Hô hấp thuc vat

Bùi Tấn Anh – Bộ môn Sinh Học – Khoa Khoa Học Tự NhiênCHƯƠNG 3 Sự Hô Hấp Tế Bào Bùi Tấn Anh – Bộ môn Sinh Học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên Đại cương: Nguồn Năng lượng của sự sống • Tế bào là

Trang 1

Bùi Tấn Anh – Bộ môn Sinh Học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên

CHƯƠNG 3

Sự Hô Hấp Tế Bào

Bùi Tấn Anh – Bộ môn Sinh Học – Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Đại cương: Nguồn Năng lượng của sự sống

• Tế bào là một nhà máy hóa học thu nhỏ, trong đó có hàng ngàn phản ứng hóa học xảy ra

• Các tế bào lấy năng lượng và dùng chúng để duy trì hoạt động

• Thậm chí một số sinh vật có thể biến đổi năng lượng thành ánh sáng, chẳng hạn trong sự phát quang sinh học

Trao đổi chất

• Trao đổi chất gồm toàn bộ các phản ứng hóa học trong một cơ thể sống

• Một lộ trình trao đổi chất (metabolism pathway) bắt đầu từ một cơ chất và kết thúc là sản phẩm

• Mỗi bước trong lộ trình được xúc tác bởi một enzyme đặc hiệu

D C

B A

Đồng hóa và dị hóa

• Trao đổi chất gồm hai con đường là đồng hóa và dị hóa

–Đồng hóa (anabolism): sử dụng năng lượng để tạo ra các phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản

–Dị hóa (catabolism): phân giải các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản, đồng thời phóng thích năng lượng

Trang 2

Các dạng năng lượng

• Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng và có thể

biến đổi từ dạng này sang dạng khác:

–Động năng

–Nhiệt năng

–Thế năng

–Hóa năng

–Quang năng

ATP

• ATP (Adenosine T Phosphate) cấu tạo từ đường ribose, adenosine, và 3 nhóm phosphate

Nhóm Phosphate

Ribose Adenine

ATP

• Liên kết giữa gốc phosphate (P) thứ nhất với P thứ

hai, giữa P thứ hai và P thứ ba được gọi là liên kết

cao năng

• Các liên kết giữa các nhóm phosphate của ATP có

thể bị bẻ gảy bởi sự thủy phân và năng lượng được

phóng thích

Phosphate vô cơ

Năng lượng Adenosine triphosphate (ATP)

Adenosine diphosphate (ADP)

H 2 O

i

• Một ATP mới có thể được thành lập từ ADP và P

vô cơ nếu có đủ năng lượng để tạo liên kết gắn gốc

phosphate vào ADP

• Sự gắn thêm gốc phosphate này được gọi là sự

phosphoryl hóa (phosphorylation)

P i ADP +

Năng lượng từ Con đường dị hóa

Năng lượng cho hoạt động tế bào

Trang 3

Enzyme

• Một chất xúc tác (catalyst) là một tác nhân hóa học

làm tăng tốc phản ứng nhưng không thay đổi sau

phản ứng

• Enzyme chính là một chất xúc tác, thường là các

protein

Sucrose (C 12 H 22 O 11 )

Glucose (C 6 H 12 O 6 ) Fructose (C 6 H 12 O 6 )

Sucrase

• Mỗi phản ứng hóa học giữa các phân tử bao gồm sự

bẻ gảy và sự thành lập các liên kết

• Năng lượng cần để bắt đầu một phản ứng hóa học

được gọi là năng lượng hoạt hóa (activation energy

= EA)

• Năng lượng hoạt hóa thường được cung cấp dưới

dạng nhiệt từ môi trường xung quanh

• Enzyme xúc tác phản ứng bằng cách làm giảm EA

nhưng không làm thay đổi năng lượng tự do

Tiến trình của phản ứng

Sản phẩm

Cơ chất

∆G < O

Trạng thái chuyển tiếp

D C

B A

D D

C

B B

A A

Tiến trình của phản ứng

Sản phẩm

Cơ chất

∆G không đổi

E A không

enzyme

• Trong phản ứng có enzyme, chất tham gia phản ứng được gọi là cơ chất

• Hầu hết các enzyme có tính đặc hiệu: mỗi enzyme chỉ tác động có chọn lọc đối với một loại cơ chất tương ứng

