Thuyết trình: Vai trò của ATP trong hoạt động của tế bào

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG HOẠT
ĐỘNG CỦA TẾ BÀO
MÔN: NĂNG LƯỢNG
SINH HỌC
NGƯỜI THỰC HIỆN:
HỮU TRỌNG
ĐÀO LỆ TUYỀN
NGUYỄN HẢI VINH

NỘI DUNG

Adenosine triphosphate (ATP)

Chức năng của ATP

Sự hình thành ATP

Vai trò của ATP trong sự hoạt động của tế
bào

Adenosine triphosphate (ATP)

THE ADENINE NUCLEOTIDES
– AMP, ADP AND ATP

Adenosine triphosphate (ATP)

Một tính chất quan trọng của phân tử ATP là dễ
biến đổi thuận nghịch để giải phóng hoặc tích trữ
năng lượng (hình 2). Khi ATP thủy giải nó sẽ tạo

ra hai ADP và Pi - phosphate vô cơ:
enzyme
ATP + H
2
O  ADP + Pi + năng lượng

Nếu ADP tiếp tục thủy giải sẽ thành AMP. Ngược
lại ATP sẽ được tổng hợp nên từ ADP và Pi nếu
có đủ năng lượng cho phản ứng:
enzyme
ADP + Pi + năng lượng  ATP + H
2
O

CHỨC NĂNG CỦA ATP

ATP có tác dụng lên đa số các phản ứng trao đổi
chất:
1. Là chất mang phosphat và năng lượng trong
chuỗi hô hấp, và đường phân
2. Hoạt hoá axit amin, axit béo, các nucleotid, …
trong các quá trình tổng hợp và phân giải các
chất này

CHỨC NĂNG CỦA ATP

3 ATP còn có chức năng sinh học trong hiện
tượng co cơ, tham gia trực tiếp vào vận
chuyển ion, các quá trình hấp phụ và phản
hấp phụ khác nhau

Sự liên quan giữa việc sử dụng ATP
và oxy hóa nguyên liệu TĐC
metabolic fuels
CO
2
oxidized
coenzymes
reduced
coenzymes
mitochondrial
electron transport chain
H
2
O
½ O
2
ADP (adenosine diphosphate)
+ phosphate
ATP
(adenosine triphosphate)
physical and chemical work

SỰ HÌNH THÀNH ATP

Để đảm bảo được vai trò chính yếu của mình
trong trao đổi chất, lượng dự trữ ATP thường
xuyên phải được hồi phục. ATP có thể theo
những đường khác nhau:


Phản ứng phosphoryl hóa ở mức
cơ chất: đó là phản ứng chuyển
trực tiếp nhóm phosphate từ một
“dẫn xuất cao năng” đến ADP.

SỰ HÌNH THÀNH ATP

SỰ HÌNH THÀNH ATP
Phản ứng chuyển enol sang xeto của
phosphoenolpyruvat là phản ứng
phát năng lượng mạnh do đó có thể
cặp đôi (kết hợp) với phản ứng tổng
hợp ATP. Ví dụ, phản ứng chuyển
nhóm phosphate từ phosphocreatin
sang ADP là rất quan trọng cho sự
co cơ.

SỰ HÌNH THÀNH ATP

Phản ứng phosphoryl hóa oxy
hóa: Phản ứng oxy hóa - khử sinh
học (cũng như phản ứng quang
hợp) thường làm phát sinh ra một
gradient nồng độ proton H
+
ở 2
phía màng. Năng lượng tự do của
quá trình tiêu tán gradient proton
H
+

này được cặp đôi với phản ứng
ATP, do đó mới có tên phosphoryl
hóa oxy hóa.

SỰ HÌNH THÀNH ATP

Phản ứng hình thành ATP bởi
adenylatkinaza: Do cắt nhóm
pirophosphat làm phát sinh ra AMP.
Enzyme adenylatkinaza sẽ xúc tác phản
ứng:
AMP + ATP  2 ADP
Tiếp đó ADP lại được phosphoryl hóa
bằng phản ứng đã mô tả ở trên.

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG
TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

Như đã biết, adenosinetriphosphate là một chất chế
biến và vận chuyển năng lượng. Nó được tạo thành
trong quá trình phân giải các chất khác nhau như
oxy hóa các chất trong ty thể, đường phân và lên
men, quang hợp ở diệp lục của thực vật xanh và các
quá trình vận chuyển ion ở vi khuẩn,…Ngược lại,
ATP cũng là chất cung cấp năng lượng cho các quá
trình tổng hợp của cơ thể sinh vật. Đó là các phản
ứng gắn liền với phân giải phân tử ATP, công co cơ,
sinh tổng hợp các chất protein, axit nucleic…cũng
như sản sinh và duy trì tính phân bố không đều các
chất giữa tế bào với môi trường xung quanh.

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG
TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

Trong các phần trước cho thấy: sự thay đổi
năng lượng tự do âm, khi thủy phân nhóm
phosphate tận cùng của ATP lớn hơn khi thủy
phân liên kết esterphosphate. Ví dụ khi thủy
phân phosphate tận cùng của ATP năng lượng
giải phóng vào khoảng G
0
= -32,7 kJ/mol, còn
thủy phân liên kết esterphosphate của glucose-
6-phosphate chỉ giải phóng năng lượng tự do
vào khoảng G
0
= -12,6 kJ/mol.

