PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO CHƯƠNG IV: NĂNG LƯỢNG VÀ ENZYME

Chia sẻ: Trần Thanh Phương Dung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

212
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SINH HỌC TẾ BÀO CHƯƠNG IV: NĂNG LƯỢNG VÀ ENZYME

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO CHƯƠNG IV: NĂNG LƯỢNG VÀ ENZYME

IV.1. T ng quát v năng lư ng 1) Đ nh nghĩa năng lư ng Năng lư ng = kh năng sinh công PHAÀN I: SINH HOÏC TEÁ BAØO T bào = nhà máy chuy n hóa năng lư ng l y năng lư ng t bên ngoài CHÖÔNG IV: NAÊNG LÖÔÏNG VAØ th c hi n các ph n ng hóa h c trong t bào v n chuy n v t ch t ENZYME v n đ ng. Các d ng năng lư ng theo ngu n g c: quang năng; hóa năng… TS. Nguy n Hoài Hương Hai tr ng thái năng lư ng chuy n hóa l n nhau: Đ ng năng: năng lư ng c a ho t đ ng Th năng: năng lư ng d tr • Ñònh luaät 2: Trong m t h kín, m c dù 2) Các đ nh lu t nhi t đ ng h c năng lư ng toàn Năng lư ng ph n không đ i, sau vô ích = m i chuy n hóa nhi t năng lư ng t do đ th c hi n công luôn ít hơn năng lư ng ban đ u. Đ nh lu t 1: T ng năng lư ng trư c khi chuy n hóa b ng Cách phát bi u khác c a đ nh lu t 2: t ng năng lư ng sau khi chuy n hóa; Trong m t h kín v i nhi u chuy n hóa năng lư ng, năng lư ng có ích (t Năng lư ng không th t sinh ra hay t m t đi. do) gi m và năng lư ng vô ích tăng. 1
3) Năng lư ng t do Ph n ng c n năng lư ng Ph n ng t a năng lư ng ∆G > 0 ∆G < 0 H = G + TS hay G = H – TS H = enthalpy =năng lư ng ch a trong liên k t hóa h c G = năng lư ng t do = năng lư ng dùng đ phá v ho c t o liên k t hóa h c = năng lư ng sinh công; S = entropy đo m c đ h n lo n c a h th ng (nhi t sinh ra do chuy n đ ng h n lo n c a phân t ). Trong ph n ng hóa h c: Liên k t hóa h c đang t n t i b phá v , liên k t hóa h c m i đư c hình thành, d n đ n thay đ i năng lư ng t do: • ∆G = Gs n ph m – Gch t ph n ng • ∆G = ∆H - T∆S Ý nghĩa c a giá tr năng lư ng t do: Ph n ng th y phân = Ph n ng gi i phóng năng lư ng Ph n ng t ng h p = Ph n ng c n năng lư ng C n cung c p năng lư ng Naêng löôïng ñaõ söû duïng Naêng löôïng ñöôïc giaûi phoùng khi lieân Naêng löôïng đ t o liên k t taïo neân lieân keát nay keát hoùa hoïc bò phaù vôõ (nhieät hay naêng ñöôïc tröõ trong phaân töû löôïng chuyeån saûn phaåm sang phaân töû khaùc) 2
4) Năng lư ng ho t hóa (activation energy) 5) ATP (adenosine triphosphate)- năng lư ng c a t bào Năng lư ng dùng đ phá v liên k t hóa h c đang t n t i a) C u t o Nucleotide Base: adenine Đư ng: ribose Phosphate: 3 nhóm Không có xúc tác Có xúc tác Năng lư ng ho t hóa c a ph n ng Ch c năng: Ph n ng t a nhi t i) Đơn v c u t o acid nucleic ii) Năng lư ng c a t bào ATP Ph n ng t a nhi t: Ph n ng thu nhi t: D hóa Đ ng hóa Ph n ng thu Hô h p t bào V n chuy n tích c c Ph n ng nhi nhi t thu t V n ng t bào T ng h p ATP t Th y phân ATP thành ADP và Pi c n ADP và Pi gi i năng lư ng phóng năng lư ng Ví d v s s d ng năng lư ng ATP c a t bào 3