• Enzyme gắn vào cơ chất tạo thành phức hệ enzyme – cơ chất

• Trên enzyme có một vùng đặc biệt cho phép cơ chất tương ứng gắn vào Vùng này được gọi là hoạt điểm

Trang 4

Cơ chất

Hoạt điểm

enzyme – cơ chất

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme

• Hoạt động của một enzyme có thể bị ảnh hưởng bởi:

–Các yếu tố của môi trường như nhiệt độ, pH Mỗi enzyme có nhiệt độ và pH tối ưu cho hoạt động

–Các hóa chất đặc hiệu: các chất ức chế hoạt động của enzyme như độc tố, thuốc trừ sâu, kháng sinh…

Nhiệt độ tối ưu cho

Vi khuẩn chịu nhiệt Nhiệt độ tối ưu cho

enzyme của người

(a) Nhiệt độ tối ưu cho hai enzyme

(b) pH tối ưu cho hai enzyme

pH tối ưu cho pepsin

(enzyme dịch vị)

pH tối ưu cho trypsin

(enzyme dịch tụy)

Nhiệt độ (ºC)

pH 5 4 3 2 1

0 20 40 60 80 100

Cofactor

• Cofactor là những chất háo học không phải protein,

hỗ trợ cho hoạt động của enzyme

• Cofactor có thể là các chất vô cơ (kim loại, ion) hoặc các chất hữu cơ

• Một cofactor hữu cơ (bao gồm cả vitamin) được gọi

là coenzyme

Tổng quan về hô hấp

• Các tế bào sống cần năng lượng từ nguồn bên ngoài

• Một số động vật như gấu trúc thu nhận năng lượng

bằng cách ăn thực vật Một số động vật khác lại ăn

động vật

Trang 5

• Dòng năng lượng đi vào hệ sinh thái từ ánh sáng

mặt trời và mất đi dưới dạng nhiệt

• Sự quang hợp tạo ra CO2và các chất hữu cơ, những

chất này dược dùng cho hô hấp tế bào

• Tế bào sử dụng năng lượng hóa học tích trữ trong

các phân tử hữu cơ để tái tạo ATP dùng cho hoạt

động

năng

CO 2 + H 2 O + O 2

ATP

Quang hợp trong lục lạp

Hô hấp tế bào trong ty thể

HỆ SINH THÁI

ATP cần cho hoạt động tế bào

Các phân tử hữu cơ

Nhiệt

Các con đường dị hóa

• Mặc dù sự hô hấp tế bào bao gồm hô hấp hiếu khí

và hô hấp kị khí, nhưng thường được dùng để chỉ sự

hô hấp hiếu khí

• Phương trình tổng quát của hô hấp hiếu khí:

• C6H12O6+ 6 O2 6 CO2+ 6 H2O + Năng lượng

(Năng lượng = ATP + nhiệt)

Phản ứng oxi hóa khử (redox reaction)

• Sự vận chuyển điện tử trong các phản ứng hóa học phóng thích các năng lượng được dự trữ trong các phân tử hữu cơ

• Năng lượng được phóng thích này cuối cùng được dùng để tổng hợp ATP

• Các phản ứng hóa học trong đó có sự vận chuyển

điện tử giữa các chất tham gia phản ứng được gọi là

phản ứng oxi hóa khử (redox reactions)

• Trong sự oxi hóa, một chất bị mất điện tử được gọi

là bị oxi hóa

• Trong sự khử, một chất thu nhận điện tử được gọi là

bị khử

bị oxi hóa (mất điện tử)

bị khử (nhận điện tử)

Trang 6

bị oxi hóa

bị khử

• Chất cho điện tử được gọi là chất khử

• Chất nhận điện tử được gọi là chất oxi hóa

• Một số phản ứng oxi hóa khử không có sự vận chuyển điện tử nhưng có sự thay đổi điện tử trong các liên kết hóa trị

–Thí dụ: phản ứng giữa methane và O2

Carbon dioxide

Nước Oxygen

(chất oxi hóa)

Methane

(chất khử)

bị oxi hóa

bị khử

Sự oxi hóa các nguyên liệu hữu cơ

• Trong sự hô hấp tế bào, các nguyên liệu như glucose bị oxi hóa và O2bị khử:

bị oxi hóa

bị khử

Các bước thu nhận năng lượng

• Trong sự hô hấp tế bào, glucose và các phân tử hữu

cơ khác bị phân giải qua nhiều bước

• Điện tử từ các hợp chất hữu cơ thường được chuyển

đến một coenzyme là NAD + → NADH

• NAD+là chất oxi hóa (nhận điện tử) còn NADH là

chất khử

dehydrogenase

Dehydrogenase

2 e– + 2 H +

2 e – + H +

NAD + + 2[ H ]