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG
TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

Khác biệt này, do năng lượng tự do tích lũy
trong liên kết năng lượng và liên kết cao
năng khác nhau. Đa số, các liên kết giàu
năng lượng là các liên kết phosphate có cấu
trúc anhydride (ATP, ADP, acetylphosphate,
aminoacetylphosphate, pirophosphate, ), có
cấu trúc enolphosphate
(phosphoenolpyruvat), và cấu trúc
phosphoguanidinphosphate

(creatinphosphate), cũng như thioester (ví
dụ acetyl-CoA) và S-adenosylmethionin (ví
dụ methinoin hoạt động). Còn các liên kết
nhiệt lượng thì khi thủy phân, nhiệt năng giải
phóng nhỏ hơn -16 kJ/mol, thường là các sản
phẩm trung gian của đường phân như
glucose-6-phosphate, fructose-6-phosphate,
glycerat-3-phosphate,…

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG
TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO

Những liên kết giàu năng lượng có thế vận
chuyển nhóm cao, ví dụ như hai phản ứng chuyển
phosphate mô tả ở trên mà có ATP là chất cho
phosphate. Khi chuyển esterphosphate tận cùng
của ATP lên glucose là chất nhận (tạo thành
esterphosphate với thế năng vận chuyển
phosphate thấp) làm giảm năng lượng tự do và
phản ứng không thuận ngịch. Còn chuyển
phosphate từ ATP đến AMP hay từ ATP đến
creatin dẫn đến tạo thành các liên kết phosphate
giàu năng lượng (ADP hoặc A-R-P ~P hay creatin
~ P). Như vậy, các phản ứng này xảy ra giữa các
liên kết có thế năng vận chuyển nhóm cao, nghĩa
là không thải nhiệt tự do và xảy ra thuận
nghịch.

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG TRAO
ĐỔI CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO

Ion H
+
ở dịch ngoại bào xâm nhập vào tế bào bởi
chất mang protein của màng, và kết hợp với ion
OH
-
của tế bào làm giảm gradien pH.
Chất mang protein vận chuyển H
+
qua màng tế
bào đồng thời vận chuyển ion Na
+
ra khỏi tế bào.

Sự vận chuyển tích cực nhờ
bơm Na
+
, K
+

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG TRAO ĐỔI
CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO
Sau đó, ion Na
+
xâm nhập trở lại tế
bào với các chất khác như đường và
acid amin, hoặc quá trình thu nhận và
đào thải các chất của tế bào.
Tóm lại, đây là cơ chế vận chuyển tích

cực các chất (cơ chế đồng vận chuyển
)

Sự vận chuyển tích cực do bơm H
+

VAI TRÒ CỦA ATP TRONG CO CƠ
A T P a s e
i n m y o s i n l i g h t c h a i n s
m y o s i n
t h e a r r a n g e m e n t o f m y o s i n i n m y o f i b r i l s

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

Trong phân tử ATP có hai liên kết cao năng (hai liên kết
phosphoanhydrid) và có khả năng tham gia vào các phản
ứng chuyển nhóm. ATP có thể tham gia vào các phản ứng
khác nhau, chuyển năng lượng cho phân tử khác và nạp
cho phân tử ấy năng lượng cần thiết để thực hiện các phản
ứng tiếp theo. Tùy thuộc vào liên kết nào trong số các liên
kết cao năng của ATP bị đứt mà phản ứng có thể xảy ra:

Chuyển nhóm phosphate cuối và tạo ra ADP.(a)

Chuyển hai nhóm phosphate cuối và tạo ra AMP.

Chuyển AMP và thải ra pirophosphate.

Chuyển adenosine và tạo ra pirophosphate từ hai nhóm
phosphate cuối và phosphate vô cơ từ nhóm phosphate

thứ ba của ATP.

BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP

Phản ứng loại một (a) thường hay xảy ra
nhất. Nếu nhóm phosphate cuối được
chuyển tới nước thì phản ứng sẽ dẫn đến
thủy phân nhóm phosphate cuối ấy. Quá
trình chuyển nhóm phosphate tới nước là
phản ứng phát nhiệt do đó thường được
cặp đôi với phản ứng thu nhiệt. Nhóm
phosphate cuối này có thể chuyển từ ATP
sang nhóm hydroxyl, sang nhóm cacboxyl
hoặc sang nhóm amid. Chất xúc tác của
tất cả phản ứng chuyển này là kinaza.


BỐN LOẠI PHẢN ỨNG CỦA ATP
Phản ứng thu
nhiệt
Phản ứng phát
nhiệt
Pi + glucose  G-6-P +
H
2
O
ATP + H
2
O  ADP + Pi
G

0
= 13,8
kJmol
-1
G
0
= -30,5
kJmol
-1
Phản ứng kết hợp
ATP + glucose  ADP + G-6-P G
0
= -16,5 kJmol
-1
Thường trong các quá trình trao đổi chất, các chất dinh dưỡng sẽ
được chuyển hóa thông qua biến đổi chúng thành dạng
phosphoryl hóa. Năng lượng tự do giải phóng ra khi thủy phân
ATP thành ADP và phosphate vô cơ được dùng để phosphoryl
hóa cơ chất.