Chuyển hóa năng lượng

• Phản ứng phát nhiệt: lượng nhiệt có trong sản phẩm ít hơn trong chất phản ứng  quy ước ∆H mang dấu âm.. • ∆G 0: phản ứng chỉ xảy ra nếu được cung cấp năng lượng tự do thu năng.. – Vẫn

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

VÀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Đại lượng trạng thái nhiệt động lực

• Định nghĩa enthalpy:

• Phản ứng hoá sinh : enthalpy ≈ nội năng.

• ∆H là nhiệt năng được truyền ở điều kiện áp suất

không đổi.

• Phản ứng phát nhiệt: lượng nhiệt có trong sản

phẩm ít hơn trong chất phản ứng  quy ước ∆H

mang dấu âm.

• Phản ứng hấp thu nhiệt từ môi trường xung

• Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng A⇌B ở 

nhiệt độ và áp suất không đổi:

• ∆G: biến thiên năng lượng tự do Gibbs (J/mol hay 

cal/mol), 

• ∆H: biến thiên enthalpy của hệ (J/mol hay cal/mol), 

• T: nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin, K), 

• ∆S: biến thiên entropy của hệ (J/mol∙K hay cal/mol∙K). 

• ∆G <0: phản ứng xảy ra tự phát kèm giải phóng

năng lượng tự do (phát năng). Nếu giá trị ∆G đủ

lớn, phản ứng xảy ra hoàn toàn và không đảo

ngược được.

• ∆G >0: phản ứng chỉ xảy ra nếu được cung cấp

năng lượng tự do (thu năng). Nếu giá trị ∆G đủ

lớn, hệ ổn định và phản ứng không xảy ra. 

• ∆G = 0: hệ đạt cân bằng và không có thay đổi

tổng thể (không phát năng cũng không thu năng).

• Giá trị của ∆G không cho biết tốc độ phản ứng

• Biến thiên năng lượng tự do chuẩn, ∆G°:

– điều kiện chuẩn (298 K = 25  o C)

– nồng độ ban đầu của chất phản ứng và sản phẩm: 

1 M; chất khí: áp suất riêng phần là 101,3 kPa (1 

atm).

• Gibbs:

Biến thiên năng lượng tự do ở điều

kiện chuẩn hiệu chỉnh

• ∆G′° chỉ là một cách biểu diễn toán học khác của

• Quan hệ giữa ∆G′° và tuân theo luật số mũ

 một thay đổi nhỏ của ∆G′° ứng với thay đổi lớn

∆G′° và ∆G

• Một số phản ứng thuận lợi về nhiệt động lực (∆G′° < 0, lớn) lại

không xảy ra ở tốc độ quan sát được.

• TD: củi

– đốt cháy  sản phẩm ổn định hơn (CO2, H2O) + phát năng (ánh sáng, 

nhiệt)  rất thuận lợi về mặt nhiệt động lực học. 

– Vẫn ổn định hàng năm trời vì năng lượng hoạt hoá cần cho phản ứng

đốt cháy > năng lượng có sẵn ở nhiệt độ phòng.

– Cung cấp năng lượng hoạt hoá (TD: que diêm đang cháy)  phản ứng

đốt cháy củi.

– Nhiệt năng vừa được phát ra  hoạt hoá vùng lân cận  tiếp tục đốt

cháy củi (phản ứng tự duy trì). 

 các hằng số nhiệt động lực học như ∆G′° cho biết trạng thái cân

bằng của phản ứng nằm ở đâu, nhưng không cho ý niệm gì về tốc

độ để đạt được trạng thái cân bằng. Tốc độ phản ứng được kiểm

soát bởi các thông số động học của phản ứng.

∆G′° và ∆G

• Ở tế bào sống: enzym làm giảm năng lượng

hoạt hoá  tăng tốc độ phản ứng đáng kể. 

• Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng:

– không phụ thuộc vào con đường phản ứng xảy ra; 

– chỉ phụ thuộc vào bản chất và nồng độ ban đầu

của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm cuối. 

 Enzym không thể làm thay đổi hằng số cân

bằng; nhưng nó có thể làm tăng tốc độ phản

ứng theo hướng nhiệt động lực học quy định

Tính cộng được của biến thiên năng

 E° > 0 nếu cặp oxh‐k nhận e từ điện cực hydro chuẩn; 

 E° <0 nếu cặp oxh‐k cho e đến điện cực hydro chuẩn.

• Quy ước: ∆E′° = E′°chất oxy hoá – E′° chất khử.

