PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Năng lượng sinh học là gì? sao nó lai có sức mạnh to lớn đến vậy?Vũ trụ chứa đầy những điều bí ẩn đang thách đố tri thức hiện tại của nhân loại. Những hiện tượng kỳ lạ để kích thích trí tưởng tượng và mở ra những khả năng chưa từng mơ tới. Chúng có thật hay không? Điều đó tùy bạn quyết định

• Định luật Hess – Entanpi (H)

• Năng lượng tự do Gibbs (G)

Tương tác kỵ nước:

Hậu của của sự giảm entropy của hệ thống

Tương tác kỵ nước:

Hậu của của sự giảm entropy của hệ thống

Sự giải phóng các phân tử nước có trận tự tạo thuận

lợi cho sự hình thành một phức hợp enzyme – cơ chất

Năng lượng tự do Gibbs

ΔG Loại phản

ứng+ Thu nhiệt

Mối liên hệ giữa ΔG và hằng số phản ứng K

1 Điều kiện chuẩn:

1 Các phản ứng cộng – khử H2O

2 Phản ứng thế ái nhân

3 Phản ứng thủy phân phosphoester

4 Phản ứng oxi hóa –khử

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

ATP (adenosine triphosphate)

ATP + H2O  ADP + Pi G ° = - 7.3 kcal/mol

ATP + H2O  AMP + PPi G ° = - 7.3 kcal/mol

PPi + H2O  2 Pi G ° = - 4.6 kcal/mol

Chu trình ATP-ADP

Sự oxy hóa các

phân tử nhiên liệu

 sinh năng lượng

Sinh tổng hợp

Vận chuyển tích cực

Sự co cơ ATP

A Gluc + PO 4  Gluc-6-P + H 2 O + 3.3 kcal/mol

B ATP + H 2 O  ADP + Pi - 7.3 kcal/mol

Tổng: Gluc + ATP  Gluc-6-P + ADP - 4.0 kcal/mol

Nồng độ ATP khác nhau trong các loại tế bào

Các nguồn cung

cấp năng lượng

Đường phân

12

Glucose  Năng lượng

1 Phosphate hóa

2 Đồng phân hóa

Cơ chế xúc tác của phản ứng 2

16

4 Đồng phân hóa

5 Khử hydrogen + Phosphate hóa

20

6 Phản ứng phosphate hóa – sinh ATP

7 Phản ứng chuyển vị nhóm phosphate

24

8 Phản ứng khử H2O

9 Phản ứng phosphate hóa – sinh ATP

Ty thể

Các nguồn cung

cấp năng lượng

1 Sự khử carboxyl oxi hóa phân tử pyruvate

• NAD + and CoA-SH are co-substrates

• TPP (thiamine pyrophosphate), lipoyllysine and FAD are prosthetic groups

Phức hợp enzyme Pyruvate Dehydrogenase (PDC)

• Bước 1: Khử carboxyl pyruvate thành aldehyde

• Bước 2: Oxi hóa aldehyde thành carboxylic acid

• Bước 3: Sự hình thành acetyl CoA

• Bước 4: Tái oxi hóa cofactor lipoamide

• Bước 5: Tái sinh cofactor dạng oxi hóa FAD

1 Sự khử carboxyl oxi hóa phân tử pyruvate

1 Sự khử carboxyl oxi hóa phân tử pyruvate

Cấu trúc của Lipoyllysine

Cấu trúc của CoA

• The function of CoA is to accept and carry acetyl groups

2 Sự tổng hợp Citrate từ Acetyl CoA và Oxaloacetate

Trung tâm sắt-sulfur trong aconitase

4 Sự khử carboxyl và sự oxy hóa Isocitrate

4 Sự khử carboxyl và sự oxy hóa Isocitrate

4 Sự khử carboxyl và sự oxy hóa Isocitrate

5 Sự khử carboxyl và oxy hóa α-ketoglutarate

α-ketoglutarate dehydrogenase complex: α-Ketoglutarate dehydrogenase,

Dihydrolipoamide succinyl transferase, Dihydrolipoamide

dehydrogenase Coenzymes: TPP, Lipoic Acid, FAD, NAD+, CoASH.

