OXY hóa SINH học ppt _ HÓA SINH

Bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất”; https:123doc.netusershomeuser_home.php?use_id=7046916. Slide hóa sinh ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa sinh bậc cao đẳng đại học chuyên ngành Y dược

CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT, OXY HÓA SINH

HỌC, CHU TRÌNH ACID CITRIC

Bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay

nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất” ;

https://123doc.net/users/home/user_home.php?

use_id=7046916

MỤC TIÊU

1 Trình bày được những khái niệm về chuyển hóa các chất và

chuyển hóa trung gian, quá trình đồng hóa và dị hóa, một số đặc điểm của chuyển hóa trung gian.

2 Trình bày được các phương pháp nghiên cứu quá trình chuyển

hóa.

3 Trình bày được những khái niệm về phản ứng oxy hố- khử, sự

phosphoryl hố và sự khử phosphoryl, các loại liên kết phosphat giàu năng lượng và hệ thống ATP-ADP.

4 Trình bày được bản chất và diễn tiến của sự hô hấp tế bào.

5 Trình bày và nêu được ý nghĩa của chu trình acid citric

1- CHUYỂN HOA CÁC CHẤT

Chuyển hóa các chất và chuyển hóa trung gian

- Chuyển hố các chất : các quá trình hố học xảy ra trong cơ thể từ khi thức ăn được đưa vào đến khi chất cặn bã được thải ra ngồi môi trường (quá trình trao đổi chất)

Chuyển hố trung gian : gồm các phản ứng và quá trình hố học xảy

ra trong tế bào

Các chất trung gian được gọi là các chất chuyển hố hay sản phẩm chuyển hố

Theo đặc điểm chuyển hố:

- Sinh vật tự dưỡng (thực vật) : tổng hợp được glucid, lipid, protid đặc hiệu từ CO2, H2O, muối khống chứa Nitơ và năng lượng mặt trời (quang hợp)

Sinh vật dị dưỡng (động vật và người) :

+ hấp thu các chất (glucid, lipid, protid…) từ các sinh vật tự dưỡng

để tổng hợp nên những phân tử glucid, lipid, protid đặc hiệu của mình

+ thối hố các phân tử đặc hiệu thành các sản phẩm chuyển hố, các chất thải như CO2, H2O và năng lượng cho cơ thể sử dụng

Glucid Lipid Protid

CO2 H2O, chất cặn bã

Gồm 3 bước :

Tiêu hố : thủy phân các đại phân tử (tinh bột, protein…) đặc hiệu của thức ăn thành các đơn vị cấu tạo không có tính đặc hiệu ( glucose, acid amin…)

Hấp thu : sản phẩm tiêu hố cuối cùng được hấp thu qua niêm mạc ruột non vào máu (quá trình vật lý và hố học)

Tổng hợp: các sản phẩm hấp thu được máu đưa đến các mô và được tế bào sử dụng để tổng hợp các đại phân tử có tính đặc hiệu của cơ thể

Xây dựng tế bào và mô (protein, polysaccarid tạp, phospholipid)

Dự trữ (glycogen, triglycerid) Cần năng lượng (chủ yếu do ATP cung cấp)

+ Công cơ học : co duỗi cơ

+ Công thẩm thấu : vận chuyển tích cực các chất qua màng tế bào , chống lại gradient nồng độ

+ Công hố học : tổng hợp các chất

Như vậy 2 quá trình đồng hóa và dị hóa là 2 quá trình ngược nhau, nhưng lại thống nhất trong 1 cơ thể, trong mỗi tế bào

Phản ứng liên hợp

Phản ứng tổng hợp : cần năng lượng

Phản ứng thối hố : giải phóng năng lượng

Phản ứng liên hợp = ghép cặp hai phản ứng tổng hợp và thối hố

Ví dụ : phản ứng tổng hợp glucose 6 phosphat cần 3,3 Kcal xảy ra được khi ghép với phản ứng thủy phân ATP giải phóng 7,3 Kcal

Ba giai đoạn về chuyển hố trung gian

Glucid, Lipid, Protid thối hố theo ba giai đoạn ;

Acetyl CoA chu trình Krebs CO2 và H2O

-CO2 được tạo thành do sự khử carboxyl

- Nước được tạo thành do sự tách và vận chuyển từng cặp nguyên tử hydro qua chuỗi hộ hấp tế bào tới oxy thở vào

