Bài giảng Hóa sinh đại cương: Chương 9 - ThS. Phạm Hồng Hiếu

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 1

<b>Chương 9: TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO </b>

<b>ĐỔI NĂNG LƯỢNG</b>

I. Giới thiệu về trao đổi chất

II. Các quá trình diễn ra trong TĐC và

TĐNL

<b>I. Giới thiệu về trao đổi chất</b>



Khái niệm



Phản ứng oxy hóa khỬ



Phản ứng phosphoryl hóa và khử

phosphoryl hóa

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>KHÁI NiỆM</b>



Năng lượng tự do



Mối liên quan giữa biến thiên năng lượng

tự do và hằng số cân bằng phản ứng

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 3

<b>NĂNG LƯỢNG TỰ DO</b>

Enthalpy (H): nội năng, năng lượng tồn phần

Năng lượng tự do (G): năng lượng có khả năng

biến thành cơng có ích  G<H

Entropy (S): trạng thái nội tại của phân tử

–Tăng khi độ vô trật tự tăng (hệ kín)

–Trong điều kiện tự nhiên entropy chỉ có thể

tăng (VD: nhúng dung dịch NaCl trong túi bán

thấm vào cốc nước  phân tử muối chạy ra

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>NĂNG LƯỢNG TỰ DO</b>

G = H – TS

• H tăngG tăng; S tăngG giảm

• H – G = TS: thay đổi theo nhiệt độ, phụ
thuộc S

G = H – TS

• G: biến thiên NLTD (Kcal)

• H: biến thiên enthalpy (Kcal)

• T: nhiệt độ tuyệt đối

• S: biến thiên entropy (Kcal.độ-1₎

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 5

<b>BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO</b>

Phản ứng A  B

G=G_B - G_A

• G < 0: Phản ứng phát năng

oCó thể xảy ra tự phát (S tăng, G giảm)

oĐơi khi cần năng lượng hoạt hố để xảy

ra phản ứng

• G > 0: Phản ứng thu năng

oKhơng thể xảy ra tự phát

• G = 0: Phản ứng không thu năng cũng

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

G = G_o + RTln([B]/[A])

G_o: biến thiên năng lượng tự do chuẩn: 25o_C,

pH = 0, [A]=[B]=1 mol/l

G phụ thuộc bản chất , điều kiện, tỉ lệ nồng độ

các chất tham gia, sản phẩm phản ứng; không
phụ thuộc con đường chuyển hoá

Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh học

G_o’: pH=7, 25o_C

G’ = G_o’ + RTln([B]/[A])

<b>BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO</b>

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 7

<b>BIẾN THIÊN NLTD & K</b>

G’ = G_o’ + RTln([B]/[A])

Phản ứng đạt trạng thái cân bằng: G’=0

 G_o’ = –RTlnK’

K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều kiện

sinh học (pH=7)

R: hằng số khí lí tưởng, 1,987.10-3 _{Kcal/mol.độ}

T: nhiệt độ tuyệt đối, 298K (25o_C)

G_o’: Kcal/mol

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>BIẾN THIÊN NLTD & K</b>

K’=10-Go’/1,36

K’=1: G_o’=0: không xảy ra trong điều kiện sinh
học

K’>1: G_o’<0: phản ứng phát năng

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 9

<b>BIẾN THIÊN NLTD & K</b>

Phản ứng oxy hoá glucose:

C₆H₁₂O₆+ 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O

G_o’=-686 Kcal/mol

Thực tế glucose có thể tồn tại ngồi khí trời
trong nhiều tháng vẫn khơng có hiện tượng gì
xảy ra

 G, G’ không cho ý niệm về vận tốc phản ứng,

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<b>OXY HOÁ –</b>

<b>KHỬ SINH HỌC</b>

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 11

<b>PHẢN ỨNG OXY HỐ </b>

<b>–</b>

<b>KHỬ</b>

Chất

-e

-

_khử

+e

-

_{oxy hóa}

Phản ứng

-e

-

_{oxy hóa}

+e

-

_khử

Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh)

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>THẾ NĂNG OXI HỐ </b>

<b>–</b>

<b>KHỬ</b>

<b>Phương trình Nernst:</b>

]

[

]

[

0

ln

<i>kh</i>

<i>oxh</i>

<i>nF</i>

<i>RT</i>

<i>E</i>

<i>E</i>





n: số điện tử được vận chuyển

F: hằng số Faraday = 23 Kcal/V.mol = 96500 C/mol

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 13

<b>THẾ NĂNG OXY HOÁ </b>

<b>–</b>

<b>KHỬ</b>

Trong điều kiện sinh học (pH=7, 25

o

_C):

]

[

]

[

0

'

0

,

06

log

'

<i>E</i>

<i>oxh</i>

<i>_kh</i>

<i>E</i>





</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Cặp oxyhóa

-

khử

E

₀

’ (volt)

