Chuyển hóa năng lượng ôn nội trú

Chu trình Krebs TCATrong quá trình thoái hóa các chất đại phân tử glucid, lipid, protid có những con đường đặc trưng riêng nhưng sản phẩm chung là các đơn vị 2 Carbon C là acetyl sẽ đ

Chu trình Krebs (TCA)

Trong quá trình thoái hóa các chất đại phân tử ( glucid, lipid, protid) có những con đường đặc trưng riêng nhưng sản phẩm chung là các đơn vị 2 Carbon ( C ) là acetyl sẽ đi vào chu trinh acid citric, acetyl gắn với CoemzymA ( dạng hoạt hóa của acetyl), (Thoái hóa là oxi hóa) vào quá trình oxi hóa sẽ giải phóng thành 2 C02 từ 2C ban đầu (2 vào – 2 ra, C mất hết), 4 cặp H+ tạo ra vào con đường vận chuyển điện tử, năng lượng ATP

1) 2C ( sp thoái hóa của các đại phân tử lipid, glucid, … là acetyl) sẽ kết hợp với 4C (sản phẩm cuối của chu trình trước là oxaloacetate hay gọi acid oxaloacetic) tạo thành citrate (hay gọi là acid citric) thông qua emzyme citrat synthase ( lắp 2C mới vào 4C cũ) vì sản phẩm đầu tiên của chu trình là acid citric nên gọi chu trình này là chu trinh acid citric ( phẩn tử có 3 gốc carboxyl = gọi là tricarboxyl)

2) Quá trình đồng phân: -OH di chuyển ( ở giữa ra rìa bên) tạo đồng phân iso qua emzyme aconitase3) Isoci được oxi hóa thành alpha-ketoglutarate: quá trình này hidro của –OH ra gắn với NAD+ thành NADH và H+, chỗ cũ của -OH thành ceton ở vị trí C alpha bởi E isocitrate dehydrogenase (DH)vậy gồm 2 phản ứng thành phẩn: oxi hóa – khử là H đỉ ra gắn với NAD+ , phản ứng tách C ( khử Carboxyl) ra tạo CO2 ( lúc đầu vào 2C, giờ ra 1C)

4) 3 phản ứng:

Alpha- keto tiếp tục vào phản ứng oxi hóa khử khác dưới tác dụng của E (4) điện tử cũng ra ngoài gắn với NAD+ thành NADH và cũng tách ra 1 CO2 (giống 3)

CoA- SH đi vào thành Succinyl- CoA ( giờ là 2 vào – 2 ra còn 4C)

5) E (5) sẽ tạo ra acid succinic (succinate ) và CoA-SH tách ra (mà liên kết của CoA-SH rất giàu nănglượng nên phản ứng này tạo ra năng lượng) ( mặc dù tên E là succinyl- CoA synthetase nhưng sản phẩm lại là succinate (đáng lẽ phải là succinyl-Co A) có vẻ là chiều ngược lại là do E là phản ứng 2chiều)

6) Là phản OXH-K: succinate được OXH thành Fumarate bởi E (6), điện tử đi chung với H biến FAD thành FADH2

7) Là phản ứng gắn nước: Fumarate + H20 -> malate bởi E (7)

8) Là phản ứng OXH- K: malate được OXH thành Oxaloacetate và tạo NADH bởi E (8)

Tóm lại: chủ trình có 8 bước, 2C vào – 2C ra là quá trình đốt cháy nhưng không có 02 tham gia trực tiếp (gắn trực tiếp C) mà bản chất phản ứng khử Carboxyl, 2C mới ban đầu không ra trực tiếp ngay liền mà C cũ ra trước tạo C02 Chu trình có 8 bước coi như có 8 phản ứng thì 4 bước là OXH-K là 3, 4, 6, 8 ( các phản ứng OXH là liên quan tới năng lượng) sẽ tạo ra NADH ( chất nhận điện tử chung ) hay FADH2 có H ở dạng gắn với điện tử ( 1 điện tử là nguyên tử Hidro, 2 điện tử

