Tài liệu CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG pot
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.94 MB, 50 trang )
CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
1. Nêu được 2 yếu tố (bản chất của các chất tham gia
1. Nêu được 2 yếu tố (bản chất của các chất tham gia
phản ứng và điều kiện khách quan cụ thể của phản
phản ứng và điều kiện khách quan cụ thể của phản
ứng) quyết định chiều của phản ứng thuận nghịch
ứng) quyết định chiều của phản ứng thuận nghịch
2. Trình bày được những khái niệm, vai trò của phản
2. Trình bày được những khái niệm, vai trò của phản
ứng oxy hóa khử, phản ứng phosphoryl-hóa, phản
ứng oxy hóa khử, phản ứng phosphoryl-hóa, phản
ứng khử-phosphoryl, liên kết phosphat nghèo năng
ứng khử-phosphoryl, liên kết phosphat nghèo năng
lượng, liên kết phosphat giàu năng lượng.
lượng, liên kết phosphat giàu năng lượng.
3. Trình bày được quá trình diễn biến, một số chất ảnh
3. Trình bày được quá trình diễn biến, một số chất ảnh
hường đến sự hô hấp tế bào.
hường đến sự hô hấp tế bào.
4. Nêu rõ được 2 vai trò cơ bản của chu trình acid
4. Nêu rõ được 2 vai trò cơ bản của chu trình acid
citric trong chuyển hóa các chất trong tế bào.
citric trong chuyển hóa các chất trong tế bào.
MỤC TIÊU
1. ĐẠI CƯƠNG
1. ĐẠI CƯƠNG
Một số khái niệm về nhiệt động học
Một số khái niệm về nhiệt động học
* HC bị đốt cháy
* HC bị đốt cháy
giải phóng E, là NL toàn phần, gọi là
giải phóng E, là NL toàn phần, gọi là
enthapy (H: heat)
enthapy (H: heat)
* Năng lượng tư do (G): là phần E của chất đó có khả
* Năng lượng tư do (G): là phần E của chất đó có khả
năng chuyển thành công có ích.
năng chuyển thành công có ích.
* Entropy (S): p/a trạng thái nội tại của phân tử. H của 1
* Entropy (S): p/a trạng thái nội tại của phân tử. H của 1
hệ thống tăng khi độ vô trật tự tăng. Ở đk tự nhiên,
hệ thống tăng khi độ vô trật tự tăng. Ở đk tự nhiên,
S chỉ tăng.
S chỉ tăng.
* G liên hệ với H, S và nhiệt độ: G = H – TS, nghĩa là
* G liên hệ với H, S và nhiệt độ: G = H – TS, nghĩa là
NLTD của 1 chất tăng cùng với H và giảm khi S lớn
NLTD của 1 chất tăng cùng với H và giảm khi S lớn
* Khi t và p không đổi, biến thiên E tự do và biến thiên
* Khi t và p không đổi, biến thiên E tự do và biến thiên
entropy được biểu thị:
entropy được biểu thị:
∆
∆
G =
G =
∆
∆
H - T
H - T
∆
∆
S (T: nhiệt độ tuyệt đối)
S (T: nhiệt độ tuyệt đối)
* Trong p/u Hóa sinh,
* Trong p/u Hóa sinh,
∆
∆
H xấp xỉ bằng
H xấp xỉ bằng
∆
∆
E, biến thiên E
E, biến thiên E
nội tại của phản ứng, nên:
nội tại của phản ứng, nên:
∆
∆
G =
G =
∆
∆
E - T
E - T
∆
∆
S
S
- Nếu
- Nếu
∆
∆
G âm, phản ứng phát năng (mất NLTD),
G âm, phản ứng phát năng (mất NLTD),
p/u xảy ra tự phát. Nếu ∆G lớn thì phản ứng chỉ
x/ra theo chiều thuận.
- Nếu ∆G dương, phản ứng thu năng, không xảy ra
1 cách biệt lập, tự phát.
- ∆G = 0, phản ứng không thu, không phát năng
- Đối với các phản ứng sinh hóa thuận nghịch, khi
- Đối với các phản ứng sinh hóa thuận nghịch, khi
∆
∆
G
G
= 0, hai phản ứng thuận nghịch đạt trạng thái cân
= 0, hai phản ứng thuận nghịch đạt trạng thái cân
bằng động: aA + bB
bằng động: aA + bB
↔
↔
cC + dD
cC + dD
- Tại trạng thái cân bằng động
- Tại trạng thái cân bằng động
∆G
0
: biến thiên E tự do chuẩn, xđ ở t = 25
o
C, pH = 0,
nồng độ chất th.gia p.u và sp tạo thành bằng 1 mol.
