Năng lượng và sự trao đổi chất

b Phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt Năng lượng tự do của các liên kết cộng hóa trị của các chất phản ứng được giải phóng ra ở dạng nhiệt nên phản ứng được gọi là phản ứng tỏa nhiệt.. Đặc đ

NĂNG LƯỢNG

VÀ SỰ TRAO ĐỔI CHẤT (NĂNG LƯỢNG HỌC CỦA TẾ BÀO)

1 Năng lượng tự do

a) Thế nào là năng lượng tự do ?

Năng lượng tự do là năng lượng vốn có của một hệ thống, khi cần nó được dùng để thực hiện công dưới các điều kiện và áp suất nhất định

Vd: Một bồn chứa nhiều nước để trên cao có tích năng lượng tự do: có thể thực hiện công khi mở vòi cho nước chảy xuống thấp

b) Phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt

Năng lượng tự do của các liên kết cộng hóa trị của các chất phản ứng được giải phóng ra ở dạng nhiệt nên phản ứng được gọi là phản ứng tỏa nhiệt

Ngược lại, nếu các sản phẩm chứa nhiều năng lượng tự do hơn, phản ứng không được tự động thực hiện, cần nhận thêm năng lượng nên gọi là thu nhiệt

2 Sự oxi hóa khử và sự oxi hóa trong tế bào

a) Phản ứng oxi hóa khử:

II SỰ TRAO ĐỔI CHẤT

1 Đặc điểm chuyển hóa năng lượng của tế bào

Ánh sáng mặt trời được các sinh vật tự dưỡng hấp thụ trong quá trình quang hợp.

Các sinh vật dị dưỡng thì không thu nhận trực tiếp được từ năng lượng mặt trời mà phải nhận năng lượng gián tiếp từ các chất hữu cơ do các sinh vật quang hợp tạo ra.

Năng lượng chứa trong các chất hữu cơ được giải phóng ra thông qua quá trình hô hấp.

Năng lượng chủ yếu được chuyển hóa là năng lượng hóa học của các hợp chất hữu cơ.

Các cơ chất thường không tiếp xúc trực tiếp với oxi

2 Adenosine triphosphate (ATP)

Adenosine triphosphate (ATP) là một trong những hợp chất căn bản của sự sống

Nó giữ vai trò chủ chốt trong hầu như tất cả các quá trình chuyển hóa năng lượng của mỗi hoạt động sống

Phân tử ATP là một nucleotide, được tạo thành từ Adenine, đường ribose và 3 phosphate PO4

Tính chất quan trọng của phân tử ATP

là dễ biến đổi thuận nghịch để giải phóng hoặc tích trữ năng lượng

3 Các chất chuyên chở Hydrogen

Tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng còn có các chất chuyên chở Hydrogen như: NAD+, NADH2, FAD, NADP và NADPH2.

NAD là Nucleotide Phần trên là vòng Nicotine amide giữ vai trò quan trọng trong vận chuyển Hydrogen Nửa dưới phân tử là Adenosine monophosphate (AMP).

NAD+ là dạng oxi hóa, có sự biến đổi thuận nghịch sang NADH + H+ (gọi là NAD-khử).

ADP có cấu trúc tương tự như NAD nhưng có thêm một nhóm phosphate.

NAD+ và NADP+ hai chất chuyển Hydrogen quan trọng nhất trong phản ứng dị hóa.

Tham gia chuyển Hydrogen có FAD, cũng là Nucleotide Nó dễ dàng biến sang dạng FADH2

4 Các chất chuyền điện tử

Từ năm 1925, các cytochrome được phát hiện đó

là các chất có màu do chứa nhân heme ở hemoglobin

Hiện nay, có hơn 40 protein được phát hiện ở hệ thống chuyền điện tử Các cytochrome chia thành 3 loại a, b, c

Chất vận chuyển điện tử có cấu tạo đơn giản là ubiquinone hay coenzyme Q, nó có thể nhận một hoặc hai điện tử

Mặt khác các phản ứng hóa học giữa sự chuyển năng lượng từ các chất phản ứng sang các sản phẩm

Trong quá trình hô hấp biến đổi glucose:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Q

+Không tham gia phản ứng.

+Không đổi chiều phản ứng

Vd: Platin xúc tác phản ứng H 2 và O 2 : 2H 2 + O 2 + 6Pt → 4HPt + 2OPt → 2H 2 O + 6Pt

b) Enzyme là gì?

Enzyme ( xúc tác sinh học):

+Chất xúc tác thông thường

+Là Protein

+Không bền với điều kiện môi trường

+Hiệu suất phản ứng cao (có thể đạt 100%).+Đặc hiệu

2 Cấu tạo enzyme:

Cấu tạo enzyme:

protein, coenzyme, nhóm prosthetic và trung tâm hoạt động

Protein: có hình dạng là khối cầu, có kích thước thường lớn hơn cơ chất do chúng tác động.

