Ths. Nguyễn Thị Thanh Hải
Mục tiêu:
1. Phân tích khái quát các bước thoái hóa glucid, lipid và protein để tạo ATP.
2. Trình bày được sơ đồ chuỗi vận chuyển điện tử và cơ chế tạo ATP ở ty thể.
3. Trình bày được chu trình acid citric: các phản ứng, năng lượng sinh ra, đặc điểm và ý
nghĩa.
ATP và các hợp chất
giàu năng lượng
- Liên kết nghèo năng lượng: Khi thủy phân giải phóng 1000- 5000 calo.
VD: liên kết este
- Liên kết giàu năng lượng: Khi thủy phân giải phóng > 7000 calo.
Liên kết anhydrid
phosphat:
Liên kết acyl
phosphat:
Liên kết enol
phosphat:
Liên kết amidphosphat:
Liên kết thioeste:
* Khái quát năng lượng sinh học
- Mọi
tế bào, cơ thể sống đều cần năng lượng cho sự tồn tại, hoạt động và phát triển.
- Các
thành phần trong thức ăn có khả năng cung cấp năng lượng cho cơ thể là Glucid, Lipid và Protein.
- Năng
lượng sinh học hay sự phosphoryl oxy hóa hay sự hô hấp tế bào là sự đốt cháy các chất hữu cơ tạo năng lượng cho các hoạt động sống của cơ thể.
Sự đốt cháy các chất
hữu cơ
|
Ngoài
cơ thể
|
Trong
cơ thể
|
|
-Nhanh,
mạnh, cần ngọn lửa
-Oxy không khí tiếp xúc trực tiếp với cơ chất -Năng lượng giải phóng cùng một lúc dưới dạng nhiệt |
-Nhiệt
độ không cao, môi trường 2/3 là
nước, xảy ra từ từ từng bước
-Oxy không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất -Năng lượng giải phóng dần, dưới dạng hóa năng là chính, cần cho các hoạt động sống. |
Sự hô hấp tế bào
Định nghĩa: Là
quá trình tế bào sử dụng oxy đốt cháy các
chất hữu cơ sinh năng lượng, giải phóng CO2 và H2O
Quá trình tạo CO2 và
H2O:
- CO2 : khử carboxyl,năng lượng giải phóng ít decarboxylase
RCOOH ==
decarboxylase ==> RH + CO2
- H2O: nhờ dây chuyền phản ứng tách, vận chuyển H và e từ cơ chất đến O2 qua một loạt chất
trung gian. (chuỗi vận chuyển điện
tử). Giải phóng nhiều năng lượng.
Sự phosphoryl oxy hóa
- Sự
phosphoryl: sự gắn một gốc phosphat vào một chất hữu cơ.
- Điện
tử đi từ chất có thế năng oxy hóa khử thấp
đến chất có thế năng oxy hóa khử cao trong chuỗi vận chuyển e gọi là quá trình oxy hóa
- Trong
quá trình đó năng lượng giải phóng để tổng
hợp ATP gọi là phosphoryl hóa
- Hai
quá trình trên đi kèm với nhau gọi là phosphoryl oxy hóa
Tóm tắt các
con đường thoái hóa G ,L ,Pr
Chu trình acid citric
- Đây là giai đoạn thoái hóa cuối
cùng chung của các chất
- Sản
phẩm cuối cùng của các chất là acid pyruvic
(3C)
- Chất
đầu tiên đi vào chu trình citric là Acetyl
CoA (2C)
→ Cần có phản ứng chuyển A.pyruvic thành Acetyl CoA
A.Pyruvic → Acetyl
CoA:
(!) Phức hợp 3
enzym:
_ E1:
pyruvat dehydrogenase
coenzym: TTP (thiamin pyrophotphat – Vit B1)
_ E2:
Dihydrolipoyl transacetylase
coenzym: lipoamid
_ E3:
Dihydrolipoyl dehydrogenase
coenzym: FAD
* Chu trình citric
1. Citrat Synthase
2. Aconitase
3. Isocitrat dehydrogenase
4. a-Cetoglutarat
dehydrogenase
5.Succinyl-CoA
Synthetase (thiokinase)
6. Succinat
dehydrogenase
Succinat
dehydrogenase là enzym gắn màng duy nhất trong chu trình citric
7. Fumarase
8. Malat
dehydrogenase
Kết quả của chu trình
Citric
Ý nghĩa chu trình
citric
- Là giai đoạn 3, giai đoạn thoái hóa cuối cùng chung của các chất, xảy ra trong ty thể ở điều kiện ái khí
- Ý nghĩa năng lượng: tạo nhiều năng lượng, 1 gốc acetyl => 12 ATP
- Ý nghĩa tổng hợp: tiền chất tổng hợp nhiều chất khác
Điều hòa chu trình
citric
* Chuỗi hô hấp tế bào (Chuỗi
vận chuyển điện tử)
- Điện
tử được chuyển qua một loạt các chất vận chuyển
cuối cùng đến O2.
Các phức hợp vận chuyển
điện tử
Phức hợp I: NADH
Dehydrogenase (NADH-CoQ Reductase)
- Xúc
tác sự vận chuyển điện tử và H+ từ NADH và
proton từ trong ty thể đến ubiquinone (CoQ).
- Kèm
theo với quá trình này là sự vận chuyển 4 H+ từ trong lòng ty thể đến khoảng giữa hai màng.
- Cơ
chế vận chuyển điện tử và H của NAD+
- Cơ
chế vận chuyển e của FAD hay FMN
Các trung tâm sắt lưu
huỳnh
Phức hợp II: Succinat
Dehydrogenase (Succinat- CoQ Reductase)
- Là
enzym gắn màng duy nhất của chu trình acid citric.
