Bài giảng Sinh hóa học - Chương 1: Khái niệm về trao đổi chất và năng lượng sinh học

Chia sẻ: Năm Tháng Tĩnh Lặng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

96
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng này cung cấp cho người học một số kiến thức cơ bản về trao đổi chất và năng lượng sinh học như: Đại cương về trao đổi chất và năng lượng sinh học, sự oxid hóa-khử sinh học,...và một số nội dung khác. Mời tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Sinh hóa học - Chương 1: Khái niệm về trao đổi chất và năng lượng sinh học

BAØI GIAÛNG SINH HOÙA HOÏC Chöông 1 KHAÙI NIEÄM VEÀ TRAO ÑOÅI CHAÁT Phaàn II VAØ NAÊNG LÖÔÏNG SINH HOÏC TRAO ÑOÅI CHAÁT 1. ÑAÏI CÖÔNGVEÀ TÑC & NLSH VAØ NAÊNG LÖÔÏNG SINH HOÏC 1.1. Söï trao ñoåi chaát vaø chuyeån hoùa trung gian 1.2. Ñoàng hoùa vaø dò hoùa 1.3. Nguoàn goác cuûa naêng löôïng sinh hoïc 1.4. Söï chuyeån hoùa naêng löôïng 1.5. Caùc hôïp chaát cao naêng 2. SÖÏ OXID HOÙA-KHÖÛ SINH HOÏC (Söï hoâ haáp moâ baøo) 2.1. Khaùi nieäm veà hoâ haáp moâ baøo 2.2. Chuoãi hoâ haáp moâ baøo : Muïc ñích; Ñaëc ñieåm; Caùc enzyme cuûa TP.HCM - 2006 chuoãi hoâ haáp; Sô ñoà chuoãi hoâ haáp 1 2 1.ÑAÏI CÖÔNG 1.1. SÖÏ TRAO ÑOÅI CHAÁT VAØ CHUYEÅN HOÙA TRUNG GIAN CHUYEÅN HOÙA TRUNG GIAN bao goàm TÑC (chuyeån hoùa caùc chaát) bao goàm taát caû caùc quùa trình - caùc phaûn öùng hoùa hoïc xaåy ra trong cô theå töø khi TAÊ ñöôïc ñöa vaøo → ñaøo - các quaù trình hoùa hoïc xaûy ra trong teá baøo. Ñaây laø khaâu thaûi chaát caën baõ ra moâi tröôøng. TÑC laø moät ñaëc ñieåm quan quan troïng vaø phöùc taïp nhaát cuûa söï chuyeån hoùa caùc chaát. troïng cuûa vaät soáng (sinh vaät), laø ñieàu kieän toàn taïi vaø phaùt Goïi laø chuyeån hoùa trung gian vì caùc quùa trình hoùa hoïc trieån cuûa sinh vaät. Caùc tính chaát cô baûn cuûa vaät theå soáng : - xaåy ra qua nhieàu giai ñoaïn trung gian, - Luoân gaén vôùi moät heä thoáng vaät chaát – protein. - thaønh laäp nhieàu chaát trung gian. Caùc chaát naøy goïi laø - Tieâu toán naêng löôïng – ATP. chaát chuyeån hoùa hay saûn phaåm chuyeån hoùa. - Coù nguoàn thoâng tin (coù khaû naêng di truyeàn vaø sinh saûn) 3 4 1
1.2. ÑOÀNG HOÙA VAØ DÒ HOÙA Ñaây laø hai maët maâu thuaãn nhöng thoáng nhaát cuûa söï chuyeån hoùa caùc chaát. (Dị hóa) Ñoàng hoùa : tieâu hoùa – haáp thu – toång hôïp chaát. (giải phóng NL) Dò hoùa : phaân huûy caùc ñaïi ph/töû cuûa teá baøo vaø moâ để đổi mới; đào thải chất cặn bã; oxid hoùa các chất hữu cơ ñeå giaûi phoùng naêng löôïng (thu NL) cung caáp cho quùa trình TÑC, cho caùc hoaït ñoäng soáng. (Đồng hóa) 5 6 7 Hình 1.1 : Chu trình chuyeån hoùa trong theá giôùi sinh vaät 8 2