- Chuỗi hơ hấp tế bào liên hợp với sự phosphoryl hố (gắn phosphat vào ADP tạo thành ATP) = sự phosphoryl- oxy hố

-Quá trình tổng hợp : 3 giai đoạn

- Bắt đầu từ một số tiền chất của chu trình krebs

- Ngược lại con đường thối hố

Các phương pháp nghiên cứu quá trình chuyển hóa:

1-Phân tích những sản phẩm cuối cùng của chuyển hóa các chất:

+ nhận biết được một phần quá trình chuyển hố trong cơ thể

+ những rối loạn về chuyển hố các chất (góp phần vào việc chẩn đốn, phòng và chữa bệnh)

2- Dùng cơ quan tách rời, lát cắt mô

+ Cơ quan tách rời (ví dụ gan, thận):

Phân tích thành phần hố học của dịch ra khỏi cơ quan

Tiền chất đã được biến đổi như thế nào ở cơ quan đó

Ví dụ : nhờ phương pháp này đã xác định được gan là nơi tạo thể ceton, urê chuyển một số acid amin thành glucose

- Nhờ đó nghiên cứu sự chuyển hố của các chất trong một số điều kiện nhất định

Ví dụ : nghiên cứu việc sản xuất acid lactic từ glucose trong điều kiện yếm khí, nghiên cứu chu trình Krebs, chu trình urê

5- Phương pháp dùng hệ thống vô bào

+ Dùng máy đồng thể hố nghiền mô khiến các tế bào bị vỡ, ly tâm lấy bào dịch

Buchner (1897) dùng dịch chiết vô bào của nấm men xúc tác sự lên men rượu từ glucose

+ Nghiền nhẹ nhàng mô / dd saccarose đẳng trương (0,25M) làm màng tế bào vỡ, nhưng các bào quan (nhân, ty thể, lysosome,

ribosome…) còn nguyên vẹn và có thể phân lập nhờ siêu ly tâm phân tách

Ưùng dụng nghiên cứu cơ chế sinh tổng hợp protein và vai trò của ribosom

Ví dụ : nhờ đánh dấu carbon của acetat bằng đồng vị 14C người ta có thể kết luận acetat là tiền chất chung của glucid, protid,lipid

+ Độ nhạy pp cao : phát hiện tới 10–17 g

7- Dựa vào các khiếm khuyết di truyền

Thể đột biến mất gen chỉ huy sự sinh tổng hợp một enzym nhất định

Tích tụ và bài tiết cơ chất của enzym bị thiếu (bình thường không xuất hiện)

Ý nghĩa của việc nghiên cứu chuyển hóa các chất:

- Hiểu rõ các quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể từ đó có thể điều khiển hoặc sửa đổi chúng

Theo dõi được ảnh hưởng của các dược phẫm và những chất khác tác động lên các quá trình chuyển hóa trong cơ thể

Phục vụ cho công tác phòng và chữa bệnh

2 OXY HOA SINH HỌC

2.1- Phản ứng oxy hóa-khử

Định nghĩa :

Là phản ứng trong đó có sự cho và nhận điện tử hay có sự thay đổi

số oxy hóa, có thể kèm theo hay không sự mất hoặc nhận hydro hay oxy

Ví dụ :

-e +e

-2H

+2H

+1/2 O2

-1/2 O2

-Chất oxy hóa là chất có thể nhận điện tử, chất khử là chất có khả

năng cho điện tử

- Phản ứng oxy hóa- khử là hai phản ứng ngược nhau, tập hợp chất

oxy hóa và chất khử thành một hệ thống gọi là hệ thống hay cặp oxy hóa- khử (Fe++/Fe+++ ; RCOOH/RCHO…)

-Thế năng oxy hóa-khử

-Được tính theo công thức sau:

-Điều kiện chuẩn là điều kiện [Ox] = [Kh]

- Thế năng oxy hóa – khử biểu hiện khả năng cho nhận điện tử

của hệ thống

- Hệ thống có E thấp (nồng độ chất khử lớn, xu hướng cho điện

tử cao) dễ cho điện tử

- Hệ thống có E cao dễ nhận điện tử

- Hydro hay điện tử chuyển từ hệ thống có E thấp đến hệ

thống có E cao

-Mỗi cặp Ox/Kh được xác định bởi một thế năng oxy hóa-khử

chuẩn Eo

- Người ta thường đo ở điều kiện sinh học pH = 7 và to = 25oC,

ký hiệu E’o

Heä thoáng Eo (volt)

