Năng lượng sinh học 1

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
Giáo viên hướng dẫn : TS. Võ Văn Toàn
Học viên thực hiện : Đặng Vũ Như Quỳnh
Lớp : Sinh học thực nghiệm K14
SỬ DỤNG ATP
TRONG TỔNG
HỢP LIPIT
Vi sinh vật có thể thu nhận năng lượng qua nhiều con đường.
Phần lớn năng lượng này được dùng cho sinh tổng hợp hoặc đồng hoá. Trong quá trình sinh tổng hợp vi sinh vật bắt đầu với các tiền chất đơn giản như các phân tử vô cơ và các monome và kiến trúc nên các phân tử ngày càng phức tạp hơn cho tới khi xuất hiện các bào quan và các tế bào mới.
Vì đồng hoá là tạo ra một trật tự và mỗi tế bào được sắp xếp ở mức độ cao,
cực kỳ phức tạp, do đó sinh tổng hợp đòi hỏi nhiều năng lượng. Điều này dễ nhận thấy khi ta xem xét năng lực sinh tổng hợp của tế bào E. coli đang sinh trưởng nhanh (bảng 1). Mặc dù hầu hết ATP dành cho sinh tổng hợp được dùng cho tổng hợp protein, nhưng ATP cũng được dùng cho tổng hợp các thành phần khác của tế bào. Và một trong những thành phần đó là lipit
Bảng 1: Sinh tổng hợp ở E. coli (Theo: Prescott và cs, 2005)

Vi sinh vật chứa nhiều lipid đặc biệt là ở màng tế bào. Lipid thường chứa các acid béo hoặc dẫn xuất của acid béo. Acid béo là các acid monocarboxylic với các chuỗi alkyl dài thường có một số chẵn carbon (chiều dài trung bình là 18 carbon). Một số có thể là chưa bão hoà nghĩa là có một hoặc trên một nối đôi. Hầu hết acid béo của vi sinh vật là chuỗi thẳng nhưng có một số phân nhánh. Các vi Khuẩn gram âm thường có các acid béo cyclopropan (tức là các acid béo chứa một
hoặc trên một các vòng cyclopropan trong chuỗi).
TỔNG HỢP LIPID
Tên gọi lipit xuất phát từ chữ Hy Lạp “lipos” – chất béo
Lipit không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực.
Là thành phần cấu tạo quan trọng của màng sinh học và là nguồn nhiên liệu dự trữ cung cấp năng lượng cho cơ thể.
Lipit thường được chia thành 2 nhóm lớn:
Lipit đơn giản : là este của ancol và axit béo (fatty acid). Thuộc các nhóm này có tryacylglycerol, sáp và sterit
Lipit phức tạp: trong phân tử ngoài ancol và axit béo còn có các axit photphorit, colin..
MỘT SỐ AXIT BÉO SINH HỌC QUAN TRỌNG
1. Sinh tổng hợp axit béo
Nhờ chức năng khác nhau của tế bào mà có thể sinh tổng hợp axit béo ở cả bên ngoài cũng như bên trong ty thể. Trong cơ thể người và nhiều sinh vật khác có thể tổng hợp các axit béo chuỗi ngắn cũng như chuỗi dài. Nhưng tổng hợp các axit béo có nhiều nối đôi như: linolic, linolenic,arachidonic…ở người và động vật bậc cao không tự tổng hợp được, người ta gọi đó là các axit béo cần thiết.
Các axit béo thường xuyên đổi mới. Ở gan động vật có vú có 3 hệ thống enzym xúc tác quá trình sinh tổng hợp axit béo ở những vùng khác nhau. Khi tổng hợp axit báo ngoài ty thể cần phải có ATP và khung cacbon. Khung cacbon có thể hoặc là acetyl-CoA hat citrat cung cấp.
Việc tổng hợp các acid béo được xúc tác bởi phức hệ synthetase acid béo với
Acetyl-CoA và malonyl-CoA như cơ chất và NADPH như chất cho electron.
Malonyl-CoA dẫn xuất từ sự carboxyl hoá của Acetyl-CoA với sự tiêu thụ ATP dưới tác dụng xúc tác của enzym biotin-acetyl-CoA-carboxylase.
Việc tổng hợp diễn ra sau khi acetate và malonat đã được chuyển từ CoA đến nhóm sulfihidril của protein mang acyl (ACP, acyl carrier) là một protein nhỏ mang chuỗi acid béo đang sinh trưởng trong tổng hợp. Ở mỗi thời điểm synthetase lại thêm 2 carbon vào đầu carboxyl của chuỗi acid béo đang sinh trưởng trong một quá trình gồm hai chặng (Hình 1.1). Trước hết, malonyl-ACP phản ứng với acyl-ACP acid béo để sản ra CO2 và một acyl-ACP acid béo có 2 carbon dài hơn. Việc mất đi CO2 hướng cho phản ứng hoàn thành. Ở đây ATP được dùng để bổ sung CO2 vào Acetyl-CoA tạo thành malonyl-CoA.
Cũng CO2 như vậy mất đi khi malonyl-ACP chuyền các carbon cho chuỗi. Do đó CO2 là cần thiết cho tổng hợp acid béo nhưng không phải luôn luôn được cố định. Trên thực tế, một số vi sinh vật cần CO2 để sinh trưởng tốt nhưng chúng vẫn có thể sinh trưởng thuận lợi khi không có CO2 mà có mặt một acid béo như acid oleic (một acid béo 18 carbon không bão hoà). Trong chặng thứ hai của tổng hợp nhóm α-keto xuất hiện từ phản ứng ngưng tụ ban đầu bị loại đi trong một quá trình ba bước bao gồm hai sự khử và một sự loại nước. Sau đó acid béo sẵn sàng cho việc bổ sung thêm 2 nguyên tửcarbon nữa.
Hình 1.1: Tổng hợp acid béo. Chu trình được lặp lại cho tới khi chiều dài chuỗi thực sự đã đạt được. ACP = acyl carrier protein (protein mang acyl). (Theo: Prescott và cs, 2005)
Nếu citrat là chất tham gia phản ứng thì nhu cầu năng lượng để tổng hợp axit béo lớn gấp đôi. Bởi vì khi đó bước tiêu hao năng lượng gồm có phản ứng tách citrat(tricarboxylic) thành acetyl CoA và oxaloacetat, sau đó phản ứng chuyển thành acetyl-CoA thành malonyl như trên
Citra + CoA.SH + ATP  Acetyl-CoA + Oxalacetat + ADP + P
Còn trong ty thể tổng hợp axit béo tiến hành theo con đường khác. Tất cả các quá trình đều có sự tham gia của NADPH.
 Ý nghĩa chủ đạo là tiếp tục kéo dài chuỗi axit béo hiện có
Các acid béo không bão hoà được tổng hợp theo hai con đường. Các tế bào
nhân thật và vi khuẩn hiếu khí như Bacillus megaterium sử dụng con đường hiếu khí với sự tham gia của cả N ADPH và O2.


