View
109
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
CHUYỂN HÓA NĂNG LƢỢNG
1. Nêu được 2 yếu tố (bản chất của các chất tham gia
phản ứng và điều kiện khách quan cụ thể của phản
ứng) quyết định chiều của phản ứng thuận nghịch
2. Trình bày được những khái niệm, vai trò của phản
ứng oxy hóa khử, phản ứng phosphoryl-hóa, phản
ứng khử-phosphoryl, liên kết phosphat nghèo năng
lượng, liên kết phosphat giàu năng lượng.
3. Trình bày được quá trình diễn biến, một số chất ảnh
hường đến sự hô hấp tế bào.
4. Nêu rõ được 2 vai trò cơ bản của chu trình acid
citric trong chuyển hóa các chất trong tế bào.
MỤC TIÊU
1. ĐẠI CƢƠNG
Một số khái niệm về nhiệt động học
* HC bị đốt cháy giải phóng E, là NL toàn phần, gọi là
enthapy (H: heat)
* Năng lƣợng tƣ do (G): là phần E của chất đó có khả
năng chuyển thành công có ích.
* Entropy (S): p/a trạng thái nội tại của phân tử. H của 1
hệ thống tăng khi độ vô trật tự tăng. Ở đk tự nhiên,
S chỉ tăng.
* G liên hệ với H, S và nhiệt độ: G = H – TS, nghĩa là
NLTD của 1 chất tăng cùng với H và giảm khi S lớn
* Khi t và p không đổi, biến thiên E tự do và biến thiên
entropy đƣợc biểu thị:
G = H - TS (T: nhiệt độ tuyệt đối)
* Trong p/u Hóa sinh, H xấp xỉ bằng E, biến thiên E
nội tại của phản ứng, nên:
G = E - TS
- Nếu G âm, phản ứng phát năng (mất NLTD),
p/u xảy ra tự phát. Nếu G lớn thì phản ứng chỉ
x/ra theo chiều thuận.
- Nếu G dƣơng, phản ứng thu năng, không xảy ra
1 cách biệt lập, tự phát.
- G = 0, phản ứng không thu, không phát năng
- Đối với các phản ứng sinh hóa thuận nghịch, khi G
= 0, hai phản ứng thuận nghịch đạt trạng thái cân
bằng động: aA + bB cC + dD
- Tại trạng thái cân bằng động
G0 : biến thiên E tự do chuẩn, xđ ở t = 25oC, pH = 0,
nồng độ chất th.gia p.u và sp tạo thành bằng 1 mol.
R: hằng số lý tƣởng bằng 1,98.10-3 Kcal/mol. độ
Keq =
Biểu thức trên cho ta thấy BTNLTD của một p/ứ phụ
thuộc vào G0 tức bản chất của phản ứng và tỷ lệ nồng
độ các chất tham gia p/u.
G = G0 + RTlnK’eq = 0
G0 = - RTlnK’eq
Đối với phản ứng:
[ ][ ]ln
[ ][ ]
o C DG G RT
A B
A+B C+D
Go : biến thiên năng lƣợng tự do chuẩn, t = 25o
nồng độ all các chất tham gia phản ứng = 1 mol.
R: hằng số lý tƣởng = 1,98.10-3 Kcal/mol. độ
- Đối với các phản ứng sinh học, biến thiên E
tự do chuẩn sẽ được đo ở pH = 7, t = 25oC và
được ký hiệu là G0’ , khi đó, có biểu thức:
G' = Gº' + RT ln
[C] [D]
[A] [B]
Hằng số cân bằng
Tại trạng thái cân bằng DG° = 0, nên:
'
' ' ln
' ln
'ln
o
o
eq
o
eq
o
eq
G
RTeq
G G RT K
G RT K
GK
RT
K e
Keq =
Keq của phản ứng:
2 A + 3 B C + 2 D
Keq = [C] [D]2
[A]2 [B]3
Ví dụ: xác định Gº' của phản ứng:
DHAP Glyceraldehyde-3-phosphate
Ở trạng thái cân bằng:
[G-3-P]/[DHAP] = 0.0475.