Thế năng Ox-Kh của một số cặp Ox-Kh

Chiều và cân bằng phản ứng Ox-Kh:

Được xác định bởi E’o của các cặp

Khi có hai cặp A/AH2 và B/BH2 mà E’o của A < E’o của B thì thế cân bằng của phản ứng

Đi từ trái sang phải

Liên hệ giữa biến thiên thế năng oxy hóa-khử chuẩn E’o và biến thiên năng lượng tự do Go’ của phản ứng

Go’ = -nF E’o

2.2- Bản chất của sự hô hấp tế bào

- Là sự đốt cháy các chất hữu cơ trong cơ thể

- Còn gọi là oxy hố – khử tế bào hay sự oxy hố sinh học

Sự đốt cháy một phân tử glucose trong tế bào hay trong ống nghiệm đều cho cùng những sản phẩm như nhau và giải phóng cùng một lượng nhiệt

Glucose + 6O2 6 CO2 + 6H2O + 688 Kcal

+ oxy không tác dụng trực tiếp với C và H

+ có enzym xúc tác, có hydro tham gia tích cực trong phản ứng oxy

hố tạo thành H2O , còn sự tạo thành CO2 do sự khử carboxyl

R- CHOH - CH2OH H2O

R- CHOH - CHO + H2O R- CHOH - CH

-2 H R- CHOH – COOH

R- CH2OH

OH OH

-2H

1/2 O2

H2O 1/2 O2

- CO2

+ Chất hữu cơ bị tách

dần từng cặp nguyên tử

hydro và được chuyển

tới oxy để tạo nước

+ H vận chuyển qua một

hệ thống hô hấp tế bào

tới oxy thở vào (O ) để

tạo H2O

+ Acid carboxylic tạo ra

được khử carboxyl giải

phóng CO2 nhờ

decarboxylase, giải

phóng ít Q dưới dạng

nhiệt không có sự tham

gia của oxy thở vào

2.3- Chuỗi hô hấp tế bào

SH2 : Cơ chất cho hydro DH : Dehydrogenase

FP: Flavoprotein CoQ : Coenzym Q

Cyt : Cytocrom

Sơ đồ chuỗi hô hấp tế bào

Các yếu tố tham gia :

Cơ chất hydro : sp trung gian của glucid, lipid, protid Nơi cung cấp cơ chất cho hydro nhiều nhất là chu trình acid citric

Dehydrogenase có coenzym là NAD+

Flavoprotein có coenzym là FMN hoặc FAD

Coenzym Q còn gọi là Ubiquinon (dẫn xuất của quinon, có

nhánh isopren dài tùy loại, ở động vật có vú n=10)

Công thức tổng quát

R1

R4 R2

CH3

+2H

-2H

-Hệ thống Cytocrom : các enzym vận chuyển điện tử có nhóm

ngoại gắn chặt vào apoenzym, có bản chất giống Hem, có nhân protoporphyrin gắn ion sắt có thể thay đổi hóa trị ( làm

cytocrom có khả năng chuyển điện tử)

-Cyt có các loại b, c, a a3…

-Cyt a3 và Cyt a liên kết với nhau = phức hợp là Cytocrom

oxidase mang ion Fe và ion Cu đều tham gia vào hoạt động

chuyển điện tử

-Cyt a3 bị ức chế bởi CN-, CO, H2S

Oxy phân tử (O2) thở vào qua phổi, có Eo’ lớn nhất nên là

chất cuối cùng nhận điện tử

AH2 + H2O2 2H2O + A

Trong hồng cầu và một số mô khác:

H2O2 + 2GSH 2H2O + GS-SG (lipid hydroperoxid)

Bảo vệ màng lipid, hồng cầu chống sự oxy hóa của peroxid

Peroxidase

Glutathion peroxidase(Se)

Protein phức tạp chứa 4 Hem.

