Van chuyen dien tu

Chia sẻ bởi Võ Phương Thảo | Ngày 24/10/2018 | 56

Chia sẻ tài liệu: Van chuyen dien tu thuộc Bài giảng khác

Nội dung tài liệu:

CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ VÀ QUÁ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ATP
Quá trình tổng hợp ATP sẽ như thế nào?
Các coenzyme khử NADH và FADH2 nhận e- chuyển tới hệ thống vận chuyển điện tử (ETS), nó đi vào quá trình tổng hợp ATP.
Những điều kiện hô hấp hiếu khí
e- được vận chuyển tới O2.

NADH + H+ + 1/2 O2  NAD+ + H2O
DG˚’ = -52.4 kcal/mol

FADH2 + 1/2 O2  FAD + H2O
DG˚’ = -45.9 kcal/mol
Tại sao sự vận chuyển e- lại tiến hành theo từng bước?
Nếu electron được chuyển trực tiếp tới oxy thì phần lớn năng lượng sẽ bị mất đi dưới dạng nhiệt.
Các chất mang bản chất là Protein
Các Flavoprotein

Cụm Fe-S (không nằm trong Hem)

Fe chứa trong các cytochromes ( Hem)

Cu chứa trong các cytochrome

Coenzyme Q
Các Flavoprotein
FAD hoặc FMN (Nhóm ngoại)

Vận chuyển cả e- và H+, chúng vừa là chất oxy hóa vừa là chất khử.
Fe-S Protein
Fe và S tổ hợp với cysteine của protein.

Mỗi lần vận chuyển một e- .
Fe2+  Fe3+

Không vận chuyển H+.
Fe trong các Cytochrome
Giống như Fe-S protein, ngoại trừ các cytochrome có hem Fe.

Mỗi lần vận chuyển một e- .
Fe2+  Fe3+

Không vận chuyển H+
http://bai.nci.nih.gov/cytc.gif
Cu chứa trong các Cytochrome
Một nguyên tử Cu gắn vào Hem.

Mỗi lần vận chuyển một e-
Cu+  Cu2+

Nó nằm ở vị trí chủ yếu ở cuối ETS và vị trí này tiếp nhận O2 .
Coenzyme Q
Không phải phân tử protein mà là các ubiquinone (UQ or CoQ).

Là chất mang e- có nhiều ở màng .

Nó di chuyển tự do ở màng trong ty thể như chất vận chuyển trung gian.
Vận chuyển e- và H+.
Complex I
Phức hợp enzym NADH dehydrogenase

Kích thước lớn
Có ≥ 25 polypeptide

Vận chuyển e- từ NADH tới UQ.
http://138.192.68.68/bio/Courses/biochem2/ETC/ETC1.html
Complex II
Phức hợp enzym Succinate-coenzyme Q reductase.
Chứa succinate dehydrogenase (Krebs cycle enzyme).

Vận chuyển e- từ succinate tới UQ qua chất trung gian là FAD.
Complex III
Phức hợp enzym cytochrome bc1 .
Vận chuyển e- từ UQH2 tới cytochrome c.
Complex IV
Cytochrome c oxidase

Vận chuyển e- từ cytochrome c tới O2.
O2 + 4 H+ + 4 e-  2 H2O

Liên kết chặt chẽ giữa Azide và cyanide với trung tâm Fe-Cu tạo phức hợp vận chuyển e-
http://138.192.68.68/bio/Courses/biochem2/ETC/ETC2.html
Quan hệ năng lượng trong ETS
DG˚’ liên quan tới sự thay đổi thế oxy hóa khử (DE˚’ ).

e- chuyển từ phức hợp này tới phức hợp khác trên cơ sở E˚’.
Thế oxy hóa khử (E˚’)
Đo lường giá trị điện thế của điện thế vận chuyển điện tử của một cặp oxy hóa khử.
Xu hướng của những chất đặc biệt này là cho và nhận điện tử e-.
E˚’ cao có khả năng cho e-
E˚’ thấp có khả năng nhận e-
Ví dụ :
Fe3+/Fe2+ E˚’ = +0.77 V (Fe3+ là chất cho)
NAD+/NADH E˚’ = -0.32 V (NADH là chất nhận)


Tính toán E’
E’ = E˚’ + RT ln [Dạng oxi hóa ]


R = Hằng số khí lý tưởng (1.987 cal/mol•K)
T = Nhiệt độ (K)
n = số e- vận chuyển trong phản ứng
F = Hằng số Faraday (23,062 cal/mol•V)
nF
[Dạng khử]
Tại sao vấn đề này quan trọng?
Dạng khử của cặp oxy hóa khử sẽ khử (nhận electron) dạng oxy hóa của mọi cặp oxy hóa khử dưới nó trong bảng E˚.
DE˚ có giá trị dương thì sự vận chuyển e- từ phân tử này đến phân tử khác sẽ xảy ra một cách tự phát.
DE˚’ = E˚’ (chất nhận) - E˚’ (chất cho)
Thế oxy hóa khử tiêu chuẩn (E˚)
Ví dụ
Sự vận chuyển e- từ NADH tới O2.
NADH là chất cho; O2 là chất nhận.
DE˚’ = E˚’ (chất nhận) - E˚’ (chất cho)
= +0.816 V - (-0.32 V)
= + 1.136 V
Từ DE˚’ và DG˚’ có thể đo lường trạng thái nhiệt động, giữa chúng quan hệ với nhau như thế nào?
Xác định DG˚’ từ DE˚’
Ta có DG˚’ = -nF DE˚’
Khi vận chuyển e- từ NADH tới O2.
DG˚’ = -nF DE˚’
DG˚’ = -2(23,062 cal/mol•V)(1.136 V )
DG˚’ = -52.400 cal/mol (-52,4 kcal/mol)


