Năng lượng sinh học

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

ThS. BS. Ngô Thị Thu Hiền
Bộ môn Hoá sinh- Đại học Y Hà Nội


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. Sự phosphoryl hoá
4. Trình bày được chu trình acid citric: các phản
ứng, năng lượng sinh ra, đặc điểm và ý nghĩa


Tài liệu học tập


Nội dung
• Các bước thoái hóa glucid, lipid và protein để
tạo ATP
• Bản chất sự hô hấp tế bào:
– Sự tạo CO2 và H2O
– Chuỗi hô hấp tế bào
– Cơ chế tạo ATP của ty thể

• Sự phosphoryl hoá
• Chu trình acid citric

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 trong cơ thể
• Sự đốt cháy các chất hữu cơ
Ngoài 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

Trong cơ thể
-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.


Bước 1

Tóm tắt
các con
đường
dị hóa

Bước 2

Bước 3


2. Bản chất của sự hô hấp tế bào
• Hô hấp tế bào: tế bào dùng oxy đốt cháy chất hữu cơ
sinh năng lượng, giải phóng CO2 và H2O
• 2.1.Quá trình tạo CO2 và H2O:
- CO2 tạo thành do phản ứng khử carboxyl, enzym xúc
tác là decarboxylase. Năng lượng giải phóng không
nhiều:
RCOOH  RH + CO2
- H2O được tạo thành nhờ một dây chuyền các phản ứng
tách và vận chuyển H và e từ cơ chất đến O2 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 O2.


Các thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử
Thành phần
Phức hợp I
Phức hợp II

NADH-CoQ Reductase
(NADH dehydrogenase)
Succinat-CoQ Reductase
(Succinat dehydrogenase)

CoQ
Phức hợp III

CoQH2-Cyt c Reductase

Cyt c
Phức hợp IV

Cytochrom oxidase


Các thành phần của chuỗi vận chuyển điện tử
Chuỗi vận chuyển điện tử
Khoảng gian màng

Chất nền ty thể

Màng trong ty thể


Phức hợp I, NADH Dehydrogenase
(NADH-CoQ Reductase)
• Vận chuyển điện tử và
H+ từ NADH và proton
từ trong ty thể đến
ubiquinone (CoQ).
• Kèm theo chuyển 4 H+
từ trong lòng ty thể đến
khoảng giữa hai màng.
NADH + 5H+M + Q →
NAD+ + QH2 + 4H+
(khoảng giữa 2 màng)


FMN


Các trung tâm sắt lưu huỳnh


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 FADH2, rồi
nhanh chóng chuyển e
đến trung tâm Fe-S và
cuối cùng tới
ubiquinon (CoQ).


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+.


Phức hợp III, CoQH2-Cytc reductase
(cytochrome bc1)
• Gồm 3 thành phần Cyt b,
trung tâm Fe-S và cyt c1
• Vận chuyển e từ QH2 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:
QH2 + 2 cyt c1(oxy hóa) + 2H+
→
Q + 2 cyt c1(khử) + 4H+(khoảng giữa
2 màng)


Cytochrom c
• Protein tan trong nước của khoảng giữa 2 màng.
• Nhận e từ cytochrom c1 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 O2 thành H2O.
• 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 a3) và cuối
cùng đến O2.
• Kết quả là:
2 cyt c(khử) + 4H+M + 1/2O2
→

2cyt c(oxy hóa) + 2H+(giữa 2 màng)
+H2O


Tóm tắt các phản ứng
Complex I:
NADH + 5H+trong ty thể + Q → NAD+ + QH2 + 4H+khoang giữa 2 màng
Complex III:
QH2 + 2 cyt c1 (ox) + 2 H+trong ty thể → Q + 2 cyt c1 (red) + 4 H+giữa 2 màng
Complex IV:
2 cyt c (red) + 4H+trong ty thể + ½ O2 → 2 cyt c (ox) + 2 H+giữa 2 màng + H2O

Khoang giữa 2 màng

Lòng ty thể


Trật tự sắp xếp chuỗi vận chuyển điện tử

• Điện tử đi từ chất
có thế năng oxy hóa
khử thấp tới chất có
thế năng oxy hóa
khử cao dần.

Phức hợp
I
Phức
hợp
III

Phức
hợp
II

Phức
hợp
IV


2.3.Cơ chế tạo ATP của ty thể
• NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O
• 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.



2.3.2. ATP synthase


2.3.2. ATP synthase
• Cấu tạo bởi 2 đơn vị Fo
và F1
• Fo gắn chặt vào màng
trong gồm 3 tiểu đơn vị
tạo kênh cho H+ đi qua
• F1 : 3 tiểu đơn vị  và 3
tiểu đơn vị  được gắn

với Fo qua các tiểu đơn vị
, δ, ε.