Ngồi tác động peroxydase, còn có thể sử dụng 2 phân tử

H2O2 với 1 phân tử là chất cho và 1 phân tử là chất nhận điện tử

Trong đk invivo, tác động peroxydase chiếm ưu thế hơn

Catalase được tìm thấy trong máu, tủy xương, màng nhày, gan, thận

Chức năng: phân hủy H2O2 được tạo ra bởi tác động của các

oxidase

Peroxisome hiện diện ở nhiều mô, kể cả gan chứa nhiều oxidase và

cả catalase

Catalase

- Tuy nhiên, hệ thống vận chuyển điện tử ở ty thể (mitochondria)

và tiểu thể (microsoma: ribosome, lysosome) cũng như xanthin oxydase được xem như một nguồn bổ sung H2O2

Superoxid dismutase

- Sự vận chuyển một điện tử đến O2 tạo ra gốc tự do superoxid O2

có tác động gây hại đến tế bào

Superoxid được thành lập khi flavin dạng khử (có trong xanthin oxydase) được tái oxy hóa đơn trị (univalent)

Enz-flavin-H2 + O2 Enz-flavin-H + O2 + H+

Superoxid có thể khử Cyt c dạng oxy hóa

O2 + Cyt c (Fe 3+) O2 + Cyt c (Fe 2+)

Hoặc bị loại bởi superoxid dismutase

O2 + O2 + 2H+ H2O2 + O2

(superoxid tác động vừa là chất oxy hóa, vừa là chất khử)

-Superoxid dimustase bảo vệ tổ chức sinh vật hiếu khí chống lại

tác động có hại của superoxid

- Enzym này hiện diện trong tất cả các mô hiếu khí chủ yếu

trong ty thể và tế bào chất

- Khi động vật tiếp xúc với khí quyển có 100% oxy sẽ gây đáp

ứng làm tăng lượng superoxid dimustase nhất là ở phổi nhưng phơi bày kéo dài sẽ gây tổn hại phổi đến chết

- Chất antioxydant như -tocopherol (vitamin E) tác động như

chất thu dọn các gốc tự do và giảm độc tính của oxygen

Diễn tiến :

Hydro và cặp nguyên tử được vận chuyển qua nhiều enzym theo

thứ tự nhất định do Eo’ quyết định từ hệ thống có Eo’ thấp đến

Quan niệm hiện đại về hô hấp tế bào:

- Điện tử được vận chuyển trong chuỗi hô hấp tế bào qua các hệ

thống oxy hóa khử từ NAD+/NADH đến O2/H2O, thông qua 3 phức hợp protein lớn sau :

+ Phức hợp I (Complex I) (NADH-CoQ oxydoreductase) : điện tử được vận chuyển từ NADH đến CoQ.

+ Phức hợp III (Complex III) (CoQ-cytocrom c oxydoreductase) : chuyển điện tử đến cytocrom c.

+ Phức hợp IV (Complex IV) (Cytocrom oxydase) : hồn thành chuỗi

hô hấp, chuyển điện tử đến O2 và tạo thành H2O.

Một vài cơ chất có thế năng oxy hóa khử lớn hơn NAD+/NADH (ví dụ succinat) sẽ chuyển điện tử đến CoQ thông qua phức hợp

II (Complex II) succinat-CoQ reductase, có ít hơn phức hợp I.

Các quá trình oxy hóa khác

- Hệ thống Glutathion : không tham gia chuỗi hô hấp tế bào, có thể cho, nhận 2H theo phản ứng

-2H

2G –SH GS- SG

+2H Vai trò : bảo vệ các enzym có nhóm SH hoạt động tránh bị ức chế bởi những tác nhân oxy hóa hay những chất có thể liên kết với nhóm SH, bảo vệ màng hồng cầu khỏi vỡ.

Các chất ức chế chuỗi hô hấp tế bào

sử dụng để nghiên cứu quá trình vận chuyển điện

tử của chuỗi hô hấp tế bào.

Rotenon và Amytal ức chế sự vận chuyển điện tử từ

NADH dehydrogenase và như vậy ức chế sự oxy hóa NADH (complex I) Tuy nhiên, sự oxy hóa FADH2 vẫn cóthể thực hiện bởi vì điện tử vẫn được chuyển từ

FADH2đến CoQ.

Antimycin A, dimercaprol ức chế sự vận chuyển điện tử ở

phức hợp cytocrom bc1(complex III)

- CN-, N3-, CO, H2S ức chế cytocrom oxydase ( cyta và a3)

(complex IV): ức chế hồn tồn hô hấp

Các vị trí tác động của các chất ức chế chuỗi hô hấp tế bào

TTFA:Thenoyltrifluoroacetone

2.4- Phosphoryl hĩa và khử phosphoryl

Định nghĩa

RH + HO- PO3H2 R- PO3H2 + H2O

Q

Q

-Tạo liên kết

phosphat

-Tích trữ năng

lượng

-Do enzym xúc tác

với cơ chất là

phosphat vô cơ hay

phosphat sang chất khác

Phản ứng theo chiều 1 : phosphoryl hóa với Glucokinase

Phản ứng theo chiều 2 : khử phosphoryl hóa với enzym là

Glucophosphatase

Sự ghép hai phản ứng tổng hợp (cần năng lượng) và phản ứng thối hóa (cung cấp năng lượng) tạo phản ứng liên hợp