Nhóm coenzyme: là chất liên kết với enzyme để hỗ trợ enzyme hoạt động

Nhóm prosthetic: được tạo thành từ sự gắn chặt của coenzyme với protein enzyme

3 Tính đặc hiệu (specificity)

Khác với các chất vô cơ (chất xúc tác): các enzyme có tính chọn lọc rất cao Một enzyme nói chung tương tác đặc hiệu với một loại phản ứng hay một cặp chất phản ứng (reactant) thường được gọi là cơ chất (substrate) (?: vì sao có tính đặc hiệu?)

Đa số enzyme là các protein hình cầu (globular), nó có cấu trúc không gian ba chiều phức tạp, mỗi loại có bề mặt kiểu hình học riêng,

do đó mọi enzyme chỉ tương tác với các cơ chất

mà cấu trúc không gian phân tử của chúng “lắp vừa vặn bề mặt enzyme đó”

a) Đặc hiệu phản ứng

Tính đặc hiệu của enzyme chỉ biểu hiện đối với cơ chất mang một loại liên kết hóa học nhất định.

Vd: Enzyme lipase do tuyến tụy tiết ra chỉ cắt liên kết ester giữa glycerol và acid béo

Nó chỉ tác động với 1 số protein và những điểm đặc hiệu, nó nhận biết được

Vd: Enzyme Thrombin nhận biết liên kết giữa các aminoacid viginine và glycine

4 Trung tâm hoạt động (Active site)

Trung tâm hoạt động là một vùng giới hạn của phân tử enzyme thực sự gắn với cơ chất

Cấu tạo: thường trung tâm hoạt động được tạo thành do một số aminoaxid của enzyme

5 Các nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

Nồng độ enzyme ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng, khi nồng độ enzyme tăng thì tốc độ phản ứng tăng đến cực đại

a) Tốc độ phản ứng

Ở nồng độ cơ chất thấp có sự tương quan tỉ lệ thuận giữa nồng độ và tốc độ phản ứng.

Ở nồng độ cao các enzyme đã bảo hòa

cơ chất nên không tăng được tốc độ phản

ứng, tốc độ phản ứng lúc này phụ thuộc vào nồng độ enzyme

b) Nồng độ cơ chất

Vd: CO gây độc vì nó cạnh tranh với oxygen gắn vào các trung tâm hoạt động của

hemoglobin

+Ức chế không cạnh tranh (incompetive

inhibition)

d) Nhiệt độ

Nhiều enzyme có tốc độ phản ứng nhanh nhất ở một nhiệt độ tối ưu ( giữa 40o-

50oC) Nhưng nhiệt độ cao quá sẽ làm biến tính protein dẫn đến mất hoạt tính enzyme

Tuy thế có một số loại chuyển hóa tốt hơn ở trên hoặc dưới khoảng nhiệt độ đó

Vd: Một số loài vi khuẩn sống được ở các nguồn nước nóng trên 85oC và có enzyme đặc biệt bền vững

Tóm lại, enzyme là các chất xúc tác sinh học

có bản chất protein; chúng xúc tác các phản ứng với tính đặc hiệu và hiệu quả cao Chúng là động lực của các phản ứng sinh học, là công cụ phân tử hiện thực hóa thong tin hóa thong tin di truyền chứa trên DNA

IV CÁC PHẢN ỨNG SINH HÓA

TRONG CƠ THỂ SỐNG

1 Sơ đồ trao đổi chất

Sự trao đổi chất của tế bào là một sơ

đồ phức tạp với nhiều chuỗi phản ứng đan chéo nhau Sự trao đổi chất trong tế bào là rất cần thiết vì vậy để tế bào có thể hoạt động tốt hệ thống trao đổi chất cần được tổ chức hợp lý trong không gian và thời gian

2 Trao đổi chất được điều hòa bởi sự thay

đổi hoạt tính enzyme

Enzyme là động lực của các phản ứng hóa học trong cơ thể sống Thông qua các enzyme bộ máy di truyền kiểm soát các phản ứng sinh hóa và hoạt động của tế bào,

tổ chức không gian hớp lý cho quá trình sinh hóa

3 Toàn bộ các phản ứng xảy ra trong tế bào sống được gọi là sự trao đổi chất, gồm 2 loại phản ứng xảy ra đồng thời đó là đồng hóa

và dị hóa Sự đồng hóa và dị hóa thường

xảy ra song song với nhau ở các vị trí khác nhau trong tế bào Năng lượng phóng thích trong quá trình dị hóa được sử dụng để thực hiện quá trình đồng hóa

4 Tổ chức không gian hợp lý cho các quá

trình phản ứng

Enzyme khác nhau, chức năng riêng biệt

Phân bố không gian đơn giản nhất, phức hợp enzyme xúc tác các phản ứng dây chuyền

Enzyme đầu không phải đi vào tế bào chất để gặp enzyme thứ hai