Hình 16.8: Dịng năng luợng trong trao đối chất
Những ví dụ của mỗi quan hệ giữa dịng electron và năng luợng trong trao đơi chất. Oxy và NADP` được dùng làm chất nhận electron lần lượt từ NADH và nước. (Theo PrescofI, Harley và Klein, 2005)
BH 0H
Ấ- HADP hs 8 phoaphatt
Ím)
Hình 16.9: Cấu trúc và chức năng của NAD'.
(a) Cấu trúc của NAD và NADP. NADP khác với NAD ở chỗ cĩ thêm 1 Phosphate trên một trong các đường ribose: (b) NAD cĩ thể nhận các electron và 1 hydro từ cơ chất khử (SH?;). Các electron và hydro này được mang trên vịng micotinamide. (Theo Prescotl, Hariey và Klein, 2005)
Sự vận chuyên electron cĩ ý nghĩa quan trọng trong hơ hấp hiểu khí, hơ hập ky khí, hố dưỡng vơ cơ và quang hợp. Sự vận chuyển electron trong tế bào cần sự tham gia của các chất mang như NAD' và NADP', cả hai chất này đều cĩ thể vận chuyên electron giữa các
vị trí khác nhau. Vịng nicotinamide của NAD' và NADP' (/#inh 76.9) tiếp nhận hai electron này và một proton từ một chât cho, cịn proton thứ hai được tách ra. electron này và một proton từ một chât cho, cịn proton thứ hai được tách ra.
Vịng 1soallaxazirie "h.
Hình 16.10: Cấu trúc và chức năng của F4D
Vitamin riboflavin bao gơm vịng isoalloxazine và đường ribose gắn vào. FMN là
riboflavin Phosphatfe. Phán của vịng trực tiêp tham gia vào các phản tng oxy hĩa khứ là phán cĩ màu. (Theo Prescott, Harley và Klein, 2005)
Một số chất mang electron khác cĩ vai trị trong trao đồi chất của vi sinh vật cũng được nêu trong bảng 16.1; các chất này mang electron theo các cách khác nhau. Flavin-adenine đinucleoftide (NAD) và flavin-mononucleotide (FMN) mang 2 electron và 2 profon trên hệ thống vịng phức tạp (Hinh 16. 10).
Các protein chứa FAD và FMN thường được gọi là flavoprotein. Coenzyme Q (CoQ) hoặc Ubiquinone là một quinon vận chuyển các electron và các H' trong nhiều chuỗi vận chuyên electron hơ hấp (/inh 76. 17).
Các cytochrome và một số chất mang khác sử dụng các nguyên tử sắt để vận chuyên electron qua các phản ứng oxy hố - khử thuận nghịch:
Fe”' (sắt ferric) ==——— Fe?” (săt ferrous)
Trong cytochrome các nguyên tử sắt này là một phân của nhĩm hem (/?»h 76. 12) hoặc của các vịng sắt - porphyrin tương tự khác.
CH,—0~ „~CH, CH, CH, CH,—0Z” "\H,—CH=E—CHJ,— EH —=~. H, + CH, #H +zE + : GH,—D“” ~“€H,— ÉH =E —CH),—H
Hình 16.11. Cấu trúc và chức năng của Coenzyme Q hoặc Ubiquinone Chiêu dài của chuối bên thay đơi tùy theo cơ thể với n = 6 đến n = 10. (Theo Prescoff và
és, 2005)
Các chuỗi vận chuyên electron hơ hấp thường chứa cytochrome bao gơm một profein và một vịng sắt - porphyrin. Một số protein mang electron chứa sắt thiếu nhĩm hem và được gọi là các protein săt khơng - hem. Ferredoxin (Fd) là một protein sắt khơng-hem hoạt động trong việc vận chuyển electron quang hợp và một số quá trình vận chuyển electron khác. Mặc dù nguyên tử sắt ở chúng khơng găn với nhĩm hem nhưng chúng vẫn thực hiện được các phản ứng oxy hố. Cần chú ý răng trong số các phân tử tham gia vào chuỗi vận chuyền electron nĩi trên, ở mỗi thời điểm, một số mang hai electron (như NAD, FAD và CoQ), số khác (như các cytochrome và các protein sắt khơng-hem) chỉ mang một electron. Sự khác nhau trong số lượng electron được vận chuyên cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong hoạt động của các chuỗi vận chuyển electron.