Các loại liên kết phosphat

Dựa vào năng lượng tự do giải phóng khi thủy phân cắt đứt liên kết phosphat

+ Liên kết nghèo năng lượng (năng lượng giải phóng  5

Kcal/mol)

Ký hiệu - P

Tương đối bền

Ví dụ : liên kết ester phosphat (R-O-PO3H2) gặp ở hexose – P

+ Liên kết giàu năng lượng (năng lượng giải phóng  6,6

Kcal/mol)

Ký hiệu ~ P

Tương đối không bền

Một số liên kết phosphat giàu năng lượng Liên kết Acylphosphat

R-COO  P (1,3 Diphosphoglycerat)

Liên kết Enolphosphat

R2 R3

R1- C = C- O  P (Phosphoenol pyruvat) Liên kết Pyrophosphat

O - O

-R - O - P - O  P - O - -R’ (ATP, ADP)

OH OH Liên kết Phosphamit

R – NH  P (Creatin phosphat)

Go’ của sự thủy phân một số liên kết phosphat Phosphoenol pyruvat : -14,8 Kcal/mol

Carbamyl phosphat : -12,3 Kcal/mol

1,3-diphosphoglycerat : -11,8 Kcal/mol

Creatin phosphat : -10,3 Kcal/mol

ATP ADP + Pvc : -7,3 Kcal/mol

ADP AMP + Pvc : -6,6 Kcal/mol

Pyrophosphat : -6,6 Kcal/mol

Năng lượng tạo thành – Sự phosphoryl- oxy hố

+ Năng lượng được giải phóng dần qua các bước, nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức chênh lệch  Eo’giữa hai hệ thống kế tiếp nhau

+ Năng lượng giải phóng ra được dự trữ một phần nhờ sự

phosphoryl hố ADP thành ATP (các phản ứng có E> 7,3 kcal/mol ( Eo’ 0,15 ) thì được gắn với sự phosphoryl hố tạo ATP)

+ ATP được tạo ra ở 3 vị trí /quá trình chuyển hydro và điện tử từ NADH, H+ tới oxy

SH2 – NAD – FAD – CoQ – Cytb – Cytc – Cyta3 – ½ O2

ADP + Pvc ATP ADP + Pvc ATP ADP + Pvc ATP

Năng lượng giải phóng do sự oxy hóa được tích trữ dưới dạng

ATP nhờ phản ứng phosphoryl hóa nên hai quá trình trên được gọi chung là quá trình phosphoryl-oxy hóa.

Chuỗi hô hấp tế bào mỗi lần vận chuyển 2H tích trữ được trung bình

3 ATP (oxy hóa hồn tồn NADH), tính theo tỷ số P/O.

Tỷ số P/O : số phân tử phosphat vô cơ được sử dụng để phosphoryl hóa ADP thành ATP trên số nguyên tử oxy tiêu thụ

Tỷ số này còn được gọi là chỉ số phosphoryl-oxy hóa biểu thị mối liên quan giữa quá trình phosphoryl hóa và sự oxy hóa-khử tế bào.

- Tỷ số P/O đối với sự oxy hóa hồn tồn NADH là 3.

- Tỷ số P/O đối với sự oxy hóa succinat thành fumarat là 2.

- Tỷ số P/O đối với sự oxy hóa ascorbat là 1.

- Tỷ số P/O đối với sự oxy hóa -cetoglutarat thành succinat là 4 (chu trình acid citric).

Vai trò của phosphoryl hố và khử phosphoryl

- Tích trử, vận chuyển và sử dụng năng lượng

+ Khi ATP có nhiều  P chuyển sang Creatin

ATP + Creatin Creatin  P + ADP

+ Khi ATP giảm, Creatin phosphat chuyển phosphat sang ADP để tái tạo ATP

+Năng lượng do quá trình thối hố các chất không được sử dụng ngay mà phải qua ATP

+ Creatin phosphat không được sử dụng trực tiếp

+ Hệ thống ADP-ATP giử vai trò trung tâm trong chuyển hố năng lượng