NĂNG LƯỢNG SINH học và OXID HOÁ SINH học (SINH hóa THÚ y SLIDE)

CHƯƠNG I

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
VÀ OXID HOÁ SINH HỌC


1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
1.1. Đại cương
1.2. ATP: Công thức và vai trò sinh học
1.3. Sự trao đổi năng lượng sinh học của các phân tử
mononucleotide
2. OXID HOÁ SINH HỌC (CHUỖI HÔ HẤP MÔ BÀO)
2.1. Đại cương
2.2. Hệ thống enzyme của chuỗi hô hấp (Oxidoreductase)
2.3. Các cơ chất của chuỗi hô hấp mô bào
2.4. Cơ chế kết hợp phosphoryl oxid hoá

2


1. NĂNG
NĂNG LƯỢNG
LƯỢNG SINH
SINH
1.
HỌC
HỌC
(Biological Energy)
Energy)
(Biological

3


1.1. ĐẠI CƯƠNG
(1). Sự sống: Sự sinh trưởng + Sự phát dục
(2). Năng lượng cần thiết cho quá trình biểu thị và duy trì
sự sống của các lồi sinh vật
(3) Các dạng năng lượng trong tự nhiên: Quang năng, điện
năng, nhiệt năng, hóa năng...
(4). Sinh vật (Organism)
SINH VẬT TỰ DƯỠNG
(Autotropic Organisms)

SỬ DỤNG TRỰC TIẾP
NGUỒN DƯỠNG CHẤT, NĂNG LƯỢNG
CÓ SẲN TRONG TỰ NHIÊN,

SINH VẬT DỊ DƯỠNG
(Heterotropic Organisms)

KHÔNG SỬ DỤNG
NGUỒN DƯỠNG CHẤT, NĂNG LƯỢNG
CÓ SẲN TRONG TỰ NHIÊN
4


(5).Thành phần dưỡng chất (Thực phẩm)
• Glucide (Polysaccharide)
• Lipid (Triacyl glycerol)
• Protein...

(1).Sự tiêu hóa (Digestion)-Cơ quan tiêu hóa
• Glucide (Polysaccharide)
Monosaccharide
• Lipid (Triacyl glycerol)
Glycerol + Acid béo
• Protein
Amino acid
(2).Sự hấp thu (Absorption)
Lớp niêm mạc ṛt non
Hệ thống mạch máu
• Monosaccharide
Monosaccharide
• Glycerol + Acid béo
Glycerol + Acid béo
• Amino acid
Amino acid
(3).Sự biến dưỡng (Metabolism)-Mô bào
5


SỰ ĐỒNG HOÁ
(Anabolism)

(Amino acid)n
(Monosaccharide)n
Glycerol + acid béo

Protein
Polysaccharide
Triacylglycerol

BIẾN DƯỠNG
(Metabolism)
PHÂN GIẢI (Analysis)

SỰ DỊ HỐ
(Catabolism)

Protein
Polysaccharide
Triacylglycerol

Amino acids
Monosaccharides
Glycerol + acid béo

OXID HĨA (Oxidation)

Amino acids
Monosaccharides
Glycerol + acid béo

O2

CO2
+ H2O
+ Energy

ATP
6

- Năng lượng sinh học là năng lượng của sự sống
(Dạng hoá năng-liên kết hóa học)
1.2. ATP (Adenosine triphosphate)

Liên kết phosphate cao năng P = 7.6 Kcal
7


CHU TRÌNH ADP/ATP
“ATP là tiền (năng lượng) lẻ dễ tiêu, là cơng cụ truyền tải
năng lượng từ các tiến trình cung cấp năng lượng đến các
tiến trình sử dụng năng lượng
ATP là chỉ tệ năng
lượng của tế bào”

8


1. Nhóm cho phosphate cao năng
1.1. Creatine phosphate
ADP

Creatine



P

Myosin  P

ADP

Creatine kinase
Creatine

ATP
NH2
C=NH
NH
(CH2)3
H2N-CH-COOH
Arginine

COOH
CH2
NH2
Glycine

Myosin ATPase

NH2
(CH2)3

1. AGAT THẬN
(Arginine-Glycine amidino transferrase

H2N-CH-COOH

2. GAMT GAN
(Guanidinoacetate methyl transferrase

Ornithine

1

Myosin

ATP

COOH
CH2
NH
C=NH
NH2

Adenosyl methionine

Guanidinoacetic Acid

2

COOH
CH2
N – CH3
C=NH
NH2
Creatine

9


1.2. Phosphoryl oxid hóa-Oxid hóa sinh học-Ch̃i hơ hấp mơ bào
• Phosphoryl oxid hóa - Ch̃i phản ứng oxid hóa khử các
cơ chất biến dưỡng - HT enzyme oxidoreductase - 5 tổ hợp
• SH2 là sản phẩm biến dưỡng trung gian, mang H2 giàu
2H+ + 2enăng lượng.H2

S
S H2

NAD+

ATP

ATP

ATP

2H+

2H+

2H+

CoQ

FAD

FAD H2

NADH.H+
NAD

e-

CoQ H2

2H++2e-

ADP+Pi

2Fe3+

2Fe3+

2Cu2+

Cyt b, c1, c

Cyt a

Cyt a3

2Fe2+

2Fe2+

2Cu+

+2e-

½ O2

H2O

2H+ +2e2H+

2H+

ADP+Pi

ADP+Pi

2H+
10


1.3. Sản phẩm trung gian của đường phân EM

O
C-O  P
H-C- OH
H2C-O  P

ADP

ATP

Phosphoglycerate
kinase

1,3 Diphosphoglycerate

O
C-OH
C-O  P
CH2

ADP

ATP

Pyruvate kinase

Phospho enol pyruvate

O
C-OH
H-C- OH
H2C-O  P
3 Phosphoglycerate

O
C-OH
C-OH
CH2

O

C-OH
C=O
CH3

Pyruvate (Enol)

