Năng lượng sinh học và oxid hoá sinh học

CHƯƠNG I NĂNG LƯỢNG SINH HỌCVÀ 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 mononucleotide 2. OXID HOÁ SINH HỌC (CHUỖI HÔ HẤP MÔ BÀO) 2.1. Đại cương 2.2. Hệ thống enzyme oxidoreductase 2.3. Cơ chất của chuỗi hô hấp mô bào 2.4. Cơ chế phosphoryl oxid hoá * 1. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC(Biological Energy) * 1.1. ĐẠI CƯƠNG Sự sống = sinh trưởng và phát dục Sinh vật tự dưỡng (Autotropic organism) Sinh vật dị dưỡng (Heterotropic organism) Các dạng năng lượng: Nhiệt năng, điện năng, quang năng, hóa năng... Sự tiêu hóa - Sự hấp thu - Sự biến dưỡng * Amino acid Monosaccharide Glycerol + acid béo CO2 + H2O + Energy - Năng lượng sinh học là năng lượng của sự sống (Hoá năng) 1.2. ATP (Adenosine triphosphate) Liên kết phosphate cao năng = 7.6 Kcal * “ATP là chỉ tệ năng lượng của tế bào” CHU TRÌNH ADP/ATP * 1. Nhóm cho phosphate cao năng 1.1. Creatine phosphate 1.2. Phosphoryl oxid hóa ADP+Pi Creatine kinase Myosin ATPase * H2 H.H+ e- H2 2H+ 2H+ ADP+Pi ADP+Pi ATP ATP ATP 2H+ 2H+ 2Fe2+ 2Fe3+ 2Cu+ 2Cu2+ 2Fe2+ 2Fe3+ H2 2e- 2H+ ½ O2 H2O 2H+ +2e- SH2 : Sản phẩm của các quá trình biến dưỡng H2 : 2H+ . 2e- (cặp đương lượng khử) 1.3. Sản phẩm trung gian của đường phân EM 1,3 Diphosphoglycerate Phospho enol pyruvate ADP ATP ATP ADP 3 Phosphoglycerate H Pyruvate (Enol) Pyruvate (Keton) * 1.4. Sản phẩm trung gian của chu trình Krebs 2. Nhóm nhận phosphate cao năng Các tiến trình sinh học liên quan đến sự sống: - Dẫn truyền thần kinh - Sự co cơ - Sự kích hoạt cơ chất biến dưỡng SCoA CoASH Succinyl CoA Succinate * * * Năng lượng tự do chuẩn của một số hợp chất phosphate * 1.3. Sự trao đổi năng lượng giữa các mononucleotide * * 2. OXID HÓA SINH HỌC (Biological oxidation) - Sự oxid hoá (oxidation) - Sự khử (Reduction) e- Fe2+ Fe3+ Chất oxid hoá - bị khử (nhận e-) Chất khử - bị oxid hóa (cho e-) (1). Phản ứng oxid hoá khử : oxid hoá + khử (hoàn nguyên) 2.1. ĐẠI CƯƠNG * (2). Hô hấp mô bào Sự cháy ≠ Sự hô hấp ≠ Sự hô hấp mô bào Oxygen Sự cháy - phản ứng đốt cháy ngoài cơ thể Sự hô 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 * (3).Ty thể (mitochondria) * Các enzyme trong ty thể * (1). Giải phóng năng lượng tự do Oxid hoá (Oxidation) (2). Tổng hợp ATP Phosphoryl hoá (Phosphorylation) 2.2. NỘI DUNG, MỤC ĐÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM (1). Trong tế bào (in vivo) - Hệ thống enzyme xúc tác (2). Trao đổi cặp đương lượng khử (H+ và e-) Chuỗi hô hấp mô bào bao gồm các phản ứng oxid hoá khử liên tục trên các cơ chất (sản phẫm biến dưỡng trung gian - Chu trình Krebs và β oxid hoá acid béo) Nội dung Mục đích Đặc điểm * 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+ dehydrogenase FAD dehydrogenase Coenzyme Q Các enzyme chuỗi hô hấp NHI (Non heme iron) FeS Cytochrome * ĐIỆN THẾ OXID HOÁ KHỬ * * NAD+ dehydrogenase FAD dehydrogenase Coenzyme Q (Ubiquinone) * - Các enzyme trong chuỗi hô hấp mô bào liên kết phối hợp tạo thành 5 tổ hợp: Tổ hợp I (NADH.H+- coenzyme Q reductase) Tổ hợp II (Succinate - coenzyme Q reductase) Tổ hợp III (Coenzyme Q - cytochrome c reductase) Tổ hợp IV (Cytochrome c - cytochrome a3 oxidase) Tổ hợp V (ATP synthetase) Cytochrome * - FMN + 6 FeS - Chuyển e- từ NADH đến CoQ - Succinate dehydrogenase + 3FeS + cytohrome b560 - Chuyển e- từ succinate sang CoQ * - 2 cytochrome b + cytochrome c1 +FeS - Chuyển e- từ CoQ sang cyt c - 4 cytochrome c + cytochrome a + cytochrome a3 - Chuyển e- từ cyt c sang O2 -F0: Cống thông, hút proton H+ từ môi trường ngoài (khoảng không gian giữa hai màng) vào trong -F1: Enzyme xúc tác phản ứng tổng hợp ATP (phosphoryl hoá) * Phần khuôn Màng trong ty thể Khoảng không gian giữa 2 màng * * 2.4. CÁC CƠ CHẤT CỦA CHUỖI HÔ HẤP * 2.5. CƠ CHẾ KẾT HỢP PHOSPHORYL OXID HOÁ - Sự oxid hoá: Giải phóng năng lượng trong cơ chất (cặp đương lượng khử H+ và e-) - Sự phosphoryl hoá: Tổng hợp ATP (ADP + Pi ATP) Giả thuyết hoá học thẩm thấu (Mitchell, 1967) * * Các chất ức chế tiến trình phosphoryl oxid hoá 2, 4 dinitrophenol Dinitrocresol Pentadichlorophenol Dicoumarol Oxidation - Phosphorylation Oligomycin Ngăn cản H+ vận chuyển qua F1F0 ATP synthetase Atratyloside Phóng thích ATP *