Nang luong sinh hoc

NĂNG LƯỢNG TRONG
CHUỖI HÔ HẤP
Giáo viên hướng dẫn:
TS.Võ Văn Toàn
Người thực hiện:
Trần Châu Cẩm Hồng
Lớp Sinh học thực nghiệm khóa X


Chuỗi hô hấp là quá trình oxi hóa sinh học, nhờ vai trò xúc tác
của hệ thống các enzyme.
Thực chất, chuỗi hô hấp là hệ thống các phản ứng oxi hóa khử,
trong đó hydro được tách ra từ các chất hữu cơ chuyển đến oxi để tạo
thành nước
Việc vận chuyển hydro hay điện tử trong hô hấp là do enzyme
xúc tác
Trong phản ứng này, tạo ra một gradient được dùng để sản sinh
ATP, hoàn toàn giống như trong lục lạp (chloroplast)
Electron Transport Phosphorylation thông thường sản sinh 32
ATP
ATP được sinh ra bằng cách H
+
chuyển xuống trung tâm
gradient thông qua một enzyme đặc biệt gọi là ATP synthase
KHÁI NIỆM CHUỖI HÔ HẤP

Phân tử NADH hoặc FADH
2
đều có chứa một cặp điện tử.
Sau đó, phân tử NADH sẽ mang điện tử của mình đến

màng ty thể. Tại đây chúng chuyển điện tử cho một phức
hệ protein màng NADH-dehdrogenaza và được chuyển
đến hệ thống vận chuyển điện tử.
Sự vận chuyển điện tử từ NADH đến O
2
thông qua các
phức hệ I, III & IV nằm ở màng trong của ty thể, cùng với
CoQ và cyt c.
Trong mỗi phức hệ, điện tử được vận chuyển liên tục qua
một chuỗi các chất truyền điện tử.
CoQ định cư ở phần lõi lớp lipit của màng và có gắn kết
với protein.
Cytochrom c cư trú ở khoảng không gian giữa hai lớp
màng. Nó có thể nối với phức hệ III hoặc IV để vận
chuyển e
−
.

Chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể
Page 808
Complex II


Cấu tạo chuỗi hô hấp
•
Phần vận chuyển hydro có các enzyme: dehydrogenase có
coenzyme là pyridinnucleotid, các enzyme flavin và ubiquinon
của chuỗi hô hấp.
•
Phần vận chuyển điện tử có các cytochrom và

cytochromoxidase.
•
Mỗi phân tử NAD
+
, FAD và ubiquinon vận chuyển hai điện tử,
còn hệ thống cytochrom hoặc cytochromoxidase vận chuyển một
điện tử và oxi phân tử ở tận cùng chuỗi hô hấp bị khử bằng bốn
bước, mỗi bước một điện tử theo sơ đồ:
Cơ chất SH
2
⇒ NAD ⇒ FAD ⇒ Ubiquinon → Cytochrom b → Cytochrom c
1
→
Cytochrom c → Cytochromoxidase → O
2
•
Kết quả vận chuyển hydro và điện tử bằng chuỗi hô hấp là tạo
thành nước

Thành phần của các phức hợp
trong chuỗi hô hấp
Phức hợp Tên
Số
Protein Nhóm ngoại
I NADH - Enzym
khử hydro
46 FMN,
9 trung tâm Fe-
S.
II Succinate-CoQ

Enzym khử
5 FAD, cyt b560,
3 trung tâm Fe-
S.
III CoQ-cyt c
Enzym khử
11 cyt b
H
, cyt b
L
,
cyt c
1
, Fe-S.
IV Cytochrome
Enzym oxy hoá
13 cyt a, cyt a
3
,
Cu
A
, Cu
B

Các cytochrome vận chuyển điện tử


Các quinol - sequinol

CÁC ENZIM TRONG CHUỖI HÔ HẤP

Những chất ức chế trong chuỗi hô hấp:
Rotenone (một loại thuốc chuột) ức chế phức hệ I.
Antimycin A ức chế vận chuyển điện tử ở phức hệ III.
CN
−
& CO ức chế phức hệ IV.
Sự ức chế xảy ra ở một trong những điểm này sẽ làm ngừng
quá trình vận chuyển e
−
từ NADH đến O
2
.

