Tài liệu HÓA SINH HỌC CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT, OXY HÓA SINH HỌC CHU TRÌNH ACID CITRIC (KREBS) pot

HÓA SINH HỌC
CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT, OXY HÓA SINH HỌC
CHU TRÌNH ACID CITRIC (KREBS)
BM. Hóa sinh
TS. Trần Thanh Nhãn
1
MỤC TIÊU
1. Trình bày được những khái niệm về chuyển hóa các chất và
chuyển hóa trung gian, quá trình đồng hóa và dò hóa, một số đặc
điểm của chuyển hóa trung gian.
2. Trình bày được các phương pháp nghiên cứu quá trình chuyển hóa.
3. Trình bày được những khái niệm về phản ứng oxy hoá- khử, sự
phosphoryl hoá và sự khử phosphoryl, các loại liên kết phosphat
giàu năng lượng và hệ thống ATP-ADP.
4. Trình bày được bản chất và diễn tiến của sự hô hấp tế bào.
5. Trình bày và nêu được ý nghóa của chu trình acid citric
2
1- CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT
Chuyển hóa các chất và chuyển hóa trung gian
- Chuyển hoá các chất : các quá trình hoá học xảy ra trong cơ
thể từ khi thức ăn được đưa vào đến khi chất cặn bã được thải
ra ngoài môi trường (quá trình trao đổi chất)
- Chuyển hoá trung gian : gồm các phản ứng và quá trình hoá
học xảy ra trong tế bào
-
Các chất trung gian
được gọi là các chất chuyển hoá hay sản
phẩm chuyển hoá
3
Theo đặc điểm chuyển hoá:
- Sinh vật tự dưỡng (thực vật) : tổng hợp được glucid, lipid, protid

đặc hiệu từ CO
2
, H
2
O, muối khoáng chứa Nitơ và năng lượng
mặt trời (quang hợp)
-Sinh vật dò dưỡng (động vật và người) :
+ hấp thu các chất (glucid, lipid, protid…) từ các sinh vật tự
dưỡng để tổng hợp nên những phân tử glucid, lipid, protid đặc
hiệu của mình
+ thoái hoá các phân tử đặc hiệu thành các sản phẩm chuyển
hoá, các chất thải như CO
2
, H
2
O và năng lượng cho cơ thể sử
dụng
4
Glucid
Lipid
Protid
CO
2
H
2
O, chất
cặn bã
Thực vật
Động vật
và người

Q
Thức ăn
Q
Quang hợp
5
Quá trình đồng hóa:
Quá trình biến các phân tử hữu cơ thức ăn (glucid, lipid, protid)
có nguồn gốc khác nhau (thực vật, động vật, vi sinh vật) thành
các phân tử hữu cơ (glucid, lipid, protid) đặc hiệu của cơ thể.
6
Gồm 3 bước :
-Tiêu hoá :
thủy phân các đại phân tử
(tinh bột, protein…) đặc hiệu
của thức ăn thành các đơn vò cấu tạo không có tính đặc hiệu (
glucose, acid amin…)
- Hấp thu :
sản phẩm tiêu hoá cuối cùng
được hấp thu qua niêm
mạc ruột non vào máu (quá trình vật lý và hoá học)
- Tổng hợp: các sản phẩm hấp thu được máu đưa đến các mô và
được tế bào sử dụng để
tổng hợp các đại phân tử có tính đặc hiệu
của cơ thể
Xây dựng tế bào và mô (protein, polysaccarid tạp,
phospholipid)
Dự trữ (glycogen, triglycerid)
Cần năng lượng (chủ yếu do ATP cung cấp)
7
Quá trình dò hóa:

Quá trình phân giải các đại phân tử hữu cơ thành sản phẩm cuối
cùng thải ra ngoài.
có sự giải phóng năng lượng
50% năng lượng ở dạng nhiệt năng (thân nhiệt)
50% năng lượng được tích trữ dưới dạng ATP (công
cơ học, công thẩm thấu, công hoá học)
+ Công cơ học : co duỗi cơ
+ Công thẩm thấu : vận chuyển tích cực các chất qua màng tế
bào , chống lại gradient nồng độ
+ Công hoá học : tổng hợp các chất
8
Như vậy 2 quá trình đồng hóa và dò hóa là 2 quá trình ngược
nhau, nhưng lại thống nhất trong 1 cơ thể, trong mỗi tế bào
Phản ứng liên hợp
- Phản ứng tổng hợp : cần năng lượng
- Phản ứng thoái hoá : giải phóng năng lượng
- Phản ứng liên hợp = ghép cặp hai phản ứng tổng hợp và thoái
hoá
Ví dụ : phản ứng tổng hợp glucose 6 phosphat cần 3,3 Kcal xảy
ra được khi ghép với phản ứng thủy phân ATP giải phóng 7,3
Kcal
9
Ba giai đoạn về chuyển hoá trung gian
Glucid, Lipid, Protid thoái hoá theo ba giai đoạn ;
-
Giai đoạn 1 :
Phân tử lớn các đơn vò cấu tạo tương ứng (glucose, acid
amin, acid béo…)
-
Giai đoạn 2 :

