bài giảng hóa sinh chương 8 trao đổi chất

Chương 8: TRAO ĐỔI CHẤT
• Khái niệm về sự trao đổi chất
• Năng lượng sinh học
– Khái niệm
–
Sự phosphoryl hóa
–
Sự phosphoryl hóa
• Sự trao đổi glucid
Trao đổi chất
–
Thể hiện mối quan hệ giữa cơ thể sống và môi trường
•
Chức năng
–
Tạo năng lượng hóa học từ nguồn năng lượng Mặt Trời (quang
n
ă
ng) ho
ặ
c t
ừ
th
ứ
c
ă
n nh
ậ
n ñ
ượ
c t

ừ
môi tr
ườ
ng xung quanh
•
Biến ñổi các phân tử dinh dưỡng nhận ñược từ môi trường xung quanh
thành phân tử và ñại phân tử tiền chất của tế bào
–
Thực hiện phản ứng polymer hóa tổng hợp protein, axit nucleic,
lipid, polysaccharide,…
–
lipid, polysaccharide,…
–
Tổng hợp và phân rã phân tử sinh học trong tiến trình thực hiện chức
năng sinh học ñặc thù của tế bào
Trao đổi chất
• Có các loại:
– Trao đổi axit amin và
protein
– Trao đổi gluxit
–
Trao đổi lipid
–
Trao đổi lipid
– Trao đổi muối
khoáng, nước,
vitamin
– Trao đổi axit nucleic
– …
• Trao đổi chất liên

quan mật thiết với trao
đổi năng lượng
Trao đổi chất (tt)
• Dựa vào hình thức thu nhận năng lượng, chia sinh
giới thành 2 nhóm
– Nhóm tự dưỡng (autotroph)
– Nhóm dị dưỡng (heterotroph)
Trao đổi chất (tt)
• Thuật ngữ
– Quá trình trao đổi chất,
biến dưỡng, quá trình
chuyển hóa các chất
(metabolism)
•
Tổng hợp của tất cả các
•
Tổng hợp của tất cả các
biến đổi hóa học xảy ra
trong tế bào và cơ thể sống
• Chu trình biến đổi vật chất
qua nhiều giai đoạn (phản
ứng) được xúc tác bằng
enzyme
– Đường chuyển hóa
(pathway) là thứ tự của
các giai đoạn phản ứng
biến đổi
– Chất trao đổi trung gian
(metabolite) là các thành
phần tham gia trong quá

trình biến đổi trên
Trao đổi chất
• Gồm 2 phase có tính định hướng
trái ngược nhau nhưng lại bổ
xung chặt chẽ cho nhau
– Quá trình phân rã chất (catabolism)
• Các chất dinh dưỡng hữu cơ
(protein, gluxit, lipit) bị phân rã thành
những phần tử nhỏ và đơn giản
Carbohydrate
Lipid
Protein
Protein
Polysaccharide
Lipid
Nucleic axit
ADP
HPO
4
2-
NADP
+
ADP
HPO
4
2-
NADP
+
những phần tử nhỏ và đơn giản
hơn: axit lactic, CO

2
, NH
3
,…
• Giải phóng năng lượng tự do và một
phần năng lượng này được tích lũy
ở dạng ATP và một số chất khử vận
chuyển e (NADH, NADPH)
– Quá trình tổng hợp sinh chất
(anabolism)
• Tổng hợp các đại phân tử sinh học
(gluxit, lipid, protein, axit nucleic,…)
từ những tiền chất đơn giản
• Sử dụng năng lượng được tạo ra
trong quá trình catabolism hoặc
quang hợp
Amino axit
Đường
Axit béo
Gốc chứa N
CO
2
H
2
O
NH
3
NADP
+
NAD

+
NADP
+
NAD
+
ATP
NADPH
NADH
Điều hòa trao đổi chất
• Đảm bảo hoạt động tế bào sống nhịp nhàng,
uyển chuyển và tiết kiệm nhất
• Điều hòa ở 3 mức độ
– Trực tiếp và nhanh nhất
•
Enzyme điều hòa dị lập thể
•
Enzyme điều hòa dị lập thể
• Chất điều biến: ức chế/hoạt hóa enzyme
– Ở mức độ cao hơn, đặc biệt ở cơ thể sống bậc cao
• Hocmon, nội tiết tố: được vận chhuyển đến các mô/cơ
quan  ức chế/kích thích hoạt động nhịp nhàng
• Điều hòa tổng thể và thời gian tác động dài hơn
– Điều hòa bằng cách thay đổi nồng độ enzyme
• Cân bằng quá trình tổng hợp và phân rã enzyme
Năng lượng sinh học - Khái niệm
• Cơ thể cần năng lượng cho mọi hoạt động sống
• Năng lượng công nghiệp vs. năng lượng sinh học
Năng lượng công nhiệp Năng lượng sinh học
1. Hệ nhiệt động học:
1. Hệ hóa động học: chuyển từ năng