Gº' = -RT ln(0.0475)
= -1.98 x 10-3 kcal/(mol-deg) x 298 x (-
3.047)
= + 1.8 kcal/mol
G0’ = - RT lnKeq
2. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ
2.1 Định nghĩa
][
][
0 lnkh
oxh
nFRTEE
Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh)
TD: Fe+3/Fe+2, R-COOH/R-CHO
Ferri Fero
2.2 Thế năng oxy hóa khử
Eo là E khi: ][][ khoxh
Chất khử Chất oxy hóa + n e-
Phản ứng oxy hóa
Phản ứng oxy hóa
* Chiều vận chuyển của điện tử e-:
Xét 2 hệ thống oxhkh:
A/AH2 và B/BH2
Nếu EA < EB thì:
e- sẽ di chuyển từ hệ thống A qua B (từ chất khử AH2 qua
chất oxy hóa B) nghĩa là:
AH2 + B BH2 + A
Cặp oxh-kh E0 = volt
2H+/H2
FAD/FADH
NAD+/NADH,H+
FAD/FADH2
Fumarat/succinat
Cytb Fe+3/Cytb Fe+2
Cytc Fe+3/Cytc Fe+2
½ O2/O-2
-0.42
-0.36
-0.32
-0.06
-0.03
+0.03
+0.25
+0.82
Nếu vì lý do nào đó BH2 bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng thái
cân bằng hoặc thậm chí theo chiều nghịch. TD: xét 2 hệ thống:
NAD+/NADH,H+ và FAD/FADH2
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-
Hoặc
*Liên hệ giữa ∆G0’ và ∆E0’
'
0
'
0 EnFG
Trong phản ứng oxh-kh,e- vận
chuyển với ∆E > 0 do đó ∆G
< 0 (tỏa Q). Năng lượng đó
sẽ được tích trữ lại trong các
liên kết giàu năng lượng (~)
nhờ các phản ứng phosphoryl
hóa, F = 23 Kcal/V
Ose, AB, CTAC…2H NASD,
FAD… O2 H20
3. PHẢN ỨNG PHOSPHORYL HÓA
3.1 Định nghĩa
R-H + HO-PO3H2 R-P + H2O
Phosphorylase
G>0 (thu Q)
Phản ứng ngược lại: phản ứng khử phosphoryl
R-P + H2O R-H + H3PO4
Phosphatase
ATP
G G - 6P
ADP
Hexokinase
Glucokinase
3.2. Liên kết phosphat nghèo năng lƣợng
(ký hiệu: -)
Khi thủy phân cắt đứt liên kết này, chỉ có từ
1000-5000 calo đƣợc giải phóng (lG0’l < 5
Kcal/mol )
- Vd: Liên kết este phosphat:
H2O
R OH + HO PO3H
2 R O PO
3H
2
(R O P )
CHO
CHOH
CH2 O P
3.3 Liên kết giàu năng lƣợng
lG0’l > 7 Kcal/mol hoặc lG0l > 5Kcal/mol Biết rằng:
G0’ = -nF E0’, ta có:
= 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 ATP từ ADP.
* Nếu tính E0’ khi e- vận chuyển từ NADH,H+ tới O2, ta có:
E0’ = + 0,81- (- 0,32)
= + 1,13volt
lG0’l = nFE0’
= 2 x 23,06 x 1,13
= 52 Kcal
Tuy nhiên năng lượng này không tích trữ trong một lần một 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.
