Năng lượng sinh học và sự phosphoryl- Oxy hoá

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ SỰ PHOSPHORYL- OXY HOÁ ®èi t­îng: sinh viªn Y2 Mục tiêu Sau giờ học, sinh viên có thể mô tả đầy đủ: Sự hô hấp tế bào: bản chất, các thành phần tham gia, sơ đồ chuỗi, sự sử dụng năng lượng, vai trò của ATP 2. Sự phosphoryl oxy hoá 3. Sự phosphoryl hoá và các liên kết giàu năng lượng 4. Chu trình Krebs Sự hô hấp tế bào Bản chất sự hô hấp tế bào Tạo thành CO2: R-COOH decarboxylase RH + CO2 Tạo H2O: nhờ 1dây truyền các phản ứng: tách điện tử khỏi cơ chất dưới dạng nguyên tử Hydro và vận chuyển qua 1 chuỗi dài các chất trung gian tới oxy gọi là chuỗi hô hấp tế bào. Cả hydro và oxy được hoạt hoá thành H+ và O--, tạo thàh H2O. Qua trình này tạo nhiều năng lượng. Các phức hợp và nhóm vận chuyển điện tử Pyrimidin Nucleotid: các dehydrogenase có gắn với NAD+ Flavin Nucleotid: FAD & FMN Trung tâm Fe-S Ubiquinon: Coenzym Q Cytocrom: b, c1, c, a, a3 Phức hợp I: NADH dehydrogenase Phức hợp II: succinat dehydrogenase Phức hợp III: Ubiquinon-cytocrom c oxydoreducrase Phức hợp IV: cytocrom c oxydase I FMN Fe-S III Cyt b562 Cyt b566 Cyt c1 Fe-S IV Cyt a Cyt a3 Cu++ II FAD Fe-S NADHH+ NAD 2e Coenzyme Q Cytocrom c ADP + Pi ATP Succinate FADH2 2e FAD ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP O-- + 2H+ H2O 2e Chuỗi hô hấp tế bào Sự sử dụng năng lượng của chuỗi hô hấp tế bào Năng lượng được tích trữ nhờ quá trình phosphoryl hoá dưới tác dụng của hệ thống enzyme ở màng trong ty thể để tạo thành ATP ADP + Pi ATP ATP synthetase hay ATPase gồm 2 mảnh: Fo gắn vào màng trong ty thể F1:9 chuỗi pp chia làm 5 nhóm:,,,, Thuyết thẩm thấu hóa học: chuỗi vận chuyển điện tử như 1 cái bơm H+, đẩy H+ từ matrix ra mặt ngoài, làm mặt ngoài (+). Cứ 3H+ quay trở lại theo hướng gradient điện thế qua FoF1ATPase tạo ra ATP với năng lượng tự do giải phóng khi H+ vào vùng trong có nồng độ H+ thấp ATP synthetase Vai trò của ATP Dùng để tổng hợp các đại phân tử Co cơ Vận chuyển tích cực qua màng Toả nhiệt Đóng vai trò chất trung gian trong phản ứng vận chuyển phosphate- vận chuyển năng lượng trong tế bào: X~P + ADP X + ATP ATP + Y ADP + Y~P Vận chuyển phosphate tới phân tử chất nhận, tạo hợp chất nghèo năng lượng ATP + Glucose ADP + G 6 P Hexokinase Kinase Kinase Sự phosphoryl oxy hoá Sự phosphoryl hoá: Là sự gắn gốc phosphat vào 1 chất hữu cơ nhờ phosphorylase (nếu gắn từ gốc phospho vô cơ) hoặc kinase (từ gốc phospho hữu cơ) Là sự oxy hoá hợp chất hữu cơ, giải phóng 1 lượng lớn năng lượng. Năng lượng này sẽ cung cấp cho phản ứng phosphoryl hoá, tạo hợp chất giàu năng lượng, chủ yếu là ATP Ví dụ về sự phosphoryl oxy hoá ATP: Adrenosin triphosphate NH2 C N N CH N N O-P-O-P-O-P-O-CH2 O O O O O O O ATP ADP + H3PO4 Năng lượng thuỷ phân: -12,4 kcal/mol Tổng hợp: 12,4 kcal/mol Các liên kết phosphate giàu năng lượng Căn cứ vào mức năng lượng tự do được giải phóng từ quá trình thuỷ phân liên kết mà chia thành liên kết giàu năng lượng: 5.000-15.000 cal/mol Anhydrid phosphoric: (ATP): Adrenin-Ribose-P~ P~P Acyl phosphate: R-COO ~P: 1-3 diphospho glyceric 3. Amin phosphate: R-NH ~P: P ~NH – CH – N - CH2 - COOH creatin phosphate NH2 CH3 4. Enol phosphate: R-CO~P: phosphoenol pyruvat COO ~ P CHOH CH2- P COOH C-O ~P CH2 O=C-COO- CH2-COO- CH2-COO- OH- C – COO- CH2-COO- CH2-COO- C - COO- CH-COO- CH2-COO- CH - COO- OH- CH - COO- CH2-COO- CH2 O C-COO- CH2-COO- CH2 O C-SCoA CH2 -COO- CH2 - COO- CH -COO- CH - COO- CH2 –COO- HO-CH – COO- CH3-CO-SCoA HSCoA H2O CO2 HSCoA CO2 H2O NAD NADH2 NAD NADH2 GDP+Pi GTP FAD FADH2 NAD NADH2 Citrat Cis aconitat Izo citrat  cetoglutarat Succinyl CoA succinat fumarat Ma lat Oxalo acetat Citrat syn. Aconitase Aconitase Izocitrat dehydrogenase.  ceto. Dehyd. Succinyl CoA syn. Succinzt dehyd. Fumarase Malat dehyd. Chu trình Krebs 1 2 3 4 5 6 7 8 Bản chất chu trình krebs (Citric) Là quá trình các phản ứng oxy hoá-khử nhưng không có mặt oxy nguyên tử, mà là quá trình vận chuyển từ các chất mang hydro nhờ các coenzym oxy hoá-khử, đưa vào đốt cháy trong chuỗi hô hấp tế bào. Nguyên liệu: Acetyl Coenzym A Enzyme oxyhoá- khử 2 phân tử nước 1 phân tử P 1 phức hợp multienzyme GDP, HSCoA Kết quả: 2 phân tử CO2 Năng lượng: 3 NAD NADH2 vào chuỗi hô hấp tế bào: 9 ATP 1FAD FADH2 2 ATP 1GDP GTP 1 ATP Ý nghĩa: Là giai đoạn cuối cùng chung cho các chất: G, L, P Xảy ra trong điều kiện hiếu khí, có hiệu ứng cao về mặt năng lượng. Cung cấp năng lượng dưới dạng ATPcho các phản ứng tổng hợp và các quá trình sinh học. Cung cấp các sản phẩm trung gian : oxaloacetat,  cetoglutarat, succinyl CoA, fumarat- các cầu nối trung gian giữa chu trình Citric và các chuyển hoá khác 12 ATP C©u hái l­îng gi¸ ®Þnh nghÜa chuçi hô hấp tế bào, các thành phần tham gia, VÏ sơ đồ chuỗi hô hấp tế bào, sự sử dụng năng lượng, vai trò của ATP ®Þnh nghÜa sự phosphoryl oxy hoá và các liên kết giàu năng lượng 4. VÏ s¬ ®å chu trình Krebs, tÝnh năng lượng