PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Năng lượng sinh học

Đặc điểm của các phản ứng
hóa sinh

 Tuân theo các quy luật của nhiệt động học
 Có sự xúc tác của enzyme

1


Các phản ứng sinh hóa tuân theo các
nguyên lý nhiệt động học
• Định luật I – Định luật bảo toàn năng lượng
• Địng luật II – Entropy (S)
• Định luật Hess – Entanpi (H)
• Năng lượng tự do Gibbs (G)

Tương tác kỵ nước:
Hậu của của sự giảm entropy của hệ thống

2


Tương tác kỵ nước:
Hậu của của sự giảm entropy của hệ thống




Sự giải phóng các phân tử nước có trận tự tạo thuận

lợi cho sự hình thành một phức hợp enzyme – cơ chất

3


Năng lượng tự do Gibbs
ΔG

Loại phản
ứng

+

Thu nhiệt

_

Tỏa nhiệt

0

Cân bằng

G = H – T.S
∆G = ∆ H – T. ∆ S
∆Go = ∆Ho – T. ∆So

Mối liên hệ giữa ΔG và hằng số phản ứng K
1. Điều kiện chuẩn:
T = 25oC (298K);

2. Công thức
ΔG = ΔGo + RT ln

pH = 7; P = 1 atm
[C] [D]
[A] [B]

R = hằng số khí
T = nhiệt độ tuyệt đối (Kelvins)

4


Cộng tính của Gº
Phản ứng:
A
B
B
C
C
D
A

A

D
Gº1
Gº2
Gº3

D Gº Total = Gº1 + Gº2 + Gº3

Các phản ứng quan
trọng trong hóa sinh

5


1. Các phản ứng cộng – khử H2O

2. Phản ứng thế ái nhân

6


3. Phản ứng thủy phân phosphoester

4. Phản ứng oxi hóa –khử

7


NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

ATP (adenosine triphosphate)

ATP + H2O
ATP + H2O
PPi + H2O





ADP + Pi
AMP + PPi
2 Pi

G° = - 7.3 kcal/mol
G° = - 7.3 kcal/mol
G° = - 4.6 kcal/mol

8


Chu trình ATP-ADP
CO2

ATP

Sự oxy hóa các
phân tử nhiên liệu
 sinh năng lượng
O2

Sinh tổng
hợp

Vận chuyển
tích cực

Sự co
cơ

ADP + Pi

ATP cung cấp năng lượng cho các phản ứng hóa sinh
Gº
A. Gluc + PO4  Gluc-6-P + H2O

+ 3.3 kcal/mol

B. ATP + H2O  ADP + Pi

- 7.3 kcal/mol

Tổng: Gluc + ATP  Gluc-6-P + ADP

- 4.0 kcal/mol

9


Nồng độ ATP khác nhau trong các loại tế bào

Các nguồn cung
cấp năng lượng

10

Đường phân

11


12


Glucose  Năng lượng

Glycolysis
G’° = -146 kJ/mol

2

GLUCOSE

Full oxidation (+ 6 O2)
G’° = -2,840 kJ/mol

6 CO2 + 6
H2O

1. Phosphate hóa

13


2. Đồng phân hóa

Cơ chế xúc tác của phản ứng 2

14


3. Phosphate hóa

Phosphofructokinase
ATP  ADP

∆G´o = -14.2 kJ/mol

3. Thủy phân

15


16


17


18


4. Đồng phân hóa

5. Khử hydrogen + Phosphate hóa

19


20


21


22


6. Phản ứng phosphate hóa – sinh ATP

7. Phản ứng chuyển vị nhóm phosphate

23


24


8. Phản ứng khử H2O

9. Phản ứng phosphate hóa – sinh ATP

25