1.3. NGUOÀN GOÁC CUÛA NAÊNG LÖÔÏNG SINH HOÏC Nhieät naêng laø daïng naêng löôïng ngoõ cuït (khoâng söû Töø naêng löôïng aùnh saùng maët trôøi (quang naêng) duïng laïi) → caàn tieâu toán NL ñeå giöõ traïng thaùi ñaúng Caùc daïng naêng löôïng : nhieät vaø ñaúng aùp. Cô theå söû duïng NL ñeå duy trì söï soáng : - hoùa naêng, coù theå chuyeån hoùa - duy trì caáu truùc, - cô naêng, laãn nhau - duy trì traät töï - nhieät naêng, - hoaït ñoäng. - ñieän naêng, Ngöng c/caáp NL → quùa trình phaân huûy seõ xaåy ra. - naêng löôïng thaåm thaáu …. 9 10 Söï bieán ñoåi naêng löôïng töï do : 1.4. SÖÏ CHUYEÅN HOÙA NAÊNG LÖÔÏNG Naêng löôïng töï do (NLTD) : laø soá NL coù theå chuyeån ∆G = ∆H – T. ∆S - ∆G : Söï thay ñoåi NLTD cuûa heä thoáng thaønh coâng höõu ích khi hôïp chaát bieán ñoåi : - ∆H : Söï bieán ñoåi enthapy → baèng hieäu öùng nhieät G = H – Tx S cuûa phaûn öùng G : NLtöï do cuûa hôïp chaát - T : nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa moâi tröôøng H : Enthapy (toaøn boä NL döï tröõ) - ∆S : Söï bieán ñoåi cuûa entropy T : Nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa moâi tröôøng Cô theå soáng hoaït ñoäng nhö moät heä thoáng môû, caùc S : Entropy (haøm traïng thaùi) → möùc ñoä hoaït ñoäng bieán ñoåi hoùa hoïc baûo ñaûm caân baèng NL cho cô theå → ∆S ≈ 0 → ∆G ≈ ∆H cuûa heä thoáng → Soá naêng löôïng bò raøng buoäc khoâng söû → söï bieán ñoåi NLTD gaàn baèng vôùi hieäu öùng nhieät cuûa duïng ñöôïc. phaûn öùng → nhieät löôïng PÖ → giaù trò NL cuûa bieán ñoåi 11 hoùa hoïc. 12 3
Hình 1.3 : Söï thaønh laäp caùc hôïp chaát cao naêng Hình 1.2 : Söï keát hôïp giöõa PÖGPNL vaø PÖ thu NL 13 14 15 16 4
1.5. CAÙC HÔÏP CHAÁT CAO NAÊNG - ATP/ADP Noái phosphate cao naêng - Creatine phosphate/Creatine - Arginine phosphate/Arginine - Caùc nucleotide triphosphate : GTP, UTP Ñôn vò ño naêng löôïng - 1j = 2,388 x 10-4 Kcal - 1 Kcal = 4,1866 x 108j 17 18 19 20 5
Hình 1.5 : Chu trình ATP/ADP vaø CP/C 21 22 Baûng NLTD chuaån cuûa moät soá phosphate höõu cô 2. SÖÏ OXID HOÙA-KHÖÛ SINH HOÏC Hôïp chaát phosphate ∆G’o 2.1. KHAÙI NIEÄM VEÀ HOÂ HAÁP MOÂ BAØO - Moät chuoãi caùc phaûn öùng oxid hoùa-khöû lieân tuïc, höõu cô Kjuole/mol Kcalo/mol -Phosphoenolpyruvate -61.90 -14.00 - Giaûi phoùng naêng löôïng trong ñieän töû cao naêng cuûa H -Carbamine phosphate -51.40 -12.30 trong hôïp chaát höõu cô , -1,3 diphosphoglycerate -49.30 -11.80 -Creatine phosphate -43.10 -10.30 - Cô theå ñoäng vaät söû duïng naêng löôïng cuûa caùc phaân töû -Acetyl phosphate -42.30 -10.10 chaát höõu cô ñeå toång hôïp neân caùc hôïp chaát cao naêng löôïng -Arginine phosphate -33.50 -8.00 nhö ATP, CP… -ATP → ADP + P -30.50 -7.30 -Glucose-1-phosphate -20.90 -5.00 - Baûn chaát cuûa quaù trình naøy laø söï oxid hoùa töøng böôùc -Fructose-6-phosphate -15.90 -3.80 carbon höõu cô thaønh CO2 vaø vaän chuyeån H (proton H+ vaø -Glucose-6-phosphate -13.80 -3.30 ñieän töû e- ) ñeán O2 ñeå thaønh laäp phaân töû H2O. -Glycero-3-phosphate -09.20 -2.20 23 24 6
2.2. CHUOÃI HOÂ HAÁP MOÂ BAØO TY LAP THEÅ MUÏC ÑÍCH - Giaûi phoùng soá naêng löôïng döï tröõ trong caùc ñieän töû cao naêng cuûa caùc hôïp chaát höõu cô; - Thaønh laäp caùc noái phosphate cao naêng (~ P) tích tröõ trong caùc hôïp chaát cao naêng (ATP, CP …) ñeå cung caáp cho caùc hoaït ñoäng soáng. ÑAËC ÑIEÅM Ñieän töû chæ laáy töø H vaø laáy keøm vôùi proton H+ → moät chaát höõu cô bò oxid hoùa töùc laø bò maát H Hình 1.6 : Ty laïp theå 25 26 CAÙC ENZYME CUÛA CHUOÃI HOÂ HAÁP CAÙC ENZYME CUÛA CHUOÃI HOÂ HAÁP Caùc dehydrogenase chöùa nhaân pyridine (dx vit.PP) H H H Coenzymes : NAD+ vaø NADP+ Caùc dehydrogenase chöùa nhaân flavine (dx vit.B2) - CO- NH2 - CO- NH2 Coenzymes : FMN vaø FAD +(2H+ + 2e-) + H+ Coenzyme Q (ubiquinone) : CoQ – CoQ- - CoQH2 - (2H+ + 2e- ) N+ N Heä thoáng cytochromes : b – c1 – c – a&a3 R R Dehydrogenase NAD+ NADH + H+ 27 28 7