IV.2. Enzyme b) Đa s Enzyme là ch t xúc tác sinh h c 1) Enzyme là ch t xúc tác sinh h c B n ch t hóa h c c a enzyme: protein (lo i tr ribozyme là RNA) Ph n ng không enzyme xúc tác C u trúc không gian: hình d ng phân t enzyme, v trí tâm ho t đ ng a) Enzyme là ch t xúc (active site) quy t đ nh ho t đ ng c a enzyme. tác: Làm gi m năng lư ng ho t hóa Ph n ng có Enzyme có tính đ c hi u cao: m i enzyme kh p v a v i cơ ch t xác enzyme xúc tác đ nh, tương tác v i xúc tác m t ph n ng xác đ nh. Tâm ho t đ ng Cơ ch t Cơ ch t Bư c 2 trong đư ng đôi Ph c h p enzyme- cơ ch ph n cơ ch t ng enzyme: Liên k t S n ph m t o thành r i ba cách cách enzyme tương tác enyme – cơ ch t Liên k t b b a) Enzyme đ nh gãy hư ng các phân t cơ ch t đ • E + S ↔ [ES] ↔ E + P t o liên k t m i 2) Cơ ch xúc tác c a enzyme b) Enzyme t o Các bư c c a ph n ng enzyme: s c căng cho phân t cơ ch t Bư c 1. Cơ ch t liên k t v i enzyme t i v trí tâm ho t đ ng - T o ph c h p đ b gãy liên enzyme (E) – cơ ch t (S) k t hi n h u Bư c 2. Amino acid t i tâm ho t đ ng tương tác v i cơ ch t làm b gãy liên c) Enzyme làm k t trong cơ ch t. thay đ i nhóm Bư c 3. S n ph m (P) r i kh i enzyme. Enzyme t do đ liên k t v i phân t hóa h c t i tâm cơ ch t k ti p. ho t đ ng 4
i) Hình d ng tâm ho t đ ng và mô hình ph c h p enzyme- Cơ ch t cơ ch t polysaccharide 3) Tâm ho t đ ng c a enzyme Hai y u t quy t đ nh tính Mô hình ng khóa-chìa khóa ch t đ c hi u c a (Lock-and-Key Model of enzyme: Enzyme-Substrate Binding) i) Hình d ng tâm ho t đ ng Emil Fischer 1894 Tâm ho t đ ng có hình d ng b sung v m t không gian v i cơ ii) Nhóm ch c t i tâm ho t ch t đ b t c p. đ ng Mô hình l p kín do c m ng (Induced-Fit Model of Enzyme-Substrate Binding) Cơ ch t g n vào tâm ho t đ ng làm thay đ i hình d ng tâm ho t Enzyme lysozyme (nư c b t, nư c đ ng sao cho chúng b t c p b m t) th y phân polysacchride sung v m t không gian. Daniel E. Koshland Jr. 1958 vách t bào vi khu n 4) Các y u t nh hư ng đ n v n t c ph n ng enzyme Thành ph n tâm ho t đ ng: topt enzyme cơ th topt enzyme vi - Amino acid c a a) nh hư ng ngư i khu n su i protein enzyme c a nhi t đ nư c nóng -Thành ph n phi protein c a enzyme g i chung là cofactor. -Phân lo i cofactor: Cofactor: kim lo i Coenzyme: các ch t h u cơ g n t m t< topt: Liên k t hydro, tương tác k nư c quá ch t ch - hình d ng tâm th i vào enzyme ho t đ ng ít kh p v i cơ ch t. Nhóm ph topt: nhi t đ t i ưu c a ph n ng enzyme: hình d ng tâm ho t đ ng (prosthetic group): v a kh p v i cơ ch t. phân t riêng bi t t> topt: chuy n đ ng ng u nhiên c a nguyên t trong enzyme tăng g n thư ng tr c vào Apoenzyme + Cofactor = Holoenzyme th ng luên k t tương tác y u – tâm ho t đ ng không còn kh p cơ ch t. enzyme t>>topt: enzyme b bi n tính. 5