R: hằng số lý tưởng bằng 1,98.10
R: hằng số lý tưởng bằng 1,98.10
-3
-3
Kcal/mol. độ
Kcal/mol. độ
K
K
eq
eq
=
=
Biểu thức trên cho ta thấy BTNLTD của một p/ứ phụ
Biểu thức trên cho ta thấy BTNLTD của một p/ứ phụ
thuộc vào
thuộc vào ∆G
0
tức
bản chất của phản ứng và tỷ lệ nồng
bản chất của phản ứng và tỷ lệ nồng
độ các chất tham gia p/u.
độ các chất tham gia p/u.
∆G
= ∆G
0
+ RTlnK’
eq
= 0
∆G
0
= - RTlnK’
eq
Đối với phản ứng:
[ ][ ]
ln
[ ][ ]
o
C D
G G RT
A B
∆ = ∆ +
A+B C+D
∆
∆
G
G
o
o
: biến thiên năng lượng tự do chuẩn, t = 25
: biến thiên năng lượng tự do chuẩn, t = 25
o
o
nồng độ all các chất tham gia phản ứng = 1 mol.
nồng độ all các chất tham gia phản ứng = 1 mol.
R:
R:
hằng số lý tưởng = 1,98.10
hằng số lý tưởng = 1,98.10
-3
-3
Kcal/mol. độ
Kcal/mol. độ
-
Đối với các phản ứng sinh học, biến thiên E
Đối với các phản ứng sinh học, biến thiên E
tự do chuẩn sẽ được đo ở pH = 7, t = 25
tự do chuẩn sẽ được đo ở pH = 7, t = 25
o
o
C và
C và
được ký hiệu là
được ký hiệu là
∆
∆
G
G
0
0
’
’
, khi đó, có biểu thức:
, khi đó, có biểu thức:
∆G' = ∆Gº'
+ RT ln
+ RT ln
[C] [D]
[A] [B]
Hằng số cân bằng
Hằng số cân bằng
Tại trạng thái cân bằng DG° = 0, nên:
'
' ' ln
' ln
'
ln
o
o
eq
o
eq
o
eq
G
RT
eq
G G RT K
G RT K
G
K
RT
K e
∆
−
∆ = ∆ +
∆ = −
∆
− =
=
Keq =
Keq của phản ứng:
Keq của phản ứng:
2 A + 3 B C + 2 D
Keq =
[C] [D]
2
[A]
2
[B]
3
Ví dụ:
Ví dụ:
xác định
xác định
∆
∆
Gº' của phản ứng:
Gº' của phản ứng:
DHAP
DHAP
⇔
⇔
Glyceraldehyde-3-phosphate
Glyceraldehyde-3-phosphate
Ở trạng thái cân bằng:
Ở trạng thái cân bằng:
[G-3-P]/[DHAP] = 0.0475.
[G-3-P]/[DHAP] = 0.0475.
∆
∆
Gº' = -RT ln(0.0475)
Gº' = -RT ln(0.0475)
= -1.98 x 10-3 kcal/(mol-deg) x 298 x (-
= -1.98 x 10-3 kcal/(mol-deg) x 298 x (-
3.047)
3.047)
= + 1.8 kcal/mol
= + 1.8 kcal/mol
∆
∆
G
G
0
0
’
’
= - RT lnK
= - RT lnK
eq
eq
2. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ
2. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ
2.1 Định nghĩa
2.1 Định nghĩa
][
][
0
ln
kh
oxh
nF
RT
EE +=
Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh)
Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh)
TD: Fe
TD: Fe
+3
+3
/Fe
/Fe
+2
+2
, R-COOH/R-CHO
, R-COOH/R-CHO
Ferri Fero
Ferri Fero
2.2 Thế năng oxy hóa khử
2.2 Thế năng oxy hóa khử
E
E
o
o
là E khi:
là E khi:
][][ khoxh =
Chất khử Chất oxy hóa + n e
-
Phản ứng oxy hóa
Phản ứng oxy hóa
*
*
Chiều vận chuyển của điện tử e
Chiều vận chuyển của điện tử e
-
-
:
:
Xét 2 hệ thống oxhkh:
Xét 2 hệ thống oxhkh:
A/AH
A/AH
2
2
và B/BH
và B/BH
2
2
Nếu EA < EB thì:
Nếu EA < EB thì:
e
e
-
-
sẽ di chuyển từ hệ thống A qua B (từ chất khử AH
sẽ di chuyển từ hệ thống A qua B (từ chất khử AH
2
2
qua
qua
chất oxy hóa B) nghĩa là:
chất oxy hóa B) nghĩa là:
AH
AH
2
2
+ B
+ B
→
→
BH
BH
2
2
+ A
+ A
Cặp oxh-kh
Cặp oxh-kh
E
E
0
0
= volt
= volt
2H
2H
+
+