các đơn vò cấu tạo các chất trung gian
Acetyl CoA
-
Giai đoạn 3 :
Acetyl CoA chu trình Krebs CO
2
và H
2
O
10
- CO
2
được tạo thành do sự khử carboxyl
- Nước được tạo thành do sự tách và vận chuyển từng cặp nguyên
tử hydro qua chuỗi hộ hấp tế bào tới oxy thở vào
- Chuỗi hô hấp tế bào liên hợp với sự phosphoryl hoá (gắn
phosphat vào ADP tạo thành ATP) = sự phosphoryl- oxy hoá
Quá trình tổng hợp : 3 giai đoạn
- Bắt đầu từ một số tiền chất của chu trình krebs
- Ngược lại con đường thoái hoá
11
Các phương pháp nghiên cứu quá trình chuyển hóa:
1-Phân tích những sản phẩm cuối cùng của chuyển hóa các chất:
+ nhận biết được một phần quá trình chuyển hoá trong cơ thể
+ những rối loạn về chuyển hoá các chất (góp phần vào việc chẩn
đoán, phòng và chữa bệnh)
Ví dụ :
- Phát hiện CO
2
ở cơ thể động vật : xác đònh nó là sản phẩm thoái

hoá cuối cùng của glucid ở động vật
- Đưa một số acid amin ( Alanin, Glutamat…) vào cơ thể bệnh nhân
bò tiểu đường thì thấy tăng lượng glucose/ nước tiểu : các acid amin
đó là các tiền chất của glucose
12
2- Dùng cơ quan tách rời, lát cắt mô
+ Cơ quan tách rời (ví dụ gan, thận):
Phân tích thành phần hoá học của dòch ra khỏi cơ quan
Tiền chất đã được biến đổi như thế nào ở cơ quan đó
Ví dụ : nhờ phương pháp này đã xác đònh được gan là nơi tạo
thể ceton, urê chuyển một số acid amin thành glucose
+ Lát cắt tươi (Warburg 1920) :
- Cắt mô động vật thành lát cắt mõng (dưới 0,4 mm), trong đó
đa số các tế bào còn nguyên vẹn
-Đãm bảo tốc độ khuếch tán oxy và các chất chuyển hoá vào
và ra khỏi tế bào trong môi trường muối chứa một số chất
chuyển hoá nhất đònh
13
- Nhờ đó nghiên cứu sự chuyển hoá của các chất trong một số điều
kiện nhất đònh
Ví dụ : nghiên cứu việc sản xuất acid lactic từ glucose trong điều
kiện yếm khí, nghiên cứu chu trình Krebs, chu trình urê
3- Phương pháp dùng áp kế:
Người ta đo tốc độ hấp thu oxy bởi lát cắt nhờ áp kế Warburg
4- Phương pháp dùng quang phổ kế:
Đo sự hấp thụ của một dung dòch với một độ dài sóng nhất đònh.
14
5- Phương pháp dùng hệ thống vô bào
+ Dùng máy đồng thể hoá nghiền mô khiến các tế bào bò vỡ,
ly tâm lấy bào dòch

Buchner (1897) dùng dòch chiết vô bào của nấm men xúc tác
sự lên men rượu từ glucose
+ Nghiền nhẹ nhàng mô / dd saccarose đẳng trương (0,25M)
làm màng tế bào vỡ, nhưng các bào quan (nhân, ty thể,
lysosome, ribosome…) còn nguyên vẹn và có thể phân lập nhờ
siêu ly tâm phân tách
ng dụng nghiên cứu cơ chế sinh tổng hợp protein và vai trò
của ribosom
15
6- Phương pháp dùng các chất đồng vò:
+
Đánh dấu chất đònh nghiên cứu
bằng cách thay nguyên tử của
nguyên tố thường
bằng nguyên tử của chất đồng vò
+
Theo dõi chuyển hóa
của chất được đánh dấu bằng cách
tìm
chất đồng vò trong các sản phẩm
(xác đònh đồng vò nặng bằng
khối phổ, đồng vò phóng xạ bằng máy đếm)
Ví dụ : nhờ đánh dấu carbon của acetat bằng đồng vò
14
C người ta
có thể kết luận
acetat là tiền chất chung của glucid, protid,lipid
+ Độ nhạy pp cao : phát hiện tới 10
–17
g

