Cấu trúc và chức năng của ty thể

QUÁ TRÌNH OXY HÓA
SINH HỌC
Giáo viên hướng dẫn : TS Võ Văn Toàn
Sinh viên thực hiện :
1/ Nguyễn Thành Luân
2/ Võ Thị Thu Ngọc
3/ Nguyễn Thị Ánh Nguyêt
4/ Trịnh Thị Hoàng Oanh
5/ Phan Hồng Phước
6/ Trần Thị Diễm Phương
Nhóm 4 – sinh viên lớp SP Sinh K30A1
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
I. GIỚI THIỆU CHUNG
II. CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA TRONG CƠ THỂ SỐNG
1. Quá trình oxy hóa sinh học giải phóng năng lượng:
2. Quá trình oxy hóa sinh học tích lũy năng lượng:
3. Các quá trình khác
III. PHÁT QUANG SINH HỌC
1. Khái niệm oxy hóa sinh học:
2. Bản chất của quá trình oxy hóa:
3. Thế oxy hóa khử:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Năm 1774, Lavoisier đã nghiên cứu và kết luận sự đốt cháy hay oxi hóa sinh học đều là quá trình gắn oxy của không khí với cacbon và hidro của chất hữu cơ để tạo thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng năng lượng.
Trong tế bào, sự oxy hóa các chất hữu cơ diễn ra từ từ từng bước, thông qua một chuỗi phản ứng hóa học phức tạp dưới tác dụng của nhiều hệ enzim, giải phóng ra năng lượng dần dần từng lượng nhỏ, và được tích lũy trong các liên kết cao năng để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào. Đó là sự oxy hóa sinh học
I. GIỚI THIỆU CHUNG
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Phần lớn năng lượng của tế bào do quá trình oxy hóa thức ăn “nhiên liệu” tạo ra:
Nhiên liệu + O2  năng lượng
I. GIỚI THIỆU CHUNG
Quá trình oxy hóa - vận chuyển điện tử đến chất nhận.
Chất nhận trong điều kiện hiếu khí chính là O2
Hiệu suất của quá trình oxy hóa trong tế bào ~ 42%, trong khi hiệu suất của các quá trình đốt cháy dầu hay gas chỉ khoảng 25%
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.Khái niệm oxy hóa sinh học:
Phản ứng oxy hóa khử được định nghĩa: sự vận chuyển điện tử từ chất cho đến chất nhận điện tử.
Chất cho điện tử (chất khử) bản thân nó bị oxy hóa
Chất nhận điện tử (chất oxy hóa) nó bị khử
I. GIỚI THIỆU CHUNG
* Phản ứng oxy hóa khử:
Ví dụ: A:H + B = A + B:H
Chất cho chất nhận
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.Khái niệm oxy hóa sinh học:
Theo quan điểm hiện đại, người ta cho rằng oxy hóa sinh học là oxy hóa hydro đã tách ra từ những chất bị oxy hóa để tạo thành nước.
Trong tế bào sống, hydro của cơ chất không có khả năng tự tác dụng với oxy không khí, do đó cần có quá trình hoạt hóa hydro cơ chất hay oxy không khí nhờ các enzim đặc hiệu xúc tác.
I. GIỚI THIỆU CHUNG
* Oxy hóa sinh học:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1. Khái niệm oxy hóa sinh học:
Sự oxy hóa sinh học và sự oxy hóa phi sinh học ( sự cháy) có những điểm giống nhau và khác nhau:
Giống nhau:
Cùng oxy hóa chất hữu cơ để giải phóng ra năng lượng. ví dụ: về mặt nhiệt lượng tạo thành khi oxy hóa 1phân tử gam Glucose thì quá trình oxy hóa sinh học hay đốt cháy đều thu được - 673kcal/mol.
I. GIỚI THIỆU CHUNG
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Khác nhau:
Dòng C
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2. Bản chất của quá trình oxy hóa:
Quá trình oxy hóa không phải luôn luôn nhất thiết phải gắn oxy trực tiếp vào cơ chất và quá trình khử cũng không bắt buộc phải trực tiếp gắn hydro mà là biến đổi điện tử trên lớp vỏ điện tử của nguyên tử các phân tử chất tham gia phản ứng.
