BG-Nang luong sinh hoc

Mục tiêu Các khái niệm liên quan đến năng lượng trong sinh vật 1.. Phản ứng hóa học và năng lượng sinh học 5.. Tính cộng hợp của thay đổi năng lượng tự do 6.. Vai trò của ATP với dòng n

Năng lượng sinh học

Mục tiêu

 Các khái niệm liên quan đến năng lượng trong sinh vật

1 Enthalpy

2 Entropy

3 Năng lượng tự do

4 Phản ứng hóa học và năng lượng sinh học

5 Tính cộng hợp của thay đổi năng lượng tự do

6 Quan hệ giữa năng lượng tự do tiêu chuẩn và hằng

số cân bằng

7 Vai trò của ATP với dòng năng lượng trong tế bào

Tầm quan trọng của năng lượng sinh học

trao đổi chất

 Đói- năng lượng dự trữ cạn

Sự biến đổi năng lượng tự do Gibbs (  G)

 G : chênh lệch năng lượng trong hệ thống năng lượng sẵn sàng sử dụng

 Phản ứng tỏa nhiệt: giải phóng năng lượng tự do,

G có giá trị âm

 Phản ứng thu nhiệt : G có giá trị dương

 Đơn vị của G - joules/mole (J/mol)

- calories/mole (cal/mol)

Enthalpy, H

 Enthalpy : nhiệt tỏa ra của hệ thống phản ứng

 Phụ thuộc: số và loại liên kết hóa học của chất

phản ứng và sản phẩm

 Phản ứng tỏa nhiệt: H = H(sp) – H (chất pư) < 0

 Phản ứng thu nhiệt: H = H(sp) – H (chất pư) > 0

 Đơn vị của H - joules/mole (J/mol)

- calories/mole (cal/mol)

Entropy, S

 Entropy: biểu thị định lượng mức độ hỗn loạn của

hệ thống

 Khi sản phẩm ít phức tạp và hỗn loạn hơn chất phản ứng, hệ thống thu entropy

 Đơn vị S - J/mol·K

- cal/mol·K

 K= Đơn vị của nhiệt độ tuyệt đối (25C = 298K)

Entropy, S

 Ví dụ

Phản ứng oxy hóa glucose C6H12O6+6 O26 CO2+ 6 H2O

Entropy tăng: tăng số phân tử sản phẩm, hay một chất

đặc chuyển sang trạng thái lỏng hay khí….tạo sự hỗ loạn phân tử

Tương quan  G,  H, và  S

Chênh lệch năng lượng tự do = Tổng chênh lệch nhiệt của hệ thống – năng lượng bị mất do làm tăng entropy

G = H - T S, T= nhiệt độ tuyệt đối (K)

 H có dấu âm khi nhiệt thoát ra

 S có dấu dương khi entropy tăng

 Hệ thống phản ứng tỏa nhiệt và tăng entropy:

Vd: Oxy hóa glucose

G = (giá trị âm của H) - (T  giá trị dương S)

G = giá trị âm

 Quá trình xảy ra tự phát, G có giá trị âm

 Ở điều kiện cân bằng của hệ thống kín, không có thay đổi về năng lượng tự do, G = 0 and H =

TS

Tương quan  G,  H, và  S

Ví dụ:

tự do biến mất

H (thay đổi về nhiệt) = TS (thay đổi entropy)

G = H - TS, G = 0  không có năng lượng tự do

Năng lượng tự do

 Quá trình sống: phản ứng tổng hợp, co cơ, vận

chuyển tích cực…thu

năng lượng nhờ liên kết hóa học, hay ghép cặp

với phản ứng oxy hóa

 Ghép cặp giữa tiến trình tỏa nhiệt và thu nhiệt :

tổng hợp chất có năng

lượng cao trong phản

ứng tỏa nhiệt và kết hợp với hợp chất mới được tạo trong phản ứng thu nhiệt

 ~ : chuyển

năng lượng cho

nhiều phản ứng

E

Phản ứng tỏa nhiệt

Quá trình thu nhiệt

P/ứng tổng hợp

Họat động

co cơ

Kích thích thần kinh Vận động Chuyển năng lượng từ hợp chất năng lượng cao sang các quá trình sinh học đòi hỏi cung cấp năng lượng (thu nhiệt)

 Ví dụ

Glucose + Piglucose 6-phosphate + H 2 O

G o ´ = 13.8 kJ/mol (không xảy ra tự phát)

ATP + H 2 OADP + Pi; G o´ = - 30.5 kJ/mol

 Kết hợp:

(1) Glucose + Piglucose 6-phosphate + H 2 O

(2) ATP + H 2 OADP + Pi

Glucose + ATPADP + glucose 6-phosphate

G o ´ = 13.8 kJ/mol + (-30.5 kJ/mol) = -16.7 kJ/mol

 Tổng thể: phản ứng tỏa nhiệt

Cơ sở hóa học của phản ứng thủy giải ATP

ATP có 2 nhóm phosphate năng lượng cao

 ATP : cho nhóm

phosphate cao năng

lượng đến các chất có năng lượng thấp hơn

phosphate cao năng

lượng (hình thành ATP)

từ chất có năng lượng cao hơn

Adenylyl Kinase

Adenylyl Kinase

ATP) tái phosphoryl hóa thành ADP

ATP cho các nhóm Phosphoryl, Pyrophosphoryl, hay Adenylyl

Hoạt hóa acid béo

Các Nucleoside Triphosphates khác

 Nucleoside diphosphate kinase (NDK) xúc tác tổng hợp nucleoside triphosphates

ATP + UDP ADP + UTP

tổng hợp nucleoside diphosphates

ATP + nucleoside  ADP + nucleoside ~

NDK