CHUYỂN hóa NĂNG LƯỢNG SINH học ppt _ HÓA SINH

Bài giảng Hóa sinh

CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG
SINH HỌC
Bài giảng pptx các mơn chun ngành Y dược hay
nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất”;
/>use_id=7046916

1


MỤC TIÊU :
- Trình bày được những khái niệm về phản ứng oxy
hoá khử, sự phosphoryl hoá và sự khử phosphoryl,
đặc biệt là vai trò của các liên kết phosphat giàu
năng lượng và hệ thống ADP - ATP
- Phân tích được bản chất và q trình chuyển biến
của sự hơ hấp tế bào
- Trình bày và phân tích được chu trình Krebs.

2


1. ĐẠI CƯƠNG
1.1. Khái quát về chuyển hóa ở động
vật và người :
1.1.1. Chuyển hóa các chất
- Tập hợp các q trình hóa học xảy ra
trong cơ thể sống , 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
phẫm chuyển hóa.
- Thực chất : gồm những dãy liên tiếp của
các q trình thối hóa (dị hóa) và tổng hợp
(đồng hóa).

3


1.1.2. Đồng hóa và dị hóa :
- Đồng hóa :
+ Là q 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 : thủy phân các đại phân tử đặc hiệu của
thức ăn thành các đơn vị cấu tạo không đặc hiệu nhờ các
enzym thủy phân trong dịch tiêu hóa
. Hấp thụ : sản phẩm tiêu hóa cuối cùng sẽ được hấp
thu qua niêm mạc ruột non vào máu và bạch huyết (bằng cơ
chế vận chuyển, khuyếch tán,...)
. Tổng hợp : từ máu ( mô và được tế bào sử dụng tổng hợp
thành những đại phân tử có tính đặc hiệu của cơ thể ( có thể đặc
hiệu cho lồi và cho mơ), q trình tổng hợp này cần năng lượng.
4


- Dị hóa : là phân giải các đại phân tử
sử dụng của tế bào mô thành các sản phẩm
đào thải ( Ví dụ : phân giải 1 chất thành

chất nhỏ hơn và có thải ra năng lượng
( thối hóa )
Hai q trình này ngược chiều nhau,
nhưng ln thống nhất và đi đôi trong cơ
thể.
5


1.2. 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 . Ví dụ: sự
hấp tái thu ở ống thận ( Grad: sự sai biệt)
+ Cơng hóa học : giúp cho sự co duỗi
các bào quan, tế bào ...
+ Các dạng cơng ít gặp : công điện học,
quang học
6


2. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ:
2.1. Định nghĩa:
- Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trong đó có sự
cho và nhận điện tử hay có sự thay đổi số OXH ( tức là
dịch chuyển e- ) có thể kèm theo ( hay không ) sự cho và
nhận Oxy, Hydro ( đặc trưng nhất cho phản ứng OXH khử là số OXH ).
- Phân biệt phản ứng hay hiện tượng OXH (hoặc
khử ) và chất OXH ( hoặc khử )
+ Phản ứng hay hiện tượng OXH là hiện tượng

trong đó có sự nhả e- hay nhả Hydro, cịn khử ngược lại.
+ Chất OXH là chất có thể nhận e-, và chất khử là
chất có thể cho e- ( khử cho, O nhận )
7


Phản ứng
Hiện
tượng
Chất

Ví dụ:

OXH
Khử

e+

H
+

O
+
-

OXH
Khử

+
-

+
-

+

- e-

Fe2+
Fe3+
( chất khử)
+ e- (chất oxh)
Phản ứng OXH - khử thực chất gồm 2 phản ứng ngược nhau
nhưng ln đi đơi với nhau bao giờ cũng có chất OXH và chất
khử, tập họp nhau thành cặp hay hệ thống OXH - khử.
Ví dụ: cặp OXH - khử Fe2+ ( hay còn gọi là hệ thống ).
8


2.2. Thế năng OXH - khử ( E )
- Tùy theo nhiệt độ các thành phần OXH và Khử mà 1 cặp
OXH - khử có xu hướng nhận e- nhiều hay ít, xu hướng này tạo
cho dung dịch 1 thế năng gọi là thế năng OXH - khử , và tính theo
cơng thức Nernst :

E : Thế năng OX - khử
E0 : là thế năng OXH - Khử chuẩn
n : số e- trao đổi hay di chuyển
R : hằng số khí lý tưởng
F: hằng số Faraday = 96.500 Coulomb

T: nhiệt độ tuyệt đối
Khi [OH] = [Kh] ==> E = E0

9


Thế năng OX - Kh biểu hiện cho nhận e của hệ
thống : hệ thống có E thấp
( nồng độ chất khử
lớn thì xu hướng phóng e- cao), nghĩa là hệ thống
có E thấp dễ cho e- và ngược lại hệ thống có E cao
dễ nhận e-. Hydro hay e- sẽ chuyển từ hệ thống có
E thấp đến hệ thống có E cao.
E’o : thế năng OXH - khử chuẩn ở điều kiện pH =
7, và luôn được cho trước và từ đó cho chúng ta
tính trước chiều hướng phản ứng.
10


Ví dụ 1: Ta có cặp OX - Kh
( OX ) (Kh)
A / AH2 --> E’0 A
B / BH2 --> E’0B
===> AH2 + B

E’0A < E’0B
A + BH2

VD2 : NAD + / NADH,H+ E’o = - 0,32 ( thấp )
FAD / FADH2

E’o = - 0,06 ( cao)
NADH,H+ + FAD
NAD + + FADH2
VD3: Cytb Fe3+ / Cytb Fe2+
E’o = + 0,03 ( thấp )
Cytc Fe3+ / Cytc Fe2+
E’o = + 0,25 ( cao )
Cytb Fe2+

