BÀI GIẢNG SINH HÓA HỌC Chương KHÁI NIỆM VỀ TRAO ĐỔI CHẤT Phần II TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯNG SINH HỌC VÀ NĂNG LƯNG SINH HỌC ĐẠI CƯƠNGVỀ TĐC & NLSH 1.1 Sự trao đổi chất chuyển hóa trung gian 1.2 Đồng hóa dị hóa 1.3 Nguồn gốc lượng sinh học 1.4 Sự chuyển hóa lượng 1.5 Các hợp chất cao SỰ OXID HÓA-KHỬ SINH HỌC (Sự hô hấp mô bào) 2.1 Khái niệm hô hấp mô bào TP.HCM - 2006 2.2 Chuỗi hô hấp mô bào : Mục đích; Đặc điểm; Các enzyme chuỗi hô hấp; Sơ đồ chuỗi hô hấp 1.ĐẠI CƯƠNG 1.1 SỰ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN TĐC (chuyển hóa chất) bao gồm tất qúa trình hóa học xẩy thể từ TĂ đưa vào → đào thải chất cặn bã môi trường TĐC đặc điểm quan trọng vật sống (sinh vật), điều kiện tồn phát triển sinh vật Các tính chất vật thể sống : - Luôn gắn với hệ thống vật chất – protein - Tiêu tốn lượng – ATP - Có nguồn thông tin (có khả di truyền sinh sản) CHUYỂN HÓA TRUNG GIAN bao gồm - phản ứng - trình hóa học xảy tế bào Đây khâu quan trọng phức tạp chuyển hóa chất Gọi chuyển hóa trung gian qúa trình hóa học - xẩy qua nhiều giai đoạn trung gian, - thành lập nhiều chất trung gian Các chất gọi chất chuyển hóa hay sản phẩm chuyển hóa 1.2 ĐỒNG HÓA VÀ DỊ HÓA Đây hai mặt mâu thuẫn thống chuyển hóa chất (D hóa) Đồng hóa : tiêu hóa – hấp thu – tổng hợp chất (gi i phóng NL) Dị hóa : phân hủy đại ph/tử tế bào mô i m i; th i ch t c n bã; oxid hóa ch t h u để giải phóng lượng cung cấp cho qúa trình TĐC, cho hoạt động sống (thu NL) ( ng hóa) Hình 1.1 : Chu trình chuyển hóa giới sinh vật 1.3 NGUỒN GỐC CỦA NĂNG LƯNG SINH HỌC Nhiệt dạng lượng ngõ cụt (không sử dụng lại) → cần tiêu tốn NL để giữ trạng thái đẳng nhiệt đẳng áp Từ lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) Các dạng lượng : - hóa năng, - năng, Cơ thể sử dụng NL để trì sống : chuyển hóa lẫn - trì cấu trúc, - trì trật tự - nhiệt năng, - hoạt động - điện năng, Ngưng c/cấp NL → qúa trình phân hủy xẩy - lượng thẩm thấu … 1.4 SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯNG Năng lượng tự (NLTD) : số NL chuyển thành công hữu ích hợp chất biến đổi : G = H – Tx S G : NLtự hợp chất H : Enthapy (toàn NL dự trữ) T : Nhiệt độ tuyệt đối môi trường S : Entropy (hàm trạng thái) → mức độ hoạt động hệ thống → Số lượng bị ràng buộc không sử dụng 11 10 Sự biến đổi lượng tự : ∆G = ∆H – T ∆S - ∆G : Sự thay đổi NLTD hệ thống - ∆H : Sự biến đổi enthapy → hiệu ứng nhiệt phản ứng - T : nhiệt độ tuyệt đối môi trường - ∆S : Sự biến đổi entropy Cơ thể sống hoạt động hệ thống mở, biến đổi hóa học bảo đảm cân NL cho thể → ∆S ≈ → ∆G ≈ ∆H → biến đổi NLTD gần với hiệu ứng nhiệt phản ứng → nhiệt lượng PƯ → giá trị NL biến đổi 12 hóa học Hình 1.2 : Sự kết hợp PƯGPNL PƯ thu NL 13 15 Hình 1.3 : Sự thành lập hợp chất cao 14 16 1.5 CÁC HP CHẤT CAO NĂNG - ATP/ADP - Creatine phosphate/Creatine - Arginine phosphate/Arginine - Caùc nucleotide triphosphate : GTP, UTP Nối phosphate cao Đơn vị đo lượng - 1j = 2,388 x 10-4 Kcal - Kcal = 4,1866 x 108j 17 18 19 20 Hình 1.5 : Chu trình ATP/ADP CP/C 21 Bảng NLTD chuẩn số phosphate hữu Hợp chất phosphate Kjuole/mol Kcalo/mol -61.90 -51.40 -49.30 -43.10 -42.30 -33.50 -30.50 -20.90 -15.90 -13.80 -09.20 -14.00 -12.30 -11.80 -10.30 -10.10 -8.00 -7.30 -5.00 -3.80 -3.30 -2.20 SỰ OXID HÓA-KHỬ SINH HỌC 2.1 KHÁI NIỆM VỀ HÔ HẤP MÔ BÀO - Một chuỗi phản ứng oxid hóa-khử liên tục, ∆G’o hữu -Phosphoenolpyruvate -Carbamine phosphate -1,3 diphosphoglycerate -Creatine phosphate -Acetyl phosphate -Arginine phosphate -ATP → ADP + P -Glucose-1-phosphate -Fructose-6-phosphate -Glucose-6-phosphate -Glycero-3-phosphate 22 - Giải phóng lượng điện tử cao H hợp chất hữu , - Cơ thể động vật sử dụng lượng phân tử chất hữu để tổng hợp nên hợp chất cao