ch, CH, ch, — Ẹ H 2 CH. K. CH. CH, (CHj, {CHỊ CH, H—C—0H H CH, | | ,Ũ` _D., „„ CH,— C | | C—CH =EH, GEN N—cCf H=G. “Fe, G—H đ cC—Nˆ W G G "š C | | | CH, H CH |” | CH, c CŨ0H CODH
Hình 16.12: Cấu trúc của Hem
Hem bao gơm 1 vịng porphyrin gắn với Ï nguyên tứ sắt. Đây là thành phân khơng-protein của nhiều Cytochrome . Nguyên tử sắt luân phiên tiếp nhận và giải phĩng 1 electron. (Theo Prescoft, Harley và Kilein, 2009)
16.2. ENZYME
Như đã nĩi ở trên một phản ứng thốt nhiệt là một phản ứng cĩ AG°' âm và hăng số cân băng lớn hơn 1 và cĩ thê diễn ra triệt để nghĩa là về phía bên phải của phương trình. Tuy nhiên, người ta thường cĩ thê hỗn hợp các chất phản ứng của một phản ứng thốt nhiệt mà khơng thấy kết quả rõ ràng mặc dù các sản phẩm cĩ thê được tạo thành. Chính enzyme đĩng vai trị trong các phản ứng này.
16.2.1. Câu trúc và phân loại các enzyme
Enzyme là các chất xúc tác cĩ bản chất protein, cĩ tính đặc hiệu cao đối với phản ứng
xúc tác và với các phân tử chịu xúc tác. Chất xúc tác là một chất làm tăng tốc độ của một
phản ứng hố học mà bản thân khơng bị thay đổi. Do đĩ enzyme thúc đây các phản ứng của tế bào. Các phân tử phản ứng được gọi là cơ chất và các chất tạo thành được gọi là sản phẩm. Nhiều enzyme là các protein thuần khiết, nhưng cũng khơng ít enzyme gồm hai thành phần: thành phân protein (gọi là apoenzyme) và phần khơng - protein (gọi là
cofactor); cả hai cần cho hoạt tính xúc tác và enzyme gồm cả hai thành phân trên được gọi là holoenzyme. Cofactor được gọi là nhĩm thêm (prosthetic group) nêu găn chặt vào apoenzyme. Nhưng thường thì cofactor găn lỏng lẻo với apoenzyme, thậm chí cĩ thể phân li khỏi protein enzyme sau khi các sản phẩm đã được tạo thành và mang một trong các sản phẩm này đến một enzyme khác. Cofactor gắn lỏng lẻo nĩi trên được gọi là coenzyme.
Chăng hạn, NAD' là một coenzyme mang các elecfron bên trong tế bào. Nhiều vitamin mà con người cần đĩng vai trị là các coenzyme hoặc là tiền chất (precursor) của các
coenzyme. Niacin được lắp vào NAD' và riboflavin được lắp vào FAD. Các ion kim loại cũng cĩ thể liên kết với các apoenzyme và tác dụng như các cofactor.
Mặc dù tế bào chứa một số lượng lớn và rất đa dạng các enzyme nhưng chúng cĩ thể được xếp vào một trong 6 nhĩm (Bảng 16.2). Tên của các enzyme thường được đặt theo tên cơ chất mà chúng tác dụng lên và loại phản ứng được xúc tác. Ví dụ, Lactate
dehydrogenase (LDH) loại bỏ hydrogen khỏi Lactate: _
Lactate+NAD" =—— Pyruvate+ NADH+ H'
Lactate dehydrogenase cũng cĩ thể được đặt tên đây đủ và chi tiết hơn là L-Lacfate: NAD oxydoreductase. Tên này mơ tả các cơ chât và loại phản ứng chính xác hơn.
Bảng Tl6.2. Phân loại enzyme (Theo Prescott, Harley và Kilein, 2009)