Pyruvate (Keton)
11


1.4. Sản phẩm trung gian của chu trình Krebs
CH2-COOH
CH2-C SCoA
O
Succinyl CoA

H2O

GDP+Pi

CoASH

CH2-COOH
CH2-C-OH
O
Succinate

GTP

SuccinylCoA Synthetase

2. Nhóm nhận phosphate cao năng
Các tiến trình sinh học xảy ra trong mơ bào đợng vật, có liên
quan đến sự sống:
- Sự dẫn truyền thần kinh
- Sự co cơ
- Sự kích hoạt các cơ chất biến dưỡng
- ......
12


- Sự dẫn truyền thần kinh

13


- Sự co cơ

14


- Sự kích hoạt các cơ chất biến dưỡng
ATP

CH2O H

ADP

CH2O P

Hexokinase
GLUCOSE
Fatty acid

GLUCOSE-6-P

O
R-CH2-CH2-CH2-CH2- C -OH
2ATP

AcylCoA

CoASH

Thiokinase
H2O
2ADP+PPi
O
R-CH2-CH2-CH2-CH2- C SCoA
15


Năng lượng tự do chuẩn của một số hợp chất phosphate
Hợp chất phosphate
Phospho enol pyruvate
Carbamoyl phosphate
1,3 diphosphoglycerate
Nhóm cho ~ P
Creatine phosphate
Acetyl CoA

Arginine phosphate
ATP
Glucose 1 phosphate
Fructose 6 phosphate
Nhóm nhận ~ P
Glucose 6 phosphate
Glycerol 3 phosphate

Kcalo/mol
14.0
12.3
11.8
10.3
10.1
8.00
7.30
5.00
3.00
3.30
2.20
16


1.3. Sự trao đổi năng lượng sinh học của các phân tử
mononucleotide

17


2. OXID

OXID HÓA
HÓA SINH
SINH HỌC
HỌC
2.
(Biological oxidation)
oxidation)
(Biological

18


2.1. ĐẠI CƯƠNG
(1). Phản ứng oxid hoá khử : oxid hoá + khử (hoàn nguyên)
- Sự oxid hoá (oxidation) - Sự khử (Reduction)
eFe2+

Fe3+

Chất oxid hoá - bị khử (nhận e-)
Chất khử - bị oxid hóa (cho e-)

19


(2). Hô hấp mô bào
 Sự cháy ≠ Sự hô hấp ≠ Sự hô hấp mô bào
Oxygen
 Sự cháy - phản ứng đốt cháy ngồi cơ thể
 Sự hơ hấp - cơ quan hô hấp - trao đổi O2 và CO2

 Sự hô hấp mô bào - tế bào (ty thể) - oxid hoá sinh học
năng lượng sinh học (phosphoryl oxid hoá)
+ O2
C6H12O6
6 CO2 + 6 H2O + 686 Kcalo
Nhiệt năng
20


(3).Ty thể (Mitochondria)

“Ty thể là nhà máy phát điện của tế bào”
21


Các enzyme trong ty thể
Màng ngoài

Acyl CoA transferase+carnithine

Acyl CoA synthetase

Hệ thống enzyme nối dài chuỗi acid béo

Hệ thống enzyme nối dài chuỗi acid béo

Acyl CoA dehydrogenase

Enzyme chuyển hoá lipid và phospholipid

Phần khuông

Amino acid oxidase

Citrate synthetase

NAD-dehydrogenase

Isocitrate dehydrogenase

Phần không gian giữa 2 màng

Fumarate dehydrogenase

Adenylate cyclase

Aconitate hydrolase

ADP/ATP-ase

Malate dehydrogenase
Màng trong

Hệ thống enzyme chuỗi hô hấp

Enzyme β oxid hoá acid béo
Hệ thống enzyme tổng hợp protein

22

2.2. NỘI DUNG, MỤC ĐÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM
Nợi dung
Ch̃i hơ hấp mô bào bao gồm các phản ứng oxid hoá
khử, xảy ra liên tục trên các cơ chất (sản phẩm của
Chu trình Krebs và β oxid hoá acid béo)
Mục đích
(1). Giải phóng năng lượng tự do
Oxid hoá (Oxidation)
(2). Tổng hợp ATP
Phosphoryl hoá (Phosphorylation)
Đặc điểm
(1). Xảy ra trong tế bào (in vivo) với hệ thống enzyme
Oxidoreductase xúc tác
(2). Sự trao đổi cặp đương lượng khử 2(H+ và e-)
23


2.3. HỆ THỐNG ENZYME CHUỖI HÔ HẤP
- Hệ thống enzyme chuỗi hô hấp thuộc lớp Oxidoreductase
định vị ở lớp màng trong ty thể
- Vai trò: chuyển vận cặp đương lượng khử (proton pump)
- Tổ chức: hệ thống enzyme CHH với các coenzyme tổ
chức thành từng tổ hợp và sắp xếp theo thứ tự tăng dần
điện thế oxid hoá khử, bắt đầu NAD+ dehydrogenase có
điện thế âm và cuối cùng là cytochrome oxidase có điện
thế dương.
NAD+
FAD
CoQ

Cyt b, c1, c, a và a3
O2
- Các enzyme chuỗi hô hấp
NAD+ dehydrogenase
FAD dehydrogenase
Coenzyme Q

NHI (Non heme iron) FeS
Cytochrome
24


ĐIỆN THẾ OXID HOÁ KHỬ
25