxylase decarboxylase RH + CO RH + CO 2 2 Tạo H Tạo H 2 2 O: nhờ O: nhờ 1dây truyền 1dây truyền các phản ứng các phản ứng : tách điện : tách điện tử khỏi cơ chất dưới dạng nguyên tử Hydro tử khỏi cơ chất dưới dạng nguyên tử Hydro và vận và vận chuyển qua 1 chuyển qua 1 chuỗi dài các chất trung gian chuỗi dài các chất trung gian tới oxy tới oxy gọi là chuỗi hô hấp tế bào. Cả hydro và oxy được gọi là chuỗi hô hấp tế bào. Cả hydro và oxy được hoạt hoá thành H hoạt hoá thành H + + và O--, tạo thàh H và O--, tạo thàh H 2 2 O. Qua trình O. Qua trình này tạo nhiều năng lượng. này tạo nhiều năng lượng. Các phức hợp và nhóm vận chuyển điện tử Các phức hợp và nhóm vận chuyển điện tử Pyrimidin Nucleotid: các dehydrogenase có gắn với Pyrimidin Nucleotid: các dehydrogenase có gắn với NAD NAD + + Flavin Nucleotid: FAD & FMN Flavin Nucleotid: FAD & FMN Trung tâm Fe-S Trung tâm Fe-S Ubiquinon: Coenzym Q Ubiquinon: Coenzym Q Cytocrom: b, c Cytocrom: b, c 1 1 , c, a, a , c, a, a 3 3 Phức hợp I: NADH dehydrogenase Phức hợp I: NADH dehydrogenase Phức hợp II: succinat dehydrogenase Phức hợp II: succinat dehydrogenase Phức hợp III: Ubiquinon-cytocrom c Phức hợp III: Ubiquinon-cytocrom c oxydoreducrase oxydoreducrase Phức hợp IV: cytocrom c oxydase Phức hợp IV: cytocrom c oxydase I FMN Fe-S III Cyt b562 Cyt b566 Cyt c1 Fe-S IV Cyt a Cyt a 3 Cu ++ II FAD Fe-S NADHH + NAD 2e Coenzyme Q Cytocrom c ADP + P i ATP Succinate FADH 2 2e FAD ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP O-- + 2H + H 2 O 2e Chu i hô h p t bàoỗ ấ ế Sự sử dụng năng lượng của chuỗi hô h Sự sử dụng năng lượng của chuỗi hô h ấ ấ p tế bào p tế bào Năng lượng được tích trữ nhờ quá trình phosphoryl hoá Năng lượng được tích trữ nhờ quá trình phosphoryl hoá dưới tác dụng của hệ thống enzyme ở màng trong ty thể đ dưới tác dụng của hệ thống enzyme ở màng trong ty thể đ ể ể tạo thành ATP tạo thành ATP ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP ATP synthetase hay ATPase gồm 2 mảnh: F ATP synthetase hay ATPase gồm 2 mảnh: F o o gắn vào màng gắn vào màng trong ty thể trong ty thể F F 1 1 :9 chuỗi pp chia làm 5 nhóm: :9 chuỗi pp chia làm 5 nhóm: α α , , β β , , γ γ , , δ δ , , ε ε Thuyết thẩm thấu hóa học: chuỗi vận chuyển điện tử như 1 Thuyết thẩm thấu hóa học: chuỗi vận chuyển điện tử như 1 cái bơm H cái bơm H + + , , đẩy H đẩy H + + từ matrix ra mặt ngoài, làm mặt ngoài từ matrix ra mặt ngoài, làm mặt ngoài (+). (+). Cứ 3H Cứ 3H + + quay trở lại theo hướng gradient điện thế qua quay trở lại theo hướng gradient điện thế qua F F o o F F 1 1 ATPase tạo ra ATP với năng lượng tự do giải phóng ATPase tạo ra ATP với năng lượng tự do giải phóng khi H khi H + + vào vùng trong có nồng độ H vào vùng trong có nồng độ H + + thấp thấp ATP synthetase Vai trò của ATP Vai trò của ATP Dùng