là ion hidric) ( Chu trình acid citric là bên trong ty thể cụ thể là trong chất nền ti thể( giữa màng ngoài và màng trong có khoang gian màng, phía trong màng trong là chất nền, riêng phản ứng 6 gắn lên màng trong), 1 NADH sẽ đi vào chuỗi vận chuyển điện tử cho 2,5 ATP, 1 FADH2 sẽ được1,5 ATP => 3 NADH + 1FADH2 + 1 ATP/ GTP có sẵn = 10 ATP nếu mọi thứ đều thuận lợi) Thực ra con đường trực tiếp nội tại của chu trình chỉ có bước 5 là tạo năng lượng trực tiếp ( ATP/ GTP) còn NADH, FADH2 phải tiếp vận chuyển điện tử mới tạo đc năng lượng 02 không hiện diệntrong 8 bước nhưng chu trình này là chu trình hiếu khí là cần 02 vì chu trình này quay được phải cónguyên liệu là NAD+, FAD mà những phân tử ko di chuyển qua màng trong ti thể dễ được nên sẽ cạn để chu trình được tiếp tục phải có NAD+ , FAD mới mà muốn vậy phải tái tạo NAD, FAD thì điện tử H phải được cung cấp cho chuỗi điện tử mà chuỗi vận chuyển điện tử cuối cùng đến 02 thì mới trọn vẹn nếu k có 02 thì chuỗi sẽ chấm dứt => phải có 02 (yếm khí chu trình ko xảy ra) Mặc

dù có 8 emzyme trong chu trình nhưng ko tách rời riêng rẽ mà chúng cùng 1 phức hợp phối hợp với nhau để quá trình phản ứng xảy ra hiệu quả)

2C vào khác 2 C ra ( trên )

Succunate DH của phức hợp 2 của phương trình 6 là gắn màng

Chu trinh nằm trong chuỗi các phản ứng thoái hóa (các đại phân tuwe -> 2C) , nhưng chu trình này không đơn thuần liên quan tới thoái mà còn là tiền chấ tổng hợp lên nhiều loại chất khác nhau trong cơ thể VD: citrate liên quan động học chất béo, alpha- ketoglutarat tham gia tổng hợp aa, baze nito purine, succinyl- CoA tổng hợp Porphyrin (trong hemoglobin) , oxaloacetate cũng tham gia tổng hợp aa, tân tạo Glucose, arpartat tổng hợp aa, baze nito pyrimidin

Điều hòa chu trình mạnh hay yếu dựa vào 1 số vị trí:

1) Pyruvate DH ( chuyển hóa glucid) chuyển pyruvate ( sp của glucid) thành acetyl- CoA trong môi trường hiếu khí => điều hóa hình thành acetyl-CoA: khi cơ thể nhiều năng lượng, nhiều chất Acetyl-CoA, nhiều NADH hay nhiều chất béo emzyme sẽ bị ức chế

2) Điều hòa trong chu trình: emzyme 1, 3, 4

Nhìn chung khi năng lượng nhiều các E bị ức chế, thiếu sẽ được kích hoạt

Chu trình krebs tạo NADH, FADH2 sẽ cung cấp cho chuỗi điện tử (4 phức hợp đều nằm ở màng trong ti thể), các điện tử giàu năng lượng NADHsẽ di chuyển qua phức hợp 1, 3, 4 đến 02 tạo ra nước , FADH2 qua phức hợp 2, 3, 4 đến 02 tạo nước trong quá trình điện tử di chuyện sẽ hinh thành gradient proton (hidro) từ trong chất nên được đưa ra ngoài qua gian màng và càng lúc sẽ càng nhiều sẽ tạo ra gradient proton ( nồng độ + điện tích => sức proton động) có kệnh để Hidro quay vào lại chất nền là ATP synthase tạo năng lượng ATP từ ADP + P

