Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 8: Trao đổi chất và năng lượng

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 8 Trao đổi chất và năng lượng cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm trao đổi chất; Đồng hoá và dị hoá; Năng lượng tự do; Adenosine triphosphate (ATP); Quá trình vận chuyển điện tử; Cơ chế tổng hợp ATP. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 8: Trao đổi chất và năng lượng

Chương 8: TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
8.1. TRAO ĐỔI CHẤT 8.1.1. Khái niệm TĐC - Sinh vật = hệ thống mở, quan hệ mật thiết với m/t sống - Sv luôn lấy một số chất từ mt để xd nên sinh chất của mình và thải ra ngoài mt những chất cặn bã TĐC (Dấu hiệu c/bản, đ/k t/tại của sự sống, n/tảng cho sự ph.triển giống loài). TĐC = ∑ ph.ứng h.học do enzyme x.tác, phần lớn xảy ra trong TB; là h/động có m/đích, có tính định hướng và điều tiết ph/hợp cao.
Chức năng cơ bản của TĐC: • Khai thác NL từ các h/chất hữu cơ hay từ NL á/sáng mặt trời (ở các s/vật quang hợp) • Biến đổi các chất ddưỡng nhận từ mts thành những đ.vị c.trúc hoặc những tiền chất của các th.phần trong TB • Lắp ráp các đ.vị c.trúc trên thành protein, AN, lipid, saccharide và những th.phần đ.trưng khác của TB • Kiến tạo và ph.giải các ph.tử s.học cần thiết cho những ch.năng chuyên hoá của TB Đồng hoá TĐC Dị hoá
8.1.1. Đồng hoá và dị hoá Hai q/trình c/bản của TĐC Đối lập, th.nhất, liên quan mật thiết, hỗ trợ b.sung cho nhau - Dị hoá: Qt ph/giải các h/chất h/cơ (saccharide, protein, lipid…từ TĂ hay kho dự trữ nội bào) → các s/phẩm đ/giản hơn, cuối cùng → chất thải: CO2, H2O, NH3, vv … NL trong các h/chất h/cơ bị ph/giải được gi/phóng và phần lớn được t/luỹ trong ATP. - Đồng hoá: Qt t/hợp của TĐC. Các ph/tử tiền chất nhỏ được dùng để t/hợp nên các đại ph/tử: protein, saccharide, lipid, … đ/trưng của t/bào. Đòi hỏi NL.
Tại sao 2 pha của TĐC (đ/hoá, dị hoá) là 1 mối mâu thuẫn th/nhất? - Đồng hoá → mọi th/phần của cơ thể, trong đó có các enzyme mà nhờ chúng các ph/ứ ph/giải mới xảy ra được - Các SPTG và NL tạo ra trong dị hoá là ng/liệu và NL để t/hợp các chất x/dựng TB….
Tế bào SV Tự dưỡng (autotrophes) Dị dưỡng (heterotrophes) - Dùng CO2 tổng hợp mọi - Không có kn dùng CO2, lấy hợp chất h/cơ cần thiết C từ chất h/cơ có sẵn do SV tự dưỡng tạo ra. - Các SV q/hợp, h/hợp -TB đ/vật bậc cao, phần lớn VSV SV dị dưỡng: kỵ khí hiếu khí • Mt sống vắng O2 • Mt sống có O2 • Không dùng O2, • Dùng O2, • Lên men • Ôxy hóa
Ba giai đoạn của sự chuyển hoá trung gian
Protein CARBOHYDRATE lipid Giai đoạn I Acid amin Đường đơn Glycerol, acid béo Đường phân Giai đoạn II NH3 ATP FADH2 Pyruvate NADH NADH CO2 Acetyl-CoA Giai đoạn III ATP Oxaloacetate Citrate FADH2 VÒNG KREBS NADH Malate Isocitrate CoQ Chuỗi hô hấp Fumarate CO2 Các cytochrom ATP α-ketoglutarate Succinate O2 Succinyl-CoA CO2
Ở đv, giai đoạn I của dị hoá bắt đầu bằng việc th/phân các chất dd như protein, carbohydrate, lipid … nhờ các enzyme ở đường tiêu hoá. → các đ/vị c/tạo tương ứng: các aa, đường đơn và các acid béo, glycerol Ở giai đoạn 2, đường đơn và glycerol bị ph/giải thành pyruvate (3C), rồi thành acetyl-CoA. Các aa, acid béo → acetyl-CoA Acetyl.CoA là điểm hội tụ, là sp chung trong ch/hoá của cả protein, carbohydrate và lipid ở cuối giai đoạn 2 Trong giai đoạn 3, acetyl-CoA vào vòng Krebs, được OXH triệt để thành CO2 và nước. Các cặp H cao năng tách ra (NAD.H và FAD.H2 ) → chuỗi hô hấp. Các ph/ứng STH cũng diễn ra qua một số g/đoạn, có thể coi như đi ngược lại với các chuỗi ph/ứng dị hoá.