Thế khử chuẩn ở một số bán phản ứng sinh học quan trọng

Acetyl CoA + CO2+ H ++ 2e− →pyruvat + CoA −0,48

Ferredoxin (Fe 3+) + e− →ferredoxin (Fe 2+ ) −0,43

Acid lipoic + 2H ++ 2e− → acid dihydrolipoic −0,29

Glutathion (bị oxy hoá) + 2H ++ 2e− → 2 glutathion (bị

Thế khử chuẩn ở một số bán phản ứng sinh học quan trọng

Cytochrom b5(Fe 3+) + e−→ cytochrom b5(Fe 2+ ) (vi thể) 0,02

Fumarat + 2H ++ 2e− → succinat 0,03

Ubiquinone (Q) + 2H ++ 2e− → ubiquinol (QH2) 0,04

Cytochrom b (Fe3+) + e−→ cytochrom b (Fe2+ ) (ti thể) 0,08

Cytochrom c1(Fe 3+) + e−→ cytochrom c1(Fe 2+ ) 0,22

Cytochrom c (Fe3+) + e−→ cytochrom c (Fe2+ ) 0,25

Cytochrom a (Fe3+) + e−→ cytochrom a (Fe2+ ) 0,29

CHU TRÌNH ACID CITRIC

CHU TRÌNH ACID CITRIC

- Tên gọi khác:

- Chu trình acid tricarboxylic (TCA)

- Chu trình Krebs

- Quá trình “đốt cháy” oxh mạch 2C (Act~SCoA) giải phóng 2

phân tử CO2, 4 cặp nguyên tử H (tạo thành H2O) và năng

C 4

C 4 ATP

H 2 O

C 4

2H 2H

2H

C 6

8

3: isocitrat DH 4: α-cetoglutarat DH 6: succinat DH

5: succinyl-CoA synthetase

Acetyl‐CoA + 3NAD + +FAD + GDP (ADP) + Pi+ 2H2O ⟶

2CO2+ 3NADH + FADH2+ GTP (ATP) +2H + + CoA

• 2 C từ nhóm acetyl đi vào CT do kết hợp với

oxaloacetat. 2 C rời CT ở dạng CO2do oxy hoá

isocitrat và α‐cetoglutarat. 

• 4 cặp H rời chu trình trong 4 phản ứng oxy hoá khử. 

– 2 NAD + bị khử trong phản ứng khử carboxyl oxy hoá

isocitrat và α‐cetoglutarat, 

– 1 FAD bị khử trong phản ứng oxy hoá succinat,

– 1 NAD + bị khử trong phản ứng oxy hoá malat.

Acetyl‐CoA + 3NAD + +FAD + GDP (ADP) + Pi+ 2H2O ⟶

2CO2+ 3NADH + FADH2+ GTP (ATP) +2H + + CoA

• Một hợp chất có thế năng chuyển nhóm phosphoryl

cao (ATP hoặc GTP) được tạo thành tự sự cắt liên kết

thioester trong succinyl‐CoA.

• Hai phân tử nước bị tiêu thụ: 

– trong thuỷ phân citroyl‐CoA để tạo citrat

– trong hydrat hoá fumarat.

• NAD+, FAD chỉ được tái tạo trong ti thể thông

qua vận chuyển e tới oxy phân tử

 CT acid citric chỉ xảy ra / điều kiện hiếu khí. 

[Oxy phân tử không tham gia trực tiếp]

• Trừ succinat DH gắn màng, các enzym khác

được xem là hoà tan trong chất nền ti thể. Tuy

nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy các enzym

này tồn tại trong các phức hợp đa enzym

• NADH mang e từ dị hoá vào chuỗi HHTB. NADPH 

cung cấp e cho đồng hoá. 

• NADH và NADPH không qua được màng trong ti thể.

FAD và FMN

Các trung tâm sắt-lưu huỳnh

(ETF : electron-transferring flavoprotein)

Chu trình Q của  phức hợp III

• Điện tử từ cytochrom c trung tâm CuAhem 

a trung tâm hem a3‐CuB O2

3 Thêm 2 điện tử và 2 proton cắt cầu peroxid.

• 4 điện tử đi qua phức hợp IV  tiêu thụ 4 

proton “cơ chất” từ chất nền khi chuyển O2

• Mỗi c quay một vòng cần dẫn bởi 1 proton

o vòng c có 10 tiểu đơn vị cần 10 proton / vòng

chuyển vị khoảng 3 proton cho mỗi ATP được

tổng hợp.

• Thiếu oxy  vận chuyển e đến oxy chậm lại

làm giảm sức proton động  ATP synthase 

hoạt động theo chiều ngược lại, thuỷ phân

ATP để bơm proton ra ngoài

Chất ức chế protein IF1 ngăn chặn hoạt động

này, chống lại sự giảm mạnh nồng độ ATP

hoá