Tài liệu CHƯƠNG VIII: NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ OXID HOÁ SINH HỌC pptx

TS. ĐỖ HIẾU LIÊM
TS. ĐỖ HIẾU LIÊM
CHƯƠNG VIII
CHƯƠNG VIII
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
VÀ OXID HOÁ SINH HỌC
VÀ OXID HOÁ SINH HỌC
1.1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
1.1.1. Đại cương
1.1.2. ATP công thức và vai trò sinh học
1.1.3. Sự trao đổi năng lượng sinh học giữa các mononucleotide
2. OXID HOÁ SINH HỌC (CHUỖI HÔ HẤP MÔ BÀO)
1.2.1. Đại cương
1.2.2. Hệ thống enzyme oxidoreductase
1.2.3. Cơ chất của chuỗi hô hấp mô bào
1.2.4. Cơ chế kết hợp tiến trình oxid hóa với phosphoryl hoá
2
1.1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
1.1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Biological energy
Biological energy
1.1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
1.1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Biological energy
Biological energy
3
1.1.1. ĐẠI CƯƠNG
1.1.1. ĐẠI CƯƠNG
Sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng
Sự sống = sinh trưởng và phát dục

Dạng năng lượng: nhiệt, điện, quang, hóa
SỰ ĐỒNG HOÁ
SỰ ĐỒNG HOÁ


(Anabolism)
(Anabolism)


SỰ DỊ HOÁ
SỰ DỊ HOÁ
(Catabolism)
(Catabolism)
Phân giải Oxid hoá
Phân giải Oxid hoá


Tiêu hoá (digestion) + Hấp thu (absorption) + Biến dưỡng (metabolism)
SỰ BIẾN DƯỠNG
SỰ BIẾN DƯỠNG
(Metabolism)
(Metabolism)
4
E
E
TỔNG HỢP
PHÂN GIẢI
OXID HÓA
O
2

(Amino acid)n
(Monosaccharide)n
Glycerol + acid béo
Protein
Polysaccharide
Triacylglycerol
Amino acid
Monosaccharide
Glycerol + acid béo
Protein
Polysaccharide
Triacylglycerol
CO
2
+
H
2
O
+
- Năng lượng sinh học là năng lượng của sự sống (hoá năng)
1.1.2. ATP (Adenosine
triphosphate)
Liên kết phosphate cao năng = 7.6 Kcal
∼P
5
6
Creatine
Creatine
Oxidative phosphorylation
1,3 diphosphoglycerate

3 phosphoglycerate
SuccinylCoA
P
∼
ATP
ADP
P
∼
Hình 1. CHU TRÌNH ADP/ATP
Vai trò sinh học của ATP
•
là công cụ truyền tải
năng lượng SH
•
là “tiền lẻ” dễ tiêu
“ATP là chỉ tệ năng lượng của tế bào”
P
∼
Sự co cơ
Sự dẫn
truyền
thần kinh
Hoạt hóa
cơ chất
1.1.2.1. Nhóm cho phosphate cao năng
(1). Creatine phosphate
(2). Phosphoryl oxid hóa
Creatine
Creatine
P

∼
Myosin
Myosin
P
∼
ADP
ATP
Creatine kinase
Myosin ATPase
ADP
ATP
Cho phosphate
cao năng
Nhận phosphate
cao năng
7
S
S
H
2
NAD
+
NADH.H
+
FAD
FAD
H
2
CoQ
CoQ

H
2
2Fe
2+
2Fe
3+
2Cu
+
2Cu
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
½O
2
H
2
O
Cyt.b
Cyt.c
Cyt.c

1
Cyt.a Cyt.a
3
NAD
+
FAD CoQ
2H
+
2H
+
2H
+
2H
+
2e
-
ATP
ADP+P
i
ATP
ADP+P
i
ATP
ADP+P
i
2H
+
2H
+
e

-
2H
+
2e
-
2H
+
2e
-
2H
+
2H
+
2H
+
2H
+
2e
-
(3). Sản phẩm trung gian của đường phân EM
∼
P
∼
P
∼
P
1,3 Diphosphoglycerate
Phospho enol pyruvate
Phosphoglycerate
kinase

ADP
ATP
ATP
ADP
3 Phosphoglycerate
∼
P
H
Pyruvate kinase
Pyruvate (Enol) Pyruvate (Keton)
8
(4). Sản phẩm trung gian của chu trình Krebs
1.1.2.2. Nhóm nhận phosphate cao năng
Các tiến trình sinh học liên quan đến sự sống:
- Dẫn truyền thần kinh
- Sự co cơ
- Sự kích hoạt cơ chất biến dưỡng
CH
2
-COOH
CH
2
-C
O
∼SCoA
CH
2
-
COOH
CH

2
-C-
OH
O
CoASH
H
2
O
Succinyl CoA Succinate
GDP+P
i
GTP
SuccinylCoA
Synthetase
9
10
Hình 2. Phản xạ thần kinh mút bú của thú con
11
Hình 3. Quá trình co và duỗi của mô cơ vân
Hợp chất phosphate Kcalo/mol
Nhóm cho ~ P
Phospho enol pyruvate 14.0
Carbamoyl phosphate 12.3
1,3 diphosphoglycerate 11.8
Creatine phosphate 10.3
Acetyl CoA 10.1
Arginine phosphate 8.00
ATP 7.30
Nhóm nhận ~ P
Glucose 1 phosphate 5.00

Fructose 6 phosphate 3.00
Glucose 6 phosphate 3.30
Glycerol 3 phosphate 2.20
Năng lượng tự do chuẩn của một số hợp chất phosphate
12
1.1.3. Sự trao đổi năng lượng giữa các mononucleotide
13
P
P
ADENOSIN
E
P
P
P
P
∼
∼
P
P
ADENOSIN
E
P
P
∼
CTP
CDP
UTP
UDP
GDP
GTP

