Chuyen-Hoa-Nang-Luong

CHUYỂN HOÁ NĂNG
LƯỢNG

Ths. Bs. Trần Thị Thu Thảo
Bộ môn Sinh hóa


MỤC TIÊU
 Khái niệm về phản ứng oxy hoá khử, sự phosphoryl hoá và sự khử phosphoryl
 Bản chất và quá trình chuyển biến của sự hô hấp tế bào
 Chu trình Krebs.


Khái niệm về chuyển hóa các chất
- Từ khi thức ăn đưa vào cơ thể, đến khi chất
cặn bả được đào thải ra ngoài
- Xảy ra qua nhiều khâu, qua nhiều chất trung
gian, những chất trung gian gọi là sản phẩm chuyển
hóa.
- Thực chất : gồm những dãy liên tiếp của các
quá trình thoái hóa (dị hóa) và tổng hợp (đồng hóa).


Đồng hóa
Là quá trình biến đại phân tử hữu cơ có tính
đặc hiệu theo nguồn gốc thức ăn thành các đại phân
tử đặc hiệu của cơ thể : glucid, lipid, protid, acid
nucleic
+ Xảy ra qua 3 bước :
. Tiêu hóa
. Hấp thụ

. Tổng hợp


Dị hóa
Là phân giải các đại phân tử sử dụng
của tế bào mô thành các sản phẩm đào thải
 Hai quá trình này ngược chiều nhau,
nhưng luôn thống nhất và đi đôi trong cơ
thể.


Năng lượng tự do và công
- Các dạng công
+ Công thẩm thấu:
Giúp cho sự vận chuyển
tích cực qua màng chống lại Gradient nồng độ .
+ Công hóa học : giúp cho sự co duỗi các bào
quan, tế bào ...
+ Các dạng công ít gặp : công điện học, quang
học


PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ
Định nghĩa:
•
•

Quá trình trao đổi oxy hóa khử là quá trình trao
đổi điện tử.
Sự oxy hóa là sự tách một hay nhiều điện tử,

ngược lại, sự khử oxy là sự thu điện tử.
-2e

2Fe+2 + Cl2
•

2Fe+3 + 2Cl-

Song song với sự oxy hóa có sự khử oxy vì điện tử
được chuyển từ chất bị oxy hóa sang chất bị khử.


Nguồn gốc năng lượng
Dựa vào thế năng oxy hóa khử của một hệ thống, có thể
xác định vị trí của hệ thống này trong dây chuyền phản
ứng oxy hóa khử.
Thí dụ: ta có hai hệ thống oxy hóa khử:
Akh
Bkh

Aox

+ e

Box + e

Thế năng oxy hóa khử chuẩn của hai hệ thống này là EoA
và EoB.
Nếu EoA < EoB thì điện tử có chiều hướng chuyển từ A
sang B, nghĩa là A sẽ bị oxy hóa và B sẽ bị khử.

Hệ thống có thế năng oxy hóa khử cao nhất sẽ là hệ thống
oxy hóa mạnh nhất


Nếu sự chênh lệch giữa hai thế năng EoB và EoA
lớn, phản ứng thường là không thuận nghịch và
năng lượng được tỏa ra thành một lượng nhiệt lớn.
Điều này rất hiếm thấy trong tế bào sinh vật.
Các phản ứng trong tế bào thường có độ chênh
lệch thế năng oxy hóa khử nhỏ (phản ứng có tính
thuận nghịch), năng lượng được giải phóng tương
đối ít.
Nếu năng lượng vượt quá mức nhất định thì sẽ
được tích trữ lại dưới dạng các liên kết hóa học.


