9/20/2017 Bài 3: NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ TRAO ĐỔI CHẤT – HÔ HẤP TẾ BÀO ThS Chu Thị Bích Phượng NỘI DUNG CHÍNH • Các quy luật biến đổi lượng trật tự sinh học • ATP – hai chế tổng hợp ATP tế bào • Các giai đoạn hô hấp tế bào • Ý nghĩa hô hấp tế bào Bài – Hô hấp tế bào 1 9/20/2017 Năng lượng trao đổi chất -Cơ thể sống tạo lượng cách nào? -Tế bào tạo lượng cách nào? Bài – Hô hấp tế bào 3.1 CÁC QUY LUẬT BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ TRẬT TỰ SINH HỌC 3.1.1 Quy luật biến đổi lượng Quy luật biến đổi lượng Tổng lượng = lượng hữu ích + lượng vô ích (dạng nhiệt) -QL1: "Tổng lượng vũ trụ không đổI” Bài – Hô hấp tế bào 9/20/2017 3.1 CÁC QUY LUẬT BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG VÀ TRẬT TỰ SINH HỌC 3.1.1 Quy luật biến đổi lượng Quy luật biến đổi lượng QL2: “Thế giới vật chất biến đổi liên tục để trở thành trật tự hay hỗn loạn (tăng entropy)” = “trong giới vật chất tổng lượng tự giảm” Bài – Hô hấp tế bào TRẬT TỰ SINH HỌC Trật tự sinh học: trật tự cấu trúc phản ứng hoá học trì thể Tế bào thu lượng dạng chất hữu từ bên vào, rồi thải chất bã  TB trạng thái cân động Trật tự cấu trúc 9/20/2017 Trật tự sinh học: Trật tự phản ứng hoá học Để trì trật tự sinh học, phản ứng phân hủy thực để giải phóng lượng tự đem dùng cho trình tổng hợp chất Bài – Hô hấp tế bào 3.2 SỰ TRAO ĐỔI CHẤT Trao đổi chất = chuyển hoá vật chất lượng Gồm trình đồng hoá dị hoá Tổng hợp lượng tế bào Sử dụng lượng tế bào Tổng hợp hợp chất tế bào 9/20/2017 Các khái niệm bản a Có loại trao đổi chất TB sống: Đồng hóa dị hóa  Đồng hóa: tổng hợp phân tử phức tạp từ phân tử đơn giản Ví dụ: protein từ amino acid  Dị hóa: bẻ gãy phân tử phức tạp thành phân tử đơn giản Ví dụ: bẻ gãy phân tử glycogen thành phân tử glucose Bài – Hô hấp tế bào Các khái niệm bản (Dị hóa) Năng lượng (phóng thích E dự trữ liên kết hóa học) (Đồng hóa) (cần E để hình thành liên kết hóa học) Bài – Hô hấp tế bào 9/20/2017 Trao đổi chất tiến hành qua phản ứng sinh hoá Mỗi đường TĐC gồm chuỗi các phản ứng oxi hóa khử Mỗi phản ứng được xúc tác bởi loại enzyme • Mỗi enzyme mã hoá gen cấu trúc (gen kiểm soát phản ứng sinh hoá) • Điều hoà trao đổi chất = điều hoà hoạt tính enzyme • Cơ chế điều hoà: ức chế ngược • Mục đích điều hoà: giữ nội cân 10 3.2.1 ATP – “tiền tệ” lượng tế bào - ATP: nguồn cung cấp lượng sinh học chủ yếu thể sinh vật, cầu nối trình đồng hoá dị hoá ATP – adenosine triphosphate Bài – Hô hấp tế bào 11 9/20/2017  Sự thủy phân ATP giải phóng lượng:  ATP + H2O = Pi + ADP + lượng  Phản ứng thủy phân cắt đứt liên kết cao nhóm phosphate cuối với nhóm phosphate còn lại tạo phân tử ADP phosphate vô (Liên kết cao năng) Bài – Hô hấp tế bào 12 Bài – Hô hấp tế bào 13 9/20/2017  Sự tạo thành phân tử ATP thu lượng: ADP + Pi + lượng  ATP + H2O  Năng lượng hay lượng tự (G) lượng tích lũy liên kết cộng hóa trị chất Bài – Hô hấp tế bào 14 Quá trình đồng hóa và các phản ứng cần lượng khác vận chuyển chất tích cực qua màng lấy E từ phản ứng thủy phân ATP E Quá trình dị hóa giải phóng E cung cấp cho tổng hợp ATP từ ADP và Pi E Chu trình lượng kép Sự thủy phân ATP thành ADP và Pi giải phóng E 15 9/20/2017 Sự tổng hợp ATP  Sự phosphoryl hóa mức chất: - Xảy trình đường phân chu trình Krebs tạo lượng nhỏ ATP tổng số ATP tạo trình hô hấp - Cơ chế: nhóm phosphate chuyển đến cho ADP nhờ enzyme kinase tạo ATP Bài – Hô hấp tế bào 16 Sự tổng hợp ATP  Cơ chế hoá thẩm thấu = phosphoryl hoá oxy hoá (ty thể) = quang phosphoryl hoá (lục lạp) ATP tạo thành oxy hóa NADH FADH2 qua chuỗi vận chuyển điện tử hóa thẩm Quá trình tạo phần lớn ATP tổng số ATP tạo trình hô hấp Bài – Hô hấp tế bào 17 9/20/2017  Cơ chế hoá thẩm thấu: Là khái niệm liên quan đến chuỗi vận chuyển điện tử, kênh proton H+ ATP synthase Bài – Hô hấp tế bào 18 3.2.2 Các chất chuyên chở hydrogen điện tử:  NAD (nicotinamide adenine dinucleotide): coenzyme vận chuyển điện tử e- kèm với H+ Hoạt động vận chuyển hydrogen điện tử của NAD Vận chuyển hydrogen từ phân tử đến phân tử khác  Phản ứng khử:  Phản ứng oxy hóa: NAD+ + H+ NADH + H+ NADH + H+  NAD+ + H+  NAD+ : tác nhân oxy hóa NADH : tác nhân khử Bài – Hô hấp tế bào 19 10 9/20/2017  Sự phosphoryl hóa oxy hóa: - Sự hóa thẩm:  Là khái niệm liên quan đến chuỗi vận chuyển điện tử, kênh proton H+ ATP synthase  ATP synthase: phức hợp gồm phần: CF0 , CF1  Cơ chế: 32 Bài – Hô hấp tế bào Giai đoạn 1: Sự đường phân (glycolysis) Enzyme: Hexokinase Isomerase Giai đoạn Đầu tư lượng Phosphofructo kinase Aldolase Isomerase Bài – Hô hấp tế bào 33 17 9/20/2017 Giai đoạn Hoàn trả lượng Enzyme: Triose phosphate dehydrogenase 7.Phosphoglycerate kinase 8.Phosphoglycero mutase Enolase 10 Pyruvate kinase 10 34 Cân tổng thể trình đường phân Sử dụng ATP Tạo thành ATP 4ATP tạo thành – 2ATP sử dụng Bài – Hô hấp tế bào 35 18 9/20/2017 Giai đoạn 2: Chu trình acid citric (krebs) Giai đoạn trung gian đường phân Krebs: Oxy hóa pyruvate thành acetyl- CoA Pyruvate qua chuỗi phản ứng 1, 2, tạo thành acetyl-CoA: Pyruvate + NAD+ + CoA acetyl-CoA + CO2 + NADH + H+ (2 pyruvate  acetyl-CoA) Bài – Hô hấp tế bào 36 Giai đoạn 2: Chu trình acid citric (krebs) - Chu trình khép kín gồm phản ứng oxy hóa, mỗi bước xúc tác enzyme đặc hiệu - Đầu tiên acetyl-CoA (2C) vào chu trình, kết hợp oxaloacetate (4C) tạo thành citrate 6C (SP đầu tiên) - phản ứng phân giải citrate trở lại oxaloacetate Bài – Hô hấp tế bào 37 19 9/20/2017 Chu trình Krebs hoàn chỉnh 38 Giai đoạn 2: Chu trình acid citric (krebs)  Năng lượng tạo thành chu trình Krebs:  chu trình Krebs: từ acetyl-CoA cho CO2 và: ATP tạo phosphoryl hóa mức chất (NADH + H+) FADH2 Các phân tử giàu lượng qua chuỗi vận chuyển điện tử phosphoryl hóa oxy hóa tạo ATP  phân tử pyruvate oxy hóa thành acetyl-CoA trước vào chu trình Krebs tạo CO2 NADH phân tử glucose ban đầu tạo phân tử acetyl-CoA vào chu trình Krebs tạo ? 