lượng ATP, CP… - Bản chất trình oxid hóa bước carbon hữu thành CO2 vận chuyển H (proton H+ điện tử e- ) đến O2 để thành lập phân tử H2O 23 24 2.2 CHUỖI HÔ HẤP MÔ BÀO TY LAP THỂ MỤC ĐÍCH - Giải phóng số lượng dự trữ điện tử cao hợp chất hữu cơ; - Thành lập nối phosphate cao (~ P) tích trữ hợp chất cao (ATP, CP …) để cung cấp cho hoạt động sống ĐẶC ĐIỂM Hình 1.6 : Ty lạp thể Điện tử lấy từ H lấy kèm với proton H+ → chất hữu bị oxid hóa tức bị H 25 26 CÁC ENZYME CỦA CHUỖI HÔ HẤP CÁC ENZYME CỦA CHUỖI HÔ HẤP Các dehydrogenase chứa nhân pyridine (dx vit.PP) Các dehydrogenase chứa nhân flavine (dx vit.B2) H H H Coenzymes : NAD+ vaø NADP+ - CO- NH2 - CO- NH2 +(2H+ Coenzymes : FMN vaø FAD Coenzyme Q (ubiquinone) : CoQ – CoQ- - CoQH2 N+ Hệ thống cytochromes : b – c1 – c – a&a3 + 2e-) (2H+ + 2e- ) - R Dehydrogenase NAD+ 27 + H+ N R NADH + H+ 28 O O C C NH2 O O O CH3- NH2 _ _ P N + OCH2 P O H O H H H R H OH OH O N N H N N O P P O H H H HO CH C7 C H N C C 10 C N O H C C C C=O O C 29 R N H FMN (FAD) +2H NH C=O -2H FMNH2 (FAD.H2) 30 O O OH P NADP+ H C CH3 C6 H OH O H OH OH NAD+ N 10 CH3- H H H N NH O OH O OH CH3- N OCH2 N N OCH2 O C NH2 NH2 N H H H OH OH O CH3- N + OCH2 O N 10 N C H3 NH C C CH C C 2C O C H C 10 NH C C N C O N CH N HCO H CH HCO H HCO H HCOH CH HCOH O _ O P O HCOH O _ O P CH HC FAD H N O CH2 _ O P O O O O O FMN N H2 N H H OH OH C C C N CH N H 31 Hình 1.7 :Cơ chế vận chuyển electron CoQ 32 Tổ hợp (NADH-CoQ reductase) Vai trò : tách điện tử từ NADH (của dehydrogenase khác tương ứng với chất khác nhau) chuyển cho CoQ Đây tổ hợp có kích thước lớn (800kD) gắn phân tử FMN với chùm Fe-S giúp chuyển e- Hình 1.8 : Heme cytochrome 33 Tổ hợp III (CoQ – cyt c reductase) Tổ hợp II (Succinate - Co Q reductase) Thành viên tổ hợp III gồm hai cyt b, cyt c1 Vai trò : chuyển e- từ succinate sang CoQ Tổ hợp chùm [2Fe–2S] Tổ hợp chuyển điện tử từ bao gồm succinate dehydrogenase chu trình CoQ sang cyt.c Krebs, có nhóm FAD gắn qua gốc His với Tổ hợp IV (cyt.c oxydase) protein enzyme, chùm [4Fe–4S], hai chùm Vai trò tổ hợp IV tách điện tử từ [2Fe–2S] cytochrome b560 Thế hiệu cyt c dạng Fe2+ để chuyển cho oxygen phân tử (O2) redox chuyển e- từ succinate sang CoQ thấp, tạo phân tử nước (nhờ lấy H+ từ phần khuôn ty không đủ lượng tự để tạo ATP, nhiên lạp thể) tổ hợp II quan trọng giúp đưa điện tử cao vào chuỗi hô hấp 34 Tổ hợp V (ATPase) 35 Kênh dẫn proton thực tổng hợp ATP 36 Tóm tắt thông tin tổ hợp enzyme chuỗi hô hấp kDa Tổ hợp Thành phaàn Complex I NADH dehydrogenase (or) NADH-coenzyme Q reductase 800 25 Complex II Succinate dehydrogenase (or) Succinate-coenzyme Q reductase 140 Complex III Cytochrome C - coenzyme Q oxidoreductase 250 9-10 Complex IV Cytochrome oxidase 170 13 Complex V 380 12-14 37 ATP synthase Sơ đồ phân bố tổ hợp enzyme chuỗi hô hấp Polypeptides Hình 1.9 : SƠ CHUỖI HÔ HẤP MÔ BÀO 38 Các phản ứng oxid hóa-khử chuỗi hô hấp 39 40 10 Các giai đoạn phosphoryl hóa thành lập ATP 41 43 Hình 1.10 : Sơ đồ vận chuyển điện tử TL ATP Hình 1-12 : S hoán chuy n ATP ADP qua màng ty thể 42 44 11 ... Từ lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) Các dạng lượng : - hóa năng, - năng, Cơ thể sử dụng NL để trì sống : chuyển hóa lẫn - trì cấu trúc, - trì trật tự - nhiệt năng, - hoạt động - điện năng, ... qúa trình phân hủy xẩy - lượng thẩm thấu … 1.4 SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯNG Năng lượng tự (NLTD) : số NL chuyển thành công hữu ích hợp chất biến đổi : G = H – Tx S G : NLtự hợp chất H : Enthapy (toàn... -Glycero-3-phosphate 22 - Giải phóng lượng điện tử cao H hợp chất hữu , - Cơ thể động vật sử dụng lượng phân tử chất hữu để tổng hợp nên hợp chất cao lượng ATP, CP… - Bản chất trình oxid hóa bước carbon