Có thể định nghĩa: “Oxy hóa là sự tách điện tử ra khỏi cơ chất, còn khử là sự gắn điện tử vào cơ chất”. Do đó, mỗi quá trình oxy hóa bao giờ cũng đi kèm với quá trình khử.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2. Bản chất của quá trình oxy hóa:
Tất cả các chất tham gia vào quá trình oxy hóa khử trong cơ thể sống đều có khả năng nhường hoặc thu điện tử.
Đánh giá khả năng nhận điện tử của chất oxy hóa để trở thành chất khử - thế năng oxy hóa khử
A:H A
Reductant  Oxidant + e-
B B:H
Oxidant + e-  Reductant
(acceptor) (donor)
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2. Bản chất của quá trình oxy hóa:
Ví dụ: quá trình oxy hóa chất hữu cơ cụ thể là quá trình oxy hóa hydroquinon thành quinon bằng oxy

C6H6O2 + 1/2O2  C6H4O2 + H2O
Quá trình truyền hydro diễn ra nhiều bước:
- Bước 1: Phân ly hydroquinon thành anion hydroquinon
C6H6O2 ↔ C6H4O2- + H2O

- Bước 2: Truyền điện tử từ ion hydroquinon đến oxi tạo thành quinon
C6H4O2- + ½ O2 ↔ C6H4O2 + O2-

- Bước 3: Kết hợp với O2- với 2H+ để tạo thành nước
O2- + 2H+ ↔ H2O
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3. Thế oxy hóa khử:
Đại lượng đặc trưng cho khả năng oxy hóa khử của mỗi chất gọi là thế năng oxy hóa khử. Điện tử chuyển từ phức hệ này sang phức hệ khác dựa vào thế oxy hóa khử.
Một chất luôn có xu hướng mất hoặc nhận điện tử.
+ E0’ cao, đặc trưng cho chất nhận điện tử tốt – chất oxy hóa mạnh
Ví dụ: oxy (O2-)
+ E0’ thấp, đặc trưng cho chất cho điện tử tốt – chất khử mạnh
Ví dụ: hydro (H+)
Điện tử luôn di chuyển từ chất có thế năng khử thấp hơn sang chất có thế năng khử cao hơn
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3. Thế oxy hóa khử:
Thế năng oxy hóa khử được tính bằng công thức sau:
RT [dạng oxy hóa]
E’ = E0’ + ln
nF [dạng khử]
R: hằng số khí (1,987cal/mol.K)
T: nhiệt độ (K)
N: số điện tử (e-) được trao đổi trong phản ứng
F: hằng số Faraday (23,062cal/mol.K)
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3. Thế oxy hóa khử:
Thế oxy hóa khử có quan hệ với sự chuyển hóa năng lượng tự do của phản ứng theo công thức sau:
Gº = -nFEº
n: số điện tử trao đổi
F: hăng số Faraday, F = 96,5kj/volt
Chênh lệch thế năng oxy hóa khử có vai trò rất quan trọng. Sự chênh lệch thế oxy hóa khử càng lớn, phản ứng càng dễ xảy ra
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3. Thế oxy hóa khử:
Hydro có thế năng oxy hóa thấp nhất, còn oxy có thế năng oxy hóa cao nhất. Các hợp chất khác có thế năng ở mức trung gian giữa thế oxy hóa của hydro và oxy
Dạng khử của cặp oxy hóa khử sẽ khử (nhường điện tử) cho dạng oxy hóa của bất kỳ cặp oxy hóa khử nằm sau nó trong bảng thế năng oxy hóa khử.
Để xác định thế oxy hóa khử của mỗi chất, ta đo ái lực đối với điện tử của chất đó trong điện thế kế (với điện cực chuẩn hidro có điện thế bằng 0).
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
II. CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA TRONG CƠ THỂ SỐNG
1. Quá trình oxy hóa sinh học giải phóng năng lượng:
Năng lượng tế bào sử dụng do quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ (đường, lipit, …) tạo ra.