ATP: Adenosine triphosphate GTP: Guanosine triphosphate
UTP: Uridine triphosphate CTP: Cytosine triphosphate
14
1.2. OXID HÓA SINH HỌC
1.2. OXID HÓA SINH HỌC
Biological oxidation
Biological oxidation
1.2. OXID HÓA SINH HỌC
1.2. OXID HÓA SINH HỌC
Biological oxidation
Biological oxidation
- Sự oxid hoá (oxidation) - Sự khử (Reduction)
e
-
Fe
2+
Fe
3+
Chất oxid hoá - bị khử (nhận e
-
)
Chất khử - bị oxid hóa (cho e
-
)
(1). Phản ứng oxid hoá khử : oxid hoá + khử (hoàn nguyên)
2.1. ĐẠI CƯƠNG
2.1. ĐẠI CƯƠNG
15
(2). Hô hấp mô bào


Sự cháy ≠ Sự hô hấp ≠ Sự hô hấp mô bào

Sự cháy - phản ứng đốt cháy ngoài cơ thể

Sự hô hấp - cơ quan hô hấp - trao đổi O
2
và CO
2

Sự hô hấp mô bào - tế bào (ty thể) - oxid hoá sinh học
năng lượng sinh học (phosphoryl oxid hoá)
+ O
2
C
6
H
12
O
6
6 CO
2
+ 6 H
2
O

+ Energy
686 Kcal (Nhiệt năng) Sự cháy
(ATP)
n
Sự hô hấp mô bào

16
(3).Ty thể (mitochondria)
17
Màng ngoài Acyl CoA transferase+carnithine
Acyl CoA synthetase Hệ thống enzyme nối dài chuỗi acid béo
Hệ thống enzyme nối dài chuỗi acid béo Acyl CoA dehydrogenase
Enzyme chuyển hoá lipid và phospholipid Phần khuông
Amino acid oxidase Citrate synthetase
NAD-dehydrogenase Isocitrate dehydrogenase
Phần không gian giữa 2 màng Fumarate dehydrogenase
Adenylate cyclase Aconitate hydrolase
ADP/ATP-ase Malate dehydrogenase
Màng trong Enzyme β oxid hoá acid béo
Hệ thống enzyme chuỗi hô hấp Hệ thống enzyme tổng hợp protein
Các enzyme trong ty thể
18
(1). Giải phóng năng lượng tự do tích chứa trong H
2

(2). Tổng hợp ATP
2.2. NỘI DUNG, MỤC ĐÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM
2.2. NỘI DUNG, MỤC ĐÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM
(1). Trong tế bào (in vivo) - Hệ thống enzyme xúc tác
(2). Trao đổi cặp đương lượng khử (H
+
và e
-
)
Sự hô hấp mô bào bao gồm hàng loạt phản ứng oxid hoá
khử liên tục trên các cơ chất (sản phẫm biến dưỡng

trung gian của chu trình Krebs và β oxid hoá acid béo )
Nội dung
Mục đích
Đặc điểm
19
2.3. HỆ THỐNG ENZYME CHUỖI HÔ HẤP
2.3. HỆ THỐNG ENZYME CHUỖI HÔ HẤP
-
Hệ thống enzyme chuỗi hô hấp thuộc lớp Oxidoreductase
định vị ở lớp màng trong ty thể
-
Vai trò: chuyển vận cặp đương lượng khử (proton pump)
-
Tổ chức: hệ thống enzyme với các coenzyme tổ chức thành
từng tổ hợp và sắp xếp theo thứ tự tăng dần điện thế oxid
hoá khử, bắt đầu NAD
+
dehydrogenase có điện thế âm và
cuối cùng là cytochrome oxidase có điện thế dương.
NAD
+
dehydrogenase

FAD

dehydrogenase
Coenzyme Q
-
Các enzyme chuỗi hô hấp
NHI (Non heme iron) FeS

Cytochrome
NAD
+
FAD CoQ Cyt b, c
1
, c, a và a
3

O
2
20
ĐIỆN THẾ OXID HOÁ KHỬ
21
22

NAD
+
dehydrogenase

FAD dehydrogenase

Coenzyme Q (Ubiquinone)
23
- 5 tổ hợp enzyme:
•
Tổ hợp I (NADH.H
+
- coenzyme Q reductase)
•
Tổ hợp II (Succinate - coenzyme Q reductase)

•
Tổ hợp III (Coenzyme Q - cytochrome c reductase)
•
Tổ hợp IV (Cytochrome c - cytochrome a
3
oxidase)
•
Tổ hợp V (ATP synthetase)
Tổ hợp I-IV: Bơm proton, đẩy H
+
từ trong dịch ty thể ra khoảng không
giữa 2 màng
Tổ hợp V: Hút H
+
từ khoảng không giữa 2 màng vào và tổng hợp ATP

Cytochrome
24
Tổ hợp I (NADH.H
+
- coenzyme Q reductase)
- FMN + 6 FeS
- Chuyển e
-
từ NADH đến CoQ
Tổ hợp II (Succinate - coenzyme Q reductase)
- Succinate dehydrogenase + 3FeS + cytohrome b
560
- Chuyển e
-

từ succinate sang CoQ
25
Tổ hợp III (Coenzyme Q - cytochrome c reductase)
- 2 cytochrome b + cytochrome c
1
+FeS
- Chuyển e
-
từ CoQ sang cyt c
Tổ hợp IV (Cytochrome c - cytochrome a
3
oxidase)
- 4 cytochrome c + cytochrome a + cytochrome a
3
- Chuyển e
-
từ cyt c sang O
2