NANG LUONG SINH HOC 5

BÀI TIỂU LUẬN
Môn: Năng lượng sinh học

TY THỂ VÀ OXY HÓA PHOSPHORYL HÓA

GVHD : TS. Võ Văn Toàn
Học viên: Ngô Thị Mỹ Tân
6. Mô tả quá trình oxy hóa phosphoryl hóa bằng thực nghiệm.
1. Nguồn gốc tiến hóa của ty thể.
2 Vẽ một đại diện cắt ngang của một ty thể, và gắn nhãn các bộ phận.
3. Mô tả chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể có liên quan đến các chức năng của coenzyme Q (ubiquinone) và cyctochrome c.
4. Sơ lược về lý thuyết hoá thẩm.
5. Giải thích lý do tại sao carbon monoxide, cyanide, malonate và oliogomycin có tác dụng độc hai lên thành phần cụ thể của chuỗi vận chuyển điện tử.
1. Nguồn gốc tiến hóa của ty thể.
• Ti thể được coi là kết quả nội cộng sinh của một dạng vi khuẩn hiếu khí với tế bào.
• Điều này được cho là đã xuất hiện rất sớm trong lịch sử của sự sống trên trái đất và sau này, có rất nhiều gen cần thiết cho chức năng của ty thể đã được sáp nhập với hệ gen nhân.
• Gần đây hơn, sự hoàn chỉnh hệ gen của prowazekii rickettsia đã cho thấy rằng có một số gen rất giống với những gen được tìm thấy trong ty thể ngày nay.
Chứng minh cho học thuyết:

• Ti thể chỉ có thể phát sinh ty thể có từ trước và lục lạp.
• Ti thể có hệ gen của riêng mình và giống với sinh vật nhân sơ, là một phân tử AND vòng đơn, không có protein histone.
• Ty thể có hệ thống tổng hợp protein riêng và giống với quá trình tổng hợp protein ở vi khuẩn.
• Các axit amin mở đầu của quá trình dịch mã luôn luôn là fMet như ở vi khuẩn chứ không phải là methionine (Met)- axit amin đầu tiên trong các protein ở sinh vật nhân chuẩn.
Chứng minh cho học thuyết:

• Một số thuốc kháng sinh (ví dụ, streptomycin) ngăn chặn sự tổng hợp protein của vi khuẩn cũng ngăn chặn sự tổng hợp protein trong ty thể và lục lạp. Họ không tác động vào sự tổng hợp protein trong tế bào chất của sinh vật nhân chuẩn.
2 Vẽ một đại diện cắt ngang của một ty thể, và gắn nhãn các bộ phận.
 
• Các phản ứng phosphoryl hóa oxy hóa diễn ra trên màng trong.
• Các nếp gấp của christae tăng diện tích bề mặt cho các phản ứng xảy ra.
 
