Tài liệu Chuyển hóa năng lượng doc

CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG Dàn bài: Dàn bài: 1. 1. Đại cương Đại cương 2. 2. Phản ứng oxi hoá khử sinh học Phản ứng oxi hoá khử sinh học 3. 3. Phosphoryl hoá và khử phosphoryl Phosphoryl hoá và khử phosphoryl 4. 4. Chuỗi hô hấp tế bào Chuỗi hô hấp tế bào 5. 5. Chu trình acid citric Chu trình acid citric ĐẠI CƯƠNG VỀ CHNL ĐẠI CƯƠNG VỀ CHNL  Năng lượng tự do Năng lượng tự do  Mối liên quan giữa biến thiên năng Mối liên quan giữa biến thiên năng lượng tự do và hằng số cân bằng phản lượng tự do và hằng số cân bằng phản ứng ứng NĂNG LƯỢNG TỰ DO NĂNG LƯỢNG TỰ DO  Enthalpy (H): nội năng, năng lượng toàn Enthalpy (H): nội năng, năng lượng toàn phần phần  Năng lượng tự do (G): năng lượng có khả Năng lượng tự do (G): năng lượng có khả năng biến thành công có ích năng biến thành công có ích   G<H G<H  Entropy (S): trạng thái nội tại của phân tử Entropy (S): trạng thái nội tại của phân tử – Tăng khi độ vô trật tự tăng (hệ kín) Tăng khi độ vô trật tự tăng (hệ kín) – Trong điều kiện tự nhiên entropy chỉ có thể tăng Trong điều kiện tự nhiên entropy chỉ có thể tăng (VD: nhúng dung dịch NaCl trong túi bán thấm (VD: nhúng dung dịch NaCl trong túi bán thấm vào cốc nước vào cốc nước   phân tử muối chạy ra khỏi túi) phân tử muối chạy ra khỏi túi) NĂNG LƯỢNG TỰ DO NĂNG LƯỢNG TỰ DO  G = H – TS G = H – TS • H tăng H tăng   G tăng; S tăng G tăng; S tăng   G giảm G giảm • H – G = TS: thay đổi theo nhiệt độ, phụ thuộc S H – G = TS: thay đổi theo nhiệt độ, phụ thuộc S  ∆ ∆ G = G = ∆ ∆ H – T H – T ∆ ∆ S S ∀ ∆ ∆ G: biến thiên NLTD (Kcal) G: biến thiên NLTD (Kcal) ∀ ∆ ∆ H: biến thiên enthalpy (Kcal) H: biến thiên enthalpy (Kcal) • T: nhiệt độ tuyệt đối T: nhiệt độ tuyệt đối ∀ ∆ ∆ S: biến thiên entropy (Kcal.độ S: biến thiên entropy (Kcal.độ -1 -1 ) ) BIẾN THIÊN NLTD BIẾN THIÊN NLTD Phản ứng A Phản ứng A   B B ∆ ∆ G=G G=G B B - G - G A A  ∆ ∆ G < 0 G < 0 • phản ứng phát năng phản ứng phát năng • có thể xảy ra tự phát (S tăng, G giảm) có thể xảy ra tự phát (S tăng, G giảm) • đôi khi cần năng lượng hoạt hoá để xảy ra phản ứng đôi khi cần năng lượng hoạt hoá để xảy ra phản ứng  ∆ ∆ G > 0 G > 0 • phản ứng thu năng phản ứng thu năng • không thể xảy ra tự phát không thể xảy ra tự phát  ∆ ∆ G = 0 G = 0 • phản ứng không thu năng cũng không phát năng phản ứng không thu năng cũng không phát năng BIẾN THIÊN NLTD BIẾN THIÊN NLTD ∆ ∆ G = G = ∆ ∆ G G o o + RTln[B]/[A] + RTln[B]/[A]  ∆ ∆ G G o o : biến thiên năng lượng tự do chuẩn: : biến thiên năng lượng tự do chuẩn: 25 25 o o C, pH = 0, [A]=[B]=1 mol C, pH = 0, [A]=[B]=1 mol ∆ ∆ G phụ thuộc bản chất , điều kiện, tỉ lệ G phụ thuộc bản chất , điều kiện, tỉ lệ nồng độ các chất tham gia, sản phẩm nồng độ các chất tham gia, sản phẩm phản ứng; không phụ thuộc con đường phản ứng; không phụ thuộc con đường chuyển hoá chuyển hoá Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh học học ∆ ∆ G G o o ’: ’: pH=7 pH=7 , 25 , 25 o o C C ∆ ∆ G’ = G’ = ∆ ∆ G G o o ’ + RTln[B]/[A] ’ + RTln[B]/[A] BIẾN THIÊN NLTD & K BIẾN THIÊN NLTD & K ∆ ∆ G’ = G’ = ∆ ∆ G G o o ’ + RTln[B]/[A] ’ + RTln[B]/[A] Phản ứng đạt trạng thái cân bằng: Phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆ ∆ G’=0 G’=0   ∆ ∆ G G o o ’ = –RTlnK’ ’ = –RTlnK’  K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều kiện sinh học (pH=7) kiện sinh học (pH=7)  R: hằng số khí lí tưởng, 1,98.10 R: hằng số khí lí tưởng, 1,98.10 -3 -3 Kcal/mol.độ Kcal/mol.độ  T: nhiệt độ tuyệt đối, 298 T: nhiệt độ tuyệt đối, 298 o o K (25 K (25 o o C) C)  ∆ ∆ G G o o ’: Kcal/mol ’: Kcal/mol   K’=10 K’=10 - - ∆ ∆ Go’/1,36 Go’/1,36 BIẾN THIÊN NLTD & K BIẾN THIÊN NLTD & K K’=10 K’=10 - - ∆ ∆ Go’/1,36 Go’/1,36 - K’=1: K’=1: ∆ ∆ G G o o ’=0: không xảy ra trong điều kiện sinh học ’=0: không xảy ra trong điều kiện sinh học - K’>1: K’>1: ∆ ∆ G G o o ’<0: phản ứng phát năng ’<0: phản ứng phát năng Phản ứng oxi hoá glucose: Phản ứng oxi hoá glucose: C C 6 6 H H 12 12 O O 6 6 + 6O + 6O 2 2 = 6CO = 6CO 2 2 + 6H + 6H 2 2 O O ∆ ∆ G G o o ’=-686 Kcal/mol ’=-686 Kcal/mol Thực tế để glucose ngoài khí trời hàng năm trời mà Thực tế để glucose ngoài khí trời hàng năm trời mà vẫn không có hiện tượng gì xảy ra vẫn không có hiện tượng gì xảy ra   ∆ ∆ G, G, ∆ ∆ G’ không G’ không cho ý niệm về vận tốc phản ứng, mà chỉ cho biết cho ý niệm về vận tốc phản ứng, mà chỉ cho biết chiều phản ứng nếu xảy ra. chiều phản ứng nếu xảy ra. OXI HOÁ – KHỬ SINH HỌC OXI HOÁ – KHỬ SINH HỌC [...]... nào ∆ E0’ > 0,152V thì ở đó sẽ đủ năng lượng tạo ra 1 phân tử ATP từ ADP LIÊN KẾT GIÀU NĂNG LƯỢNG Nếu tính ∆E0’ khi e- vận chuyển từ NADH,H+ tới O2: ∆ E0’ = + 0,81- (- 0,32) = + 1,13volt l∆ G0’l = nF∆ E0’ = 2 x 23,06 x 1,13 = 52 Kcal Tuy nhiên năng lượng này không tích trữ trong một lần một mà theo từng giai đoạn kế tiếp nhau, giai đoạn nào đủ tạo liên kết giàu năng lượng sẽ tạo ngay tại thời điểm đó... R-P + H2O → R-H + H3PO4 Phosphatase NĂNG LƯỢNG CỦA LIÊN KẾT   Năng lượng của liên kết là chênh lệch NLTD của hợp chất chứa liên kết này và hợp chất sau khi liên kết này bị cắt đứt Phản ứng ATP + H2O  ADP + Pvc ADP + H2O  AMP + Pvc kèm giảm NLTD 7,3 Kcal ở 25o C, pH=7  Liên kết ADP và Pvc, AMP và Pvc có NLTD là 7,3 Kcal LIÊN KẾT GIÀU NĂNG LƯỢNG Liên kết giàu năng lượng là liên kết có l∆G0’l > 7 Kcal/mol... hệ giữa ∆G0’ và ∆E0’ ∆G = − nF∆E ' 0 ' 0 Trong phản ứng oxh-kh, e- vận chuyển với ∆E > 0 do đó ∆G < 0, nên phản ứng luôn luôn kèm sự phát năng Năng lượng đó một phần sẽ được sử dụng ngay (tạo thân nhiệt, công cơ học, tổng hợp chất…), phần còn lại được tích trữ lại trong các liên kết giàu năng lượng (~) nhờ các phản ứng phosphoryl hóa OXIDOREDUCTASE     Oxidase Dehydrogenase Hydroperoxidase Oxygenase... -0.12 +0.03 +0.08 +0.22 +0.82 Chiều vận chuyển của điện tử eĐiện tử di chuyển: - Từ chất khử sang chất oxi hoá (trong cùng hệ thống oxh-kh) - Hệ thống có thế năng oxi hoá khử thấp sang hệ thống