LÝ SINH ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG III NĂNG LƯƠNG HỌC TRONG SINH HỌC pptx

151
CHƯƠNG III
NĂNG LƯƠNG HỌC
TRONG SINH HỌC
152
Trong phần nầy chúng ta sẽ xem xét việc cơ
thể tích lũy năng lượng cũng như sử dụng
chúng như thế nào trong hoạt động sống
của mình.
Nền tảng của qúa trình nầy là phản ứng
Oxy hóa – khử.
Vì vậy trước khi đề cập đến các quá trình
liên quan đến năng lượng của cơ thể sống
ta cần nhắc lại đôi điều về phản ứng Oxy
hóa- khử
153
I.PHẢN ỨNG OXY HÓA -KHỬ
 Phản ứng oxy hóa –khử là phản ứng mà
trong đó có sự “cho” và “nhận” electron giữa
các chất tham gia phản ứng.
154
Chất cho electron là chất khử (Reductant)
Chất nhận electron là chất oxy hóa
(Oxydant)
Trong phản ứng oxy hoá khử chất khử sẽ bị
oxy hóa; chất oxy hóa sẽ bị khử
155
Nửa phản ứng ( halt-reactions):là phần
oxy hóa hoặc phần khử của phản ứng oxy
hóa khử
Cu

(s)
+ 2Ag
+
(aq)
Cu
2+
(aq)
+ 2Ag
(s)
Cu
(s)
Cu
2+
(aq)
+ 2 e
-
2Ag
+
(aq)
+ 2e
-
2Ag
(s)
156
 Trạng thái oxyhóa (oxydation states - OS)
của các chất là số electron mà nó đã cho hoặc
đã nhận Trạng thái Oxy hóa của các chất có
đặc điểm:
OS của ion bằng điện tích của nó
Oxygen trong hợp chất có OS = - 2 ; trừ

trường hợp trong peroxide có OS = -1
Các nguyên tử tự do không tích điện và các
phân tử khí có 2 nguyên tử như O
2
, H
2
có OS
= 0
Hydrogen trong hợp chất có OS=+1; Trừ
trường hợp trong hydride có OS = -1

T
ổ
ng
đ
ạ
i
s
ố
OS
trong
h
ợ
p
ch
ấ
t
= 0
157
Người ta dưạ vào OS để xác định phản ứng

có phải là Oxy hó khử hay không
*Trong phản ứng oxyhoá khử luôn luôn
có sự thay đổi OS của các chất tham gia phản
ứng:
2Ag NO
3
+ Cu Cu(NO
3
)
2
+ 2Ag
158
* Nếu trong phản ứng không có sự thay đổi
OS thì đó không phải là phản ứng oxy hóa khử:
K
2
(Cr
2
O
7
) + 2KOH 2K
2
(CrO
4
) + H
2
O
159
Thế Oxy hóa khử (Redox Potential) là năng
lượng cần thiết để chuyển các electron

trong phản ứng oxy hóa-khử
E
0
ox/red
- Thế oxy hóa khử
chuẩn
Thế oxy hóa khử chuẩn được đo trong điều
kiện chuẩn : áp suất 1 at, pH=0 , nhiệt độ
25
0
C
160
Thế redox chuẩn của nguyên tử hoặc phân tử
sẽ thay đổi theo pH của môi trường
Bảng dưới đây giới thiệu thế Redox chuẩn
của một vài chất ở pH=0 và pH=7( là pH phổ
biến trong cơ thể sống )
161
Với pH=0 và áp suất 1 at thì thế Redox của
Hydro được quy ước bằng 0
Những nguyên tử hay phân tử có độ âm điện
(electronegative) lớn hơn của Hydro thì thế
Redox của nó mang dấu dương (+); nếu
ngược lại thì mang dấu âm (-)
162
II. HÔ HẤP ( Respiration)
Hô hấp là quá trình giải phóng năng lượng từ
một số hợp chất hữu cơ trong cơ thể thông
qua phản ứng Oxy hóa khử để đáp ứng các
yêu cầu của hoạt động sống.

