hóa sinh

Bài: NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
•
Mục tiêu:
•
1. Trình bày được khái niệm năng lượng sinh
học, định nghĩa sự phosphoryl hóa, các loại liên
kết phosphat, rút ra ý nghĩa của sự phosphoryl
hóa.
•
2. Trình bày được bản chất và ý nghĩa của chuỗi
hô hấp tế bào.
•
3. Trình bày được các giai đoạn, ý nghĩa của
chu trình acid citric.

Nội dung
•
1. Trao đổi chất
•
2. Oxy hóa sinh học (hô hấp tế bào)
•
3. Sự phosphoryl hóa
•
4. Chu trình Krebs (chu trình acid citric)

1. TRAO ĐỔI CHẤT
•
1.1 Khái niệm chung
- là quá trình lấy các chất từ bên ngoài vào và thải
các chất cặn bã ra môi trường.

- gồm: quá trình đồng hóa (tổng hợp) và dị hóa
(thoái hóa).




1.2 Quá trình đồng hóa và dị hóa
1.2 Quá trình đồng hóa và dị hóa


Quá trình dị hóa:
Quá trình dị hóa:


Quá trình đồng hóa
Quá trình đồng hóa
:
:
n acid amin protein (protid)
Tinh bột glucose




Sự mâu thuẫn và thống nhất giữa đồng
Sự mâu thuẫn và thống nhất giữa đồng
hóa và dị hóa
hóa và dị hóa
đồng hóa (thu năng lượng)
Phân tử đơn giản phân tử phức

tạp
dị hóa (giải phóng năng lượng)

1.3 Năng lượng sinh học
•
là năng lượng được thu nhận, phát sinh và tích
trữ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ.
•
dạng nhiệt năng hay dạng ATP dự trữ trong cơ
thể
•
ATP sử dụng trong các hoạt động sống của cơ
thể: tổng hợp, thoái hóa, co cơ, hấp thu, bài tiết,
xung động thần kinh,…

2. OXY HÓA SINH HỌC (HÔ HẤP TẾ BÀO)
•
Định nghĩa:
là quá trình của hệ thống các phản ứng oxy hóa
khử của các chất được đưa vào cơ thể và được
chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng nhiệt
năng hay dưới dạng ATP dự trữ trong cơ thể.
•
Bản chất:
sự “đốt cháy” các chất hữu cơ trong tế bào tạo khí
CO
2
, H
2
O và tạo nhiều năng lượng

Phân biệt sự cháy
trong hóa học và trong sinh học
Sự cháy trong sinh học Sự cháy trong hóa học
- từ từ (chậm)
- không có ngọn lửa
- không tăng nhiệt độ
- oxy không trực tiếp
phản ứng với cacbon,
hydro của chất hữu cơ
- năng lượng được giải
phóng dần dần, được
tích trữ lại.
- nhanh
- có ngọn lửa
- tăng nhiệt độ
-
oxy trực tiếp phản ứng
với cacbon, hydro của
chất hữu cơ
-
năng lượng giải phóng
nhanh dưới dạng nhiệt

2.1 Khái niệm về sự oxy hóa khử
•
Định nghĩa:
quá trình oxy hóa khử là quá trình trao đổi điện tử.
Quá trình oxy hóa là sự tách (cho) một hay
nhiều điện tử, ngược lại, quá trình khử là sự thu

(nhận) điện tử.
2Fe
2+
+ Cl
2
2Fe
3+
+ 2Cl
-
-2e

Thế năng oxy hóa khử chuẩn của một
số hệ thống trong tế bào
Hệ thống E
0
(volt)
Dạng khử Dạng oxy hóa pH=7, t
0
=25
0
C
H
2

NADH + H
+

(NADH
2
)

Ribofavin dạng
khử
Ubiquinin dạng
khử
Cytocrom b (Fe
2+
)
Cytocrom c
1
(Fe
2+
)
Cytocrom c (Fe
2+
)
Cytocrom a (Fe
2+
)
H
2
O
2H
+
NAD
+

Ribofavin dạng
oxy hóa
Ubiquinin dạng
khử

Cytocrom b (Fe
3+
)
Cytocrom c
1
(Fe
3+
)
Cytocrom c (Fe
3+
)
Cytocrom a (Fe
3+
)
½ O
2

-0,42
-0,32
-0,05
+0,10
+0,12
+0,21
+0,25
+0,29
+0,82

2.2 Chuỗi hô hấp tế bào

là hệ thống các phản ứng vận chuyển H

+
và điện
tử từ cơ chất đến phân tử oxy để tạo H
2
O, do
enzym xúc tác

Các thành phần tham gia vận chuyển hydro và
điện tử như sau:

Enzym vận chuyển hydro (có coenzym NAD
+
,
FAD, FMN )

Enzym vận chuyển điện tử gồm hệ thống
cytocrom.