39 20 9/20/2017 Giai đoạn 2: Chu trình acid citric (krebs)  Năng lượng tạo thành sau chu trình Krebs đường phân từ phân tử glucose: Sản phẩm Đường phân CO2 NADH + H+ Oxy hóa pyruvate thành acetyl-CoA Chu trình Krebs từ acetyl-CoA 1* 1* 2* 3* Năng lượng 30 ATP Năng lượng FADH ATP ATP 06 ATP 24 ATP ATP 1* 438 ATP phân tử glucose bắt đầu vào đường phân đến kết trình Krebs tạo 38 ATP 1* 2nhưng do4 2ATP thúc chu ATP được 40 sử dụng để vận chuyển pyruvate vào ty thể  36 ATP Giai đoạn 2: Chu trình acid citric (krebs)  Ý nghĩa chu trình Krebs: - Là đường oxy hóa cuối cùng oxy hóa chất dinh dưỡng tạo sản phẩm cuối CO2 H2O - Tạo hàng loạt sản phẩm trung gian tham gia vào tổng hợp chất khác: acid amin, acid béo… - Tạo lượng dự trữ ATP lớn cho thể Bài – Hô hấp tế bào 41 21 9/20/2017 Giai đoạn 2: Chu trình acid citric (krebs)  Ý nghĩa chu trình Krebs: Chu trình Krebs tạo hàng loạt sản phẩm trung gian cho làm tiền 42 chất cho tổng hợp chất khác Giai đoạn 3: Sự phosphoryl hóa oxy hóa Chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp: - Là trình vận chuyển điện tử từ NADH FADH2 đến O2 O2 chất nhận điện tử kết hợp H+ tạo phân tử H2O - Chuỗi gồm: III, thể phức hợp protein lớn I, II, IV cố định màng ty Các protein nhỏ linh động lipid nhỏ: cytochrome c ubiquinone Bài – Hô hấp tế bào 43 22 9/20/2017 Giai đoạn 3: Sự phosphoryl hóa oxy hóa Chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp:  Vai trò thành phần chuỗi: - phức hợp protein lớn mang chất chuyên chở điện tử: Phức hợp I: chứa NADH dehydrogenase nhận H+ e- trực tiếp từ NADH + H+ Phức hợp II: chứa succinate dehydrogenase chuyển H+ e- từ FADH2 đến ubiquinone Phức hợp III: chứa cytochrome b-c1 nhận điện tử từ ubiquinone chở đến cytochrome c Phức hợp IV: chứa cytochrome c oxidase (cyt a, cyt a3) nhận điện tử từ cytochrome c đến O2 O2 nhận điện tử kết hợp H+44tạo Bài – Hô hấp tế bào H2O Giai đoạn 3: Sự phosphoryl hóa oxy hóa Chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp:  Vai trò thành phần chuỗi: - Cytochrome c: protein ngoại biên nằm cạnh màng, chuyển điện tử từ phức hợp III đến phức hợp IV - Ubiquinone (Q): phức hợp không phải protein, không phân cực, di động tự phần kỵ nước màng ty thể Bài – Hô hấp tế bào 45 23 9/20/2017 Giai đoạn 3: Sự phosphoryl hóa oxy hóa  Cơ chế hoạt động chuỗi vận chuyển điện tử: Bài – Hô hấp tế bào 46 Giai đoạn 3: Sự phosphoryl hóa oxy hóa  Năng lượng chuỗi vận chuyển điện tử:  Các chất chuyên chở luân phiên chuyển từ trạng thái bị khử thành bị oxi hóa nhận