Thế năng oxy hóa khử chuẩn của một số hệ thống
Hệ thống
Dạng khử

Dạng khử

H2
+
NADHH
Riboflavin dạng khử
Ubiquinon dạng khử
2+
Cytocrom b (Fe )
2+

Cytocrom C1 (Fe )
2+
Cytocrom c (Fe )
2+
Cytocrom a (Fe )

+
2H
+
NAD
Riboflavin dạng oxy hóa
Ubiquinon dạng3+
oxy hóa
Cytocrom b (Fe )
3+
Cytocrom C1 (Fe )
3+
Cytocrom c (Fe )
3+
Cytocrom a (Fe )

H2O

1/2O2

E0 (volt)
Dạng khử
-0,42
-0,32
-0,05

+0,10
+0,12
+0,21
+0,25
+0,29
+0,82


PHẢN ỨNG PHOSPHORYL HÓA
Định nghĩa

R-H + HO-PO3H2 →R-P + H2O
Phosphorylase
∆G>0 (thu Q)
ATP
ADP

TD:
G

G - 6P
Hexokinase
Glucokinase

sphoryl hóa: chất hữu cơ tác dụng với

Pvc hoặc hữu cơ để tạo hợp chất phos
- Phản ứng thuộc loại thu năng lượng (để tích trữ năng lượng)
-Do enzym xúc tác với cơ chất là Pvc hay Phosphat hữu cơ

Phản ứng ngược lại: phản ứng khử phosphoryl
R-P + H2O →R-H + H3PO4
Phosphatase


CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG
Loại liên kết
1.Pyrophosphat
Phosphoanhydric

P–O~P

2. Acyl phosphat
R–C~P
ll
O
3. Enol phosphat
R-C-O~P
ll
CH
l

Chất
NTP
ATP,GTP,UTP,…
CTP…
NDP
ADP,GDP,CDP,…
VDP…

a. 1,3-diphosphoglyceric
Aminoacyl-AMP
R – C – CO ~ AMP
l
NH2
PEP
(phosphoenolpyruvat)
COOH
l
C-O~P
ll


4. Amidin

P

R – C – NH ~ P
ll
NH

Arginin~P
Créatin~P
(phosphagène)
NH ~ P
l
HN = C
l
N - CH2 - COOH
l

CH3

5. Thioester
R - C ~ SC0A
ll
O

COOH
l
CH2
l
CH2
l

C ~ SCoA
ll

O


*Vai trò
trò của phosphoryl hóa và khử phosphoryl
1. Tích trữ năng lượng
ADP + Pvc → ATP
↑
Q (từ quang hợp hoặc các phản ứng oxhkh)
Ở mô: Creatin → Creatin ~ P
ATP

ADP

2. Hoạt hoá các chất
ATP
↓
G → G - 6P ~ ADP → CO2
CO2, H2
H2O, Q, chất khác
AB → Acyl ~ AMP → AcylCoA → lipid, CO2
CO2, H2
H2O
ATP
↓

HSCoA
↓

AA → Acyl ~ AMP → AA-ARNt → protein
ATP
3. Vận chuyển năng lượng
ATP + H2
H2O → ADP + Pvc
0
Q (t , công dùng trực tiếp cho hoạt động cơ thể)


∆ Go < 0

ATP

Tỏa Q

Quang hợp
Oxh G
AB
AA
CTAC
Vận chuyển e

Q

(CHHTB)

ADP

∆ Go > 0
Thu Q
STH đpt
Hoạt hóa hấp
thu tích cực
luồng
thần
kinh điện năng
Q


*Vai trò của phosphoryl hóa và khử
phosphoryl
4. Hoạt hoá enzyme
Glycogen phosphorylase a
Glycogen phosphorylase b
(hoạt động)

(không hoạt động)
4 ATP

4 ADP

5. Ức chế enzyme
phosphatase
Glycogen synthase I
(hoạt động)

kinase
ADP
ATP

Glycogen synthase D
(không hoạt động)


4. CHUỖI HÔ HẤP TẾ BÀO
4.1 Bản chất của sự hô hấp tế bào
- ”đốt cháy” các chất hữu cơ trong cơ thể.
- Sự oxh-kh xảy ra trong tế bào.
- Oxy hóa sinh học.
*Đặc điểm:
-Sản phẩm cuối cùng và Q tỏa ra:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686 kcal
0
0
- điều kiện: t = 37 C, P = 1atm
- cách xảy ra:

+ Oxy không trực tiếp tác dụng với C,H để tạo ra CO2 và H2O
+ Năng lượng được giải phóng dần, từ từ, theo từng giai đoạn.
CO2 được tạo thành từ phản ứng khử nhóm carboxyl (-COOH) từ các acid trung gian được tạo thành
R - COOH → R-H + CO2
Decarboxylase


Sự tạo thành H2O (sản phẩm của CHHTB)
Xảy ra ở màng trong của ty thể

2H -2e- → 2H+
H2O
½ O2 +2e- → O-2

→

Tổng quát
SH2 → S (Substrat)
↓
2H → 2H+
↓
2e→
H2O
↓
½ O2 → O-2


Chuỗi hô hấp tế bào
Sơ đồ CHHTB

SH2
E0’ -0,32V
-0,12V

S
∆ E0’=?

NAD+

NADH,H+
1ATP ( ∆ E0’>0.15 Volt)

FADH2

FAD
( ∆ E0’<0.15 Volt)

Q10

QH2
2H+

-0,08V

2Fe+2

2e(2Cytb)

2Fe+3
1ATP

-0,26V

2Fe+3
-0,29V

(2Cytc)

2Fe+2

2Fe+2 (2Cyt(a+a3) 2Fe+3
2Cu+1
2Cu+2
1ATP

-0,82V
-2


Sản phẩm của CHHTB
+
-2
1) H2
H20: do 2H + 1O → H2
H2O
1 nguyên tử oxy nhận 2e
2) H2
H2O2: do 2 loại enzym:
a) Aminoxydase
Flavin H2

H2

O2

FMN
Flavin

H2
H2O2
Cơ chế: một phân tử oxy nhận 2e
2O + 2e

-1
→ 2O
→
H2O2

+
2H - 2e- → 2H
H2 + O2
O2 →

H2
H2O2

b) Superoxyd-dismutase
(trong chuyển hóa Acid nucleic-xanthin oxydase-khử H từ xanthin)
Hai phân tử oxy (O2
(O2) nhận 2e
2H - 2e →

O2 + 1e →
2O2
→
2O2 + 2e
+
02H + 2O2
→
2O2

+
2H
0O2
O2
02O2
2O2
H2
H2O2 + O2
O2


0Trong phản ứng trên: 2O2 vừa là chất khử vừa là chất oxh.
00
O2 - e → O2
00-Chất oxy hóa: O2 + e → O2
Chất khử:

Tóm lại:
Thực chất chuỗi hô hấp tế bào là quá trình oxy hóa khử xảy ra trong điều kiện
sinh học, Q được giải phóng từ từ và được tích trữ trong các liên kết giàu
năng lượng của ATP nhờ phản ứng phosphoryl hóa ADP.

Một số hệ thống oxh-khử đặc biệt
a) Glutathion
Tripeptid (γ Glu-Cys-Gly)
G-SH
2H
G - SH
SH

Dạng
G - SH
SH
khử

G-S
l
G-S

 bảo vệ 1 số enzym (chứa nhóm –SH, như CoA)) khỏi tác động oxh.

Dạng
oxh

b) Vit C (a.L.Ascorbic)

Dạng
khử

CH2OH

l
H - C – OH
l
C–H
l
0 C – OH
l
C – OH
l
C=O

- 2H
+ 2H

CH2OH
l
H - C - OH
l
C–H
l
0 C=O
l
C=O
l
C=O

Dạng
oxh

KẾT LUẬN
Thực chất, chuỗi hô hấp tế bào là quá trình oxy hóa khử xảy ra trong điều kiện sinh
học, năng lượng (Q) được giải phóng từ từ và được tích trữ trong các liên kết giàu
năng lượng (~) nhờ phản ứng phosphoryl hóa (thu năng lượng) ADP thành ATP.


5. Chu trình Krebs
5.1 Đại cương
- CT Tricarboxylic
- CT Citric
- Quá trình “đốt cháy” oxh mạch 2C (Act~SCoA) giải phóng 2pt CO 2, 4 cặp nguyên tử H (tạo thành H2O)
và năng lượng.

C2
2H

C4

H2O
C6
C6

H2O

2H

2H
ATP

C4

C5

C4
2H

CO2

CO2