NADH

+

H +

Nicotinamide (dạng oxi hóa)

Nicotinamide (dạng khử)

Sự oxi hóa NADH

Sự khử NAD +

Trang 7

Các giai đoạn của sự hô hấp tế bào

• Sự hô hấp tế bào gồm ba giai đoạn chính:

–Sự đường phân (Glycolysis)

–Chu trình acid citric (chu trình Krebs)

–Sự phosphoryl hóa – oxi hóa

ATP Glucose Pyruvate

Điện tử được chuyển nhờ NADH

DỊCH BÀO

Sự phosphoryl hóa

ở mức cơ chất Đường phân

ATP ATP

Glucose Pyruvate

Điện tử

được chuyển

nhờ NADH

DỊCH BÀO

ở mức cơ chất

Đường phân

TY THỂ

Chu trình acid citric

Điện tử được chuyển nhờ NADH & FADH 2

ATP ATP

ATP Glucose Pyruvate

Điện tử được chuyển nhờ NADH

DỊCH BÀO

Đường phân

TY THỂ

Điện tử được chuyển nhờ NADH & FADH 2

Sự phosphoryl hóa oxi hóa

Chuỗi dẫn truyền điện tử

và sự hóa thẩm thấu

• Quá trình tạo ra phần lớn ATP được gọi là sự

phosphoryl hóa vì chúng được tạo ra bởi các phản

ứng oxi hóa khử

• Sự phosphoryl hóa oxi hóa chiếm khoảng 90%

lượng ATP được tạo ra trong hô hấp tế bào

• Một lượng nhỏ ATP được tạo ra trong đường phân

và chu trình acid citric bởi sự phosphoryl hóa ở mức

cơ chất

Enzyme ADP P

Enzyme

ATP +

Cơ chất

Sản phẩm

Trang 8

Sự đường phân

• Trong sự đường phân, một phân tử glucose bị phân

giải thành hai phân tử pyruvate

• Đường phân xảy ra trong dịch bào (bên ngoài ty

thể) và gồm hai bước:

–Bước 1: đầu tư năng lượng

–Bước 2: hoàn trả năng lượng

Glucose

2 ADP + 2 P 2 ATP used

formed

4 ATP

4 ADP + 4 P

2 NAD ++ 4 e– + 4 H + 2 NADH + 2 H +

2 Pyruvate + 2 H 2 O

2 Pyruvate + 2 H 2 O Glucose

4 ATP formed – 2 ATP used 2 ATP

2 NAD ++ 4 e– + 4 H + 2 NADH + 2 H +

1 Đầu tư năng lượng

2 Hoàn trả năng lượng

Kết quả

ATP

ADP

Hexokinase

1

ATP

ADP Hexokinase 1

Glucose

Glucose-6-phosphate

Glucose

Hexokinase ATP

ADP

1

Phosphoglucoisomerase

2

Phosphogluco-isomerase

2

Glucose

Fructose-6-phosphate

1

Hexokinase

ATP

ADP

Phosphoglucoisomerase

Phosphofructokinase

ATP

ADP

2

3

ATP

ADP

Phosphofructo-kinase

Fructose-1, 6-bisphosphate

Glucose

1

2

3

Glucose

ATP

ADP Hexokinase

Glucose-6-phosphate Phosphoglucoisomerase

ATP

ADP Phosphofructokinase

Aldolase

Isomerase

Dihydroxyacetone phosphate Glyceraldehyde-3-phosphate

1

2

3

4

5

Aldolase

Isomerase

Dihydroxyacetone phosphate

Glyceraldehyde-3-phosphate

4

5

Trang 9

NADH

2

+ 2 H +

2

2 P i

dehyd ro genase

1, 3-Bisphosphoglycerate

2 NAD +

Glyceraldehyde-3-phosphate

Triose phosphate dehydrogenase NADH

2 + 2 H +

2 P i

6

2 2

NADH 2

dehydrogenase

+ 2 H +

2 i

2

2 ADP

Phosphoglycerokinase

2 ATP

2 3-Phosphoglycerate

7

2

2 ADP

2 ATP

3-Phosphoglycerate

Phosphoglycero-kinase

2

7

Triose phosphate

dehydrogenase

2 NAD +

2 NADH

+ 2 H +

2 i

2

2 ADP

2 ATP

2

Phosphoglyceromutase

2

2-Phosphoglycerate 2

2

Phosphoglycero-mutase

6

7

8

2 NAD +

NADH 2

2

+ 2 H + Triose phosphate dehydrogenase

2 P i

2 ADP

2 ATP

Enolase 2-Phosphoglycerate

2 H 2 O

Phosphoenolpyruvate

9 8 7 6

2 2-Phosphoglycerate

Enolase

2

2 H 2 O

9

Triose phosphate

dehydrogenase

2 NAD +

NADH

2

2 ADP

2 ATP

Pyruvate

Pyruvate kinase

Enolase

2 H 2 O

2 ATP

2 ADP

+ 2 H +

6

7

8

9

10

2

2 ADP

2 ATP

Pyruvate kinase

2 Pyruvate

10

2 P i

• Khi có O2, pyruvate đi vào ty thể

• Trước khi chu trình acid citric bắt đầu, pyruvate

phải được biến đổi thành acetyl CoA

Trang 10

2

Protein vận chuyển

• Chu trình acid citric, còn được gọi là chu trình Krebs, xảy ra trong matrix của ty thể

• Mỗi chu trình sẽ oxi hóa các nguyên liệu hữu cơ bắt nguồn từ pyruvate, tạo ra 1 ATP, 3 NADH, và 1 FADH2

Pyruvate

NAD +

NADH

+ H +

Acetyl CoA

CO 2 CoA

CoA CoA

FADH 2

FAD

CO 2 2

3

3 NAD +

+ 3 H +

ADP + P i

ATP

NADH

Chu trình

• Chu trình acid citric gồm 8 bước, mỗi bước được xúc tác bởi một enzyme đặc hiệu

• Trước tiên nhóm acetyl của acetyl CoA đi vào chu trình, kết hợp với oxaloacetate tạo thành citrate

• Bảy bước tiếp theo phân giải citrate trở lại thành oxaloacetate, hoàn tất chu trình

Acetyl CoA

Oxaloacetate

CoA—SH

1

Citrate

Citric acid cycle

Acetyl CoA

Oxaloacetate

Citrate

CoA—SH

1

2

H 2 O

Isocitrate

Trang 11

CoA—SH

Oxaloacetate

Citrate

H 2 O

Isocitrate

1

2

3

NAD +

NADH + H +



-Keto-glutarate

C O 2

CoA—SH

Oxaloacetate

Citrate

H 2 O

Isocitrate

NAD +

NADH + H +



-Keto-glutarate

CoA—SH

1

2

3

4

NAD +

NADH + H +

Succinyl CoA

C O 2

Acetyl CoA

CoA—SH

Oxaloacetate

Citrate

H 2 O

Isocitrate

NAD +

NADH + H +

C O 2

CoA—SH



-Keto-glutarate

C O 2 NAD +

NADH + H +

Succinyl CoA

1

2

3

4 5

CoA—SH

GTP GDP

ADP

P i

Succinate

ATP

Acetyl CoA

CoA—SH

Oxaloacetate

H 2 O

Citrate Isocitrate

NAD +

NADH + H +

C O 2

CoA—SH



-Keto-glutarate

C O 2 NAD +

NADH + H + CoA—SH

P

Succinyl CoA

i

GTP GDP

ADP

ATP

Succinate

FAD FADH 2

Fumarate

1

2

3

4 5

6

Acetyl CoA

CoA—SH

Oxaloacetate

Citrate

H 2 O

Isocitrate

NAD +

NADH + H +

C O 2



-Keto-glutarate

CoA—SH

NAD +

NADH

Succinyl CoA

CoA—SH

P GDP GTP

ADP

ATP

Succinate

FAD FADH 2

Fumarate

H 2 O

Malate

1

2

5 6 7

i

C O 2

+ H +

3

4

Acetyl CoA

CoA—SH

Citrate

H 2 O

Isocitrate

NAD +

NADH + H +

C O 2



-Keto-glutarate

CoA—SH

C O 2 NAD +

NADH + H +

Succinyl CoA

CoA—SH

P i GTP GDP

ADP

ATP

Succinate

FAD FADH 2

Fumarate

H 2 O

Malate Oxaloacetate

NADH +H +

NAD +

1

2

3

4 5

6 7 8

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	1,36 MB