c) N ng đ c a cơ ch t b) nh hư ng c a pH ph n ng enzyme, x y ra hi n tư ng bão hòa cơ ch t Vmax ph n ng không enzyme, t c đ ph n ng t l V thu n v i n ng đ cơ ch t Liên k t ion bên trong protein (m ch nhánh Glu và Lys) ph thu c và [H+] N ng đ cơ ch t [S] trong môi trư ng pHopt = [H+] b o đ m hình d ng tâm ho t đ ng Lúc đ u, [S] tăng, v tăng [S] ti p t c tăng, t t c các phân t enzyme đ u đang ho t đ ng (E liên k t v i S t o ph c h p ES), x y ra hi n tư ng bão hòa cơ ch t, v không th tăng n a. 5) Ñieàu hoøa hoaït ñoäng cuûa enzyme trong caùc quaù trình trao ñoåi chaát cuûa teá baøo Chu trình trao ñoåi chaát (cyclic metabolic pathway) a) Caùc con ñöôøng trao ñoåi chaát (metabolic pathways): = Con đư ng trao đ i ch t khép kín Chu i phaûn öùng sinh hoùa trong teá baøo Xuùc taùc baèng enzyme. A Cô chaát C coù hai enzyme 3 vaø 5 xuùc taùc B phaûn öùng chuyeån thaønh D hoaëc F A+ F→ B A B C D E F C enzyme 1 enzyme 2 enzyme 3 enzyme 4 B→C→D D→F+E F E D enzyme 5 Enzyme coù tính ñaëc hieäu. Ví duï Enzyme 1 chæ xuùc taùc phaûn öùng chuyeån A thaønh B 6
i) ÖÙc cheá caïnh tranh (Competitive Inhibition) b) Ñieàu hoøa enzyme S S S S Ñieàu hoøa sinh I Ñieàu hoøa toång hôïp protein enzyme ñang – enzyme (hoïc toàn taïi sau) I E E i)ÖÙc cheá caïnh tranh ii)ÖÙc cheá iii)ÖÙc cheá (competitive khoâng caïnh ngöôïc Ch t c ch c nh tranh I: inhibition) tranh (feed-back Có hình d ng tương t cơ ch t S (noncompetitiv inhibition) e inhibition) Chi m ch c a S t i tâm ho t đ ng c a E. ii) ÖÙc cheá khoâng caïnh tranh (Noncompetitive Inhibition) iii) ÖÙc cheá ngöôïc (Feedback Inhibition) Thay ñoåi hình daïng Taâm hoaït ñoäng Chaát öùc cheá taâm hoaït ñoäng Muïc ñích cuûa chuoãi phaûn öùng naøy laø taïo thaønh D töø A. Enzyme A B C D enzyme 1 enzyme 2 enzyme 3 • Chaát öùc cheá không c nh tranh • - gaén vaøo vò trí laäp theå (allosteric site) cuûa enzyme (moät vò trí B vaø C laø caùc chaát trung gian. khaùc vôùi taâm hoaït ñoäng cuûa enzyme) Enzyme regulation by negative feedback inhibition is • - laøm thay ñoåi hình daïng cuûa enzyme (caáu truùc khoâng gian), similar to the thermostat g D taïo thaønh seõ ñöôïc ñieàu hoøa theo Löôïn example. As an enzyme's product • - gaây bieán daïng taâm hoaït ñoäng accumulates, it turns off the c cheá ngöôïc. as heat causes a cô cheá öù enzyme just • - khieán cô chaát khoâng theå gaén vaøo ñoù. thermostat to turn off the production of heat. 7