có thế năng oxi hoá – khử cao (giữa 2 hệ thống oxh-kh) Xét 2 hệ thống oxh-kh: A/AH2 và B/BH2 Nếu EA < EB thì: e- sẽ di chuyển từ hệ thống A qua B (từ chất khử AH2 qua chất oxy hóa B): AH + B → BH2 + A Nếu vì lý do...PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ Phản ứng -e- oxy hóa +e- khử Chất -e- khử +e- oxy hóa Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh) TD: Fe+3/Fe+2, H+/H, O/O-2, R-COOH/R-CHO v.v… (ferri-/ferro-) THẾ NĂNG OXI HOÁ – KHỬ Phương trình Nernst: E = E0 + RT nF ln [ oxh ] [ kh ] n: số điện tử được vận chuyển F: hằng số Faraday = 23 Kcal/V.mol Trong điều kiện sinh học (pH=7, 25o C): E... PHOSPHORYL HOÁ VÀ KHỬ PHOSPHORYL 1 Tích trữ năng lượng ADP + Pvc → ATP ↑ Q (từ quang hợp hoặc các phản ứng oxh-kh) Ở mô: Creatin → Creatin ~ P ATP ADP 2 Hoạt hoá các chất ATP ↓ G → G - 6P + ADP → CO2, H2O, Q, chất khác AB → Acyl~SCoA + AMP → lipid, CO2, H2O AA → Amino acyl + AMP → AA-ARNt → protein VAI TRÒ CỦA PHOSPHORYL HOÁ VÀ KHỬ PHOSPHORYL 3 Vận chuyển năng lượng ATP + H2O → ADP + Pvc Q (t0, công dùng... ứng của oxidase OXIGENASE    Thường tham gia phản ứng tổng hợp hay thoái hoá các chất hơn là tham gia cung cấp năng lượng cho tế bào Xúc tác gắn oxi vào cơ chất 2 nhóm – Dioxygenase (oxygenase thực, oxygen transferase): gắn 2 nguyên tử oxi vào cơ chất – Monooxigenase (oxidase chức năng hỗn hợp, hydroxylase): chỉ gắn 1 nguyên tử oxi vào cơ chất (tạo nhóm –OH), nguyên tử O kia tạo nước, và cần một... PHOSPHORYL 3 Vận chuyển năng lượng ATP + H2O → ADP + Pvc Q (t0, công dùng trực tiếp cho hoạt động cơ thể) ∆ Go < 0 Tỏa Q Quang hợp Oxh G, AB,AA Q CTAC Vận chuyển e(CHHTB) ATP ADP ∆ Go > 0 Thu Q STH đpt Hoạt hóa hấp thu tích cực thần Q luồng kinh điện năng VAI TRÒ CỦA PHOSPHORYL HOÁ VÀ KHỬ PHOSPHORYL 4 Hoạt hoá enzyme Glycogen phosphorylase b (không hoạt động) 4 ATP Glycogen phosphorylase a (hoạt động)... xanthine oxidase, glucose oxidase (nấm) DEHYDROGENASE   Chuyển H từ cơ chất này sang cơ chất khác trong cặp phản ứng oxi hoá khử Không cần oxi (ví dụ: pha yếm khí của đường phân) Thành phần của chuỗi hô hấp tế bào: các cytochrome (trừ cytochrome oxidase) cũng được xem là dehydrogenase DEHYDROGENASE: Coenzyme  Nicotinamide: – NAD: các con đường chuyển hoá oxi hoá: đường phân, chu trình acid citric,... trong một lần một mà theo từng giai đoạn kế tiếp nhau, giai đoạn nào đủ tạo liên kết giàu năng lượng sẽ tạo ngay tại thời điểm đó TD: NAD → FAD → C0Q → Cytb → Cytc → Cyt(a+a3) → O ↓ ↓ ↓ CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG Loại liên kết 1.Pyrophosphat Phosphoanhydrid ∆ G0’ (Kcal/mol) - 7,3 P–O~P 2 Acyl phosphat R–C~P ll O 3 Enol phosphat R-C-O~P ll CH l - 10,1 - 14,8 Chất NTP ATP,GTP,UTP,… CTP… NDP ADP,GDP,CDP,… . NĂNG LƯỢNG TỰ DO NĂNG LƯỢNG TỰ DO  Enthalpy (H): nội năng, năng lượng toàn Enthalpy (H): nội năng, năng lượng toàn phần phần  Năng lượng tự do (G): năng. CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG Dàn bài: Dàn bài: 1. 1. Đại