Nguồn nguyên liệu thông dụng nhất tế bào sử dụng để phân giải tạo năng lượng chính là glucose (gluxit)
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
II. CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA TRONG CƠ THỂ SỐNG
1. Quá trình oxy hóa sinh học giải phóng năng lượng:
1.1 Oxy hóa glucose:
Có thể nói bản chất của quá trình này là các phản ứng oxy hóa khử với sự tham gia của nhiều enzim.
Phân tử đường có thể bị oxy hóa hoàn toàn (trong điều kiện hiếu khí) tạo ra sản phẩm là CO2 và H2O, hoặc oxy hóa trong điều kiện kỵ khí (lên men) tạo ra các sản phẩm khác nhau: axit hoặc rượu.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:

Trong điều kiện hiếu khí, quá trình diễn ra các giai đoạn sau:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
Trong điều kiện kỵ khí, từ pyruvat xảy ra theo hai hướng:
Lên men rượu ( xảy ra ở các tế bào nấm men) để tạo ra ethanol
Lên men acid lactic ( xảy ra ở các tế bào cơ ). Acid lactic được biên biến đổi ở gan thành glucose theo chu trình Cori
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
Như vậy, dù quá trình oxy hóa glucose xảy ra trong điều kiện kỵ khí hay hiếu khí thì đều có chung một giai đoạn đó là đường phân (glucolysis)
Đường phân gồm 3 bước chính:
- Hoạt hóa phân tử đường
- Cắt mạch cacbon
- Oxy hóa mạch cacbon bị cắt và tạo ra sản phẩm là pyruvate
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
* Đường phân:
Phản ứng 6 có sự tách và chuyển điện tử cho NAD+, glixeraldehit 3 photphat bị oxi hóa thành axit tương ứng 2,3-điphotphat glixerat.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
Oxy hóa pyruvate thành acetyl coA
Trong phản ứng này NAD+ bị khử thành NADH - chất mang điện tử và hydro đến chuỗi vận chuyển điện tử.
Acetyl coA tiếp tục tham gia vào chu trình Krebs.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
Pyruvate tạo ra qua đường phân có thể được chuyển hóa theo 2 con đường:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
Trong chu trình Krebs diễn ra quá trình oxy hóa acetyl coenzim A tạo ra các sản phẩm khử tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử để tổng hợp ATP.
* Chu trình Krebs:
Sản phẩm của chu trình krebs:
3NADH + FADH + ATP (GTP)
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
Như vậy, phần lớn năng lượng của glucose còn tích trữ trong các chất khử: NADH và FADH.
Năng lượng tạo ra khi phân giải 1 phân tử glucose qua quá trình đường phân và chu trình Krebs như sau:
Đường phân: 2NADH + 2ATP
+ +
Krebs: 2FADH + 8NADH + 2ATP (GTP)
2FADH + 10NADH + 4ATP
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.1 Oxy hóa glucose:
* Chuỗi truyền điện tử:
Chuỗi vận chuyển điện tử được gắn trên màng gồm có 4 phức hệ
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
* Chuỗi truyền điện tử:
NADH và FADH bị oxy hóa tạo ra điện tử và H+
Điện tử khi được vận chuyển qua các phức hệ của chuỗi vận chuyển điện tử sẽ tạo ra năng lượng để bơm H+ vào không gian giữa hai lớp màng ti thể.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
* Chuỗi truyền điện tử:
Chính do H+ được bơm vào không gian giữa hai màng đã tạo ra sự chênh lệch gradien nồng độ H+ giữa nội chất và không gian giữa hai màng.
Vì nồng độ H+ giữa hai màng ti thể cao hơn nội chất nên H+ có xu hướng di chuyển ra nội chất nhưng do cấu trúc của màng trong ti thể không cho H+ dễ dàng đi qua mà chỉ ở các vị trí đặc biệt, tại các vị trí đó gắn enzim ATP synthetase có khả năng tổng hợp ATP.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
1.2 Oxy hóa acid béo và acid amin:
Lipid và protein cũng là các chất dự trữ năng lượng trong tế bào. Các phân tử lipid và protein sẽ được thủy phân tạo ra acid béo, acid amin.
Các phân tử acid béo và acid amin sẽ bị oxy hóa tiếp tục để tạo ra năng lượng. Sự oxy hóa các acid béo, acid amin cũng tạo ra các chất khử là NADH và FADH. Các chất này cũng đi vào chuỗi vận chuyển điện tử để tạo ra ATP.
