Tài liệu Sinh học đại cương- Chương 2: Trao đổi chất và năng lượng sinh học pdf

Chương 2. Trao đổi chất và năng lượng sinh học
I. Sự trao đổi chất và thông tin
qua màng
1. Sự vận chuyển chất qua
màng
2. Sự trao đổi thông tin qua
màng
II. Sự trao đổi năng lượng của tế
bào
1. Năng lượng tự do và năng
lượng hoạt hóa
2. Oxy hóa khử sinh học và
Thế oxy hóa khử
3. Enzim
4. Sự v/c điện tử trong Hơ hấp
t/b
5. Sự tổng hợp ATP

III.Hô hấp tế bào
1. Khái niệm
2. Sự đường phân
3. Các q trình lên men
4. Hơ hấp hiếu khí
IV. Quang hợp
1. Tổng quan
2. Hệ quang hóa-Sự vận chuyển
điện tử trong quang hợp
3. Chu trình C3
4. Chu trình C4

I. Sự trao đổi chất và thông tin qua màng tế bào
1. Sự vận chuyển các chất qua màng →
Có 2 hình thức: Sự khuyếch tán (v/c bị động) và vận
chuyển chủ động
a. Sự khuếch tán: Chất được v/c qua màng theo quy luật
vật lý, hóa học;khơng tiêu tốn năng lượng;tốc độ phụ
thuộc tổng Gradient giữa hai phía của màng. →
•
Khuyếch tán qua màng lipit: V/C các chất có kích
thước nhỏ, khơng tích điện, tan trong lipit (O 2, CO2
benzen, alcol, ethylen..).
•
Khuyếch tán qua kênh protein: Đk 0,8-1nm, 2 loại
kênh là loại luôn mở và loại mở trong điều kiện nhất
định (thay đổi điện thế, kích thích) →
•
Khuếch tán nhờ protein mang: diễn ra nhanh, đặc hiệu
và bị giới hạn về tốc độ →
A+ X→
AX →
X→ A


Vận chuyển bị động ←


Khuyếch tán nhanh ←


Kênh protein đóng, mở ←

←


b. Vận chuyển chủ động (Tích cực): Sự v/c các chất qua
màng không phụ thuộc nồng độ, ngược Gradient, cần
cung cấp năng lượng, để duy trì trạng thái chênh lệch
nồng độ các chất giữa 2 phía của màng.
+ Bơm ion Na-K. Hai phía của màng TB ln duy trì sự
chênh nồng độ các ion (Na ngoài >trong; K ngược lại) do
bơm chủ động Na ra & K vào.1 ATP v/c được 3 f.tử Na
& 2 f.tử K. →
+ Bơm proton. (màng trong ty thể và màng thylacoit) Gồm
2 kênh protein chuyên hoá xuyên màng. →
- Kênh 1: Proton được bơm chủ động qua màng nhờ E cao
năng;tạo nên gradient.
- Kênh 2: Proton khuếch tán trở lại qua kênh đ/b; tổng hợp
ATP.
+ Kênh liên kết. Chất v/c (a.amin, đường) nhờ l/k với ion
có lợi thế dốc nồng độ, qua kênh protein.→


Bơm ion Na+, K+ ←


→


Kênh liên kết ←

2. Sự tiếp nhận thơng tin qua màng TB →
• Trên màng tb có protein thụ quan tiếp nhận thơng tin →
điều chỉnh h/đ sống
• Thơng tin dưới dạng những tín hiệu hóa học (nội tiếthormone; cận tiết – t/b phát TT và t/b nhận TT cạnh
nhau; tự tiết)
• Thụ quan là những pro xun màng, có đầu ngồi khớp
với các f/tử tín hiệu, đầu trong hướng vào mơi trường nội
bào →
• Cơ chế: F/tử tín hiệu + đầu ngồi thụ quan, dẫn đến biến
đổi đầu trong làm hoạt động của tế bào thay đổi →
• Ý nghĩa: Thực vật tạo ra tính hướng. Động vật tiếp nhận
tín hiệu điều khiển, điều hòa của TK, hormone, nhận biết
được chất lạ để sản sinh ra kháng thể đặc hiệu… Các tb
đứng gần nhau có thể trao đổi thơng tin, nhận ra nhau
trên cơ sở đó tạo thành mơ và cơ quan.


Tiếp nhận thông tin ←


→


II. Sự trao đổi năng lượng của tế bào
1. Năng lượng tự do và năng lượng hoạt hóa
•

Năng lượng tự do: Năng lượng của hệ thống cókhả năng sinh

cơng trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp.
• Khi F/ư hóa học xảy ra gây biến đổi năng lượng
Trong TB: ∆G= ∆H -T.∆S (G:Nl tự do; H:NL tổng số; S: entropy)
∆G < 0 : F.ứng tỏa nhiệt; ∆G > 0 : F.ứng thu nhiệt.