/H
/H
2
2
FAD/FADH
FAD/FADH
NAD
NAD
+
+
/NADH,H
/NADH,H
+
+
FAD/FADH
FAD/FADH
2
2
Fumarat/succinat
Fumarat/succinat
Cytb Fe
Cytb Fe
+3
+3
/Cytb Fe
/Cytb Fe
+2
+2
Cytc Fe
Cytc Fe
+3
+3
/Cytc Fe
/Cytc Fe
+2
+2
½ O
½ O
2
2
/O
/O
-2
-2
-0.42
-0.42
-0.36
-0.36
-0.32
-0.32
-0.06
-0.06
-0.03
-0.03
+0.03
+0.03
+0.25
+0.25
+0.82
+0.82
Nếu vì lý do nào đó BH
Nếu vì lý do nào đó BH
2
2
bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng thái
bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng thái
cân bằng hoặc thậm chí theo chiều nghịch. TD: xét 2 hệ thống:
cân bằng hoặc thậm chí theo chiều nghịch. TD: xét 2 hệ thống:
NAD+/NADH,H
NAD+/NADH,H
+
+
và FAD/FADH
và FAD/FADH
2
2
E
E
0
0
(A) = -0.32V; E
(A) = -0.32V; E
0
0
(B) = -0.06V
(B) = -0.06V
Vậy trong điều kiện chuẩn (và thực tế trong điều kiện sinh lý của tế
Vậy trong điều kiện chuẩn (và thực tế trong điều kiện sinh lý của tế
bào) e
bào) e
-
-
đi từ NADH,H
đi từ NADH,H
+
+
qua FAD.
qua FAD.
NADH,H
NADH,H
+
+
FADH
FADH
2
2
NAD
NAD
+
+
FAD
FAD
2e
2e
-
-
FADH
FADH
2
2
FAD
FAD
NAD
NAD
+
+
NADH,H
NADH,H
+
+
2e
2e
-
-
Hoặc
Hoặc
*Liên hệ giữa ∆G
*Liên hệ giữa ∆G
0
0
’ và ∆E
’ và ∆E
0
0
’
’
'
0
'
0
EnFG
∆−=∆
Trong phản ứng oxh-kh,e
Trong phản ứng oxh-kh,e
-
-
vận
vận
chuyển với ∆E > 0 do đó ∆G
chuyển với ∆E > 0 do đó ∆G
< 0 (tỏa Q). Năng lượng đó
< 0 (tỏa Q). Năng lượng đó
sẽ được tích trữ lại trong các
sẽ được tích trữ lại trong các
liên kết giàu năng lượng (~)
liên kết giàu năng lượng (~)
nhờ các phản ứng
nhờ các phản ứng
phosphoryl hóa, F = 23
phosphoryl hóa, F = 23
Kcal/V
Kcal/V
Ose, AB, CTAC…2H
Ose, AB, CTAC…2H
→
→
NASD, FAD…
NASD, FAD…
→
→
O
O
2
2
⇒
⇒
H20
H20
3. PHẢN ỨNG PHOSPHORYL HÓA
3.1 Định nghĩa
R-H + HO-PO
3
H
2
→ R-P + H
2
O
Phosphorylase
∆G>0 (thu Q)
Phản ứng ngược lại: phản ứng khử phosphoryl
R-P + H
2
O → R-H + H
3
PO
4
Phosphatase
ATP
G G - 6P
ADP
Hexokinase
Glucokinase
3.2. Liên kết phosphat nghèo năng lượng
3.2. Liên kết phosphat nghèo năng lượng
(ký hiệu: -
(ký hiệu: -
)
)
Khi thủy phân cắt đứt liên kết này, chỉ có từ
Khi thủy phân cắt đứt liên kết này, chỉ có từ
1000-5000 calo
1000-5000 calo
được giải phóng (
được giải phóng (
l
l
∆
∆
G
G
0
0
’l < 5
’l < 5
Kcal/mol )
Kcal/mol )
- Vd: Liên kết
- Vd: Liên kết
este phosphat
este phosphat
:
:
H
2
O
R
−
OH + HO
−
PO
3
H
2
R
−
O
−
PO
3
H
2
(R
−
O
−
P )
CHO
CHOH
CH
2
−
O
−
P
3.3 Liên kết giàu năng lượng
3.3 Liên kết giàu năng lượng
l
l
∆
∆
G
G
0
0
’l > 7 Kcal/mol hoặc l
’l > 7 Kcal/mol hoặc l
∆
∆
G
G
0
0
l > 5Kcal/mol
l > 5Kcal/mol
Biết rằng:
Biết rằng:
∆
∆
G
G
0
0
’ = -nF
’ = -nF
∆
∆
E
E
0
0
’, ta có:
’, ta có:
=
=
7Kcal/2.23,06 = 0,152V
7Kcal/2.23,06 = 0,152V
Vậy, ở giai đoạn nào
Vậy, ở giai đoạn nào
∆
∆
E
E
0
0
’, > 0,152V
’, > 0,152V
thì ở đó sẽ đủ năng lượng tạo ra 1
thì ở đó sẽ đủ năng lượng tạo ra 1
phân tử ATP từ ADP.