Sự oxy hóa glucose, acid béo và acid amin không tác rời riêng rẽ mà có mối quan hệ với nhau. Điều đó được thể hiện qua sơ đồ sau
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Quá trình oxy hóa phân giải acid béo, acid amin cũng tạo ra các sản phẩm là pyruvate, acetyl CoA và các chất khử NADH, FADH
Các sản phẩm này tiếp tục chuyển đến chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử trong ti thể để tổng hợp ATP cho tế bào sử dụng.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Các con đường tổng hợp và phân giải các hợp chất hữu cơ quan trọng của tế bào
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2. Quá trình oxy hóa sinh học tích lũy năng lượng:
Khác với động vật, thực vật có khả năng tự tổng hợp các hợp chất hữu cơ cần thiết cho hoạt động sống của chúng. Quá trình này cũng tương tự như quá trình hô hấp (phân giải), chỉ khác là năng lượng để tách điện tử và vận chuyển điện tử là từ ánh sáng mặt trời
Trong các phản ứng oxy hóa khử của sự quang hợp, năng lượng của ánh sáng mặt trời làm phân ly phân tử nước và khử CO2 thành dạng đường giàu năng lượng.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2.1 Chuỗi dẫn truyền điện tử trong quang hợp:
Các phân tử diệp lục sau khi hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời sẽ chuyển điện tử cho các chất nhận tiếp theo, tạo thành một chuỗi vận chuyển điện tử.
Tuy nhiên quá trình vận chuyển điện tử trong quang hợp đi theo 2 con đường do sự phối hợp của hai quang hệ trong quá trình vận chuyển điện tử: photphoryl hóa vòng và photphoryl hóa không vòng
Nói cách khác, ion H+ và điện tử do sự phân ly của những phân tử nước được cung cấp cho CO2 để tạo ra hợp chất khử với đơn vị căn bản là (CH2O), và năng lượng từ ánh sáng mặt trời được dự trữ trong quá trình này
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2.1 Chuỗi dẫn truyền điện tử trong quang hợp:
Tóm tắt con đường vận chuyển điện tử trong quang hợp
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2.1 Chuỗi dẫn truyền điện tử trong quang hợp:
Điện từ từ quang hệ I chuyển đến chất nhận đầu tiên là một protein có chứa FeS. Sau đó điện tử từ FeS được một chất nhận điện tử kế tiếp là PQ. Chất nhận điện tử thứ ba trong chuỗi dẫn truyền điện tử là phức hợp cytochrom, sau đó nó chuyển điện tử cho Pc, và điện tử lạ quay về quang hệ I khép kín chu trình.
* Con đường photphoryl hóa vòng:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2.1 Chuỗi dẫn truyền điện tử trong quang hợp:
* Con đường photphoryl hóa không vòng:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Trong hệ thống quang II, trung tâm phản ứng sau khi nhận năng lượng từ những phân tử sắc tố đưa tới trở thành một chất có xu hướng cho điện tử mạnh. Chất nhận điện tử đầu tiên là Q. Q chuyển điện tử vào một chuỗi dẫn truyền điện tử; đưa điện tử từ hệ thống quang II đến hệ thống quang I, nơi đã mất điện tử đã nói ở trên.
* Con đường photphoryl hóa không vòng:
Phân tử dẫn truyền điện tử kế tiếp là trong chuỗi là PQ (plastoquinon). Điện tử tiếp tục được truyền tới cytochrom f. Sau đó điện tử được protein tải cơ động PC (plastocyanin) chuyển đến quang hệ I.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
* Con đường photphoryl hóa không vòng:
Điện tử được truyền đến quang hệ I lại được chuyển tiếp cho các chất nhận điện tử tiếp theo mà không quay trở về quang hệ II, điện tử của quang hệ II được bù lại do quá trình quang phân ly nước. Vì vậy con đường này gọi là con đường chuyển điện tử không vòng.