cho điện tử  Dòng điện tử từ chất chuyên chở đến chất chuyên chở khác chuỗi phản ứng giải phóng E tự Càng cuối chuỗi điện tử giảm E tự cuối cùng chuyển điện tử cho O2 tạo H2O Bài – Hô hấp tế bào 47 24 9/20/2017 Bài – Hô hấp tế bào 48 Giai đoạn 3: Sự phosphoryl hóa oxy hóa Sinh tổng hợp ATP qua chế hóa thẩm: - Năng lượng từ dòng điện tử chuỗi vận chuyển điện tử bơm proton H+ khỏi matrix vào khoảng màng ty thể tạo gradient nồng độ H+ - Protein ATP synthase cho phép ion H+ khuếch tán trở lại matrix theo gradient nồng độ sử dụng E khuếch tán tổng hợp ATP từ ADP Pi - cặp điện tử từ NADH + H+ vào chuỗi vận chuyển điện tử qua hóa thẩm tạo ATP Bài – Hô hấp tế bào 49 25 9/20/2017 Nguyên liệu hô hấp TB Disaccharide, polysaccharide, glycogen dự trữ Triglyceride Protein Bài – Hô hấp tế bào 50 Bài – Hô hấp tế bào 51 26 9/20/2017 52 53 27 9/20/2017 Ý nghĩa hô hấp TB Vai trò kép:  Chất biến dưỡng Chuyển hóa lượng ATP cho hoạt động TB  Cung cấp nguyên liệu cần thiết cho phản ứng tổng hợp TB: từ trung gian tạo qua đường chuyển hóa đường phân Krebs Bài – Hô hấp tế bào 54 Lên men Khái niệm:  Là trình phân cắt pyruvate tạo từ đường phân không có O2  Là oxi hóa không hoàn toàn glucose tạo lượng hô hấp TB Bài – Hô hấp tế bào 55 28 9/20/2017 Lên men Đặc điểm:  Xảy NSC đường phân  Bao gồm đường phân phản ứng khác để tái tạo NAD+ cần thiết cho phản ứng đường phân, nhiều phân tử glucose tiếp tục đưa vào đường phân  Phản ứng lên men không tạo ATP  Lên men giúp cho đường phân tạo ATP liên tục phosphoryl hóa mức chất Bài – Hô hấp tế bào 56 Lên men a Lên men rượu (ethanol):  Thường có nấm men: dùng để lên men rượu, sản xuất bia, rượu vang  Gồm bước: Bài – Hô hấp tế bào 57 29 9/20/2017 Lên men a Lên men lactic:  Thường xảy nhiều VSV ( yogurt, phô mai) TB  Pyruvate bị khử thành lactate NADH + H+ không tạo CO2 Bài – Hô hấp tế bào 58 Bài – Hô hấp tế bào 59 30 9/20/2017 So sánh hô hấp hiếu khí lên men Dùng đường phân để oxi hóa glucose nguyên liệu hữu khác thành pyruvate Giống  Khác Hô hấp hiếu khí Lên men Chất nhận điện tử sau cùng O2  Tạo 36 ATP/1 glucose   Chất nhận điện tử sau cùng phân tử hữu (pyruvate hoặc acetaldehyde)  Tạo ATP/1 60 glucose Bài – Hô hấp tế bào 31 ... thẩm tạo ATP Bài – Hô hấp tế bào 49 25 9/20/2017 Nguyên liệu hô hấp TB Disaccharide, polysaccharide, glycogen dự trữ Triglyceride Protein Bài – Hô hấp tế bào 50 Bài – Hô hấp tế bào 51 26 9/20/2017... hóa - Sự phosphoryl hóa oxy hóa xảy màng ty thể Bài – Hô hấp tế bào 28 Bài – Hô hấp tế bào 29 15 9/20/2017 Các giai đoạn hô hấp tế bào  Sự phosphoryl hóa mức chất: - Xảy trình đường phân... FADH2 FAD + 2H+  FADH2 Bài – Hô hấp tế bào 20 3.2.3 Protein chuyển điện tử Các protein chuỗi truyền điện tử Bài – Hô hấp tế bào 21 11 9/20/2017 3.3 HÔ HẤP TẾ BÀO Tổng quát  Thực vật VSV quang