16
7- Dựa vào các khiếm khuyết di truyền
Thể đột biến mất gen chỉ huy sự sinh tổng hợp một enzym nhất
đònh
Tích tụ và bài tiết cơ chất của enzym bò thiếu (bình thường
không xuất hiện)
Ví dụ :
+ Sự bài tiết bất thường của acid homogentisic (trong bệnh
alcapton niệu).
+ Sự bài tiết tăng khi nuôi dưỡng bằng phenylalanin hay tyrosin
(không tăng khi dùng acid amin khác)
+ Kết luận :
acid homogentisic là sp chuyển hóa trung gian của
chuyển hóa phenylalanin và tyrosin
17
Ý nghóa của việc nghiên cứu chuyển hóa các chất:
- Hiểu rõ các quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể từ đó
có thể điều khiển hoặc sửa đổi chúng
-Theo dõi được ảnh hưởng của các dược phẫm và những chất
khác tác động lên các quá trình chuyển hóa trong cơ thể
- Phục vụ cho công tác phòng và chữa bệnh
18
2. OXY HÓA SINH HỌC
2.1- Phản ứng oxy hóa-khử
Đònh nghóa :
- Là phản ứng trong đó có sự cho và nhận điện tử hay có sự thay
đổi số oxy hóa, có thể kèm theo hay không sự mất hoặc nhận
hydro hay oxy
Ví dụ :
Fe

++
Fe
+++
R-CH
2
OH R-CHO R-COOH
-e
+e
-2H
+2H
+1/2 O
2
-1/2 O
2
19
- Chất oxy hóa là chất có thể nhận điện tử, chất khử là chất có
khả năng cho điện tử
- Phản ứng oxy hóa- khử là hai phản ứng ngược nhau, tập hợp
chất oxy hóa và chất khử thành một hệ thống gọi là hệ thống
hay cặp oxy hóa- khử (Fe
++
/Fe
+++
; RCOOH/RCHO…)
Thế năng oxy hóa-khử
Được tính theo công thức sau:
E = Eo + RT Ln [Ox]
nF [Kh]
Khi [Ox] / [Kh] = 1
Thì E = Eo

E:thế năng Oxy hóa-khử (volt)
n: số điện tử di chuyển
R: hằng số khí lý tưởng
T: nhiệt độ tuyệt đối
F: hằng số Faraday
Eo: thế năng Oxy hóa-khử chuẩn
20
- Điều kiện chuẩn là điều kiện [Ox] = [Kh]
- Thế năng oxy hóa – khử biểu hiện khả năng cho nhận
điện tử của hệ thống
- Hệ thống có E thấp (nồng độ chất khử lớn, xu hướng cho
điện tử cao) dễ cho điện tử
- Hệ thống có E cao dễ nhận điện tử
- Hydro hay điện tử chuyển từ hệ thống có E thấp đến hệ
thống có E cao
21
- Mỗi cặp Ox/Kh được xác đònh bởi một thế năng oxy hóa-
khử chuẩn E
o
- Người ta thường đo ở điều kiện sinh học pH = 7 và t
o
=
25
o
C, ký hiệu E’
o
22
Hệ thống
E
o

(volt)
H
+
/ H
2
NAD
+
/ NADH
Lipoate ;Ox/Kh
Acetoacetat/ 3-hydroxybutyrat
Pyruvat/ Lactat
Oxaloacetat/ Malat
Riboflavin (Ox/Kh)
Fumarat/ Succinat
Cytocrom b ; Fe
3+
/Fe
2+
Ubiquinon (Ox/Kh)
Cytocrom c
1
Fe
3+
/Fe
2+
Cytocrom a Fe
3+
/Fe
2+
½ O

2
/ H
2
O
-0,42
-0,32
-0,29
-0,27
-0,19
-0,17
-0,05
+0,03
+0,08
+0,10
+0,22
+0,29
+0,82
Thế năng Ox-Kh của một số cặp Ox-Kh
23
Chiều và cân bằng phản ứng Ox-Kh:
- Được xác đònh bởi E’
o
của các cặp
- Khi có hai cặp A/AH
2
và B/BH
2
mà E’
o
của A < E’

o
của B
thì thế cân bằng của phản ứng
AH
2
+ B BH
2
+ A
lệch về bên phải
Ví dụ:
NAD
+
/NADH.H
+
(E’
o
=-0,32) và FAD/FADH
2
(E’
o
=-0,05)
Phản ứng
NADH.H
+
NAD
+
FADH2
FAD
Đi từ trái sang phải
24

Liên hệ giữa biến thiên thế năng oxy hóa-khử chuẩn E’
o
và
biến thiên năng lượng tự do G
o
’ của phản ứng
G
o
’ = -nF E’
o
25