3. Mô tả chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể có liên quan đến các chức năng của coenzyme Q (ubiquinone) và cyctochrome c.
Hai bước của oxy hóa phosphoryl hóa:
• Năng lượng được tạo ra từ vận chuyển electron đã bơm proton từ chất nền của ty thể tới không gian gữa hai lớp màng ty thể thông qua chuỗi chuyền vận chuyển điện tử.
• Các proton chuyển động ngược trở lại nội chất ty thể thông qua một kênh đặc biệt đó là qua enzyme ATP synthase để tổng hợp ATP.
3. Mô tả chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể có liên quan đến các chức năng của coenzyme Q (ubiquinone) và cyctochrome c.
Chuỗi chuyền vận chuyển điện tử
• Chuỗi chuyền vận chuyển điện tử là một chuỗi gồm ba phức hệ và hai chất mang di động, hai chất mang này hoạtt động như là chất mang điện tử.
• Phức hệ màng
- Phức hệ NADH dehydrogenase
- Phức hệ Cytochrome b-c1
- Phức hệ Cytochrome oxidase
Phức hệ NADH dehydrogenase
Phức hệ NADH dehydrogenase
Phức hệ Cytochrome b-c1
Phức hệ Cytochrome b-c1
Phức hệ Cytochrome oxidase
Phức hệ Cytochrome oxidase
Chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể
3. Mô tả chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể có liên quan đến các chức năng của coenzyme Q (ubiquinone) và cyctochrome c.
• Chất mang di động
- Ubiquinone (co-enzyme Q)
- Cytochrome C
• Những protein này mang electron
• Khi các electron đi qua mỗi phức hệ, các proton được bơm vào khoảng không gian giữa hai lớp màng.
3. Mô tả chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể có liên quan đến các chức năng của coenzyme Q (ubiquinone) và cyctochrome c.
• Mỗi đơn vị của chuỗi có ái lực với điện tử cao hơn so với các đơn vị trước đó, cho phép điện được vận chuyển theo một thứ tự hợp lí.
• Việc chuyển các electron từ một phức hệ này sang một phứ hệ khác rất thuận lợi và do đó các electron bị mất năng lượng khi được vận chuyển dọc theo chuỗi.
ubiquinone
• Ubiquinone có thể vận chuyển một hoặc hai điện tử (với H + từ dung dịch) và vượt qua chúng để đến phức hệ cytochrome.
• đuôi kỵ nước của nó nhốt nó vào màng lipid của màng tế bào, nơi nó là cần thiết.
• Đây là điểm khởi đầu cho electron được lấy từ FADH2 kể từ khi succinate dehydrogenase có thể tiếp xúc trực tiếp với nó.
• Proton ít được bơm vào không gian giữa hai lớp màng so với NADH, do vậy ATP ít được sản xuất.
ubiquinone
ubiquinone
cytochrome oxidase
• cytochrome oxidase có liên quan đến các bước chuyển electron cuối cùng.
• Nó nhận 4 electron từ cytochrome c và vượt qua chúng kết hợp với oxy để tạo ra nước:
4e- + 4H+ + O2 2H2O
• Ngoài ra, 4 proton được bơm vào không gian bên trong màng, nâng cao gradient proton.
cytochrome oxidase
Phản ứng oxi hóa khử
• Các phản ứng diễn ra trong chuỗi vận chuyển điện tử là những phản ứng oxi hóa khử từ một chất cho điện tử và một chất bị oxy hóa nhận điện tử (như vậy, các electron chuyển động dọc theo chuỗi vận chuyển).
• Khả năng của một cặp oxi hóa khử có khả năng cho và nhận electron được gọi là thế oxi hóa khử.
• Thế năng oxi hóa khử chuẩn được kí hiệu là E’0
• Thế năng E`0 giá trị cho thấy khả năng cho và nhận electron của một cặp oxi hóa khử.
4. Sơ lược về lý thuyết hoá thẩm.
Hai bước của oxy hóa phosphoryl hóa:
• Năng lượng được tạo ra từ vận chuyển electron đã bơm proton từ chất nền của ty thể tới không gian gữa hai lớp màng ty thể thông qua chuỗi chuyền vận chuyển điện tử.
• Các proton chuyển động ngược trở lại nội chất ty thể thông qua một kênh đặc biệt đó là qua enzyme ATP synthase để tổng hợp ATP.
Hoá thẩm:
• Động lực để chuyển proton H+ quay trở lại cơ chất bao gồm một gradient pH và thế năng electron của màng.
• Dòng proton quay trở lại cơ chất cùng với sự tổng hợp ATP.
• Proton quay ngược lại vào cơ chất thông qua các phân tử ATP synthase, tạo ra ATP từ ADP + Pi.
ATP synthase:
• ATP synthase là một enzyme multimeric bao gồm một phần nằm trên màng (F0) và một phần trong nằm trong cơ chất (F1).
• Mỗi phần bao gồm ba đơn vị phụ khác nhau.
• Khi các ion hydro đi qua màng thông qua một kênh, đĩa của tiểu đơn vị c xoay.
ATP synthase:
• Các tiểu đơn vị - γ trong phần F1 được cố định vào đĩa và do đó quay với nó.
• Tuy nhiên, tiểu đơn vị α và β trong phần F1 không thể xoay vì tiểu đơn vị a và b gắn kết chặt chẽ với nhau và cố định trong màng.