Photphorin hóa Oxi hóa
Mỗi lần e- được chuyển tới chất mang mới, nó bị mất năng lượng. Năng lượng được chuyển hóa qua quá trình photphorin hóa ADP thành ATP.
3 giai đoạn của ETS đủ năng lượng để xảy ra sự tổng hợp ATP, đó là :
Phức hợp I
Phức hớp III
Phức hợp IV
ETS và sự tổng hợp ATP
~ 2.5 phân tử ATP cho một cặp e- nhận từ NADH

~ 1.5 phân tử ATP cho một cặp e- nhận từ FADH2
(-19.2 kcal/mol)
(-8.3 kcal/mol)
(-24.5 kcal/mol)
Thuyết thẩm thấu hóa học
Peter Mitchell (1961)

Năng lượng giải phóng từ sự vận chuyển e- bơm H+ từ nội chất tới không gian giữa hai lớp màng đã tạo ra gradien điện thế proton [proton motive force (pmf)].

H+ chuyển động trở lại vào nội chất qua enzym ATP synthase dẫn đến sự tổng hợp ATP.
Mô hình thẩm thấu hóa học
(Chemiosmotic Model)
H+ được bơm từ nội chất ở 3 vị trí .
Phức hợp I = 4 H+
Phức hợp III = 4 H+
Phức hợp IV = 2 H+
(high pH)
(low pH)
Chứng minh thuyết thẩm thấu hóa học
Đưa O2 vào ty thể sẽ làm pH thay đổi

Phá vỡ màng trong ty thể sẽ làm ngừng quá trình tổng hợp ATP.

Điện ly ion sẽ làm cản trở quá trình tổng hợp ATP.

Mối quan hệ giữa DG˚’ và pmf
DG˚’ = -nF (pmf)

n = Điện tích của 1 proton

DG˚’ = -1(23,062 cal/mol•V)(0.22V)
= -5120 cal/mol = -5.12 kcal/mol

~ 5.12 kcal/mol năng lượng tạo ra cho một mol proton trở lại nội chất (matrix).

Các chất kháng và điện giải
Các chất kháng (Uncouplers)
Giảm pmf do H+ đi qua màng.
Ví dụ: dinitrophenol

Các chất điện giải:
Các loại protein ghét nước sẽ vận chuyển H+ qua màng.
Ví dụ: gramicidin A
DNP
(an ionophore)
Xác định động lực chuyển động proton
Proton motive force (pmf)

pmf = Vm + 2.303 RT DpH/F

Vm = Điện thế màng (V) ( Màng ty thể là 0.16 V )
R = Hằng số khí lý tưởng (1.987 cal/mol•K)
T = Nhiệt độ (K)
DpH = Sự chênh lệch pH của màng( Ty thể ~1.0 ) mitochondrion)
F = Hằng số Faraday(23,062 cal/mol•V)
Trong tế bào :

pmf = 0.16V + 2.303(1.987 cal/mol•K)(310K)(1.0/23,062 cal/mol•V)
= 0.22V
Mối quan hệ giữa pmf với quá trình tổng hợp ATP
Biết rằng DG ở tế bào cho thủy phân ATP là = -13 kcal/mol, vậy cần bao nhiêu H+ cho việc tổng hợp một phân tử ATP?
Tổng cộng 4 H+/ATP:
Cần 3 H+ để tạo 1 ATP
Cần 1 H+ để vận chuyển Pi vào nội chất

Tỷ lệ P/O ( số ATP tạo ra /nguyên tử Oxy )
(10 H+ được bơm /NADH)/4 = 2.5
(6 H+ được bơm /FADH2)/4 = 1.5
ATP Synthase
Efraim Racker phân lập phân tử từ 1960.

Paul Boyer & John Walker được trao giải Nobel năm 1997 cho việc xác định quá trình tổng hợp ATP
F0 = Di chuyển proton
F1 = Các phần xúc tác
(Tiểu phần g, e và c12 của con quay F0 để proton di qua)
e- Shuttles
Glycerol phosphate shuttle
(skeletal muscle, brain)
Malate-aspartate shuttle
(liver, kidney, heart)
Porin
e-
e-
Hạn chế sự vận chuyển e- và sự sinh nhiệt
Sự sinh nhiệt không do lạnh

Sự hình thành nhiệt ở mỡ nâu.
Các thể mỡ gắn vào ty thể.

Các protein kháng (UCP hoặc thermogenin) vận chuyển H+ qua màng làm cho H+ không đi vào enzym ATP synthase.

Năng lượng từ ETS được tỏa ra dưới dạng nhiệt.
http://education.vetmed.vt.edu/Curriculum/VM8054/Labs/Lab5/IMAGES/Brown%20adipocyte%20WITH%20LABEL%20copy.jpg
http://www.trudicanavan.com/b-baby.jpg
Mỡ nâu ty thể sinh nhiệt lượng
Mỡ nâu; mô mỡ ở trẻ sơ sinh hoặc động vật ngủ đông
Năng lượng củaquá trình oxy hóa đều sinh nhiệt, không sản xuất ATP

Sự sinh nhiệt xảy ra khi các proton quay lai nội chất mà không qua phức hợp FoF1 của enzym ATP synthase
Năng lượng trong gradient proton chuyển thành nhiệt lượng.


* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...

Người chia sẻ: Võ Phương Thảo
Dung lượng: | Lượt tài: 2
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)