Các phản ứng trong chuỗi điện tử là phản ứng OXH-K, và phosphorin hóa tạo ATP => phosphorin hóa- OXH

Proterin, coenzyme có tổ chức cao ( di chuyển theo thứ tự), phức tạp ( do là các phức hợp ko phải riêng lẻ)

là các phức hợp 1, 2,3,4 cuối cùng điện tử đến 02

Phần tử gồm 2 nicotinamid ( là vitamin nhóm B) và 2 adenin Dạng NAD+ là dạng OXH, nhận 1 cặp điện

tử thành NADH ( bị khử do chứa điện tử rồi ) Trong chuỗi điện tử ở ti thể đi vào là dạng NAD thành NADH, còn NADP xảy ra ở các phản ứng khác ( đưa điện tử trực tiếp vào phản ứng tổng hợp chứ k đưa vào chuỗi điện tử )

1 số truownngf hợp chỉ có FMN thì vẫn có thể cho và nhận điện tử

Đối với FAD, FMN nhận qua lần lượt từng điện tử ( khác NAD nhân 2 điện tử cùng lúc ) => FADH, FMNH => FADH2, FMNH2

NAD thì gắn lỏng lẻo hơn nên k bị ảnh hưởng bởi protein xung quanh nên thế khử giống nhau , FAD FMN gắn chặt với flavopro nên sẽ tương tác với protein khiến thế khử thay đổi (=> với mỗi loại protein thế khử

Ko cần đi sâu hơn

Ubiquinon (Q) có 10 nhóm isopren + 1 vòng nên còn gọi là Q10 nhận mỗi lần 1 điện tử -> QH -> QH2

Là các phân tử nhỏ, kị nước nên nằm ở màng trong ti thể và di chuyển dễ

Là những chất có màu trong tế bào bản chất là protein

Sắt trong cytochrom cũng liên kết mạnh mẽ với protein nên thế khử sẽ khác nhau

Cytochrom có protein + hem ( sắt nằm trong hem

Là phân tử protein chứa sắt và lưu huỳnh ( ko cần đi sâu)

Lưu huỳnh thường nằm trong cystein dạng hữu cơ hoặc có thể là tự do ( vô cơ)

Cytochrom, protein Fe-S, Q10 cũng như FMN ,… sẽ kết hợp lại thành các phức hợp 1 -4 là các siêu phân

tử ( do gồm nhiều phân tử nên gọi là siêu), mỗi phức hợp xúc tác riêng biệt có thự tự nên gọi là có tổ chức cao

Riêng ATP synthase gọi là phức hợp 5 nhưng ko phải là phức hợp vận chuyển chuỗi điện tử , nó là phức hợp tổng hợp ATP

Thế khử là khuynh hướng bị khử ( bị khử là nhận điện tử), tức tăng thế khử là tăng khuynh hướng nhận điện tử (điện tử di chuyển về nó)

Trục tung (trái) là thế khử trên là thấp, dưới là cao Thế khử của NADH NAD+ khoảng 0,32V , đến coEmzyme Q rồi tới Cyt c rồi cuối cùng là 02 thế khử càng lúc càng tăng

Phức hợp 2 là emzyme số 6 trong chu trình acid nitric biến succunate thành fumarat thế khử khoảng 0,2V

Thế khử 02 khoảng 0,82V ( thế khử cao nhất và nhân điện tử cuối cùng) nên bắt buộc chu trinh acid nitric phải có 02 mới xảy ra trọn vẹn được sẽ không có năng lượng ( não, cơ quan bị ảnh hưởng )

Phức hợp 1: giống cánh tay, 1 phía bám vào màng trong ti thể , 1phía đưa vào chất nền thu nhận điện tử từ NADH : điện tử di chuyển qua FMN, Fe- S đến CoEmzyme Q thành QH2

Phức hợp1 tương đối lớn, mạnh nên khi điện tử di chuyển qua phức hợp 1 tới Q sẽ đưa 4 proton từ chất nền