TD:
NAD FAD C0Q Cytb Cytc Cyt(a+a3) O
ATP ATP ATP
CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG
1. Loại liên kết
Pyrophosphat
Phosphoanhydric
P – O ~ P
Chất
NTP
ATP,GTP,UTP,…
CTP…
NDP
ADP,GDP,CDP,…
VDP…
2. Acyl phosphat
R – C ~ P
ll
O
a.1,3 DPglyceric
Aminoacyl-AMP
R – C – CO ~ AMP
l
NH2
3. Enol phosphat
R - C - O ~ P
ll
CH
l
PEP
COOH
l
C - O ~ P
ll
CH2
4. Amidin
R – C – NH ~ P
ll
NH
Arginin~P
Créatin~P
(phosphagène)
NH ~ P
l
HN = C
l
N - CH2 - COOH
l
CH3
P
5. Thioester
R - C ~ SC0A
ll
O
COOH
l
CH2
l
CH2
l
C ~ SCoA
ll
O
Succinyl CoA
*Vai trò của phosphoryl hóa và khử phosphoryl 1. Tích trữ năng lượng ADP + Pvc ATP Q (từ quang hợp hoặc các phản ứng oxhkh) Ở mô: Creatin Creatin ~ P ATP ADP 2. Hoạt hoá các chất ATP G G - 6P AB Acyl ~ AMP AcylCoA ATP HSCoA AA Acyl ~ AMP AA-ARNt protein ATP 3. Vận chuyển năng lượng ATP + H2O ADP + Pvc Q (t0, công dùng trực tiếp cho hoạt động cơ thể)
Go < 0
Tỏa Q
Quang hợp
Oxh G
AB
AA
CTAC
Vận chuyển e-
(CHHTB)
Go > 0
Thu Q
STH đpt
Hoạt hóa hấp thu tích cực luồng thần kinh điện năng
ATP
ADP
Q Q
4. CHUỖI HÔ HẤP TẾ BÀO
4.1 Bản chất của sự hô hấp tế bào
- ”đốt cháy” các chất hữu cơ trong cơ thể.
- Sự oxh-kh xảy ra trong tế bào.
- Oxy hóa sinh học.
*Đặc điểm:
-Sản phẩm cuối cùng và Q tỏa ra:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 686 kcal
- điều kiện: t0 = 370C, P = 1atm
- cách xảy ra:
+ Oxy không trực tiếp tác dụng với C,H để tạo ra CO2 và H2O
+ Năng lượng được giải phóng dần, từ từ, theo từng giai đoạn.
CO2 được tạo thành từ phản ứng khử nhóm carboxyl (-COOH) từ các acid trung gian được tạo thành
R - COOH R-H + CO2
Decarboxylase
Sự tạo thành H2O (sản phẩm của CHHTB)
Xảy ra ở màng trong của ty thể
Tổng quát
SH2 S (Substrat)
2H 2H+
2e- H2O
½ O2 O-2
2H -2e- 2H+
H2O
½ O2 +2e- O-2
4.2 Chuỗi hô hấp tế bào
a) Các yếu tố tham gia
- SH2 (cơ chất có chứa nguyên tố Hydro)
- DH có NAD+
- FP (FMN, FAD)
- Cytocrom
- Oxy
O
O
R2
R3
R4
R1
OH
OH
R2
R3
R4
R1
2H R1,2: - O - CH3
R3 : - CH3
R4 : (- CH2 – CH = C - CH2)n - H
l
CH3
Isopren dài tuỳ loài, ở động vật có vú n = 10 nên có tên gọi là CoQ10(Q10)
- Các cytocrom (vận chuyển e-) là những protoporphyrin có chứa Fe+2/Fe+3 (Cyt b,c)
hoặc Cu+1/Cu+2 (a3)
Cyt (a+a3) = Cyt oxydase
b) Sơ đồ CHHTB SH2 S
E0’=?
NAD+ NADH,H+
1ATP ( E0’>0.15 Volt)
FADH2 FAD
( E0’<0.15 Volt)
Q10 QH2
2H+
2e-
2Fe+2 (2Cytb) 2Fe+3
1ATP
2Fe+3 (2Cytc) 2Fe+2
2Fe+2 (2Cyt(a+a3) 2Fe+3
2Cu+1 2Cu+2
1ATP
1/2O2 O-2
H2 O
Chapter 5
. Chỉ số phosphoryl hóa
P/O = 1,2,3 (<4)
Trung bình bằng 3!
