Bài giảng "Ôxi hóa khử sinh học" do ThS. Nguyễn Thị Thanh Hải biên soạn cung cấp các kiến thức giúp sinh viên có thể phân tích khái quát các bước thoái hóa glucid, lipid và protein để tạo ATP; trình bày được sơ đồ chuỗi vận chuyển điện tử và cơ chế tạo ATP ở ty thể; trình bày được chu trình acid citric; các phản ứng, năng lượng sinh ra, đặc điểm và ý nghĩa. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Ths. Nguyễn Thị Thanh Hải Bộ môn Hóa sinh - ĐHYHN
1. Phân tích khái quát các bước thoái hóa glucid, lipid
2.
3.
và protein để tạo ATP. Trình bày được sơ đồ chuỗi vận chuyển điện tử và cơ chế tạo ATP ở ty thể. Trình bày được chu trình acid citric: các phản ứng, năng lượng sinh ra, đặc điểm và ý nghĩa.
giải phóng 1000- 5000 calo. VD: liên kết este
- Liên kết nghèo năng lượng: Khi thủy phân
- Liên kết giàu năng lượng: Khi thủy phân giải
phóng > 7000 calo.
= -10,1 kcal/mol
= 14,8kcal/mol
= -10,3 kcal/mol
ll O 7,7kcal
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
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
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: 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
Bước 1
Bước 2
Bước 3
Tóm tắt các con đường thoái hóa G,L,Pr
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
coenzym: TTP (thiamin pyrophotphat – Vit B1)
E2: Dihydrolipoyl transacetylase
Phức hợp 3 enzym: E1: pyruvat dehydrogenase
coenzym: lipoamid
E3: Dihydrolipoyl dehydrogenase
coenzym: FAD
a-Cetoglutarat
Kết quả của chu trình Citric
- Là giai đoạn 3, giai đoạn thoái hóa
- Ý nghĩa năng lượng: tạo nhiều năng
- Ý nghĩa tổng hợp: tiền chất tổng hợp
nhiều chất khác
lượng, 1 gốc acetyl 12 ATP
Bước 1
Bước 2
Bước 3
Tóm tắt các con đường thoái hóa G,L,Pr
Chuỗi hô hấp tế bào
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.
Phức hợp I: NADH Dehydrogenase (NADH-CoQ Reductase)
NADH + 5H+
(khoảng giữa)
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. M + Q → NAD+ + QH2 + 4H+
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.
-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+.
Ubiquinon (CoQ)
Khoảng giữa 2 màng
Lòng ty thể
Sự vận chuyển điện tử đến coenzym Q
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+ →
(khoảng giữa 2 màng)
Q + 2 cyt c1(khử) + 4H+
Phức hợp III còn gọi là phức hợp cytochrom bc1
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.
M + 1/2O2 →
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+
(giữa 2 màng) +H2O
2cyt c(oxy hóa) + 2H+
Phức hợp IV
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.
DG°’ = -nFDE°’
= 23,062 Kcalo/V mol e
F: số Faraday = 96,5 kJ/V mol e
n: số e vận chuyển/mol chất phản ứng
DE°’ = E°’chất nhận e - E°’ chất cho e
NAD+ + H+ + 2e- ↔ NADH E°’ = -0.320 V
NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O
DG°’ = -nFDE°’ = -(2)(96.5)(1.14 V)
½ O2 + 2H+ + 2e- ↔ H2O E°’ = 0.82V = (0.82 V) – (-0.320 V) = 1.14V → DE°’
= -219 kJ/mol chất phản ứng = -52,3 kcalo/mol
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.
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 được gắn với Fo qua các tiểu đơn vị , δ, ε.
Năng lượng của sự vận chuyển e và Gradient H+
Lòng ty thể
Khoang giữa 2 màng
Gradient tạo thành do các bơm là nguồn năng lượng dùng để phosphoryl hóa ADP thành ATP.
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.
(giữa 2 màng) → ATP + H2O + nH+
(lòng ty thể)
ADP + Pi + nH+
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…
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
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 phá ghép quá trình oxy phosphoryl hóa
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