Phức hợp 2 nói trên hìn trên

Phức hợp 3 (vẫn ở màng trong ti thể) có 2 vị trí gắn Q là Qp và Qn và các vị trí gắn hem (bL, bh) , trung tâm Fe-S và có Cytochrom c1 ở trong phức hợp 3

Quá trình vận chuyển chuỗi điện tử xảy ra như thế nào: sau khi kết thúc phức 1 hoặc 2 thì Q đã nhận điện

tử thành QH2, gắn vào Qp ( vì có 2 điện tử ) thì 1 điện tử sẽ di chuyển lên Fe-S tới Cyt c1 rồi ra ngoài gắn lên Cyt c, 1 điện tử di chuyển xuống qua bL, qua bH gắn vào Qn ( ở đây đã có sẵn 1 Q (bị OXH) trạng thái không có điện tử nằm chờ ) Q nhận điện tử thành Q- Nừa sau chu trình: QH2 đi vào Qp, điện tử cũng di chuyển lên trên và xuống dưới : lên trên thì như nửa đầu chu trình, còn di chuyển xuống dưới thì đã có sẵn

1 Q- trước đó nhân thêm 1 điện tử và kết hợp H+ thành QH2 (bị khử hoàn toàn ) Nửa đầu và nửa sau khi

mà điện tử di chuyển lên trên thì 2H+ của QH2 tách ra tạo proton di vào khoang gian màng Vậy chu trình này xaye ra sẽ có 4 pron vào khoang gian màng Nguyên liệu/ yếu tố tham gia vào chu trình Q gồm 2 QH2, 1 Q bị OXH sản phẩm tạo ra là 2 Q , 1 QH2 , 4 proton

Tóm lại 2 QH2 , 1 Q vào sau đó được 1 QH2, 2Q ra , 4 proton vào khoang gian màng => tính toán đầu đuôi là 1Q vào , 1Q ra , 4 proton vào khoang gian mang

Nhắc lại: phức hợp 1 được 4 proton vào khoang gian màng với 1 cặp điện tử từ NADH Phức hợp 2: 1 cặp điện tử từ FADH2 không được proton nà Phức hợp 3 với 1 cặp điện tử từ QH2 ta được 4 proton

Điện tử cuối cùng tới Cyt c ( nằm màng trong ty thể) đưa điện tử ( điện tử bây giờ là điệm tử đơn lẻ không còn là cặp nữa ) mỗi Cyt c có 1 điện tử tới phức hợp 4

2 Cyt c đến ( tức 2 điện tử = 1 cặp ) tới trung tâm CuA/CuA -> hem a -> hem a3 -> Cub : điệntử di chuyển sẽ lần lượt khử các vị trí trên ( đến Cu thì khử Cu, đến Fe thì khử Fe) sau đó 02 sẽ gắn vào tạo cầu nối peroxid Tiếp theo lại 1 cặp điện tử từ 2 Cyt C đến di chuyển và lần lượt khử và cắt cầu peroxid ra và H đivào tạo –OH ( FeOH, CuOH) Tiếp theo, các –OH là này không bền tiếp tục nhận H+ tạo ra H20.

Quá trình này tính chung có 4 proton đi vào khoang gian màng Vậy phức hợp 4 có 4 điện tử tham gia , 4 điện tử tham gia này sẽ được 4 proton vào khoang gian màng ( mà sản phẩm phức hợp 3 được 2 Cyt c tức 1 cặp điện tử ( 2 điện tử) Phức hợp 4 để xảy ra trọn vẹn cần 4 Cyt c, với 4 Cyt c này sẽ tạo ra 4 proton vào khoang gian màng ( xét riêng về mặt toán học thì 2 Cyt c cho 2 proton vào khoang gian màng )