Trong mỗi chuỗi dẫn truyền điện tử chất nhận điện tử trở thành chất khử và chất cho điện tử thành chất oxy hóa
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Kết quả của việc chuyển điện tử này là sự vận chuyển tích cực của ion H+ từ stroma vào phía trong của thylakoid. Nồng độ ion H+ trong thylakoid tăng (pH khoảng 4) và bên ngoài giảm đi tạo ra một sự chênh lệch về nồng độ ion H+ giữa hai bên của màng thylakoid.
Một khuynh độ điện thế được sinh ra: stroma mất điện tích dương, trở nên có điện tích âm hơn và trong thylakoid có chứa nhiều ion H+ trở nên có điện tích dương. Sự khác biệt về điện tích và nồng độ ion H+ sinh ra khuynh độ hóa điện là nguồn năng lượng cho sự tổng hợp ATP.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2.2 Vi khuẩn hóa tự dưỡng:
Trong thế giới vi sinh vật, nhiều loài vi sinh vật hóa tự dưỡng tổng hợp các chất hữu cơ nhờ quá trình oxy hóa các chất vô cơ. Điện tử và proton H+ được tách ra từ quá trình oxy hóa sẽ vận chuyển qua chuỗi truyền điện tử tương tự như ở hô hấp tế bào để tổng hợp nên ATP và [H] có năng lực khử dùng vào việc cố đinh CO2.
Điểm khác biệt trong chuỗi hô hấp ở vi sinh vật đó là nó xảy ra theo 2 hướng, hướng thuận sẽ tổng hợp ATP còn hường ngược lại tiêu hao ATP và sinh [H] có năng lực khử, cả 2 hướng đều phục vụ cho quá trình cố định CO2.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
2.2 Vi khuẩn hóa tự dưỡng:
Các vi sinh vật thuộc nhóm này có thể kể đến: vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn oxy hóa sắt, vi khuẩn oxy hóa hidro.
Chuỗi hô hấp của vi khuẩn nitrat hóa
ATP ATP ATP ATP
1/2O2
NADH2 FP Cytb Cyt c Cyt a1 Cyt a3
H2O
2H+ + 2e- 2H+ + 2e-
NADPH2 [NO3-] [NO3-]
H20.NO2 H20.NO2
Chất cung cấp H vô cơ
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3. Một số quá trình oxy hóa trực tiếp:
Khả năng khử oxy có sự tham gia của các oxidase chuyên hóa cơ chất nhất định, trong đó có nhiều enzim flavin. Khả năng gắn oxy vào phân tử hữu cơ được xúc tác bởi các oxygenase.
Trong tế bào có hệ thống các enzim không thuộc chuỗi hô hấp, nhưng có khả năng khử oxy hoặc gắn oxy trực tiếp vào các liên kết hữu cơ dẫn đến quá trình tiếp nhận oxy của tế bào.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3.1 Hoạt động của các enzim khử oxy:
Một số quá trình chuyển hóa trong tế bào với sự tham gia của các enzim khử oxy có coenzim là FAD sinh ra hydroxyperoxid hoặc superoxidanion.
Các enzim này có trong các bào quan đặc biệt là peroxixom, ngoài ra còn có ở tế bào chất, màng ngoài ty thể, lưới nội chất,…
Ví dụ: xanthinoxidse của tế bào chất, monoaminooxydase của màng ngoài ti thể,…
Xanthine oxidase
Hypoxanthine + 2O2  Xanthine + O2- + H2O2
Amine oxidases
R-CH2-NH2 + H2O + O2  R-CHO + NH3 + H2O2
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3.1 Hoạt động của các enzim khử oxy:
Khi phản ứng của enzim này, từng bước làm xuất hiện hydroxyperoxid, superoxidanion theo sơ đồ sau:
Hydroxyperoxid và superoxidanion là những chất có hại cho tế bào vì chúng có khả năng phản ứng đặc biệt, chúng tham gia vào hàng loạt các phản ứng phân giải dẫn đến peroxid hóa lipit và các chất khác của tế bào. Do đó, tế bào cần có cơ chế để phân giải chúng.
+H+ H2O2 (hydroxyperoxid)
+ e- + e-
O2- HO2- (hydroxyperoxid gốc) pK = 4,9
+ H+
peroxidanion) H+ + O2-
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
H2O2 được phân giải bởi enzim catalase, peroxidase và glutathionperoxidase
Superoxidanion được phân giải nhờ enzim superoxiddismutase
Khi nồng độ H2O2 thấp và có mặt cơ chất dạng khử thì catalase tác dụng theo kiểu peroxidase, cơ chế phản ứng như sau:
HO-Fe ……Fe-OH HO-Fe ……Fe-O-OH
:I: +H2O2  :II: + H2O
HO-Fe ……Fe-OH HO-Fe ……Fe-OH
* Tác dụng của catalase:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Khi phức hợp II xuất hiện thì phản ứng với cơ chất khử (SH2) tương tự phản ứng peroxidase như sau:
HO-Fe ……Fe-O-OH HO-Fe ……Fe-O-OH
:II: + SH2  :I: + S + H2O
HO-Fe ……Fe-OH HO-Fe ……Fe-OH
Trong đó dạng gốc của enzim được tái tạo trở lại, nước tách ra và cơ chất bị oxy hóa.
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Khi nồng độ H2O2 cao thì một phân tử H2O2 tham gia vào phản ứng, cơ chế phản ứng như sau:
HO-Fe ……Fe-OH HO-Fe ………Fe-O-OH
:I: + H2O2  :II: + H2O
HO-Fe ……Fe-OH HO-Fe ………Fe-OH
HO-Fe ……Fe-O-OH HO-Fe ………Fe-O-OH
:II: + H2O2  :III: + H2O
HO-Fe ……Fe-OH HO-Fe ………Fe-O-OH
HO-Fe ……Fe-O-OH HO-Fe ………Fe-OH
:III:  :I: + O2
HO-Fe ……Fe-O-OH HO-Fe ………Fe-OH
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
* Tác dụng của peroxidase:
Sơ đồ tóm tắt
Peroxidase hoạt động phân giải khi nồng độ H2O2 trong tế bào thấp và có mặt cơ chất dạng khử (SH2).
Cơ chế tác dụng của peroxidase tương tự như catalase khi nồng độ H2O2 thấp. Nó bị kìm hãm bởi các chất: sunfid, cyanid,…
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
* Tác dụng của glutathionperoxidase:
Glutathionperoxidase có khả năng biến đổi peroxyhydroxid, peroxid của axit béo và các peroxid hữu cơ khác theo phản ứng sau:
Glutathionperoxidase là enzim duy nhất có khả năng phân giải được các peroxid hữu cơ có tính độc.
NADP+ 2G.SH H202 hay ROOH
Glutathionreductase Glutathionperoxidase
NADPH + H+ G-S-S-G 2H2O hay ROH + H2O
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
* Tác dụng của superoxiddismutase:
H2O2 xuất hiện được tiếp tục phân giải bằng catalase, peroxidase hoặc glutathionperoxidase.
Gốc superoxid được superoxiddismutase phân giải theo phản ứng sau:
2O2- + 2H+  H2O2 + O2
Superroxiddismutase là enzim có chức năng bảo vệ quan trọng trong việc chống oxy hóa của superoxidanion
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Có thể tóm tắt quá trình phân giải Hydroxyperoxid và superoxidanion theo sơ đồ sau:
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3.2 Hoạt động của các enzim gắn oxy vào các liên kết hữu cơ
Các oxygenase là enzim làm nhiệm vụ gắn oxy phân tử vào các liên kết hữu cơ . Chúng có vai trò quan tọng trong trao đổi các cơ chất nhân thơm để sinh tổng hợp các steroid, prostagladin, vitamin D, cũng như trao đổi axit béo và loại độc.
Oxygenase có 2 loại: Monooxygenase
Dioxygenase
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3.2.1 Monooxygenase (Hydroxylase):
Monooxygenase chỉ vận chuyển một nguyên tử từ phân tử oxy đến cơ chất, nguyên tử oxy còn lại để tạo thành nước.
Monooxygenase được chia thành các monooxygenase nội bào và ngoại bào.
Một trong những monooxygenase ngoại bào quan trọng nhất là cytochrom P450. Chúng xúc tác thủy phân steroid, axit béo…
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3.2.1 Monooxygenase (Hydroxylase):
Các phản ứng của enzim trải qua một chu trình như sau:
Cytochrom P450
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
3.2.2 Dioxxygenase:
Các dioxygenase xúc tác gắn hai nguyên tử oxy vào cơ chất.
Ví dụ: L-Tryptophan-2,3-dioxygenase
III. PHÁT QUANG SINH HỌC
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Một số loài sinh vật có khả năng phát sáng: côn trùng, sứa, giun biển, giun đất, mực, nhuyễn thể, tôm, cá, nấm, vi khuẩn,... sự phát sáng của các sinh vật này được gọi là huỳnh quang sinh học (phát sáng sinh học)
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Thực chất của quá trình phát sáng sinh học là do các quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ phức tạp (các phenol mạch vòng) “luxiferin” xảy ra trong cơ thể kèm theo sự bức xạ ánh sáng.
Đặc biệt phát sáng diễn ra mạnh mẽ trong quá trình hiếu khí có áp suất oxy riêng phần thấp. Một số trường hợp ngoại lệ sự phát sáng không cần oxy: phiến lược, Radiolarien…
III. PHÁT QUANG SINH HỌC
Bản chất của quá trình phát sáng:
Luxiferase
Luxiferin + O2 ánh sáng
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Luxiferin tồn tại ở dạng khử là (LH2) và dạng oxy hóa (L). Giai đoạn đầu LH2 phản ứng với ATP tạo nên luxiferiladenilat. Chất này gắn chặt vào trung tâm phản ứng của enzim luxiferase:
Mg2+
LH2 + ATP + E  LH2-AMP-E + P ~ P
Nếu oxy phân tử tác động đến cấu trúc này của enzim luxiferase thì luxiferiladenilat liên kết với enzim ở dạng oxy hóa, trong đó sản phẩm oxy hóa này ở trạng thái kích thích, khi nó chuyển về trạng thái cơ bản sẽ kèm theo sự bức xạ ánh sáng:
Cơ chế của quá trình phát sáng có thể tóm tắt như sau:
LH2-AMP-E + O2 L-AMP-E + H2O
(kích thích)

L-AMP-E + ánh sáng
QUÁ TRÌNH OXY HÓA SINH HỌC
Coenzim a làm tăng cường khả năng phát sáng, vì phức hợp kìm hãm quá trình phát sáng là L-AMP-E. Phức hợp này bị coenzim A phá hủy bằng cách sau:
Sau đó liên kết dehydroluxiferin-CoA có thể phản ứng cới cystein hay glutathion để tham gia vào phản ứng từ đầu quá trình.
Mỗi phân tử luxiferin dạng oxy hóa phát ra một lượng tử ánh sáng, không tạo nên H2O2.
III. PHÁT QUANG SINH HỌC
L-AMP-E + CoA.SH E + LCoA + AMP
Photphorin hóa
Quá trình vận chuyển e này có một tác động nữa, nó cho phép để bơm H+ qua màng thilakoid từ bên ngoài chất nền stroma vào bên trong. Hoạt động này tạo ra một gradient proton .
Photphorin hóa
H+ khuếch tán trở lại stroma qua ATPase để tạo ATP.
ADP + P ATP
ATPase
Khi nồng độ NADP đã tích lũy đủ nhưng thực vật vẫn cần năng lượng (ATP), thì con đường không vòng sẽ chuyển thành dạng vòng gọi là sự photphorinhóa vòng.
Photphorin hóa
Photphorin hóa vòng
Chỉ sử dụng PSI
Chuỗi truyền điện tử của PSI vận chuyển các e của nó trực tiếp từ feredoxin tới phức hệ cytochrome bf, thay cho NADP.
Không có sản phẩm O2
Gradient proton được tạo ra được cung cấp cho ATP synthease để tạo ATP.
Mối quan hệ giữa 2 con đường
Trong quá trình quang hợp cần sự phối hợp nhịp nhàng giữa 2 con đường. Nếu chỉ có con đường không vòng thì thiếu ATP.
Quá trình photphorin hóa không vòng tiến hóa hơn, vì quá trình này chỉ gặp ở thực vật bậc cao , nó sử dụng cả 2 hệ thống quang hóa, sản phẩm phong phú hơn.