Chương VI. Hô hấp thực vật

Tài liệu chuyên về hô hấp thực vật. Các em chuyên sinh nên tìm hiểu về tài liệu này. Hô hấp tế bào là quá trình chuyển hóa năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống, trong đó các chất hữu cơ bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian rồi cuối cùng đến CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng ATP cung cấp cho mọi hoạt động của tế bào.b. Bản chấtLà một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử sinh học (chuỗi phản ứng enzyme) phân giải dần dần các phân tử hữu cơ (chủ yếu là glucose) và năng lượng không giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau.

CHƯƠNG VI HÔ HẤP THỰC VẬT Khái niệm a Định nghĩa Hơ hấp tế bào q trình chuyển hóa lượng diễn tế bào sống, chất hữu bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian cuối đến CO2 H2O, đồng thời giải phóng lượng ATP cung cấp cho hoạt động tế bào b Bản chất Là chuỗi phản ứng oxi hóa khử sinh học (chuỗi phản ứng enzyme) phân giải phân tử hữu (chủ yếu glucose) lượng khơng giải phóng ạt mà lấy phần giai đoạn khác c Phương trình tổng quát Cn(H2O)m + nO2  nCO2 + mH2O + Q (ATP + nhiệt năng) Các giai đoạn hơ hấp tế bào (Xét q trình phân giải phân tử glucose) Q trình hơ hấp tế bào chia thành giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs chuỗi chuyền electron hơ hấp a Đường phân - Vị trí: xảy tế bào chất - Nguyên liệu: glucose - Cơ chế: *Hoạt hóa phân tử glucose: Glucose + 2ATP  Fructose 1,6 diphosphate *Cắt mạch carbon: Fructose 1,6 diphosphate  Glyceraldehyt phosphate  acid pyruvic Như vậy, glucose  acid pyruvic (C3H4O3) + 2ATP + 2NADH - Kết quả: tạo acid pyruvic, ATP NADH Thực tế tạo 4ATP dùng 2ATP để hoạt hóa phân tử glucose nên lại 2ATP tích lũy CO2 khơng giải phóng q trình đường phân Đường phân xảy dù có hay khơng có O2 b Chu trình Krebs - Vị trí: xảy chất ti thể - Nguyên liệu: acid pyruvic - Cơ chế: *Hoạt hóa acid pyruvic thành acetyl CoA: acid pyruvic  acetyl coenzyme A (C – C – CoA) + 2CO2 + 2NADH *Chu trình Krebs: Mỗi vòng chu trình Krebs, phân tử acetyl CoA bị oxi hóa hồn tồn tạo 2CO2, 1ATP, 1FADH2 3NADH - Kết quả: tạo 6CO2, 2ATP, 2FADH2, 8NADH  Qua giai đoạn đường phân chu trình Krebs thu được: + Sản phẩm mang lượng: 4ATP, 10NADH, 2FADH2 + Sản phẩm không mang lượng: 6CO2 c Chuỗi chuyền electron hô hấp (hệ vận chuyển điện tử) *NADH FADH2 nhường e- cho chuỗi chuyền điện tử màng ty thể: NADH  NAD+ + H+ + 2eFADH2  FAD+ + 2H+ + 2e*Electron chuyền chuỗi chuyền điện tử tạo nên chuỗi phản ứng oxi hóa khử Đây giai đoạn giải phóng nhiều ATP Trong đó: + 1NADH nhường e- cho chuỗi chuyền e- tổng hợp 3ATP + 1FADH2 nhường e- cho chuỗi chuyền e- tổng hợp 2ATP *Sau e- chuyền qua chuỗi chuyền điện tử khử O2 tạo nước: O2 + 4e- + 4H+  2H2O NADH + 3ADP + 3Pi + 1/2O2  NAD+ + H2O + 3ATP FADH2 + 2ADP + 2Pi + 1/2O2  FAD+ + H2O + 2ATP + Chuỗi chuyền e- trình chuyển lượng NADH FADH2 vào ATP thông qua chuỗi chuyền e Chuỗi chuyền e gồm phức hệ protein định vị màng ti thể Màng gấp khúc nên số lượng chuỗi chuyền e lên tới hàng nghìn Các chất chuỗi chuyền e đóng vai trò nhận cho e (Fe2+  Fe3+): NADH  FMN (phức hệ I tạo 1ATP)  protein Fe-S (phức hệ II)  ubiquinon Q (trên màng)  cytochrome b, c1 (phức hệ III tạo 1ATP)  cytochrome a, a3 (phức hệ IV tạo 1ATP)  O2  H2O FADH2  protein Fe-S (phức hệ II)  ubiquinon Q (trên màng)  cytochrome b, c1 (phức hệ III tạo 1ATP)  cytochrome a, a3 (phức hệ IV tạo 1ATP)  O2  H2O + Cơ chế hóa thẩm tạo ATP (q trình oxi hóa – phosphoryl hóa) chuỗi chuyền e hơ hấp: Cơ chế tổng hợp ATP thực nhờ phức hệ ATP-synthase màng ti thể Phức hệ hoạt động giống bơm ion H+ Chuỗi chuyền e màng tạo nên lực tải H+ từ chất vào xoang gian màng tạo nên chênh lệch H+ bên màng (điện màng) Lực điện màng tạo nên dòng H+ từ xoang gian màng xuyên qua phức hệ ATP-synthase tổng hợp nên ATP CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA Q TRÌNH HƠ HẤP Đặc điểm Đường phân Chu trình Krebs Nơi xảy Chất tham gia Sản phẩm Tế bào chất Glucose Acid pyruvic ATP NADH Sự tham gia O2 Không Chất ti thể Acetyl CoA ATP NADH FADH2 CO2 Có Chuỗi chuyền e hơ hấp Màng ti thể NADH, FADH2 ATP (nhiều) H2O Có Vai trò hô hấp tế bào - Tạo lượng cung cấp cho hoạt động sống tế bào thể - Tạo sản phẩm trung gian cho q trình chuyển hóa khác, tiếp nhận sản phẩm phân giải dang dở từ hợp chất khác tiếp tục phân giải triệt để Ví dụ: acetyl CoA tổng sử dụng để tổng hợp acid béo, ketoacid sử dụng để chuyển hóa acid amin Sự phân giải protein thành aa sau khử amin thành ketoacid tiếp tục vào hô hấp tế bào để phân giải tiếp Sự lên men hơ hấp kị khí (tế bào tạo ATP mà khơng dùng O2) - Hơ hấp kị khí xảy số sinh vật nhân sơ định sống mơi trường khơng có O2, sinh vật có chuỗi chuyền e khơng dùng O2 chất nhận e cuối phần cuối chuỗi, mà dùng chất khác SO4 2-, H2S tạo sản phẩm phụ nước - Lên men phương thức thu hóa mà không dùng O2 chuỗi chuyền e khác, hay nói cách khác khơng có hơ hấp tế bào Các kiểu lên men: lên men bao gồm đường phân phản ứng tái sinh NAD+ nhờ chuyển e từ NADH đến pyruvate dẫn xuất pyruvate Sau NAD+ dùng lại để oxi hóa đường nhờ đường phân nên sinh lợi 2ATP theo phosphoryl hóa mức chất Có kiểu phổ biến lên men rượu lên men etylic + Lên men rượu: Pyruvate bị biến đổi thành etanol theo bước: Bước 1: giải phóng CO2 khỏi pyruvate pyruvate bị biến đổi thành hợp chất có 2C Acetaldehyt (CH3CHO) Bước 2: CH3CHO bị NADH khử thành etanol, nhờ phục hồi cung cấp NAD+ cần để tiếp tục đường phân + Lên men lactic: Pyruvate bị khử trực tiếp nhờ NADH để tạo lactate sản phẩm cuối khơng giải phóng CO2 (lactate dạng ion hóa acid lactic) 5 So sánh lên men hơ hấp hiếu khí Cả đường dùng đường phân để oxi hóa glucose nhiên liệu hữu khác thành pyruvate với sản xuất thực 2ATP theo phosphoryl hóa mức chất Và lên men hô hấp, NAD+ tác nhân oxi hóa có chức nhận e từ thức ăn trình đường phân Sự khác chủ yếu chế oxi hóa NADH trở lại thành NAD+ cần để trì đường phân: Trong lên men, chất nhận e cuối phân tử hữu pyruvate acetaldehyt Ở HH hiếu khí chất nhận e cuối từ NADH O2 Q trình khơng tái sinh NAD+ cho đường phân mà trả lãi ATP chuyền e theo bước từ NADH đến O2 thúc đẩy phosphoryl hóa oxi hóa  HH hiếu khí thu nhiều lượng so với lên men (gấp 19 lần)  ... hô hấp kị khí (tế bào tạo ATP mà khơng dùng O2) - Hơ hấp kị khí xảy số sinh vật nhân sơ định sống môi trường khơng có O2, sinh vật có chuỗi chuyền e không dùng O2 chất nhận e cuối phần cuối chuỗi,... lên men bao gồm đường phân phản ứng tái sinh NAD+ nhờ chuyển e từ NADH đến pyruvate dẫn xuất pyruvate Sau NAD+ dùng lại để oxi hóa đường nhờ đường phân nên sinh lợi 2ATP theo phosphoryl hóa mức... phân tử hữu pyruvate acetaldehyt Ở HH hiếu khí chất nhận e cuối từ NADH O2 Quá trình khơng tái sinh NAD+ cho đường phân mà trả lãi ATP chuyền e theo bước từ NADH đến O2 thúc đẩy phosphoryl hóa