Bản chất của hô hấp tế bào (Cellular
Respiration) thì là sự oxy hóa glucose.
163
Quá trình oxy hóa glucose trong Eukaryote trải
qua hai giai đoạn:
- Glycolysis, cắt glucose thành pyruvic
acid diễn ra trong cytoplasm
- Oxy hoá pyruvic acid thành CO
2
và
H
2
O diễn ra trong mitochodria
164
Mitochondria có nhiệm vụ chuyển năng lượng
các phân tử thức ăn vào phân tử cao năng
ATP.
Mitochondria có cấu trúc cơ bản như sau:
165
Màng ngoài (Outer Membrane) chứa nhiều
protein xuyên màng (Transmembrane) tạo
thành những cổng khác nhau cho các phân
tử cũng như ion đi qua màng .
Màng trong (Inner Membrane) chứa 5 protein
màng có hoạt tính sinh học :
NADH dehydrogenase
Succinate dehydrogenase
Cytochrome c reductase
Cytochrome c oxydase
ATP synthase

166
Không gian giữa (Intermembrane Space) là
khoảng không giữa màng ngoài và màng
trong
Chất nền (Matrix) được bao bọc bỡi màng
trong.
Trong chất nền chứa nhiều enzyme và các
chất xúc tác để chuyển hóa pyruvic acid
cũng như các phân tử hữu cơ nhỏ.
167
Sự chuyển hóa acid pyruvic trải qua các bước
sau
168
Sơ đồ chuyển hóa acid pyruvic như sau
169
Sự phân giải acid pyruvic cho ra các sản phẩm
chính như sau:
Tạo 3 phân tử CO
2
Khử 4 phân tử NAD
+
thành NADH + H
+
Khử 1 phân tử FAD thành FADH
2
Các NADH (và FADH
2
) sẽ khử H
2
O trong chất

nền tạo thành các proton (H
+
) + electron +
OH
-
Các electron sẽ được vận chuyển từng bước
trong chuỗi hô hấp để thực hiện phản ứng
tạo thành nước
170
Qúa trình nầy được thực hiện nhờ:
* Ba phức hợp protein màng (enzyme):
-NADH dehydrogenesa
- Cytochrome c khử
- Cytochrome c oxy hoá
* Hai loại protein-vật mang tự do:
- Ubiquinone
- Cytochrome c
Hai loại phân tử nầy như con thoi chuyển
electron từ phức hợp nầy sang phức hợp
khác.
171
Qúa trình nầy được mô phỏng như sau:
172
Sơ đồ của qúa trình nầy như
sau:
173
Các electron chuyển dọc theo màng nhờ các
protein vật mang (Ubiquinone , Cytochrom c )
Oxy là vật nhận electron cuối cùng và sẽ oxy hóa
proton thành nước

O
2
+ 4 H
+
+ 4 e
-
2H
2
O
Năng lượng thu được từ sự oxy NADH (và
FADH2) dùng để bơm các proton (H
+
) từ chất
nền chuyển ra không gian giữa (Intermembrane
Space)
174
Vì Proton được giải phóng nhiều ra không
gian giữa làm cho nồng độ của nó tăng
cao , còn trong chất nền có nhiều OH
-
tăng
cao
H
+
có thể chuyển theo chiều gradien nồng độ
trở vào chất nền nhờ protein màng trong là
ATPsynthase và tạo thành ATP
Qúa trình nầy được mô phỏng như sau:
175
Bước 1: Các proton được

giải phóng do sự oxy hóa
NADH (FADH
2
) trên màng
trong sẽ được bơm ra
không gian giữa
(intermembrane Space)
Nồng độ H
+
tăng cao dần
cho đến khi đủ để tổng
hợp ATP từ ADP thì quá
thì Proton sẽ đi trở vào
chất nền theo cổng ATP
synthesa