ATP synthase:
• Chức năng của tiểu đơn vị γ như một trục đối xứng, các tiểu đơn vị β bắt buộc phải trải qua những thay đổi cấu hình.
• Sự chuyển động của tiểu phần γ làm thay đổi các phần xúc tác của các tiểu đơn vị β.
ATP synthase:
• Kết quả là, các dòng năng lượng từ tiểu đơn vị kết hợp ADP vào Pi để hình thành của ATP.
• Các hướng dòng chảy proton ra lệnh tổng hợp ATP vs ATP thủy phân.
5. Giải thích lý do tại sao carbon monoxide, cyanide, malonate và oliogomycin có tác dụng độc hai lên thành phần cụ thể của chuỗi vận chuyển điện tử.
Tiêu thụ ATP và tế bào chết
• Cơ thể con người ra tổng hợp về 70kg của ATP một ngày.
• Mỗi phân tử ATP có tuổi thọ từ 1-5 phút.
• Bất kỳ sự gián đoạn của phosphoryl hóa oxy hóa và tổng hợp ATP đều làm các tế bào nhanh chóng trở nên cạn kiệt ATP và có thể chết.
• Nguyên nhân phổ biến nhất của việc này là thiếu oxy - tình trạng thiếu oxy (giảm) hoặc apoxia (tổng cộng).
• Cái chết của tế bào có thể trong vòng vài phút (tế bào thần kinh) hoặc một vài giờ (cơ bắp).
Ngộ độc Cyanide và Carbon Monoxide
• Phân loại như supertoxic - một vài giọt vào bụng có thể giết chết.
• Cyanide (CN-) và azide (N3-) kết hợp với ái lực cao với sắtIII (Fe3+) dạng của nhóm hem trong phức hợp cytochrome oxidase.
• Dòng chảy của các điện tử thông qua chuỗi vận chuyển điện tử và do đó tạo ra ATP.
• Theo cách tương tự, CO liên kết với sắtII (Fe2+) hình thức của nhóm hem, cũng ngăn chặn dòng chảy của các điện tử.
Ngộ độc malonate
• malonate giống với succinate và hoạt động như một chất ức chế cạnh tranh của succinate dehydrogenase.
• enzyme của chu trình Kreb nằm bên trong màng và vượt qua FADH2 trực tiếp đến ubiquinone.
• malonate làm chậm dòng vận chuyển của các electron từ succinate để đến ubiquinone, làm chậm quá trình tổng hợp ATP.
Ngộ độc Oliogomycin
• Oliogomycin là một kháng sinh ức chế phosphoryl hóa oxy hóa bằng cách liên kết trong `thân` của ATP synthase
• Dòng chảy của proton thông qua các enzyme.
• Tổng hợp ATP là ức chế và tồn đọng của các proton tích tụ trong không gian giữa hai lớp màng.
• Điều này ức chế dòng chảy của các điện tử thông qua chuỗi vận chuyển điện tử làm cho nồng độ H+ trong không gian giữa hai lớp màng đạt đến điểm bão hòa – proton không thể được bơm ra ngoài.
6. Mô tả quá trình oxy hóa phosphoryl hóa bằng thực nghiệm.
Điện cực oxy
• Các điện cực oxy để đo nồng độ oxy trong dung dịch chứa trong buồng của bộ máy.
• Các cơ sở của buồng được hình thành bởi một lớp màng Teflon thấm oxy. Bên dưới lớp màng này là một khoang chứa hai điện cực - một cathode bạch kim và một anode bạc.
• Một điện áp nhỏ được áp dụng giữa các cực dương và cực âm bạc bạch kim.
6. Mô tả quá trình oxy hóa phosphoryl hóa bằng thực nghiệm.
Điện cực oxy
• oxy khuếch tán qua màng Teflon và được giảm xuống nước ở cực âm.
• Mạch được hoàn thành vào cực dương, mà đang dần bị ăn mòn bởi chất điện phân KCl.
• Kết quả là hiện nay là tỷ lệ thuận với nồng độ oxy trong buồng mẫu.
Đo oxy hóa phosphoryl
• Một hệ thống treo của ty thể từ mô đồng nhất được ủ trong một buồng kín chứa và ủ bệnh trung bình đẳng trương có chứa chất nền ví dụ như succinate và Pi.
• Việc bổ sung ADP gây ra một vụ nổ bất ngờ của sự hấp thu oxy là của ADP chuyển đổi thành ATP - điều này được gọi là hô hấp cùng
• Bằng cách thêm các chất khác nhau cho các buồng chúng ta có thể xác định ảnh hưởng của chúng phosphoryl hóa oxy hóa.
 
Tóm tắt
• Ti thể có mặt ở hầu hết các tế bào nhân chuẩn và được cho là hậu duệ tiến hóa của một dạng sống prokaryote trước đó.
• Đa số ATP tạo ra trong cơ thể là kết quả của sự phosphoryl hóa oxy hóa, một quá trình diễn ra trong ty thể.
• Trong quá trình này, các electron từ phức hợp enzym NADH và FADH2 được truyền thông qua một loạt các phức hợp enzyme, được gọi là chuỗi vận chuyển điện tửkết quả cuối cùng là chuyển oxy cho nước và bơm proton ra khỏi cơ chất của ty lạp thể , để tạo ra một gradient proton.
• Những proton quay trở lại cơ chất thông qua các phân tử ATP synthase để tổng hợp ATP
• Các hợp chất ức chế chuỗi vận chuyển điện tử hoặc gradient proton, làm gián đoạn phosphoryl hóa oxy hóa được đo bằng thực nghiệm với một điện cực oxy.