Năng lượng hoạt hóa
• Năng lượng họat hóa:
Năng lượng cần thiết để
phản ứng hóa học xảy ra.
• Hàng rào năng lượng: Mức
năng lượng cần thiết để
phản ứng xảy ra.
• Phản ứng tỏa nhiệt địi hỏi
năng lượng hoạt hóa ít hơn
phản ứng thu nhiệt
• Trong TB enzim là chất xúc
tác có vai trị làm giảm năng
lượng hoạt hóa


2. Enzim
• H/C xúc tác sinh học, phần lớn
có b/c protein
• Làm giảm NL hoạt hóa của f ư
• Tên: Cơ chất hoặc kiểu f.ưng +
aza
• Cấu tạo:
- Enzim protein dạng hình
cầu;các bậc cấu trúc; trung tâm

hoạt động.Có 2 nhóm
+ Enzim 1 thành phần-protein
+ Enzim2 thành phần: Pr + phi
Pr (cofactor)= apoenzim+
cofactor= holoenzim.
+cofactor 3 loại: coenzim, phụ
gia, ion KL →


Enzim (tiếp)
• Cơ chế hoạt động →
• Nguyên tắc: Giảm NL hoạt hóa làm tăng tốc độ
f/ư
• Các bước cơ bản
- Cơ chất (S) liên kết với TT hoạt động của E tạo
phức trung gian ES. Phải phù hợp giữa E và S,
được giải thích = 2 giả thuyết: Ổ khóa – chìa
khóa của Fishser,1894 và khớp cảm ứng của
Kosland,1958.
- E làm lỏng lẻo các LK của cơ chất
- F/ư xảy ra, tạo SF và giải phóng E
E + S → ES → ES* → E + P


Cơ chế tác động của enzim ←


• Tính đặc hiệu của enzim: Có 2 kiểu
• Đặc hiệu cơ chất: Mỗi enzim chỉ xúc tác chuyển
hóa cho 1 hoặc một số cơ chất nhất định. Có thể

đặc hiệu tuyệt đối hoặc tương đối
• Đặc hiệu kiểu f/ư: Mỗi enzim chỉ xúc tác chuyển
hóa cho một kiểu phản ứng nhất định
• Tính đặc hiệu của E chịu sự chi phối của cấu
hình và nhóm a.a phân bố ở trung tâm hoạt
động
• Các E thường hoạt động phối hợp với nhau tạo
thành chuỗi f/ư


•
-

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của E
Nồng độ enzim: Trong ĐK dư thừa cơ chất
V=k.[E]
V: tốc độ f/ư
K: hằng số xúc tác của E
[E]: nồng độ E
- Nồng độ cơ chất: Với nồng độ E nhất định →
V= Vm.[S]/(Km+[S])
Trong đó: Vm là tốc độ tối đa của f/ư
Km là hằng số Michealis
[S] là nồng độ cơ chất
V là tốc độ f/ư
- Chất kìm hãm: làm giảm hoạt tính của enzim và tác động theo 2
cách là cạnh tranh và không cạnh tranh →
- Nhiệt độ: Trong giới hạn nhiệt độ mà enzim khơng bị biến tính, nhiệt
độ tăng tốc độ f/ư tăng; tăng 100C tốc độ f/ư tăng 1,5-3 lần; t0 thích
hợp 35-400C; >700C E mất hoạt tính

- Độ pH: Thích hợp ở pH xung quanh vùng trung tính


←


Chất kìm hãm ←


3. Sự oxy hóa khử và thế oxy hóa khử sinh học
* Sự Oxy hóa khử
F ư oxh là f ư cho e, chất cho là chất khử.
F ư khử là f ư nhận e, chất nhận e là chất oxh
H2 → 2H+ +2e
(F/ư oxh)
1/2O2 + 2e → O2- (F/ư khử)
H2 + 1/2O2 → 2H+ + O2- → H2O (F/ư oxhk)
Hô hấp tb, quang hợp = nhiều f ư oxhk = sự oxhk sinh học
* Thế oxhk
Ái lực đối với điện tử (E)
E<0 thấp, có xu hướng nhường e
E>0 cao, có xu hướng nhận e
Truyền e từ E<0 đến E>0, tự phát + thải NL.Ngược lại
Thế oxhk sinh học (E’o):t0=250C; P=1at;pH=7; M=1mol/lit
H2/2H+ (-0,42v) ; O2-/1/2O2 (+0,81v);
ΔG0’=- ΔE0’.n.F
2+
3+
Fe /Fe (+0,77v)
* Ý nghĩa: Thông qua f/ư oxhk năng lượng được dẫn truyền giữa các

phân tử tạo dòng năng lượng qua các hệ sinh học


4. Sự vận chuyển điện tử trong hơ hấp TB
→
• Năng lượng dùng cho hoạt động sống của TB được lấy
từ các f/ư oxhk, e được dẫn truyền trong hệ truyền điện
tử phân bố ở màng trong ty thể = nhiều f/ư oxhk kế tiếp
nhau, chất nhận điện tử cuối cùng là O2.
• Thành viên của hệ truyền e: Coenzim Q (Ubikinon) và
các xytocrom có chứa nhóm hem, trung tâm hem là ion
Fe.
• Được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của thế oxhk (từ
-0,32V đến + 0,81V). V/c e kèm theo giải phóng năng
lượng từ từ (2e đc v/c gp 52kcal) được nạp vào ATP
(tạo 3 lk cao năng =22kcal); hiệu suất 40%
• Con đường đi của e: Từ cơ chất (thức ăn) → NADH →
Hệ truyền điện tử → O2.


Sơ đồ hệ vận chuyển điện tử →

-0,32V

+ 0,81V