8.2. TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG - TĐC và NL là một qt th/nhất, không thể tách rời nhau, - Nguồn NL chung nhất của sinh giới là NL á/sáng mặt trời 8.2.1. Năng lượng tự do - NL là khả năng sinh công - TB sống cần NL để tạo ra glucose từ thán khí và hơi nước, để nhân đôi ADN hoặc để v/động. Trạng thái cấu trúc có trật tự, có mức độ t/chức rất cao của một h/thống sống đòi hỏi NL vào việc duy trì tr/thái ấy và cho nó hđ, vì mọi vật sống đều là những h/thống v/lý, h/học chịu sự chi phối của các ng/lý nh/động học. SV chịu sự chi phối của 2 đ/luật của nh/động học
Định luật 1: Tổng NL của một h/thống và vũ trụ bao quanh nó luôn giữ nguyên, không đổi). Định luật 2: bất kỳ một qt nào cũng biến động theo hướng sao cho entropy của h/thống và vũ trụ bao quanh luôn tăng dần để cuối cùng đạt cực đại, ở đó qt đạt tr/thái cân bằng và ngừng diễn biến. Bất cứ qt v/lý, h/học nào cũng chỉ có thể diễn ra khi h/thống chưa cân bằng, entropy còn chưa đạt cực đại. Để duy trì entropy ở tr/thái ổn định, h/thống sống cần h/thu từ mt nguồn NL thích hợp, rồi lại nhả trả lại mt một số lượng NL tương ứng mà với nó kém ích lợi hơn, VD dưới dạng nhiệt.
Một p/ứ hoá học hay một qt vật lý trong lúc diễn biến để đi tới tr/thái cân bằng có kh/năng sinh công hữu ích, hay còn gọi là NL tự do (ký hiệu là G). Qua kh/sát biến đổi entropy, có thể biết được số NL hữu ích: G = E - T. S Ph/trình này ph/hợp được 2 ng/lý nh/đ/học. Trong đk không đổi về t°, p và V (gặp ở SV), biến đổi của entropy S liên quan tới biến đổi của NL (enthapy) E và nh/độ tuyệt đối T cho thấy biến đổi của NL tự do, hữu ích G.
Trong một pứ h/học, với đk chuẩn về t°, p và C, NL tự do có thể tính thông qua h/số c/bằng. VD, ở p/ứng: aA + bB  cC + dD (a, b, c, d = số ph/tử của mỗi chất tương ứng) Hằng số cân bằng: C  . D  c d K’eq =  A  . B  a b Mối liên quan giữa h/số c/bằng của một pứ h/học và biến đổi NL tự do chuẩn (Go’) thể hiện qua ph/trình: Go’ = - 2,303 RT lg K’eq R= h/số khí (= 1987 cal/mol/độ); T = nh/độ tuyệt đối
Go’ = - 2,303 RT lg K’eq Go’= hiệu số giữa hàm lượng NL tự do của các SP hình thành và hàm lượng NL tự do của các cơ chất th/gia pứ. - Nếu K’eq = 1 → Go’ = 0 : pư ở tr/thái cân bằng, không nhả, không thu NL - Nếu K’eq1 → Go’ 0 : pứ nhả NL (exergonic), sinh công - Nếu K’eq1 → Go’ 0 : p.ứ thu NL (endergonic), không thể tự phát xảy ra.
Ví dụ: Ở TB gan, khi g/phóng glucose từ glycogen, có pư do enzyme phosphoglucomutase x/tác: Glucose-1-phosphate  Glucose-6-phosphate Khi đủ enzyme, nếu G-1-P là 0,020 M pứ xảy ra theo chiều thuận; nếu G-6-P là 0,020 M, pứ theo chiều nghịch. Dù theo hướng nào, ở thời điểm cân bằng, G-1-P là 0,001 M và G-6-P bằng 0,019 M. Hằng số c/bằng là: G  6  P 0 , 019 K’ eq = = = 19 G 1 P 0 , 001 Biến đổi NL tự do của pứ trên bằng: Go’ = - 2,303 . 1987. 298. lg19 = - 1745 cal = - 1,745 kcal (Phản ứng nhả NL).
8.2.2. Adenosine triphosphate (ATP) - Các h/động sống (v/động, h/thu các chất dd, STH các chất, phân chia TB, … ) đều dùng ATP là nguồn NL. - Được ph/hiện năm 1929 ở bắp thịt. Ở TB đv, h/lượng ATP, ADP và AMP ổn định ở mức 5-15 mM. - Vòng biến chuyển phân giải và tái tổng hợp của ATP diễn ra trong tế bào: ATP + H2O  ADP + Pi + W
Công thức cấu tạo:
NL tự do thuỷ phân ATP trong đk chuẩn hoá sinh: ATP + H2O  ADP + Pi (Go’ = - 7,3 kcal/mol) ATP + H2O  AMP + PPi (Go’ = - 7,3 kcal/mol) ATP + 2H2O  AMP + 2Pi (Go’ = - 14,6 kcal/mol) Tuy nhiên, ATP nhả NL nhiều ít tuỳ theo đk pH mt và nồng độ ATP. Trong đk thực tế ở các mô, ở các khu vực trong một TB, điều kiện pH, áp suất và nồng độ ATP có thể khác so với đk chuẩn hoá sinh (pH = 7, áp suất = 1 atm, nồng độ = 1M), có thể mỗi ATP cho 7,3-12 kcal/mol NL tự do.
Vị trí trung gian của ATP- ADP trong ch/hoá NL của giới SV: Sơ đồ trên cho thấy 2 vấn đề: - Mọi dạng NL sinh học đều được lấy từ dây cao năng của ATP - Chất hữu cơ do qt đ/hoá tạo nên là những bình chứa hoá năng đã được chuyển từ NL á/sáng m/trời hoặc từ NL OXH các chất vô cơ
8.2.3. Quá trình vận chuyển điện tử Trong qt VC e- từ NAD.H và FADH2 tới O2 thông qua một loạt các protein, NL tự do được gp hợp diễn với sự tạo ra ATP