Hóa sinh

Bài: NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Mục tiêu:
1. Trình bày được khái niệm năng lượng sinh học, định nghĩa sự phosphoryl hóa, các loại liên kết phosphat, rút ra ý nghĩa của sự phosphoryl hóa.
2. Trình bày được bản chất và ý nghĩa của chuỗi hô hấp tế bào.
3. Trình bày được các giai đoạn, ý nghĩa của chu trình acid citric.
Nội dung
1. Trao đổi chất
2. Oxy hóa sinh học (hô hấp tế bào)
3. Sự phosphoryl hóa
4. Chu trình Krebs (chu trình acid citric)
1. TRAO ĐỔI CHẤT
1.1 Khái niệm chung
- là quá trình lấy các chất từ bên ngoài vào và thải các chất cặn bã ra môi trường.
- gồm: quá trình đồng hóa (tổng hợp) và dị hóa (thoái hóa).
1.2 Quá trình đồng hóa và dị hóa


Quá trình dị hóa:




Quá trình đồng hóa:
Tinh bột glucose
Sự mâu thuẫn và thống nhất giữa đồng hóa và dị hóa
đồng hóa (thu năng lượng)
Phân tử đơn giản phân tử phức tạp
dị hóa (giải phóng năng lượng)
1.3 Năng lượng sinh học
là năng lượng được thu nhận, phát sinh và tích trữ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ.
dạng nhiệt năng hay dạng ATP dự trữ trong cơ thể
ATP sử dụng trong các hoạt động sống của cơ thể: tổng hợp, thoái hóa, co cơ, hấp thu, bài tiết, xung động thần kinh,…
2. OXY HÓA SINH HỌC (HÔ HẤP TẾ BÀO)
Định nghĩa:
là quá trình của hệ thống các phản ứng oxy hóa khử của các chất được đưa vào cơ thể và được chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng nhiệt năng hay dưới dạng ATP dự trữ trong cơ thể.
Bản chất:
sự “đốt cháy” các chất hữu cơ trong tế bào tạo khí CO2, H2O và tạo nhiều năng lượng
Phân biệt sự cháy
trong hóa học và trong sinh học
2.1 Khái niệm về sự oxy hóa khử
Định nghĩa:
quá trình oxy hóa khử là quá trình trao đổi điện tử. Quá trình oxy hóa là sự tách (cho) một hay nhiều điện tử, ngược lại, quá trình khử là sự thu (nhận) điện tử.
Thế năng oxy hóa khử chuẩn của một số hệ thống trong tế bào
2.2 Chuỗi hô hấp tế bào
là hệ thống các phản ứng vận chuyển H+ và điện tử từ cơ chất đến phân tử oxy để tạo H2O, do enzym xúc tác
Các thành phần tham gia vận chuyển hydro và điện tử như sau:
Enzym vận chuyển hydro (có coenzym NAD+, FAD, FMN )
Enzym vận chuyển điện tử gồm hệ thống cytocrom.
Tập hợp các phản ứng thuộc chuỗi hô hấp có thể chia thành 4 giai đoạn:





2.3 Ý nghĩa hô hấp tế bào
Cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể
Tập hợp các phản ứng thuộc chuỗi hô hấp có thể chia thành 4 giai đoạn:





3. SỰ PHOSPHORYL OXY HÓA
3.1 Sự phosphoryl hóa:
là quá trình gắn một gốc acid phosphorid (còn gọi là gốc phosphat) vào một phân tử chất hữu cơ:





Sự phosphoryl hóa: phản ứng quan trọng nhất trong chuyển hóa các chất
Chất hữu cơ acid phosphoric hợp chất phosphat hữu cơ (R-P)
3.2 Các loại liên kết phosphat
2 loại kiên kết phosphat: nghèo năng lượng và giàu năng lượng.
Liên kết phosphat nghèo năng lượng (ký hiệu R-P): 1000 – 5000 calo
liên kết este phosphat (nhóm OH và H3PO4)
Liên kết phosphat giàu năng lượng (ký hiệu R ~ P): > 7000 calo
+ liên kết acyl phosphat
+ liên kết enol phosphat
+ liên kết amid phosphat
+ liên kết anhydrid phosphat
3.3 Vai trò của phosphoryl hóa
Tích trữ và vận chuyển năng lượng
ADP + Pi →ATP
Hoạt hóa các chất hữu cơ
Quá trình hấp thu tích cực: hấp thu tích cực của các loại đường, lipid cần có vai trò phosphoryl hóa.
4. CHU TRÌNH ACID CITRIC (chu trình Krebs)
Krebs tìm ra năm 1937 (chu trình acid citric).
Phân tử acetyl CoA bị đốt cháy liên tiếp trong chu trình Krebs, chất mồi oxaloacetaic, giải phóng năng lượng, CO2 và H2O. Quá trình tạo nước do sự vận chuyển hydro từ chu trình Krebs vào chuỗi hô hấp tế bào tạo ra nhiều năng lượng.
4.1 Các giai đoạn của chu trình acid citric
xảy ra tại matrix của ty thể tế bào, hiếu khí, gồm 8 giai đoạn:
giai đoạn 1:
ngưng tụ acetyl CoA với oxaloacetic loại ra một phân tử CoA, tạo acid citric nhờ xúc tác của enzym citrat synthetase
Giai đoạn 2: đồng phân hóa acid citric thành acid isocitric, aconitase xúc tác, gồm hai phản ứng dehydrat hóa và hydrat hóa.
Giai đoạn 3: khử carboxyl oxy hóa isocitric thành α-cetoglutaric, gồm 2 phản ứng:
Phản ứng khử hydro bởi enzym isocitric dehydrogenase có coenzym NAD+ tạo chất trung gian và NADH + H. NADH + H theo chuỗi hô hấp đến oxy tạo nước và năng lượng giải phóng được tích trữ trong ATP.
Phản ứng khử carboxyl ở vị trí β của nhóm ceton tạo acid α-cetoglutaric (5C).
Giai đoạn 4: khử carboxyl oxy hóa α-cetoglutaric → succinyl CoA, một phức hợp đa enzym (là α-cetoglutarat dehydrogenase) có 5 coenzym : TPP (thiamin pyrophosphat), acid lipoic, CoA, FAD và NAD+. Với 3 enzym xúc tác là α-cetoglutarat dehydrogenase, trans-succinylase, dihydro lipoyl dehydrogenase.
Giai đoạn 5: tạo acid succinic từ succinyl CoA do enzym succinat thiokinase với sự tham gia của H3PO4. Năng lượng cung cấp tạo 1 ATP trực tiếp.
Giai đoạn 6: oxy hóa succinic thành fumaric do enzym succinat dehydrogenase có coenzym FAD. Enzym này có 4 nguyên tử Fe, 4 nhóm –SH và 2 nhân flavin của FAD, đây là chất điển hình chứa Fe không hem. Hai điện tử của FADH2 được chuyển trực tiếp lên Fe3+ của enzym.
Giai đoạn 7: hydrat hóa fumanic thành malic dưới xúc tác của enzym fumarase, enzym này giống enzym aconitase
Giai đoạn 8: oxy hóa malic thành oxaloacetic dưới xúc tác enzym malat dehydrogenase có coenzym NAD+, nhóm chức alcol của acid malic bị oxy hóa thành nhóm chức ceton.
Chu trình Krebs
Citrat synthetase (gđ1)
aconitase (gđ2)
succinat dehydrogenase (gđ16)
succinat thiokinase (gđ5)
3 enzym, 5 Coenzym (gđ4)
isocitric dehydrogenase (gđ3)
enzym fumarase (gđ7)
malat dehydrogenase (gđ1)
Kết quả
Mỗi phân tử acetyl CoA bị đốt cháy trong chu trình krebs (acid citric) giải phóng 1 HSCoA tự do, 2CO2, 8H, Hydro được vận chuyển đến oxy để tạo thành 4H2O và 12ATP.
4.2 Ý nghĩa chu trinh Krebs.
Là giai đoạn thoái hóa cuối cùng chung của ba chất (glucid, protid, lipid).
Là nơi cung cấp năng lượng dưới dạng ATP cho hoạt động sống của tế bào.
Là nơi cung cấp sản phẩm trung gian như acid oxaloacetic, acid α cetoglutaric, succinyl CoA, ... để nối liền chu trình krebs với các chuyển hóa khác của cơ thể và trở thành vị trí trung tâm điều hòa các chuyển hóa các chất.
Tóm tắt:
Năng lượng sinh học là gì?
là năng lượng được thu nhận, phát sinh và tích trữ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ
sự phosphoryl hóa là gì?
là quá trình gắn một gốc acid phosphorid (còn gọi là gốc phosphat) vào một phân tử chất hữu cơ
Tóm tắt
Nêu ý nghĩa của sự phosphoryl hóa?
Tích trữ và vận chuyển năng lượng
Hoạt hóa các chất hữu cơ
Cung cấp năng lượng quá trình hấp thu tích cực
Tóm tắt
bản chất và ý nghĩa của chuỗi hô hấp tế bào?
Bản chất: sự “đốt cháy” các chất hữu cơ trong tế bào tạo khí CO2, H2O và tạo nhiều năng lượng
Ý nghĩa: Tạo ATP cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của tế bào
Lượng giá:
Câu 1: Năng lượng sinh học dự trữ trong tế bào chủ yếu dưới dạng chất nào?
A. ADP.
B. ATP.
C. GDP.
D. GTP.
Đáp án: B
Câu 2: Quá trình nào sau đây là quá trình phosphoryl hóa?
A. ATP → ADP + Pi
B. NaOH + H3PO4 → Na2PO4 + H2O
C. GDP + Pi → GTP
D. Na2CO3 + H3PO4 → Na2HPO4 + H2O + CO2
Đáp án: C
Câu 3: Chuỗi hô hấp tế bào chia thành mấy giai đoạn?
4 giai đoạn
Khi oxy hóa hoàn toàn 1 phân tử acetyl CoA trong chuỗi hô hấp tế bào đã tạo ra 3NADH2 và 1FADH2. Tính số ATP mà tế bào đã tích trữ được?