6 Sự phân cắt Succinyl CoA

Succinate thiokinase or Succinyl CoA synthetase

Nucleotide diphosphate kinase

7 Sự oxy hóa Succinate thành Fumarate

8 Sự hydrate hóa Fumarate

9 Sự oxy hóa Malate thành Oxaloacetate

Bắt đầu một chu trình mới

• Các carbon của các nhóm of acetyl trong

acetyl-CoA bị oy hóa thành CO2

• Các electrons từ quá trình này khử NAD+ và FAD

• Một phân tử GTP được tạo thành và bị chuyển

hóa thành ATP

• Các chất trung gian của chu trình luôn tồn tại

Acetyl-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2 O

Phản ứng tổng quát của chu trình Krebs

ATP sinh ra khi oxy hóa một phân tử acetyl

CoA thông qua chu trình acid citric

Trong đó: ∆ G o : năng lượng tự do (kJ)

∆ E: hiệu số điện thế (volt) Một phản ứng chuyển điện tử thực hiện được: ∆ G < 0.

Động lực của quá trình vận chuyển điện tử

Mô hình thẩm thấu hóa học

Chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể

FMNH2 + (Fe-S)ox FMNH· + (Fe-S)red + H+

FMNH· + (Fe-S)ox FMN + (Fe-S)red + H+

và cuối cùng được chuyển đến coenzyme Q

45Coenzyme Q (Ubiquinone)

Các trung tâm sắt-sulfur

Complex IV: Vận chuyển điện tử từ Cyt c đến phân tử O 2

Bơm proton - III

2 Cyt c (red) + 4H +

N + 1/2O 2  2 Cyt c (ox) + 2 H +

P + H 2 O

Tóm Tóm tắt tắt các các phản phản ứng ứng

Các chất ức chế trong chuỗi hô hấp

 Rotenone(một loại thuốc chuột) ức chế phức hệ I.

 Antimycin Aức chế vận chuyển điện tử ở phức hệ III.

 CN -&COức chếphức hệ IV.

Sự phospho hóa oxi hóa và chuỗi vận

chuyển điện tử

Mô hình thẩm thấu hóa học

• Sự vận chuyển điện tử tạo ra lực chuyển động proton

• Lực chuyển động proton giúp tổng hợp ATP

Phức hợp tổng hợp ATP của ty thể - ATPase

Cơ chế bám-thay đổi (binding-change mechanism)

ATP sinh ra từ glucose

Sự tổng hợp saccharide

Đồng hóa CO2bởi thực vật

NADP  ADP + P

Quang tổng hợp

Quang hợp

6CO2 + 6H2O + light  C6H12O6 + 6O2

Hấp thụ và chuyển hóa năng lượng ánh

sáng mặt trời thành năng lượng hóa học.

Quang hợp xảy ra trong

• Thực vật

• Tảo

• Một số vi khuẩn

Không phải tất cả thực vật đều quang hợp

• Một số thực vật sống kí sinh không thực hiện

chức năng quang hợp

Quang hợp xảy ra trong lạp thể

Chlorophyll là sắc tố chính trong quang hợp

Các sắc tố khác nhau hấp thu ánh sáng tại các

bước sóng khác nhau

Radio waves

Visible light

Wavelength (nm)

Các sắc tố phụ

Excited state

Chlorophyll molecule

Ground state

Phản ứng sáng sinh ATP và NADPH

Các phản ứng sáng sinh ATP và NADPH

61Chu trình Calvin

Dr Calvin, Nobel prize in chemistry, 1961

Giai đoạn II: chuyển hóa G-3-P

• Đường phân

• Chuyển thành tinh bột.

• Chuyển hóa thành sucrose.

• Tái sinh ribulose 1,5-bisphosphate