1. Hệ nhiệt động học:
năng lượng trước khi
chuyển sang công năng
luôn qua khâu nhiệt
năng
2. Giải phóng năng
lượng nhanh, ồ ạt
1. Hệ hóa động học: chuyển từ năng
lượng hóa học sang công năng mà không
qua khâu nhiệt năng nên năng lương
được sử dụng với hiệu quả cao >50-60%
2. Giải phóng năng lượng dần dần, từng
bậc
3. Năng lượng được tích lũy trong các
chất giống như “acquy sinh học”; cụ thể là
trong các liên kết cao năng ester (~) - với
axit phosphoric trong phân tử ATP. Sự giải
phóng năng lượng kèm theo sự
NLSH – Sự phosphoryl oxy hóa
• Là quá trình vận chuyển electron (e
-
) và proton (H
+
) từ
hệ thống có thế năng oxy hóa khử thấp tới hệ thống có
thế năng oxy hóa khử cao; năng lượng được giải phóng
trong quá trình được tích lũy ở mối liên kết cao năng của
ATP- con đường duy nhất tích lũy năng lượng cho cơ
thể sống
thể sống

• Có hai loại phosphoryl hóa
– Phosphoryl hóa trong dãy cơ chất: khi quá trình này xảy ra
1 H tách ra khỏi cơ chất tạo nên 1 ATP
– Phosphoryl hóa trong dãy hô hấp: quá trình tạo ra 3 ATP.
Tiến trình như sau: H từ cơ chất chuyển sang NAD, rồi lại
chuyển tiếp sang NADP sau đó chuyển sang hệ xytocrom.
Điền tử được oxy sử dụng, sau đó oxy kết hợp với hydro
tạo thành nước
Sự trao đổi Gluxit
• Sự phân giải gluxit
– Sự chuyển hóa của các monosacarit
(glucose)
–
Sự phân giải polysaccharide và disaccharide
–
Sự phân giải polysaccharide và disaccharide
• Sự tổng hợp gluxit
– Tổng hợp các gluxit đơn giản
– Tổng hợp các oligosaccharide
– Tổng hợp các polysaccharide
– Sự chuyển hóa tương hỗ giữa các gluxit
Sự chuyển hóa của glucose
• Là phân tử trung tâm của
quá trình TĐC nói chung
và dị hóa nói riêng
• Nguồn cung cấp năng
lượng chủ yếu cho các
hoạt động của tế bào và
cơ thể sống
Glycogen

tinh bột, đường
Dự trữ
hoạt động của tế bào và
cơ thể sống
– Glucose bị oxi hóa hoàn
toàn đến CO
2
và H
2
O,
giải phóng năng lượng
khoảng 2.840kJ/mol
• Cung cấp các tiền chất
cần thiết để tổng hợp hầu
hết các phân tử sinh học
của tế bào
Glucose
Pyruvate
Ribose-5-phosphate
Oxy hóa trong
chu trình đường
phân
Oxy hóa trong chu
trình pentose
phosphate
Sự chuyển hóa của glucose
• Trong điều kiện yếm khí
– Glucose  2 axit lactic + 2ATP
– Glucose  2 rượu etylic + 2 CO
2

+ 2 H
2
O + 2 ATP
• Trong điều kiện hiếu khí
–
Glucose

3
CO
2
+
3
H
2
O +
38
ATP
–
Glucose

3
CO
2
+
3
H
2
O +
38
ATP

• Giống nhau
– Chu trình đường phân: glucose  pyruvate
• Khác nhau
– L.men lactic: pyruvate  axit lactic
(E.dehydrogenase)
– L.men etylic:
• pyruvate  acetaldehyde (E. pyruvate decarboxylase)
• Acetaldehyde  rượu ethylic (E. alcohol
dehydrogenase)
Chu trình đường phân
• Nguyên liệu đầu: glucose,
glycogen và tinh bột
– Tinh bột và glycogen sẽ bị
phosphoryl hóa từ phân tử
glucose
• 4 giai đoạn
•
2
phase
•
2
phase
– Phase chuẩn bị (tiêu hao ATP
để hoạt hóa glucose)
– Phase hoàn trả tạo ATP
• 10 phản ứng
• Cân bằng tổng thể
Glucose + 2ADP + 2Pi + 2
NAD
+

 2Pyruvate +
2NADH + 2H
+
+ 2ATP +
2H
2
O
Chu trình axit citric (3C)
• Nguyên liệu đầu:
– Pyruvate  Acetyl-CoA
– Acetyl-CoA đi vào qui
trình 3C
•
8
phản ứng giai đoạn
•
8
phản ứng giai đoạn
– Bắt đầu bởi sự kết hợp
của acetyl vào
oxaloacetate  kết thúc
bằng việc hoàn trả lại
oxaloacetate
• sp: 4CO
2
+ 4H
2
O +
3NADH + 1FADH +1ATP
Lên men ethanol

• Nấm men và một số
vi sinh vật lên men
ethanol
• Tái tạo NAD
+
•
2
giai đoạn:
•
2
giai đoạn:
– Decarboxyl hóa
pyruvate nhờ E.
pyruvate
decarboxylase
thành acetaldehyde
– Khử acetaldehyde
thành ethanol nhờ E.
alcohol
dehydrogenase
Lên men lactic
• Xảy ra mạnh mẽ mô
động vật (thiếu oxy)
• Tái tạo NAD+
• Khử pyruvate thành
lactate (axit lactic)
lactate (axit lactic)
nhờ E. lactate
dehydrogenase