2H

+

_/H

2

FAD/FADH

NAD

+

_/NADH,H

+

FAD/FADH

₂

Fumarat/succinat

Cytb Fe

+3

_{/Cytb Fe}

+2

Cytc Fe

+3

_{/Cytc Fe}

+2

½ O

₂

/O

-2

-0.42

-0.36

-0.32

-0.12

+0.03

+0.08

+0.22

+0.82

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 15

<b>Chiều vận chuyển của điện tử e</b>

<b></b>

-Điện tử

di

chuyển

:

-

Từ chất khử

sang

chất

oxy hố (trong cùng

hệ thống

oxy hóa-

khử)

-

Hệ thống

có

thế năng

oxy hố

khử thấp

sang

hệ thống

có

thế năng

oxy hoá –

khử

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Xét 2 hệ thống oxh

-kh:

A/AH

₂

và B/BH

₂

Nếu E

_A

< E

_B

thì: e

-

_{sẽ di chuyển từ hệ thống}

A qua B (từ chất khử AH

₂

qua chất oxy hóa

B)

AH

₂

+ B



BH

₂

+ A

Nếu vì lý do nào đó BH

₂

bị tồn đọng thì phản

ứng có thể đạt trạng thái cân bằng hoặc

thậm chí theo chiều nghịch

<b>Chiều vận chuyển của điện tử e</b>

<b></b>

-ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 17

VD:

Xét 2 hệ thống:

NAD+_/NADH,H+ _{và FAD/FADH}

2

E₀(A) = -0.32V; E₀(B) = -0.06V

Vậy trong điều kiện chuẩn (và thực tế trong điều kiện

sinh lý của tế bào) e- _{đi từ} _NADH,H+ _{qua FAD}

NADH,H+

FADH₂

NAD+

FAD

2e

-FADH₂
FAD

NAD+

NADH,H+ 2e

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

<b>Liên hệ giữa ∆G</b>

<b>₀</b>

<b>’ và ∆E</b>

<b>₀</b>

<b>’</b>

Trong phản ứng oxh-kh, e- _{vận chuyển với ∆E} _{> 0}

do đó ∆G < 0, nên phản ứng ln ln kèm sự phát

năng

Năng lượng đó một phần sẽ được sử dụng ngay

(tạothân nhiệt, côngcơ học, tổng hợp chất…), phần

cịn lại được tích trữ lại trong các liên kết giàu năng

lượng(~) nhờ các phản ứng phosphoryl hóa

'

0

'

0

<i>nF</i>

<i>E</i>

<i>G</i>









ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 19

<b>OXIDOREDUCTASE</b>



Oxydase



Dehydrogenase



Hydroperoxydase

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>OXYDASE</b>

Dùng oxy

để gắn

hydrogen,

từ đó

tách

hydrogen ra

khỏi cơ chất

.

Tạo sản phẩm

là

H

₂

0

hoặc

H

₂

O

₂



Oxydase

chứa đồng

: cytochrome oxydase



Oxydase

chứa

flavoprotein (FMN, FAD):

L-amino acid oxydase, xanthine oxydase,

glucose oxydase

(nấm)

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 21

<b>DEHYDROGENASE</b>

Chuyển H từ cơ chất này sang cơ chất khác

trong cặp phản ứng oxy hố khử. Khơng cần

oxy (ví dụ: pha yếm khícủa đường phân)

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>DEHYDROGENASE (Coenzyme)</b>

Nicotinamide:

– NAD: Các con đường chuyển hố oxi hố:

đường phân, chu trình acid citric, chuỗi hơ

hấp ty thể

– NADP: Các q trình tổng hợp khử: tổng hợp

steroid và acid béo ngoài ty thể

Riboflavin: vận chuyển electron trong hoặc đến

chuỗihô hấp tế bào

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 23

<b>HYDROPEROXIDASE</b>

Bảo vệ cơ thể khỏiperoxyde có hại

2loại:

– Peroxydase: khử hydrogen peroxide dùng

nhiều chất nhận điện tử khác nhau

(ascorbate, quinone, cytochrome C)

– Catalase: dùng hydrogen peroxide làm chất

nhận và cho điện tử (một chất nhận, một chất

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 25

<b>OXIGENASE</b>

Thường tham gia phản ứng tổng hợp hay thoái

hoá các chất hơn là tham gia cung cấp năng

lượngcho tế bào

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

<b>OXYGENASE</b>

2 nhóm:

– Dioxygenase (oxygenase thực, oxygen
transferase): gắn 2 nguyên tử oxy vào cơ chất

– Mono-oxygenase (oxydase chức năng hỗn hợp,

hydroxylase): chỉ gắn 1 nguyên tử oxy vào cơ

chất (tạo nhóm –OH), nguyên tử O kia tạo

nước, và cần một chất chođiện tử

• Hệ thống cytochrome P-450 monooxydase vi

thể: hydroxyl hoá nhiều loại thuốc

• Hệ thống cytochrome P-450 monooxydase ti

thể: hydroxyl hố các steroid

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 27

<b>SUPEROXIDE DISMUTASE</b>

O2– + O2– + 2H+ H2O2 + O2

Superoxide
dimutase

- Trong phản ứng này, superoxyde vừa là chất khử, vừa là chất

oxy hoá.