Tóm lại : phức hợp 1 đưa 4 proton vào khoang gian màng (KGM), phức hợp 2 là 0, phức hợp 3 là 4, phức hợp 4 là 2 ( tính đơn giản là 2 mặc dù biết phải có 4 Cyt c , tức xảy ra trọn là 4 )

NADH là 1 cặp điện tử di cchuyển qua phức hợp 1 tới Coenzyme Q tới phức hợp 3 qua Cyt c tới phức hợp

4 thì tổng cộng sẽ có 10 H+ đi vào KGM

Còn phức hợp 2: từ Succinate thành Fumarate hay từ FADH2 vào Q sau đó vào phức hợp 3 qua Cyt c tới phức hợp 4 sẽ được 6 H+

Điện tử di chuyển cuối cùng tới 02 thì proton sẽ dồi dào ở khoang gian màng thì tạo ra sức proton động

Sức proton động tức proton có khuynh di chuyển trở do gradient nồng độ , gradient điện học thì khi di

chuyển sẽ qua hệ thống ATP synthase

Gọi là phức hợp 5 nhưng k phải trong chuỗi vận chuyển điện tử mà là phức hợp tổng hợp ATP

( hình này mặc dưới là KGM còn phía trên là chất nền )

KGM rất nhiều H+ thig H+ sẽ di chuyển qua hệ thống này vào chất nền trở lại

ATP synthase có 2 nhóm cấu trúc:

-nhóm động rotor có 10C ( 10 polipeptid ) gắn ở màng trong ti thể, trên nó là e (epsilon), trên e găn với gamma , ở gamma có vị trị gắn với phức hợp alpha, beta ( gắn với beta thôi, alpha là cái kèm)

-Nhóm stator: đế là a, a có 2 thanh b kẹp với delta ( delta là cái quai gắn với cái lồng alpha beta) => cấu trúc cố định của stator là a, b, delpah, alpha- beta

-khi rotor quay thì thì gamma sẽ quay tiếp xúc với những vị trí beta tạo ra nặng lượng

Proton nhiều ở KGM khi di chuyển qua C,để C quay 1 vòng thì cần 10 proton, khi quay gamma tiếp xúc lầnlượt với beta , mỗi lần tiếp xúc với beta sẽ tạo ra 1 ATP , vậy khi C quay 1 vòng thì gamma tiếp xúc với 3 beta tạo 3 ATP, mà để quay 1 vòng thì cần 10 H+ cho 10C

Màu xanh là gamma chạm tới beta thì sẽ đẩy ATP đi ra mà để đẩy ATP ra phải có quá trình tổng hợp : sau khi gamma dời đi beta tiếp , beta cũ sẽ gắn ADP + P và ADP + P thành ATP thì sau đó gamma tới chạm vào

để đẩy ATP ra

Quá trình đưa ADP + P vô cơ vào vị trí beta: slide dưới

10 proton – 3 ATP tính trung bình 3 proton được 1 ATP

APD tích điện âm, phosphat tích điện âm : xét bù trừ đưa 2 phân tử tích điện âm vào: ADP 3- sẽ trao đổi với ATP 4- coi như huề, còn phosphat đưa vô sẽ đôngg vận chuyển với H+ => lo công việc này se tốn thêm

1 H+ , để tổng hợp 1 ATP cần 3 proton để quay + thêm 1 proton đưa ADP + P vào, do đó tính chung cần 4 proton cho 1 ATP

Chỉ số phosphorin – OXH: 1 cặp điện tử NADH tới 02 cho 10 proton , 10 proton quay lại chất nên qua

kênh ATP synthase mà cần 4 proton để tổng hợp 1 ATP => sẽ tạo được 2,5 ATP tương tự với succinate được 1,5 ATP

Điều hòa theo nhu cầu về năng lượng phản ánh qua nồng độ ADP : cao thì nhu cầu cần nặng lượng cao vìADP là quá trình thủy phân phosphaste ra khỏi ATP thì ATP bị xài nhiều nên cần

Chất phá ghép ức chế con đường phosphorin OXH ở 1 số vị trí