Rotenone
Amytal
Antimycin A

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ


Phức hợp I (Complex I). (NADH- ubiquinon-
reductase)
•
Phức hợp enzym NADH
dehydrogenase
•
Phức hợp rất lớn
Chứa hơn 34 chuỗi polypeptides

•
Vận chuyển e
-
từ NADH đến
UQ.
•
Chứa FMN và một số trung tâm
Fe-S.
•
Phần ngoại vi (nhô vào nội chất)
chứa FMN - nhận 2e- từ NADH.
•
Các trung tâm Fe-S vận chuyển
e- từ FMN đến coenzym Q

Hoạt động của phức hợp I (Complex I)
•
Vận chuyển 2e
-
từ NADH đến
UQ trên màng ty thể. Khi e
-
đi
qua các FMN, FeS và UQ, 4
proton được bơm vào complex
I vào không gian giữa 2 lớp
màng (inter-membrane space).
Khi e
-
được bơm lên UQ hình

thành UQH
2
.
•
Nguồn gốc của NADH và e
-
là
từ quá trình oxy hóa
ketoglurate, malate… trong
chu trình Krebs (Krebs cycle).

Lúc đầu điện tử được vận chuyển như sau:
NADH + H
+
+ FMN  NAD
+
+ FMNH
2
FMNH
2
+ (Fe-S)
ox
 FMNH· + (Fe-S)
red
+ H
+
Sau đó, bị oxy hoá lại bằng cách vận chuyển điện
tử vào trung tâm Fe-S kế tiếp theo cách:
FMNH· + (Fe-S)
ox

 FMN + (Fe-S)
red
+ H
+

Điện tử đi qua một loạt các trung tâm Fe-S, và
cuối cùng được chuyển đến coenzyme Q.
Coenzyme Q nhận 2 e
−
và 2 H
+
thành QH
2
.

Hai quá trình đồng thời xảy
ra:
1. NADH + H
+
+ Q  NAD
+

+ QH
2
(thải năng lượng)
2. H
+
được bơm từ nội chất
(pH cao hơn) đến khoảng
không gian giữa hai lớp

màng (pH thấp hơn) (thu
năng lượng)
NADH + 5H
+
N
+ Q  NAD+ + QH2 + 4H
+
P
Previous

4 H+
FMN
FMNH
2
NADH
NAD
+
H
+
Q
QH
2
Fe-S
2 one e
-
transfers
2 one e
-
transfers
COMPLEX 1

MATRIX
INTER-
MEMBRANE
SPACE
SƠ ĐỒ GIẢN LƯỢC - PHỨC HỢP I

Phức hợp II (Complex II). (Succinate-
Coenzyme Q Reductase)
•
Phức hợp enzym
Succinate-coenzyme
Q reductase.
–
Bao gồm succinate
dehydrogenase (Enzym
trong chu trình Krebs).
•
Vận chuyển e
-
từ
succinate đến UQ với
FAD là chất trung
gian

Sự khử hydro của
succinate
(dehydrogenation of
succinate) có giá trị ∆G rất
nhỏ cho việc bơm H
+

, vì thể
phức hệ này chỉ sản sinh
ra 1 UQH
2
cho 1 succinate
oxy hóa, và không bơm
protons.
Nó chỉ nhận được 1
electron từ sự khử hydro
của succinate , được cung
cấp thông qua flavin (FAD)
và sắt sunfur (iron-sulfur)
gộp lại trong bể chứa UQH
2.
Hoạt động của phức hợp II (Complex II)

•
FAD là chất nhận điện tử đầu tiên.
•
FAD bị khử thành dạng FADH
2
trong quá trình oxy hoá
succinat thành fumarat.
•
FADH
2
sau đó bị oxy hoá trở lại thành để vận chuyển điện
tử qua chuỗi gồm 3 trung tâm Fe-S đến Coenzyme Q,
thành QH
2

.
Succinat dehydrogenase
của chu trình Krebs
cũng được gọi là phức
hệ II hay Succinat-CoQ-
Reductase.

Q
QH
2
Fe-S
2 one e
-
transfers
2 one e
-
transfers
COMPLEX II
MATRIX
INTER-
MEMBRANE
SPACE
2 H
+
succinate
fumarate
FAD
2 e
-
SƠ ĐỒ GIẢN LƯỢC - PHỨC HỢP II

Phức hợp III (Complex III).(cytochrome
reductase - oxido reductase).