. Sự phá ghép (làm giảm chỉ số P/O)
SH2 ½O2
Thyroxin,2,4DNP v.v…
ATP (Không tạo ra được)
Chú ý:
*Thyroxin,2,4DNP không ảnh hưởng đến
Creatin P Creatin
ADP ATP
Mô mỡ sẫm –AB>>> phá ghép tăng tạo nhiệt
* Sự giải phóng AB chịu ảnh hưởng điều hòa của Nor-adrenalin, vậy sự phá ghép chịu sự điều hòa của Nor-adrenalin.
Pyruvat Succinat AcylCoA LCG Malonat (FP) FP2 FP3 Isocitrat Malat NAD FP1 CoQ Glutamat ADP+P ATP Amytal Rotenon OH acylCoA CO Antimycine CN CN-
Cytb Cytc Cyta+a3 1/2O2
ADP+P ATP ADP+P ATP
Chất ức chế chuỗi HHTB
Sản phẩm của CHHTB 1) H20: do 2H+ + 1O-2 H2O 1 nguyên tử oxy nhận 2e-
2) H2O2: do 2 loại enzym: a) Aminoxydase Flavin H2 O2
FMN Flavin H2O2
Cơ chế: một phân tử oxy nhận 2e-
2O + 2e- 2O-1
H2O2
2H - 2e- 2H+
H2 + O2 H2O2
b) Superoxyd-dismutase (trong chuyển hóa Acid nucleic-xanthin oxydase-khử H từ xanthin) Hai phân tử oxy (O2) nhận 2e-
2H - 2e- 2H+
O2 + 1e- O20-
2O2 + 2e- 2O20-
2H+ + 2O20- H2O2 + O2
Một số hệ thống oxh-khử đặc biệt a) Glutathion
Tripeptid (Glu-Cyst-Gly)
G-SH
2H
G - SH G - S
l
G - SH G - S
Có nhiệm vụ bảo vệ 1 số enzym (có chứa nhóm –SH) khỏi tác động oxh.
b) Vit C (a.L.Ascorbic) CH2OH
l
H - C – OH
l
C – H
l
0 C – OH
l
C – OH
l
C = O
CH2OH
l
H - C - OH
l
C – H
l
0 C = O
l
C = O
l
C = O
Dạng khử
Dạng oxh
- 2H
+ 2H
Dạng khử
Dạng oxh
KẾT LUẬN
Thực chất, chuỗi hô hấp tế bào là quá
trình oxy hóa khử xảy ra trong điều kiện
sinh học, năng lượng (Q) được giải phóng
từ từ và được tích trữ trong các liên kết
giàu năng lượng (~) nhờ phản ứng
phosphoryl hóa (thu năng lượng) ADP
thành ATP.
5. Chu trình Krebs
5.1 Đại cương: CT Tricarboxylic, CT Citric
Quá trình “đốt cháy” oxh mạch 2C (Act~SCoA) giải phóng 2pt
CO2, 4 cặp nguyên tử H (tạo thành H2O) và năng lượng.
Krebs Cycle
Figure 24.7
Phân tích các giai đoạn
Gđ1: C2 + C4 C6
ActCoA + O.A + H2O Citrat HSCoA
4COOH
l
3C = O
l
2CH2
l
1COOH
SCoA
6C=O
l
5CH3
HSCoA
H2O
5C - 6COOH
l
HO - 3C - 4COOH
l
2C - 1COOH
Citrat Synthetase
Citric
+
Gđ 2: Đồng phân hóa acid citric, tạo phân tử bất đối xứng
a.Isocitric.