ÖÙc cheá ngöôïc (Feedback ÖÙc cheá ngöôïc (Feedback Inhibition) Inhibition) C vaø D seõ giaûm vì B caàn Löôïng chaát B seõ giaûm neáu enzyme 1 bò ñeå sinh ra C vaø C caàn öùc cheá. ñeå sinh ra D. B, C, vaø D laïi tieáp tuïc ñöôïc taïo thaønh. A B X C X D X A B X C X D X X enzyme 1 enzyme 2 enzyme 3 enzyme 1 enzyme 2 enzyme 3 Khi löôïng D giaûm, enzyme Enzyme 1 coù caáu truùc sao cho noù coù theå töông 1 seõ khoâng coøn bò öùc cheá. taùc vôùi D. Khi löôïng D taêng, enzyme 1 ngöøng hoaït ñoäng (do bò D öùc cheá). IV. 3. Quá trình truy n năng lư ng trong t bào - Ph n ng oxy hóa kh Ch t kh Ch t oxy hóa S oxy hóa: S kh : S cho e- S nh n e- Ch t b kh Ch t b oxy 2) Ph n ng oxy hóa kh trong t bào: hóa Đi n t không đư c cho/nh n m t mình, mà thư ng đi cùng H+ (dư i d ng H) 1)Đ nh nghĩa t ng quát: NAD+ + 2H → NADH + H+ (NAD+ nh n e-/ ch t oxi hóa) Ph n ng oxy hóa – kh = quá trình trong đó đi n t di chuy n t ch t kh sang ch t oxy hóa. NADH + H+ → NAD+ + 2H (NADH cho e-/ ch t kh ) C p oxi hóa kh NAD+/ NADH là ch t t i đi n t (electron carrier) = ch t t i năng lư ng trong t bào. 8
Các coenzyme đóng vai trò ch t t i đi n t trong t bào: NAD+/ NADH (Nicotinamide Adenine Nucleotide) NADP+/ NADPH (Nicotinamide Adenine Nucleotide Phosphate) FAD/ FADH2 (Flavin Adenine Dinucleotide) NAD+ là coenzyme NAD+ nh n 2e- và NADH r i g n vào enzyme H+ thành NADH enzyme Cơ ch ph n ng oxy hóa kh v i s tham gia c a coenzyme NAD+ NAD+ có ch c năng kép: Coenzyme Ch t oxi hóa NAD+ và NADP+ b kh thành NADH (NADPH) FAD (Flavin Adenine Dinucleotide) NADH (NADPH) b oxy hóa thành NAD+ (NADP+) • FAD + 2H ↔ FADH2 S kh S oxy hóa 9
IV. 4. Cơ ch t ng h p ATP trong t bào. 1. Phosphoryl hoùa möùc cô chaát • Phaûn öùng toång hôïp ATP töø ADP + Pi ñöôïc goïi laø phaûn öùng (Substrate -Level Phosphorylation) phosphoryl hoùa. Hai cơ ch phosphoryl hóa: • Enzyme xúc tác ph n ng t ng h p ATP t cơ ch t ch a nhóm phosphate (PEP – phosphoenol pyruvate) và ADP. Năng lư ng gi i phóng t b gãy liên k t cao năng trong cơ ch t PEP đư c s d ng đ t ng h p ATP. Phosphoryl hóa m c cơ ch t Phosphoryl hóa hóa th m th u 2. Phosphoryl hoùa hoùa thaåm thaáu (Chemiosmotic Phosphorylation) Năng lư ng t ng h p ATP • Ti theå (mitochondrion)- hoâ haáp teá baøo – toång hôïp ATP l y t s chuy n đ ng c a dòng H+ Cơ ch hóa th m th u: Bơm H+ v n chuy n H+ qua màng t o thang đi n hóa (chênh l ch v n ng đ H+ và đi n tích hai bên màng), • Peter D. Mitchell , giaûi Khoaûng giöõa maøng Nobel 1978 Dòng H+ chuy n đ ng tr l i qua ph c h p ATP synthase theo chi u (intermembrane space) thang đi n hóa (th năng bi n đ i thành đ ng năng) Ph c h p ATP synthase xúc tác ph n ng t ng h p ATP. 10
Hai d ng ph n ng phosphoryl hoùa hoùa thaåm thaáu Ph c h p ATP synthase g m hai ph n: • Phosphoryl hoùa oxi hóa (Oxidative phosphorylation) ph n n i vi (xuyên màng) là • = Phaûn öùng phosphoryl hoùa ADP taïo thaønh ATP xaûy ra trong ti kênh ion cho dòng H+ đi qua, theå - hoâ haáp teá baøo (chöông V). Kênh ion ph n ngo i vi là enzyme xúc • H+ tác ph n ng • Quang phosphoryl hoùa (Photophosphorylation) Vùng • = Phaûn öùng phosphoryl hoùa ADP taïo thaønh ATP xaûy ra trong ADP + Pi → ATP enzyme luïc laïp - quang hôïp (chöông VI). Ph c h p ATP synthase 11