+ Cytc Fe3+

= cytb Fe3+ + cytc Fe2+
11


12


3. Phosphoryl hóa và khử phosphoryl :
3.1. Định nghĩa :

* Phosphoryl hóa : chất hữu cơ tác dụng với Pvc
hoặc hữu cơ để tạo hợp chất phosphat.
- 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

13

* Khử Phosphoryl :
- Cắt đứt liên kết phosphat, giaỉ phóng phosphat ( nếu dưới
dạng Pvc sẽ chuyển ngay đến 1 chất hữu cơ khác ).
- Khi phản ứng xảy ra thì nó phát ra năng lượng và năng
lượng này bằng năng lượng tạo phosphat
- Do enzym xúc tác

Phản ứng trên gọi là phản ứng song biến hay liên hợp
14


3.2. Các loại liên kết phosphat :
Phân loại dựa vào năng lượng tự do được
giải phóng khi cắt đứt liên kết đó
3.2.1. Liên kết phosphat nghèo năng
lượng :
Khi năng lượng giải phóng vào khoảng 2
- 4 kcal/mol hoặc < 5 kcal/mol
Ký hiệu : - P
( Trong các liên kết phosphat chỉ có este
phosphat là nghèo năng lượng)

15


16


3.2.2. Liên kết giàu năng lượng :

Năng lượng giải phóng trên 7 kcal/mol : ký hiệu ~ P
Tương đối không bền : dể tạo thành và dể cắt đứt

17


3.2.3. Vai trị phosphoryl hóa khử phosphoryl :
* Trong việc vận chuyển, tích trữ và sử dụng năng
lượng. Đặc biệt là các liên kết phosphat giàu năng lượng nhất là
hệ thống ATP, ADP

- Khi ATP nhận thì sẽ chuyển sang cho Creatin
Creatin + ATP == Creatin P + ADP

18


- Khi ATP nhận thì sẽ chuyển sang cho Creatin
Creatin + ATP == Creatin P + ADP
- ATP là kho dự trử năng lượng số 1
- Creatin P là kho số 2
Khi lượng ATP giảm--> Creatin P sẽ
chuyển phosphat sang ADP để tái tạo ATP rồi
mới được sử dụng. Ta thấy :
Năng lượng do q trình thối hóa các
chất khơng đưọc sử dụng ngay mà bắt buộc
qua ATP mới được sử dụng, ngay cả Creatin P
và vai trò trung tâm trong chuyển hóa năng
lượng là ATP và ADP
19

* Hoạt hóa các chất :
Nhờ sự phosphoryl hóa nhiều chất được gắn phosphat
thành dạng hoạt hóa và nếu chuyển hóa tiếp tục sẽ được :

* Hoạt hóa enzym, biến enzym thành các dạng hoạt động :
Đôi khi ngược lại làm ức chế , biến enzym ----> dạng
không hoạt động

20


4. Sự hô hấp tế bào :
4.1 Sự hô hấp trong và ngoài cơ thể :
- Bên ngoài cơ thể :
C6H12O6 + 6O2 -----------> 6CO2 + 6H2O + 688kcal
O2 của khơng khí trực tiếp tác dụng với C và H của chất
hữu cơ để tạo ra CO2 và H2O. Năng lượng tỏa ra cùng 1 lúc và
nhiệt độ tăng cao, có thể có ngọn lửa
- Bên trong cơ thể : nếu đốt cháy một phân tử glucose thì
nó cũng giống phản ứng trên, nhưng nó xảy ra trong điều kiện
nhẹ nhàng vừa phải. T0 = 370C, năng lượng đuợc giải phóng dần
dần, chưa cần thì trử lại bên trong cơ thể. O2 không tác dụng
trực tiếp với C và H để tạo CO2 và nước mà nó xảy ra nhờ
enzym xúc tác
21


B,D : cơ chất ( S) mất H ( SH2 )

E : acid carboxyl
- Chất hữu cơ bị tách dần từng cặp 2H chuyển tới oxy để tạo ra
H2O và trong q trình thối hóa đó sẽ tạo thành acid carboxyl và sự
khử carboxyl để tạo CO2 trong cơ thể, nó xảy ra theo :
22


* Khử carboxyl : RCOOH --------> RH + CO2
Giải phóng một ít năng lượng và năng
lượng đó tỏa ra dưới dạng nhiệt , khơng sử dụng
được, khơng có sự tham gia của oxy
* Tạo H2O : Cặp 2H tách khỏi SH2 được
vận chuyển qua một hệ thống enzym của chuổi
HHTB ở màng trong của thể ty đưa tới oxy thở
vào, trong q trình đó H2 sẽ nhả è thành ion H+
( là dạng hoạt hóa của H ) và oxy nhận è để trở
thành ion O2- ( dạng hoạt hóa của oxy ). Hai dạng
hoạt hóa này kết hợp với nhau tạo H2O
23


- Có sự cho và nhận è ( của H2 và O2 ) nên thực chất
của sự HHTB là quá trình oxy hóa - khử và nó xảy ra
trong cơ thể nên ta cịn gọi là oxy hóa - khử sinh học
(hoặc oxy hóa sinh học) giải phóng năng lượng cho
cơ thể sử dụng. Đó là nguồn năng lượng phong phú
cho cơ thể
24

4.2 Chuổi hô hấp tế bào ( HHTB )
4.2.1 . Sơ đồ

SH2 : cơ chất cho Hydro
FP : Flavoprotein
Q : Quinon

DH : Dehydrogenaz
CoQ : Coenzym Q
QH2 : Hydroquinon

25

Cyt : Cytocrom