Bài giảng Hóa sinh và thí nghiệm hóa sinh: Chương 8 - Đường hướng trao đổi chất

Chương 8. Đường hướng trao đổi chất
(Metabolic pathways)
- Phân giải: catabolism
- Tổng hợp: anabolism

1


Thuật ngữ
– Trao đổi chất (metabolism): Toàn bộ các p/ứng xảy ra
trong tế bào/cơ thể nhờ hệ enzyme xúc tác thơng qua
các con đường trao đổi chất (Metabolic/biochemical
pathways)
– Dị hố (Catabolism): phân giải các chất dinh dưỡng
thành các tiền chất hoặc thu nhận năng lượng
– Đồng hoá (Anabolism): tổng hợp các chất /thành phần
của cơ thể nhờ tiền chất và năng lượng thu được
– Sản phẩm trao đổi chất (Metabolite): sản phẩm cuối của
quá trình trao đổi chất
– Sản phẩm trao đổi chất trung gian (Intermediate
metabolite (phân tử lượng thấp< 1000)

2


• Oxy hóa (oxidation): q trình (các phản ứng hóa sinh),
xúc tác bởi các enzym oxy hóa khử, CĨ sự tham gia của
oxy, oxy là chất nhận điện tử/H cuối cùng.
• Lên men (fermentation): q trình (các phản ứng hóa
sinh), xúc tác bởi các enzym oxy hóa khử, KHƠNG có
sự tham gia của oxy, hợp chất hữu cơ là chất nhận điện

tử /H cuối cùng,

3


Mục tiêu trao đổi chất
- Thu nhận năng lượng: từ mặt trời, hoặc năng lượng
hóa học giữa các chất vơ cơ (tự dưỡng năng lượng)
hoặc từ các chất hữu cơ (dị dưỡng năng lượng)
– Xây dựng cơ thể:
• Thu nhận các tiền chất của tế bào từ các chất dinh
dưỡng
• Tổng hợp các đại phân tử (polyme hố các tiền
chất)

• Tổng hợp và phân giải các phân tử cần cho chức
năng tế bào
4


Các dạng phản ứng trao đổi chất
Trao đổi chất: Chuỗi các phản ứng, gồm các
loại phản ứng do enzym xúc tác:
1. Oxy hố khử: kiểm sốt tốc độ q trình-vai trò
điều hòa
2. Thủy phân, cắt mạch: Phản ứng bẻ gãy/tổng hợp
mạch cacbon
3. Đồng phân hố, chuyển nhóm: Chuyển đổi nội tại
mạch cacbon

4. Sinh tổng hợp: tổng hợp các hợp chất xây dựng
cơ thể


Nguồn năng lượng
Hình thức sinh năng lượng:
- Quang năng (phototroph)
- Hóa năng (chemotroph)

Nguồn
Electrons

Chất mang
Electrons

Chất nhận
điện tử
cuối cùng

Nguồn Cacbon

Hình thức dinh dưỡng :
- CO2/-CO3-: tự dưỡng cacbon
(autotroph)
- Hợp chất hữu cơ: dị dưỡng
cacbon (Heterotroph)

6

Phân nhóm sinh vật theo đặc tính dinh dưỡng

Sinh vật

Light-energy source
PHOTOAUTOTROPHS
VD: thực vật

Chemical reaction-energy
source
CHEMOAUTOTROPHS
VD: vi khuẩn sắt, vi khuẩn
lưu huỳnh
VD: vi khuẩn
tía/lam khơng khử
lưu huỳnh

VD: Hầu hết VSV,
động vật
7




8


Sự hình thành năng lượng trong
cơ thể sinh vật

Đại phân tử tế
bào

Chất dinh
dưỡng

Dị
hoá

Đồng
hoá

Quan hệ về năng
lượng và các q
trình trao đổi chất:

Năng
lượng
hố
học

Tiền chất

Tiền chất
Sản phẩm cuối
cùng + năng
lượng
10

Hợp chất cao năng lượng

• Khái niệm:
– Chứa các liên kết giàu năng lượng, khi thủy
phân, giải phóng một lượng lớn năng lượng,
cung cấp cơ thể
– Được tạo thành khi tạo ra liên kết giàu năng
lượng, hấp thụ/dự trữ một lượng năng lượng
lớn

• Vai trị:
– Cung cấp năng lượng cho cơ thể
– Dự trữ năng lượng

• Hợp chất điển hình: ATP

11


Hợp chất cao năng lượng ATP
(adenosine triphosphat)

Liên kết giàu
năng lượng
Adenosine nucleotide (A)

12

Cơ chế tạo, tích trữ và sử dụng năng lượng trong
cơ thể nhờ phân tử cao năng ATP

PO4-

+
E-

ADP synthase

30,6 KJ

PO4-

+
E

ATP synthase

30,6 KJ

ATP tái tạo ở người lớn với tốc độ 9 × 1020/giây

13


Các dạng phosphoryl hoá
1. Phosphoryl hoá ở mức cơ chất: Nhóm P cao
năng chuyển từ hợp chất chứa nó sang hợp
chất khác, giải phóng năng lượng

G= -16.7 kJ/mol

G = -14.2 kJ/mol
14


2. Phosphoryl hố bằng cách oxy hóa

Phosphoryl hố ADP gắn với việc vận chuyển
hydro khi oxy hóa co-Enzym khử (vd.NADH),
(chuyển qua chuỗi hơ hấp nhờ các phản ứng oxy
hố khử) tại các cơ quan khác nhau:
- Màng cytoplasmic ở procaryotes,
- Nội màng mitochondria ở eucaryotes
NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O
2e- + 10H+

3ADP + 3Pi → 3ATP
ATP synthase

15


Mức năng lượng các hợp chất cao năng

16


17

18


Co-Enzym oxy hố khử hoạt hóa hydro
• NAD+/NADH(NADP+/NADPH)-Nicotin
adenin dinucleotit (phosphat): piridin
dehydrogenase: cấu tạo hơn 200 enzym

• FMN+/FMNH, FAD+/FADH
(FADP+/FADPH): flavin dehydrogenase
19


NAD+/(NADP+): Nicotin adenin dinucleotit (phosphat)

Dạng
khử

Dạng
oxy
hoá

Trong NADP+, gốc OH thay
bằng liên kết este với nhóm
phosphat

20

CoEnzym NAD+ (NADP+) tham gia cấu
tạo các enzym khác nhau

21


FMN+, FAD+: flavin mononucleotid/ flavin adenin dinucletotit

22


Phân giải các hợp chất hữu cơ

23


Protein Lipit Polysaccharide
Thủy phân

Sơ đồ tổng thể
phân giải các hợp chất
hữu cơ ở sinh vật dị
dưỡng

Cn

C6
eta oxy
hóa

Đường phân

C3
C2

Chu trình
axit amin
Lên men

NADH

NAD+

Chu trình
Kreb

C1
Hợp chất
hữu cơ

Hợp chất
hữu cơ

Sinh vật hơ hấp yếm khí

Chuỗi hơ
hấp

Sinh vật hơ hấp hiếu khí

ATP


Glycolysis- Đường phân- Con đường EMP
1) Pha chuẩn bị

Hoạt hoá
glucose
C6 → C6

•ATP là hợp
chất cho
nhóm
phosphat

(Pi)

Bẻ gãy
mạch
C6→C3
25