- Oxy
hóa succinat thành fumarat. FAD bị khử thành FADH2, rồi nhanh chóng chuyển e đến trung tâm Fe-S và cuối cùng tới ubiquinon (CoQ).
Phức hợp Succinat Dehydrogenase. Sự
di chuyển điện tử tới ubiquinon, QH2.
Ubiquinon (CoQ)
-Là benzoquinon có chuỗi
bên isoprenoid dài, tan trong
lipid.
- Kích thước nhỏ: chuyển động trong màng.
- Khả năng gắn
e- và H+ : nhận và chuyển e- và H+.
Sự vận chuyển điện tử đến
coenzym Q
Phức hợp III:
Ubiquinon-cytochrom c
oxidoreductase
- Gồm
3 thành phần Cyt b, trung tâm Fe-S và cyt c1
- Vận
chuyển e từ QH2 đến cytochrome c, cùng với đó là vận chuyển 4 H+ từ trong lòng ty thể ra khoảng giữa hai màng.
- Sự
vận chuyển e và H+ qua phức hợp rất phức tạp, nhưng kết quả là:
QH2 + 2 cyt c1 (oxy
hóa) + 2H+ → Q + 2 cyt c1 (khử) + 4H+ (khoảng giữa 2 màng)
- Phức
hợp III còn gọi là phức hợp cytochrom bc1
Cytochrom c :
- Protein
tan trong nước của khoảng giữa 2 màng.
- Nhận
e từ cytochrom c1 của phức hợp III, chuyển qua nhân hem, sau đó e được chuyển cho phức hợp IV.
Phức hợp IV:
Cytochrom oxidase
- Nhận
e từ cytochrom c và khử O2 thành H2O.
- Điện
tử được chuyển cho một trong hai ion Cu+ trong phức hợp (cyt a), sau đó chuyển cho 2 nhân hem, rồi chuyển cho ion Cu+ khác (cyt a3) và cuối
cùng đến O2.
- Kết
quả là:
2 cyt c (khử) +
4H+M + 1/2 O2 → 2
cyt c (oxy hóa) + 2H+(giữa
2 màng) + H2O
Tóm tắt chuỗi vận
chuyển điện tử
Trật tự sắp xếp chuỗi
vận chuyển điện tử
- Được
định hướng chặt chẽ theo trình tự thế năng
oxy hóa khử của các chất trong chuỗi. Điện tử đi
từ chất có thế năng oxy hóa khử thấp tới chất có thế năng oxy hóa khử cao dần.
- Năng
lượng được giải phóng dần ở từng chặng.
Cách tính năng lượng
giải phóng
Cơ chế tạo ATP của ty
thể
- Phản
ứng giải phóng năng lượng nhiều, được dùng
tổng hợp ATP từ ADP và Pi
- Năng
lượng sinh ra dùng bơm H+ qua phức hợp I, III, và IV.
Cấu tạo ty thể (mitochondrion), Vị
trí xảy ra sự phosphoryl oxy hóa ở
các tế bào nhân thật.
ATP synthase
- Cấu
tạo bởi 2 phức hợp oligome Fo và F1
- Fo
gắn chặt vào màng trong gồm 3 tiểu đơn vị
tạo kênh cho H+ đi qua
- F1
: 3 tiểu đơn vị a và 3 tiểu đơn vị beta được gắn với Fo
qua các tiểu đơn vị γ, δ,
ε.
Năng lượng của sự vận
chuyển e và Gradient H+
Gradient tạo thành do
các bơm là nguồn năng lượng dùng để phosphoryl hóa ADP thành ATP.
Thuyết thẩm thấu hóa
học của Peter Michell:
Năng lượng điện hóa do sự khác nhau về nồng độ H+ và sự tích điện của màng trong ty thể dẫn
đến tổng hợp ATP khi H+ thụ động
chuyển qua ATP synthase.
ADP + Pi + nH+ (giữa
2 màng) → ATP + H2O + nH+ (lòng ty
thể)
Cơ chế quay của ATP
synthase tạo ATP
Sự tạo thành ATP:
- Sự
vận chuyển 3 H+ qua phức hợp ATP synthase
tạo 1 phân tử ATP.
- Chuỗi
vận chuyển e từ NADH tới oxy tạo 3 ATP.
Nếu đi từ succinat tạo 2 ATP.
- Năng
lượng giải phóng trong quá trình vận chuyển
e còn được dùng sinh nhiệt, vận chuyển
canxi…
Điều hòa tổng hợp ATP:
- Ty
thể tổng hợp ATP theo nhu cầu năng lượng của
tế bào (nồng độ ADP)
- Quá
trình tổng hợp ATP được kích thích: nồng độ
ATP giảm, tăng nồng độ succinat, ADP+Pi
- Quá
trình tổng hợp ATP bị ức chế bởi các chất
ức chế chuỗi hô hấp tế bào hoặc chất phá ghép quá trình oxy và phosphoryl hóa
Các chất ức chế chuỗi
hô hấp tế bào:
Các chất phá ghép quá
trình oxy phosphoryl hóa:
- DNP
(2,4 dinitrophenol) là chất phá ghép cho phép oxy hóa liên tục NADH với tốc độ cao nhưng không tạo ATP mà năng lượng tỏa ra dưới
dạng nhiệt
- Thermogenin
là chất phá ghép tự nhiên ở màng trong
ty thể
- Bệnh
lý: basedow
Các chất ức chế hô hấp tế bào
Sự tạo ATP ở mức cơ
chất:
- Xảy
ra ở bào tương, không liên quan tới ty thể
- Trong
quá trình đường phân có 2 phản ứng phosphoryl
hóa ở mức cơ chất
Tóm tắt:
