Bài giảng năng lượng sinh học cho BSĐK

Năng lượng sinh học
Mục tiêu:
1. Phân tích khái quát các bước thoái hóa glucid,
lipid và protein để tạo ATP.
2. Trình bày được sơ đồ chuỗi vận chuyển điện
tử và cơ chế tạo ATP ở ty thể.
3. Trình bày được chu trình acid citric: các phản
ứng, năng lượng sinh ra, đặc điểm và ý nghĩa.

1. Khái quát sự thoái hóa glucid,
lipid và protein trong cơ thể
•
Mọi tế bào, cơ thể sống đều cần năng lượng cho
sự tồn tại, hoạt động và phát triển.
•
Các thành phần trong thức ăn có khả năng cung
cấp năng lượng cho cơ thể là Glucid, Lipid và
Protein.
•
Năng lượng sinh học hay sự phosphoryl oxy hóa
hay sự hô hấp tế bào là sự đốt cháy các chất
hữu cơ tạo năng lượng cho các hoạt động sống
của cơ thể.

1. Khái quát sự thoái hóa glucid,
lipid và protein gtrong cơ thể
•
Sự đốt cháy các chất hữu cơ
Ngoài cơ thể Trong cơ thể
-

nhanh, mạnh, cần
ngọn lửa
-
Oxy không khí tiếp
xúc trực tiếp với cơ
chất
-
Năng lượng giải
phóng cùng 1 lúc
dưới dạng nhiệt
-
Nhiệt độ không cao, môi
trường 2/3 là nước, xảy ra
từ từ từng bước
-
Oxy không tiếp xúc trực
tiếp với cơ chất
-
Năng lượng giải phóng
dần, dưới dạng hóa năng
là chính, cần cho các hoạt
động sống.

Tóm tắt
các con
đường
dị hóa
Bước 1
Bước 2
Bước 3

2. Bản chất của sự hô hấp tế bào
•
Quá trình tế bào sử dụng oxy đốt cháy các chất
hữu cơ sinh năng lượng, giải phóng CO
2
và H
2
O
gọi là hô hấp tế bào
2.1.Quá trình tạo CO
2
và H
2
O:
-
CO
2
tạo thành do phản ứng khử carboxyl, enzym
xúc tác là decarboxylase. Năng lượng giải
phóng không nhiều:
RCOOH → RH + CO
2
- H
2
O được tạo thành nhờ một dây chuyền các
phản ứng tách và vận chuyển H và e từ cơ chất
đến O
2
qua một loạt chất trung gian. Giải phóng

nhiều năng lượng.

2.2.Chuỗi hô hấp tế bào
(Chuỗi vận chuyển điện tử)
•
Điện tử được chuyển qua một loạt các chất
vận chuyển cuối cùng đến O
2
.

Các protein của chuỗi vận chuyển điện tử ty thể

Phức hợp I, NADH Dehydrogenase
(NADH-CoQ Reductase)
•
Xúc tác sự vận chuyển điện tử và H
+
từ NADH
và proton từ trong ty thể đến ubiquinone
(CoQ).
•
Kèm theo với quá trình này là sự vận chuyển 4
H
+
từ trong lòng ty thể đến khoảng giữa hai
màng.
NADH + 5H
+
M
+ Q → NAD

+
+ QH
2
+ 4H
+
(khoảng giữa 2 màng)

Cơ chế vận chuyển điện tử và H
của NAD
+

Các trung tâm sắt lưu huỳnh

Phức hợp I
Khoảng giữa 2 màng
Lòng ty thể

Phức hợp II, Succinat Dehydrogenase
(Succinat- CoQ Reductase)
•
Là enzym gắn màng duy nhất của chu trình
acid citric.
•
Oxy hóa succinat thành fumarat. FAD bị khử
thành FADH
2
, rồi nhanh chóng chuyển e đến
trung tâm Fe-S và cuối cùng tới ubiquinon
(CoQ).

Phức hợp Succinat
Dehydrogenase.
Sự di chuyển điện tử tới
ubiquinon, QH
2
.

Cơ chế vận chuyển e của FAD hay
FMN

Ubiquinon(coenzym Q)
-Là benzoquinon có
chuỗi bên isoprenoid dài,
tan trong lipid.
-Kích thước nhỏ cho phép
nó chuyển động trong
màng.
-Khả năng gắn e
-
và
H
+
cho phép nó đảm nhận
2 chức năng nhận và
chuyển e
-
và H
+
.

Khoảng giữa
2 màng
Lòng ty thể
Sự vận chuyển điện tử
đến coenzym Q

Phức hợp III, Ubiquinon-cytochrom c
oxidoreductase
•
Gồm 3 thành phần Cyt b, trung tâm Fe-S và
cyt c
1
•
Vận chuyển e từ QH
2
đến cytochrome c, cùng
với đó là vận chuyển 4 H
+
từ trong lòng ty thể
ra khoảng giữa hai màng.
•
Sự vận chuyển e và H
+
qua phức hợp rất
phức tạp, nhưng kết quả là:
QH
2
+ 2 cyt c
1(oxy hóa)
+ 2H

+
→
Q + 2 cyt c
1(khử)
+ 4H
+
(khoảng giữa 2 màng)

Phức hợp III còn gọi là phức hợp cytochrom bc1

Cytochrom c
•
Protein tan trong nước của khoảng giữa 2
màng.
•
Nhận e từ cytochrom c
1
của phức hợp III,
chuyển qua nhân hem, sau đó e được chuyển
cho phức hợp IV.

Phức hợp IV, Cytochrom oxidase
•
Nhận e từ cytochrom c và khử O
2
thành H
2
O.
•
Điện tử được chuyển cho một trong hai ion Cu

+

trong phức hợp (cyt a), sau đó chuyển cho 2
nhân hem, rồi chuyển cho ion Cu
+
khác (cyt a
3
)
và cuối cùng đến O
2
.
•
Kết quả là:
2 cyt c
(khử)
+ 4H
+
M
+ 1/2O
2
→
2cyt c
(oxy hóa)
+ 2H
+
(giữa 2 màng)
+H
2
O

Phức hợp IV

Khoang giữa 2 màng
Lòng ty thể
Tóm tắt các phản ứng
Tóm tắt các phản ứng
Complex I:
Complex I:
NADH + 5H
NADH + 5H
+
+
trong ty thể + Q → NAD
trong ty thể + Q → NAD
+
+
+ QH2 + 4H
+ QH2 + 4H
+
+
khoang giữa 2 màng
khoang giữa 2 màng
Complex III:
Complex III:
QH
QH
2
2
+ 2 cyt
+ 2 cyt

c1
c1
(ox) + 2 H
(ox) + 2 H
+
+
trong ty thể → Q + 2 cyt
trong ty thể → Q + 2 cyt
c1
c1
(red) + 4 H
(red) + 4 H
+
+
giữa 2
giữa 2
màng
màng
Complex IV:
Complex IV:
2 cyt
2 cyt
c
c
(red) + 4H
(red) + 4H
+
+
trong ty thể + ½ O
trong ty thể + ½ O

2
2
→ 2 cyt
→ 2 cyt
c
c
(ox) + 2 H
(ox) + 2 H
+
+
giữa 2 màng +
giữa 2 màng +
H
H
2
2
O
O

Trật tự sắp xếp chuỗi vận chuyển điện tử
•
Được định hướng chặt chẽ theo trình tự thế năng oxy hóa khử của
các chất trong chuỗi. Điện tử đi từ chất có thế năng oxy hóa khử
thấp tới chất có thế năng oxy hóa khử cao dần.
•
Năng lượng được giải phóng được tính:
∆E°’ = E°’
chất nhận e
- E°’
chất cho e

NAD
+
+ H
+
+ 2e
-
↔ NADH E°’ = -0.320 V
½ O
2
+ 2H
+
+ 2e
-
↔ H
2
O E°’ = 0.82V
½ O
2
+ NADH + H
+
↔ H
2
O + NAD
+
 F: số Faraday = 96,5 kJ/V mol e = 23,062 Kcalo/V mol e
 n: số e vận chuyển/mol chất phản ứng
∆E°’ = (0.82 V) – (-0.320 V) = 1.14V
∆G°’ = -nF∆E°’
= -(2)(96.5)(1.14 V)
= -219 kJ/mol chất phản ứng = -52,3 kcalo/mol

•
Năng lượng được giải phóng dần ở từng chặng.

2.3.Cơ chế tạo ATP của ty thể
•
NADH + H
+
+ ½ O
2
→ NAD
+
+ H
2
O
•
Phản ứng giải phóng năng lượng nhiều,
được dùng tổng hợp ATP từ ADP và Pi
•
Năng lượng sinh ra dùng bơm H
+
qua phức
hợp I, III, và IV.

2.3.1. Nhắc lại cấu tạo ty thể
(mitochondrion),
Vị trí xảy ra sự phosphoryl
oxy hóa ở các tế bào nhân thật.