- Superoxide dismutase (SOD) bảo vệ cơ thể sinh vật hiếu khí

chống lạitác hại của superoxide.

- SOD cóở các khoang khác nhau trong tếbào: trong bào tương
chứa Cu2+ _hoặc _Zn2+_{; trong ti} _{thể chứa} _Mn2+ _ _giống _{trong vi}

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<b>PHOSPHORYL HỐ</b>

<b>KHỬ PHOSPHORYL HỐ</b>

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 29

R-H + HO-PO3H2 R-P + H2O
Phosphorylase

G>0 (thu Q)
VD:

Phản ứng khử phosphoryl:

R-P + H₂O  R-H + H₃PO₄
Phosphatase

ATP

G G - 6P
ADP
Hexokinase

Glucokinase

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

Phosphoryl hóa Khử phosphoryl
Tạoliên kếtphosphate Cắt đứt liênkếtphosphate
Thu năng (tích trữ năng

lựơng). Do enzyme xúc tác
với cơ chất là P vô cơ
hoặcPhữu cơ

Tạo P vô cơ tự do hay
chuyển gốc phosphate từ

chất hữu cơphosphate sang
chấtkhác

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 31

<b>NĂNG LƯỢNG CỦA LIÊN KẾT</b>

Năng lượng của liênkết là chênh lệchNLTD của

hợp chất chứa liên kết này và hợp chất sau khi

liên kết này bị cắt đứt.

Phản ứng

ATP + H2O  ADP + Pvc
ADP + H2O  AMP + Pvc

Kèm giảm NLTD 7,3 Kcal ở 25o_{C, pH=7} _ _Liên

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<b>LIÊN KẾT GIÀU NĂNG LƯỢNG</b>

Liên kết giàu năng lượng là liên kết có

lG₀’l > 7 Kcal/mol hoặc lG₀l > 5Kcal/mol

Biết rằng:

G₀’ = -nF E0’, ta có:

E₀’ = 7Kcal/2.23,06 = 0,152V

Vậy, ở giai đoạn nào E₀’ > 0,152V thì ở đó sẽ đủ

năng lượng tạo ra 1 phân tử ATPtừ ADP

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 33

<b>Các loại liên kết phosphate </b>

Liên kết nghèo năng

lượng

Liên kết giàu năng

lượng

Năng

lượng

giải

phóng



5 kcal/mol

Năng

lượng

giải

phóng



7 kcal/mol

Ký

hiệu

-

Ký hiệu:



Tương đối bền

Tương đối không bền.

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>LIÊN KẾT GIÀU NĂNG LƯỢNG</b>

Nếu tính E₀’ khi e- vận chuyển từ NADH,H+ _tới _O
2:

E₀’ = + 0,81- (- 0,32) = + 1,13 volt
lG₀’l = nFE₀’ = 2 x 23,06 x 1,13 = 52 Kcal

Tuy nhiên, năng lượng này khơng tích trữ trong một
lần mà theo từng giai đoạn kế tiếp nhau, giai đoạn

nào đủ tạo liên kết giàu năng lượng sẽ tạo ngay tại

thời điểm đó

VD:

NADFAD C₀Q  Cyt_b Cyt_c Cyt_(a+a3)  O₂

  

ATP ATP ATP

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 35

<b>CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG</b>

<b>Loại liên kết</b>

<b>1.Pyrophosphat</b>
<b>Phosphoanhydrid</b>

<b>P – O ~ P</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

<b>CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG</b>

2. Acyl phosphat

2. Acyl phosphat

R

R –

– C ~ P

C ~ P

llll

O

O

a. 1,3-diphosphoglyceric
Aminoacyl-AMP

R – C – CO ~ AMP
l

NH₂

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 37

<b>CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG</b>

3. Enol phosphat
R - C - O ~ P

ll
CH

l

PEP (phosphoenolpyruvat)
PEP (phosphoenolpyruvat)
COOH

COOH
ll

C

C -- O ~ PO ~ P
llll

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<b>4. Amidin</b>

<b>R – C – NH ~ P</b>
<b>ll</b>
<b>NH</b>
Arginin~P
Arginin~P
Creatin~P
Creatin~P
(Phosphagen)
(Phosphagen)

NH ~ P
NH ~ P

ll
HN = C
HN = C
ll
N

N -- CHCH₂₂-- COOHCOOH
ll

CH
CH₃₃

ThS. Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương –Chương 9 39

5.

5. Thioester
R

R -- C ~ SCC ~ SC₀₀AA
llll
O
O
COOH
l
CH2
l
CH₂
l

C ~ SCoA

ll

</div>

<!--links-->