để tổng hợp các đại phân tử Dùng để tổng hợp các đại phân tử Co cơ Co cơ Vận chuyển tích cực qua màng Vận chuyển tích cực qua màng Toả nhiệt Toả nhiệt Đóng vai trò chất trung gian trong phản ứng vận chuyển Đóng vai trò chất trung gian trong phản ứng vận chuyển phosphate- vận chuyển năng lượng trong tế bào: phosphate- vận chuyển năng lượng trong tế bào: X~P + ADP X~P + ADP X + ATP X + ATP ATP + Y ADP + Y~P ATP + Y ADP + Y~P Vận chuyển phosphate tới phân tử chất nhận, tạo hợp chất Vận chuyển phosphate tới phân tử chất nhận, tạo hợp chất nghèo năng lượng nghèo năng lượng ATP + Glucose ADP + G 6 P ATP + Glucose ADP + G 6 P Hexokinase Kinase Kinase Sự phosphoryl oxy hoá Sự phosphoryl oxy hoá Sự phosphoryl hoá: Là sự gắn gốc phosphat vào 1 chất Sự phosphoryl hoá: Là sự gắn gốc phosphat vào 1 chất hữu cơ nhờ phosphorylase (nếu gắn từ gốc phospho vô hữu cơ nhờ phosphorylase (nếu gắn từ gốc phospho vô cơ) hoặc kinase (từ gốc phospho hữu cơ) cơ) hoặc kinase (từ gốc phospho hữu cơ) Là sự oxy hoá hợp chất hữu cơ, giải phóng 1 lượng lớn Là sự oxy hoá hợp chất hữu cơ, giải phóng 1 lượng lớn năng lượng. Năng lượng này sẽ cung cấp cho phản ứng năng lượng. Năng lượng này sẽ cung cấp cho phản ứng phosphoryl hoá, tạo hợp chất giàu năng lượng, chủ yếu phosphoryl hoá, tạo hợp chất giàu năng lượng, chủ yếu là ATP là ATP Ví dụ về sự phosphoryl oxy hoá Ví dụ về sự phosphoryl oxy hoá ATP: Adrenosin triphosphate ATP: Adrenosin triphosphate NH 2 C N N CH N N O-P-O-P-O-P-O-CH 2 O O O O O O O ATP ADP + H 3 PO 4 Năng lượng thuỷ phân: -12,4 kcal/mol Tổng hợp: 12,4 kcal/mol Các liên kết phosphate giàu năng lượng Các liên kết phosphate giàu năng lượng Căn cứ vào mức năng lượng tự do được giải phóng từ quá Căn cứ vào mức năng lượng tự do được giải phóng từ quá trình thuỷ phân liên kết mà chia thành liên kết giàu năng trình thuỷ phân liên kết mà chia thành liên kết giàu năng lượng: 5.000-15.000 cal/mol lượng: 5.000-15.000 cal/mol 1. 1. Anhydrid phosphoric: (ATP): Adrenin-Ribose-P~ P~P Anhydrid phosphoric: (ATP): Adrenin-Ribose-P~ P~P 2. 2. Acyl phosphate: R-COO ~P: Acyl phosphate: R-COO ~P: 1-3 diphospho glyceric 1-3 diphospho glyceric 3. Amin phosphate: R-NH ~P: 3. Amin phosphate: R-NH ~P: P ~NH – CH – N - CH P ~NH – CH – N - CH 2 2 - COOH - COOH creatin phosphate creatin phosphate NH NH 2 2 CH CH 3 3 4. Enol phosphate: R-CO~P: 4. Enol phosphate: R-CO~P: phosphoenol pyruvat phosphoenol pyruvat COO ~ ~ P CHOH CH 2 - - P COOH COOH C-O ~P C-O ~P CH CH 2 2 . CH 2 -COO- CH 2 O C-COO- CH 2 -COO - CH 2 O C-SCoA CH 2 -COO- CH 2 - COO - CH -COO- CH - COO- CH 2 –COO - HO-CH – COO - CH 3 -CO-SCoA HSCoA H 2 O CO 2 HSCoA. CHOH CH 2 - - P COOH COOH C-O ~P C-O ~P CH CH 2 2 O=C-COO - CH 2 -COO - CH 2 -COO - OH- C – COO - CH 2 -COO - CH 2 -COO - C - COO - CH-COO - CH 2 -COO-