2C - 1COOH
l
HO - 3C -4COOH
l
5C- 6COOH
2C - 1COOH
ll
3C -4COOH
l
5C- 6COOH
H2O HO - 2C - 1COOH
l
3C -4COOH
l
5C- 6COOH
H2O
Cis-aconitrat
aconitase
Gđ 3: Khử CO2-oxh Isocitrat CG
H
HO - 2C - 1COOH
l
3C -4COOH
l
5C- 6COOH
O = 2C - 1COOH
ll
3C -4COOH
l
5C- 6COOH
Oxalo succinat
NADH,H+
3’
32
1COOH
l
2C = O
l
3C
l
5C
l
6COOH CO2
(4)
Isocitrat DH
Gđ 4: Khử CO2-oxh Isocitrat CG
O = 2C ~ SCoA
l
3C
l
5C
l
6COOH
1COOH
l
2C = O
l
3C
l
5C
l
6COOH
TPP
a.L
HSCoA
FAD
NAD+
CO2
Phức hợp enzym CG DH.
1) deCO2-lase (TPP-(B1))
2) DH
3) oxydase
a.lipoic
HSCoA
FAD
NAD+
CHO + CO2
l
CH2
l
CH2
l
COOH
CO-COOH
l
CH2
l
CH2
l
COOH
TPP
HS S
l
CO
l
CH2
l
CH2
l
COOH
CoA
l
S
l
CO
l
CH2
l
CH2
l
COOH
TPP HSCoA
S S HS SH
2FADH 2FAD
NAD+ NADH,H+
NH2
N CH3
CH2-+N N
CH3 CH2 - CH2 - CH2 – O - P ~ P l l C = C l C - S l H
R1-+N
CH3 R2
l l C = C l C - S l CH3-C-COOH l OH
CH3-C-COOH ll O
R1-+N
CH3 R2
l l C = C l C - S l CH3-CH l OH
TPP
CO2
HS-CH2
l
CH2
l
HS -CH
l
(CH2)4
l
COOH
CoenzymA-S-C-CH3
ll
O
CoenzymA-SH
CH3 - C – S - CH2
ll l
O CH2
l
HS -CH
l
(CH2)4
l
COOH
S - CH2
l
CH2
l
S - CH
l
(CH2)4
l
COOH
NADHH+
NAD+
2FAD
2FADH
R1 R2
Gđ 5
Giải phóng HSCoA tích trữ năng lượng trực tiếp vào GTP
O= C~SCoA
l
CH2
l
CH2
l
COOH
O = C- OH
l
CH2
l
CH2
l
COOH Pvc GTP
GDP
ATP
ADP
Gđ 6: Oxh succinat tạo Fumarat
COOH
l
CH2
l
CH2
l
COOH
COOH
l
C
ll
CH2
l
COOH
FAD FADH2
Suc.DH
Gđ 7: COOH
l
C
ll
C
l
COOH
COOH
l
HCOH
l
C
l
COOH Fumarase
Malat
H2O
Gđ 8: Oxh Malat tạo OA
ActCoA + 3NAD+ + 1FAD + 2H2O + Pvc 2CO2 + HSCoA +
3,4,8 6 1,7 5 3,4 5
1GTP + 3NADHH+ + 1FADH2
5 3,4,8
6
COOH
l
HCOH
l
CH2
l
COOH
COOH
l
C = O
l
CH2
l
COOH
NAD+ NADH,H+
Phản ứng tổng quát
O.A
gđ 1
ActCoA
Năng lượng tích trữ được.
3NADHH+ 9ATP
1FADH2 2ATP
1GTP 1ATP
12 ATP
Vị trí, vai trò của K
- Là giai đoạn 3, giai đoạn thóai hóa cuối cùng chung của các
chất
- Ý nghĩa năng lượng
- Ý nghĩa tổng hợp
Hem
Thể ceton
NH2
ASP
glu
SucCoA NH2
OA
G
Tân tạo glucid
Asp HSCoA
glu Suc.CoA
Thể ceton Tổng hợp Hem
OA
ActCoA
CG
Recommended