- Anhydrid phosphate ATP, GTP
8.3. Q trình oxy hóa khử sinh học
Có thể ịnh nghĩa q trình oxy hóa khử là q trình trao ổi iện tử. Sự oxy hóa là sự tách một hay nhiều iện tử, ngược lại sự khử oxy là sự thu iện tử. Tất cả các chất tham gia vào q trình oxy hóa khử ở cơ thể sống ều có khả năng nhường hoặc thu iện tử.
Đó chính là khả năng oxy hóa khử. Song song với sự oxy hóa có sự khử oxy vì iện tử ược chuyển từ chất bị oxy hóa sang chất bị khử:
- 2e
Ví dụ: 2Fe 2+ + Cl2 2Fe 3+ + 2Cl-
Đại lượng ặc trưng cho khả năng oxy hóa khử của mỗi chất gọi là thế năng oxy hóa khử. Có thể tính ược thế năng oxy hóa khử theo cơng thức sau:
RT [dạng oxy hóa] (1)
E'n= E'o + ln
nF [ dạng khử]
Trong ó: E’n là thế năng oxy hóa khử của một chất nhất ịnh trong những iều kiện nhất ịnh. E’0 là thế năng oxy hóa khử ở các iều kiện tiêu chuẩn ( nồng ộ của hai dạng bằng nhau)
R là hằng số khí, T là nhiệt ộ tuyệt ối, F là trị số Faraday
Bảng 8.2 trình bày E’0, hiệu iện thế oxy hóa khử E’0 và năng lượng tự do Go của mỗi hệ.
Thế năng oxy hóa khử cịn dùng ể tính năng lượng tự do (ΔGo) ược giải phóng ra trong qúa trình oxy hóa khử theo phương trình:
137
ΔGo = -nF.ΔE'o (2)
(Các ký hiệu ã ược giải thích ở cơng thức tính thế năng oxy hóa khử và liên quan ến bảng 8.2 ở trên)
* Tiến trình của sự oxy hóa sinh học:
Sự phân giải chất dinh dưỡng và giải phóng năng lượng của tế bào (sự dị hóa) có thể ược chia thành 3 giai oạn cơ bản:
Ở giai oạn ầu: các hợp chất cao phân tử bị thủy phân thành các chất ơn giản có phân tử nhỏ hơn: các glucid (tinh bột, glucogen v.v...) thành các monosaccharid (glucose), các protein thành các amino acid, các lipid thành các acid béo.
Ở giai oạn thứ hai: biến những chất ơn giản thành những chất 2 carbon là acetyl CoA (CH3 - CO∼SCoA) (thiếu). Acetyl CoA ược coi là sản phẩm thối hóa của các chất glucid, lipid và protein. Nó ược hình thành do sự β- oxy hóa acid béo, do sự oxy hóa của khoảng một nửa số α-amino acid cũng như do sự oxy hóa hiếu khí glucose.
Bảng 8.2. Thế năng oxy hóa tiêu chuẩn của một số hệ thống
Hệ thống oxy hóa khử Eo (volt)
pH7, 30oC E’0 (volt) Go (kcal/pH7, 30oC) Phosphoryl hóa ADP→ ATP Điện cực hydro 2H+/ H2 -0,42 NAD+/ NADH + H+ -0,32 FAD/ FADH2 -0,10 +0,22 -10,1 1 Cytochrome b Fe3+/ Fe2+ +0,04 +0,14 -6,4 Cytochrome c1 Fe3+/ Fe2+ +0,23 +0,19 -8,7 1 Cytochrome c Fe3+/ Fe2+ +0,26 +0,03 -1,4 Cytochrome a Fe3+/ Fe2+ +0,29 +0,03 -1,4 Cytochrome a3 Fe3+/ Fe2+ +0,55 +0,26 -12,0 1
138 Điện cực oxy 1/2 O2 / O2- +0,81 +0,26 -12,0 +1,13 -52,0 3
Ở giai oạn thứ ba: Acetyl CoA ược hình thành ở giai oạn thứ hai sẽ bị oxy hóa hồn tồn trong chu trình Szent-Grgyi-Krebs (chu trình citrat) ể hình thành CO2, H2O và giải phóng năng lượng. Phần lớn năng lượng ược
giải phóng ra ở giai oạn thứ ba này (khoảng 2/3)
Trong giai oạn thứ hai và thứ ba khoảng 30-40% năng lượng hóa học ược biến thành nhiệt, hơn 60% năng lượng này ược sử dụng ể tổng hợp các hợp chất cao năng.
Trong chu trình citrat, các hydrogen tách ra sẽ ược oxy hóa qua chuỗi hô hấp ể tạo nên năng lượng và H2O. Năng lượng giải phóng ược tích trữ ở các phân tử ATP. Tồn bộ q trình có thể ược minh họa bằng sơ ồ trên hình 8.3.
139
Hình 8.3. Tiến trình oxy hóa sinh học