Tập hợp các phản ứng thuộc chuỗi hô
hấp có thể chia thành 4 giai đoạn:
ADP + Pi ATP
SH
2
NAD
+
FADH
2
CoQ 2Fe
2+
2Fe

3+
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
1/2O
2
S NADH FAD CoQH
2
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
O
2-
H
2
O
FMNH
2
FMN
2H

+
2cytb 2cytc
1
2cytc 2cyta 2cyta
3
+ H
+
ADP + Pi ATP
ADP + Pi ATP
1 2 3
4


2.3 Ý nghĩa hô hấp tế bào
•
Cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống
của tế bào và cơ thể

Tập hợp các phản ứng thuộc chuỗi hô
hấp có thể chia thành 4 giai đoạn:
ADP + Pi ATP
SH
2
NAD
+
FADH
2
CoQ 2Fe
2+
2Fe

3+
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
1/2O
2
S NADH FAD CoQH
2
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
O
2-
H
2
O
FMNH
2
FMN
2H

+
2cytb 2cytc
1
2cytc 2cyta 2cyta
3
+ H
+
ADP + Pi ATP
ADP + Pi ATP
1 2 3
4

3. SỰ PHOSPHORYL OXY HÓA
•
3.1 Sự phosphoryl hóa:
là quá trình gắn một gốc acid phosphorid (còn gọi
là gốc phosphat) vào một phân tử chất hữu cơ:
Sự phosphoryl hóa: phản ứng quan trọng nhất
trong chuyển hóa các chất
RH + HO-PO
3
H
2
R-PO
3
H
2
+ H
2
O

Chất hữu cơ acid phosphoric hợp chất phosphat hữu cơ (R-P)
ADP + Pi ATP

3.2 Các loại liên kết phosphat
2 loại kiên kết phosphat: nghèo năng lượng và
giàu năng lượng.
•
Liên kết phosphat nghèo năng lượng (ký hiệu R-
P): 1000 – 5000 calo
liên kết este phosphat (nhóm OH và H
3
PO
4
)
•
Liên kết phosphat giàu năng lượng (ký hiệu R ~
P): > 7000 calo
•
+ liên kết acyl phosphat
•
+ liên kết enol phosphat
•
+ liên kết amid phosphat
•
+ liên kết anhydrid phosphat

3.3 Vai trò của phosphoryl hóa
•
Tích trữ và vận chuyển năng lượng
ADP + Pi →ATP

•
Hoạt hóa các chất hữu cơ
•
Quá trình hấp thu tích cực: hấp thu tích cực của
các loại đường, lipid cần có vai trò phosphoryl
hóa.

4. CHU TRÌNH ACID CITRIC (chu
trình Krebs)
•
Krebs tìm ra năm 1937 (chu trình acid citric).
•
Phân tử acetyl CoA bị đốt cháy liên tiếp trong
chu trình Krebs, chất mồi oxaloacetaic, giải
phóng năng lượng, CO
2
và H
2
O. Quá trình tạo
nước do sự vận chuyển hydro từ chu trình
Krebs vào chuỗi hô hấp tế bào tạo ra nhiều năng
lượng.

4.1 Các giai đoạn của chu trình acid citric
•
xảy ra tại matrix của ty thể tế bào, hiếu khí, gồm
8 giai đoạn:

giai đoạn 1:
•

ngưng tụ acetyl CoA với oxaloacetic loại ra một
phân tử CoA, tạo acid citric nhờ xúc tác của
enzym citrat synthetase
CH
3
- CO~SCoA +
CH
2
-COOH
CO - COOH
CH
2
- COOH
C - COOH
CH
2
- COOH
HO -
H
2
O
+ HSCoA
Acetyl-CoA Aoxaloacetic A.citric CoA
citratsylthetase

•
Giai đoạn 2: đồng phân hóa acid citric thành acid
isocitric, aconitase xúc tác, gồm hai phản ứng
dehydrat hóa và hydrat hóa.
CH

2
- COOH CH - COOH HO - CH - COOH
HO - C - COOH C - COOH H - C - COOH
CH
2
- COOH CH
2
- COOH CH
2
- COOH
- H
2
O + H
2
O
Aconitase Aconitase
A. citric A. cisaconitic A. isocitric

Giai đoạn 3: khử carboxyl oxy hóa isocitric
thành α-cetoglutaric, gồm 2 phản ứng:
•
Phản ứng khử hydro bởi enzym isocitric
dehydrogenase có coenzym NAD+ tạo chất
trung gian và NADH + H. NADH + H theo chuỗi
hô hấp đến oxy tạo nước và năng lượng giải
phóng được tích trữ trong ATP.
•
Phản ứng khử carboxyl ở vị trí β của nhóm
ceton tạo acid α-cetoglutaric (5C).

•
Giai đoạn 4: khử carboxyl oxy hóa α-cetoglutaric
→ succinyl CoA, một phức hợp đa enzym (là α-
cetoglutarat dehydrogenase) có 5 coenzym :
TPP (thiamin pyrophosphat), acid lipoic, CoA,
FAD và NAD+. Với 3 enzym xúc tác là α-
cetoglutarat dehydrogenase, trans-succinylase,
dihydro lipoyl dehydrogenase.
CH
2
- COOH CH
2
+ CO
2
CO - COOH CO ~ SCoA
CH
2
- COOH CH
2
- COOH
NAD
+
NADH + H
+
HSCoA
A -cetoglutaric Succinyl CoAα


•
Giai đoạn 5: tạo acid succinic từ succinyl CoA do

enzym succinat thiokinase với sự tham gia của
H
3
PO
4
. Năng lượng cung cấp tạo 1 ATP trực
tiếp.
CH
2
+ H
3
PO
4
CH
2
+ HSCoA
CO ~ SCoA COOH
CH
2
- COOH CH
2
- COOH
GDP

+ Pi

GTP
Succinyl CoA A. succinic

GTP GDP

ADP ATP