Chương 2: NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ TRAO ĐỔI CHẤT ppt

NĂNG LƯỢNG
VÀ SỰ TRAO ĐỔI CHẤT
I. NĂNG LƯỢNG
II. SỰ TRAO ĐỔI CHẤT
III. ENZYME HỌC
IV. CÁC PHẢN ỨNG SINH HÓA TRONG
CƠ THỂ SỐNG
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
Nhóm 2
1.Đỗ Duy Khánh (tìm tài liệu+hỗ trợ làm bài powerpoint)
2. Nguyễn Thị Lên (tìm tài liệu)
3. Nguyễn Duy Linh (tìm tài liệu+thuyết trình)
4. Mai Anh Linh (tìm tài liệu)
5. Huỳnh Thị Trúc Ly (tìm tài liệu)
6. Thông Xuân Nguyên (tìm tài liệu)
7. Võ Thị Phước (tìm tài liệu+thuyết trình)
8. Mai Hoàng Phương (làm powerpoint+tìm tài liệu)
9. Nguyễn Bá Quỳnh (tìm tài liệu)
10. Quách Thị Thu Thủy (tìm tài liệu)
11. Lê Thị Thanh Tú (tìm tài liệu)
12. Nguyễn Thị Thanh Xuân (tìm tài liệu)
13. Nguyễn Đức Duy (tìm tài liệu)
14. Phan Trang Hoàng Vỹ (tìm tài liệu)
15. Nguyễn Thanh Minh (tìm tài liệu)
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
I. NĂNG LƯỢNG
1. Các quy luật biến đổi năng lượng và trật tự
sinh học
a) Các quy luật biến đổi năng lượng
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
b) Trật tự sinh học

Các cấu trúc và phản ứng hóa học trong cơ thể
được duy trì theo một trật tự nhất định được gọi là
trật tự sinh học( biological order).
Có hai loại phản ứng phân hủy và tổng hợp, cả hai
loại phản ứng này đều tỏa nhiệt ra môi trường bên
ngoài.
Tế bào ở trạng thái cân bằng động có luồng vật
chất vào và ra, chúng là một hệ thống hở. Nhưng
năng lượng từ ngoài phải được cung cấp thường
xuyên cho tế bào nên chúng là hệ thống hở không
cân bằng hay lệch.
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
2. Năng lượng tự do
a) Thế nào là năng lượng tự do ?
Năng lượng tự do( free energy) là năng lượng vốn có của một hệ
thống.
Nó là năng lượng tối đa tiềm ẩn trong hệ thống. Các chất hóa học
đều có chứa năng lượng tự do. Năng lượng tự do cũng được tích lũy
trong các liên kết cộng hóa trị.
Sự biến đổi năng lượng tự do được ký hiệu bằng ∆G.
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
b) Phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt
Năng lượng tự do của các liên kết cộng hóa trị của các chất phản
ứng được giải phóng ra ở dạng nhiệt nên phản ứng được gọi là phản
ứng tỏa nhiệt ∆G < 0 (exergonic ).
Ngược lại, nếu các sản phẩm chứa nhiều năng lượng tự do hơn, phản
ứng không được tự động thực hiện, cần nhận thêm năng lượng nên
gọi là thu nhiệt ∆G > 0 (endergonic).
Trạng thái ban đầu Trạng thái cuối cùng
A + B C + D

∆Gi ∆Gf
( ∆G = ∆Gf - ∆Gi )
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
3. Sự oxi hóa khử và sự oxi hóa trong tế bào
a) Phản ứng oxi hóa khử:
Sự khử có nghĩa là thêm vào một hay nhiều điện tử (e
-
) hoặc nhận proton
H
+
.
Sự oxy hóa có nghĩa là chuyển đi một hay nhiều điện tử (e
-
) hoặc cho
proton H
+
.
Vì cả hai phản ứng phải xảy ra đồng thời nên gọi chung là oxy hóa-khử
( redox reactions).
Bảng 4.1. Các phản ứng oxy hóa-khử
Oxy hóa Khử
_ Thêm Oygen _ Chuyển Oxygen
_ Chuyển Hydrogen _ Thêm Hydrogen
_ Chuyển điện tử _ Thêm điện tử
_ Giải phóng năng lượng _ Trữ năng lượng
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
b. Sự oxy hóa trong tế bào:
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
4. Năng lượng hoạt hoá
Các phản ứng thu nhiệt cũng như toả nhiệt đều cần năng lượng

bổ sung để phản ứng thực hiện được. Năng lượng đó được gọi
là năng lượng hoạt hoá (activation energy).
Mức thay đổi năng lượng tự do ∆G không đổi nhưng phản ứng
chỉ thực hiện được khi có năng lượng hoạt hoá Ea.
Nếu không có sự cản của nang lượng hoạt hoá nhiều chất giàu
năng lưông như glucide, lipid cần cho tế bào sẽ không bền
vững và dễ dàng xảy ra phản ứng.
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
5. Năng lượng mặt trời
Thực vật xanh và các vi khuẩn quang hợp có khả năng thu nhận
năng lượng ánh sáng mặt trời qua quá trình quang hợp
(photosynthesis) chuyển năng lượng từ năng lượng ánh sáng
mặt trời thành năng lượng của các liên kết hoá học. phản ứng
tổng quát:
Quang năng + CO
2
+ H
2
O carbonhydrate + O
2
Thực vật sử dụng các chất nghèo năng lượng tự do để tạo nên
các carbonhydrate (glucose) giàu năng lượng có thể được sử
dụng ngay hay hay được tích trữ ở dạng tinh bột. Các sinh vật
quang hợp còn được gọi làsinh vật tự dưỡng (autotroph): tự
dinh dưỡng bằng năng lượng mặt trời và các chất vô cơ, muối
khoáng đơn giàn. Các sinh vật không quang hợp (động vật,
nhiều vsv ) sử dụng năng lượng các hợp chất hữu cơ do thực
vật tạo ra, gọi là sinh vật dị dưỡng.
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV

Năng lượng mặt trời Thực vật nhiều sinh vật
khác :dây chuyền năng lượng →năng lượng mặt trời là nguồn năng
lương cho sự sống trên hành tinh của chúng ta. Nhờ các sinh vật quang
hợp có khả năng tích trữ năng lượng mặt trời nên nguồn năng lượng đến
gián đoạn theo chu kỳ nhưng sự sống vẫn diễn ra liên tục.
Nguồn năng lượng mặt trời là vô tận (3.1024J/năm), nguồn năng lượng
dự trữ của trái đất chỉ khoảng 2,5.1022J. Mặc dù hiệu suất quá trình
quang hợp rất thấp (thường nhỏ hơn 1% ít khi tới 2%) nhưng lượng sinh
khối gia tăng mỗi năm khoảng 2.1014 tấn (chủ yếu là gỗ rừng).
6. Sự tiến hoá và chuyển hoá năng lượng
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
Các sinh vật đầu tiên
Các sinh vật hoá
dưỡng(chemotrophic)
Các sinh vật có khả năng
tích trữ năng lượng lâu dài
Những sự kiện sinh hoá quan trọng:
3 tỷ năm, Một số sinh vật có được khả năng thô sơ hấp thụ năng
lương mặt trời trực tiếp để tổng hợp glucose và các chất hữu cơ
quan trọng khác→quang hợp.
2,5 tỷ năm, xuất hiện quá trình hô hấp. Năng lượng rút ra nhiều
hơn với sự tham gia của O
2
. O
2
tăng dần và hiện diện với số
lượng đáng kể nhờ các sinh vật quang hợp.
1,5 tỷ năm, sinh vật nhân thực (Eukaryotae) xuất hiện.

II. SỰ TRAO ĐỔI CHẤT
1. Đặc điểm chuyển hóa năng lượng của tế bào
Gồm hai quá trình xảy ra song song:
Sự đồng hóa (anabolism): Quá trình tổng hợp nên các phân
tử hữu cơ phức tạp
Sự dị hóa (catabolism) : Quá trình phân hủy các thức ăn
giải phóng năng lượng cho tế bào
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
Dạng năng lượng chủ yếu được chuyển hóa là năng lượng hóa
học của các hợp chất hữu cơ. Tế bào thực vật đã thu nhận năng
lượng ánh sáng mặt trời, biến nó thành năng lượng hóa học để
rồi luân chuyển trong thế giới sinh vật.
Quá trình oxy hóa giải phóng năng lượng qua nhiều phản ứng
trung gian nên các cơ chất thường không tiếp xúc trực tiếp với
oxy.
2. Adenosine triphosphate (ATP)
ATP là một nucleotide tạo thành từ Adenine, đường ribose và
3 phosphate PO
4

ATP đóng vai trò chủ chốt trong hầu như tất cả các quá trình
chuyển hóa năng lượng của mỗi hoạt động sống
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
Một tính chất quan trọng của phân tử ATP là biến đổi thuận
nghịch để giải phóng hoặc tích trữ năng lượng. Khi ATP thủy
giải nó sẽ tạo ra ADP và Pi-phosphate vô cơ:
enzyme
ATP + H
2
O ADP + Pi + năng lượng

(Enzyme thủy giải ATP gọi là ATP-ase)
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
(Enzyme tổng hợp nên ATP gọi là ATP synthetase)
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
ADP
3. Các chất chuyên chở Hydrogen
Tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng còn có các
chất chuyên chở Hydrogen như: NAD
+
, NADH
2
, FAD, NADP và
NADPH
2
.
NAD là Nucleotide. Phần trên là vòng Nicotine amide giữ vai
trò quan trọng trong vận chuyển Hydrogen. Nửa dưới phân
tử là Adenosine monophosphate (AMP).
NAD
+
là dạng oxi hóa, có sự biến đổi thuận nghịch sang
NADH

+
,H
+
(gọi là NAD-khử).
ADP có cấu trúc tương tự như NAD nhưng có thêm một
nhóm phosphate.
NAD
+
và NADP
+
hai chất chuyển Hydrogen quan trọng nhất
trong phản ứng dị hóa.
Tham gia chuyển Hydrogen có FAD, cũng là Nucleotide. Nó
dễ dàng biến sang dạng FADH
2
.
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
NAD
+
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
NADP
+
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
FAD
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV
FADH
2
4. Các chất chuyền điện tử
Từ năm 1925, các cytochrome được phát hiện đó là các chất

có màu do chứa nhân heme ở hemoglobin.
Hiện nay, có hơn 40 protein được phát hiện ở hệ thống
chuyền điện tử. Các cytochrome chia thành 3 loại a, b, c.
Chất vận chuyển điện tử có cấu tạo đơn giản là ubiquinone
hay coenzyme Q, nó có thể nhận một hoặc hai điện tử.
Mặt khác các phản ứng hóa học giữa sự chuyển năng lượng
từ các chất phản ứng sang các sản phẩm. Trong quá trình hô
hấp biến đổi glucose:
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O + Q
Trường ĐH Mở Tp.Hồ Chí Minh Nhóm 2 Chương IV