Một nối đôi tạo thành giữa các carbon 9 và 10 và O2 bị khử thành nước nhờ
các electron do cả acid béo và NADPH cung cấp. Các vi khuẩn kỵ khí và một số vi khuẩn hiếu khí tạo ra các nối đôi trong quá trình tổng hợp acid béo bằng cách loại nước các acid béo hydroxy. Oxy không cần cho việc tổng hợp nối đôi theo cách này. Con đường kỵ khí hoạt động ở một số vi khuẩn gram âm quen thuộc (ví dụ: E. coli và Salmonella typhimurium), vi khuẩn gram dương (ví dụ: Lactobacillus plantarum và Clostridium pasteurianum) và vi khuẩn lam.
2. Sinh tổng hợp triacyglycerol, glycerophospholipit và steric
2.1 Sinh tổng hợp triacyglycerol

Các vi sinh vật nhân thật thường dự trữ carbon và năng lượng ở dạng
triacylglycerol, glycerol được este hoá với 3 acid béo. Glycerol xuất hiện từ sự khử dihydroxyacetone phosphate (là chất trung gian của đường phân) thành glycerol-3-phosphate, sau đó glycerol-3-phosphate được este hoá với 2 acid béo để cho acid phosphateidic. Phosphate bị thuỷ phân khỏi acid phosphateidic tạo thành diacylglycerol và acid béo thứ ba được gắn vào để sản ra một triacylglycerol.
Triglycerid tổng hợp từ acyl-CoA và glycerol-3-phosphate có trong tế bào.
Phospholipid là thành phần chủ yếu của màng tế bào nhân thật và hầu hết tế
bào nhân nguyên thuỷ. Tổng hợp phospholipid cũng thường diễn ra theo con
đường của acid phosphateidic. Một chất mang đặc biệt-cytidine diphosphate
(XDP)-đóng vai trò tương tự vai trò của các chất mang của uridine và adenosine diphosphate trong sinh tổng hợp hidrat carbon. Chẳng hạn, vi khuẩn tổng hợp phosphateidinetanolamine (một thành phần chủ yếu của màng tế bào) qua việc tạo thành XDP - diacylglycerol đầu tiên.Sau đó dẫn xuất XDP này phản ứng với serine để tạo thành phospholipidphosphateidilserine và qua việc loại carboxyl sẽ xuất hiện phosphateidinetanolamine. Theo cách này, một lipid màng, phức tạp được tạo nên từ các sản phẩm của đường phân, sinh tổng hợp acid béo và sinh tổng hợp acid amine.
2.2 Tổng hợp glycerophospholipit
Tổng hợp glycerophospholipid
Tổng hợp glycerophospholipit
Hình : Tổng hợp triacylglycerol và phospholipid. (Theo: Prescott và cs, 2005)
2.3 Sinh tổng hợp steric
Steric là llipit phức tạp được tạo bởi sterol và axit béo
Nguyên liệu để tổng hợp stểol là axetyl CoA. Quá trình sunh tổng hợp sterol (cholesterol) bao gồm các giai đoạn được mô tả khái quát như sau:
Giai đoạn chuyển axetyl CoA thành mevanolate.
Giai đoạn tổng hợp squalen.
Giai đoạn chuyển squalen thành cholesterol.
Sơ đồ khái quát như sau:
Cholesterol có vai trò quan trọng trong cơ thể, đặc biệt là ở người. Từ cholesterol sẽ tổng hợp nên một loạt các steroids khác từ các hoocmon trong cơ thể.
Sinh tổng hợp steric.
Sơ đồ trao đổi lipit
the end