O O N O C CH3- C NH2 10 NH C NH2 _ _ O O FMN (FAD) CH3- N + P OCH2 N + 1 C=O O P OCH2 O O N O H H H H R H H H H OH OH OH OH O O NH2 NH2 +2H -2H H N N N N O N N C CH3- 10 NH N N N O P OCH2 FMNH2 O P OCH2 O OH CH3- O H H 1 C=O OH H H H H (FAD.H2) N H H OH O OH OH HO P OH NAD+ NADP+ O R H 29 30 O O H H C N C C N C C H3 C C 10 C NH 5 10 4 CH3 C6 C C 3 NH CH 3 C C C 1 C O C N N H CH 3 C7 8 C 9 C 1 2C O CH 2 C N N H HCO H CH 2 HCO H HCO H HCOH CH 2 HCOH O _ O P O HCOH N H2 O _ N C CH 2 O P O C N HC O C CH O CH2 O N N _ O P O H H Hình 1.7 :Cô cheá vaän chuyeån electron cuûa CoQ H FMN O FAD H OH OH 31 32 8
Toå hôïp 1 (NADH-CoQ reductase) Vai troø : taùch ñieän töû töø NADH (cuûa caùc dehydrogenase khaùc nhau töông öùng vôùi caùc cô chaát khaùc nhau) chuyeån cho CoQ. Ñaây laø toå hôïp coù kích thöôùc lôùn nhaát (800kD) vaø gaén moät phaân töû FMN cuøng vôùi 6 chuøm Fe-S giuùp chuyeån e-. Hình 1.8 : Heme cuûa cytochrome 33 34 Toå hôïp III (CoQ – cyt. c reductase) Toå hôïp II (Succinate - Co Q reductase) Thaønh vieân cuûa toå hôïp III goàm hai cyt. b, moät cyt. c1 Vai troø : chuyeån e- töø succinate sang CoQ. Toå hôïp vaø moät chuøm [2Fe–2S]. Toå hôïp naøy chuyeån ñieän töû töø bao goàm succinate dehydrogenase cuûa chu trình CoQ sang cyt.c. Krebs, coù moät nhoùm FAD gaén qua goác His vôùi Toå hôïp IV (cyt.c oxydase) protein enzyme, moät chuøm [4Fe–4S], hai chuøm Vai troø cuûa toå hôïp IV laø taùch laàn löôït 4 ñieän töû töø 4 [2Fe–2S] vaø moät cytochrome b560. Theá hieäu cyt. c daïng Fe2+ ñeå chuyeån cho oxygen phaân töû (O2) redox chuyeån e- töø succinate sang CoQ thaáp, taïo ra 2 phaân töû nöôùc (nhôø laáy H+ töø phaàn khuoân ty khoâng ñuû naêng löôïng töï do ñeå taïo ATP, tuy nhieân laïp theå). toå hôïp II vaãn quan troïng vì noù giuùp ñöa ñieän töû Toå hôïp V (ATPase) cao naêng vaøo chuoãi hoâ haáp. 35 Keânh daãn proton vaø thöïc hieän toång hôïp ATP. 36 9
Toùm taét thoâng tin caùc toå hôïp enzyme cuûa chuoãi hoâ haáp kDa Toå hôïp Thaønh phaàn Polypeptides NADH dehydrogenase (or) Complex I 800 25 NADH-coenzyme Q reductase Succinate dehydrogenase (or) Complex II 140 4 Succinate-coenzyme Q reductase Cytochrome C - coenzyme Q Complex III 250 9-10 oxidoreductase Complex IV Cytochrome oxidase 170 13 Complex V ATP synthase 380 12-1437 Hình 1.9 : SƠ ĐỒ CHUOÃI HOÂ HAÁP MOÂ BAØO 38 Sô ñoà phaân boá caùc toå hôïp enzyme Caùc phaûn öùng oxid hoùa-khöû trong chuoãi hoâ haáp 39 40 trong chuoãi hoâ haáp 10
Caùc giai ñoaïn phosphoryl hoùa thaønh laäp ATP 41 Hình 1.10 : Sô ñoà vaän chuyeån ñieän töû TL ATP 42 43 Hình 1-12 : Sự hoaùn chuyển ATP vaø ADP qua maøng ty theå 44 11