phân tử ATP từ ADP.
* Nếu tính
* Nếu tính
∆
∆
E
E
0
0
’ khi e
’ khi e
-
-
vận chuyển từ NADH,H
vận chuyển từ NADH,H
+
+
tới O
tới O
2
2
, ta có:
, ta có:
∆
∆
E
E
0
0
’ = + 0,81- (- 0,32)
’ = + 0,81- (- 0,32)
= + 1,13volt
= + 1,13volt
l
l
∆
∆
G
G
0
0
’l = nF
’l = nF
∆
∆
E
E
0
0
’
’
= 2 x 23,06 x 1,13
= 2 x 23,06 x 1,13
= 52 Kcal
= 52 Kcal
Tuy nhiên năng lượng này không tích trữ trong một lần một mà theo
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
từng giai đoạn kế tiếp nhau, giai đoạn nào đủ tạo liên kết giàu năng
lượng sẽ tạo ngay tại thời điểm đó.
lượng sẽ tạo ngay tại thời điểm đó.
TD:
TD:
NAD
NAD
→
→
FAD
FAD
→
→
C
C
0
0
Q
Q
→
→
Cyt
Cyt
b
b
→
→
Cyt
Cyt
c
c
→
→
Cyt
Cyt
(a+a3)
(a+a3)
→
→
O
O
↓
↓
↓
↓
↓
↓
ATP ATP ATP
ATP ATP ATP
CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG
CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG
1. Loại liên kết
1. Loại liên kết
Pyrophosphat
Pyrophosphat
Phosphoanhydric
Phosphoanhydric
P – O ~ P
P – O ~ P
Chất
Chất
NTP
NTP
ATP,GTP,UTP,…
ATP,GTP,UTP,…
CTP…
CTP…
NDP
NDP
ADP,GDP,CDP,…
ADP,GDP,CDP,…
VDP…
VDP…
2. Acyl phosphat
2. Acyl phosphat
R – C ~ P
R – C ~ P
ll
ll
O
O
a.1,3 DPglyceric
a.1,3 DPglyceric
Aminoacyl-AMP
Aminoacyl-AMP
R – C – CO ~ AMP
R – C – CO ~ AMP
l
l
NH
NH
2
2
3. Enol phosphat
3. Enol phosphat
R - C - O ~ P
R - C - O ~ P
ll
ll
CH
CH
l
l
PEP
PEP
COOH
COOH
l
l
C - O ~ P
C - O ~ P
ll
ll
CH
CH
2
2
4.
4.
Amidin
Amidin
R – C – NH ~ P
R – C – NH ~ P
ll
ll
NH
NH
Arginin~P
Arginin~P
Créatin~P
Créatin~P
(phosphagène)
(phosphagène)
NH ~ P
NH ~ P
l
l
HN = C
HN = C
l
l
N - CH
N - CH
2
2
- COOH
- COOH
l
l
CH
CH
3
3
P
5.
5.
Thioester
Thioester
R - C ~ SC
R - C ~ SC
0
0
A
A
ll
ll
O
O
COOH
COOH
l
l
CH2
CH2
l
l
CH
CH
2
2
l
l
C ~ SCoA
C ~ SCoA
ll
ll
O
O
Succinyl CoA
Succinyl CoA
*Vai tr
*Vai tr
ò của phosphoryl hóa và khử phosphoryl
ò của phosphoryl hóa và khử phosphoryl
1.
1.
Tích trữ năng lượng
Tích trữ năng lượng
ADP + Pvc
ADP + Pvc
→
→
ATP
ATP
↑
↑
Q
Q
(từ quang hợp hoặc các phản ứng oxhkh)
(từ quang hợp hoặc các phản ứng oxhkh)
Ở mô: Creatin
Ở mô: Creatin
→
→
Creatin ~ P
Creatin ~ P
ATP ADP
ATP ADP
2.
2.
Hoạt hoá các chất
Hoạt hoá các chất
ATP
ATP
↓
↓
G
G
→
→
G - 6P
G - 6P
AB
AB
→
→
Acyl ~ AMP
Acyl ~ AMP
→
→
AcylCoA
AcylCoA
ATP HSCoA
ATP HSCoA
↓
↓
↓
↓
AA
AA
→
→
Acyl ~ AMP
Acyl ~ AMP
→
→
AA-ARNt
AA-ARNt
→
→
protein
protein
ATP
ATP
3.
3.
Vận chuyển năng lượng
Vận chuyển năng lượng
ATP + H
ATP + H
2
2
O
O
→
→
ADP + Pvc
ADP + Pvc
Q
Q
(t
(t
0
0
, công dùng trực tiếp cho hoạt động cơ thể)
, công dùng trực tiếp cho hoạt động cơ thể)
∆
∆
Go < 0
Go < 0
Tỏa Q
Tỏa Q
Quang hợp
Quang hợp
Oxh G
Oxh G
AB
AB
AA
AA
CTAC
CTAC
Vận chuyển e
Vận chuyển e
-
-
(CHHTB)
(CHHTB)
∆
∆
Go > 0
Go > 0
Thu Q
Thu Q
STH đpt
STH đpt
Hoạt hóa hấp
Hoạt hóa hấp
thu tích cực
thu tích cực
luồng thần
luồng thần
kinh điện năng
kinh điện năng
ATP
ATP
ADP
ADP
Q
Q
Q
Q
4. CHUỖI HÔ HẤP TẾ BÀO
4. CHUỖI HÔ HẤP TẾ BÀO
4.1 Bản chất của sự hô hấp tế bào
4.1 Bản chất của sự hô hấp tế bào
- ”đốt cháy” các chất hữu cơ trong cơ thể.
- ”đốt cháy” các chất hữu cơ trong cơ thể.
- Sự oxh-kh xảy ra trong tế bào.
- Sự oxh-kh xảy ra trong tế bào.
- Oxy hóa sinh học.
- Oxy hóa sinh học.
*Đặc điểm:
*Đặc điểm:
-Sản phẩm cuối cùng và Q tỏa ra:
-Sản phẩm cuối cùng và Q tỏa ra:
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 + 686 kcal
O + 686 kcal
- điều kiện: t
- điều kiện: t
0
0
= 37
= 37
0
0
C, P = 1atm
C, P = 1atm
- cách xảy ra:
- cách xảy ra:
+ Oxy
+ Oxy
không
không
trực tiếp tác dụng với C,H để tạo ra CO
trực tiếp tác dụng với C,H để tạo ra CO
2
2
và H
và H
2
2
O
O
+ Năng lượng được giải phóng
+ Năng lượng được giải phóng
dần, từ từ, theo từng giai đoạn.
dần, từ từ, theo từng giai đoạn.
CO
CO
2
2
được tạo thành từ phản ứng khử nhóm carboxyl (-COOH)
được tạo thành từ phản ứng khử nhóm carboxyl (-COOH)
từ các acid trung gian được tạo thành
từ các acid trung gian được tạo thành
R - COOH
R - COOH
→
→
R-H + CO
R-H + CO
2
2
Decarboxylase
Decarboxylase
Sự tạo thành H
Sự tạo thành H
2
2
O (sản phẩm của CHHTB)
O (sản phẩm của CHHTB)
Xảy ra ở màng trong của ty thể
Xảy ra ở màng trong của ty thể
Tổng quát
Tổng quát
SH
2
→ S (Substrat)
↓
2H → 2H
+
↓
2e
-
→ H
2
O
↓
½ O
2
→ O
-2
2H -2e
-
→ 2H+
→
H
2
O
½ O
2
+2e
-
→ O
-2
