chương I- sinh hóa động

SINH HÓA, NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ OXID HOÁ SINH HỌC

TS ĐỖ HIẾU LIÊM

CHƯƠNG I

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

VÀ OXID HOÁ SINH HỌC

1 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

1.1 Đại cương

1.2 ATP: Công thức và vai trò sinh học

1.3 Sự trao đổi năng lượng sinh học của các phân tử

1 NĂNG LƯỢNG SINH

HỌC (Biological Energy)

3

1.1 ĐẠI CƯƠNG

(1) Sự sống: Sự sinh trưởng + Sự phát dục

(2) Năng lượng cần thiết cho quá trình biểu thị và duy trì

sự sống của các loài sinh vật

(3) Các dạng năng lượng trong tự nhiên: Quang năng, điện năng, nhiệt năng, hóa năng

CÓ SẲN TRONG TỰ NHIÊN,

KHÔNG SỬ DỤNG NGUỒN DƯỠNG CHẤT, NĂNG LƯỢNG

CÓ SẲN TRONG TỰ NHIÊN

(1).Sự tiêu hóa (Digestion)-Cơ quan tiêu hóa

• Glucide (Polysaccharide) Monosaccharide

• Lipid (Triacyl glycerol) Glycerol + Acid

• Glycerol + Acid béo Glycerol + Acid béo

• Amino acid Amino acid

(3).Sự biến dưỡng (Metabolism)-Mô bào

(Metabo lism)

(Amino acid)n Protein (Monosaccharide)n Polysaccharide Glycerol + acid béo Triacylglycerol

Amino acids Monosaccharides Glycerol + acid béo

CO2 + H2O + Energy O2

Protein Amino acids Polysaccharide Monosaccharides Triacylglycerol Glycerol + acid béo

PHÂN GIẢI (Analysis)

OXID HÓA (Oxidation)

ATP

- Năng lượng sinh học là năng lượng của sự sống

(Dạng hoá năng-liên kết hóa học)

1.2 ATP (Adenosine triphosphate)

Liên kết phosphate cao năng = 7.6 Kcal∼P

7

“ATP là tiền (năng lượng) lẻ dễ tiêu , là công cụ truyền tải năng lượng từ các tiến trình cung cấp năng lượng đến các

tiến trình sử dụng năng lượng ATP là chỉ tệ năng lượng của tế bào”

CHU TRÌNH ADP/ATP

1 Nhóm cho phosphate cao năng

2 GAMT GAN (Guanidinoacetate methyl transferrase

Adenosyl methionine Arginine

Guanidinoacetic Acid

C=NH NH2

COOH CH2 NH 1

NH2

COOH CH2

N – CH3

Creatine

1.2 Phosphoryl oxid hóa-Oxid hóa sinh học-Chuỗi hô hấp mô bào

• Phosphoryl oxid hóa - Chuỗi phản ứng oxid hóa khử các cơ

chất biến dưỡng - HT enzyme oxidoreductase - 5 tổ hợp

• SH2 là sản phẩm biến dưỡng trung gian, mang H2 giàu

H2 2H+ + 2e-

+2e-1.3 Sản phẩm trung gian của đường phân EM

O C-O H-C- OH H2C-O

O C-O H-C- OH H2C-O∼ P 1,3 Diphosphoglycerate

Phospho enol pyruvate

O C-OH C=O CH3

H

Pyruvate kinase

Pyruvate (Enol) Pyruvate (Keton)

11

1.4 Sản phẩm trung gian của chu trình Krebs

2 Nhóm nhận phosphate cao năng

Các tiến trình sinh học xảy ra trong mô bào động vật, có liên quan đến sự sống :

- Sự dẫn truyền thần kinh

O

CoASH H2O

SuccinylCoA Synthetase

- Sự dẫn truyền thần kinh

(con heo bú sữa mẹ)

- Sự co cơ

- Sự kích hoạt các cơ chất biến dưỡng

Hexokinase

O R-CH2-CH2-CH2-CH2- C

O R-CH2-CH2-CH2-CH2- C

2ATP

2ADP+PPi

-OH CoASH

1.3 Sự trao đổi năng lượng sinh học của các phân tử

mononucleotide

2 OXID HÓA SINH HỌC

(Biological oxidation)

- Sự oxid hoá (oxidation) - Sự khử (Reduction)

(2) Hô hấp mô bào

 Sự cháy ≠ Sự hô hấp ≠ Sự hô hấp mô bào Oxygen

 Sự cháy - phản ứng đốt cháy ngoài cơ thể

 Sự hô hấp - cơ quan hô hấp - trao đổi O2 và CO2

 Sự hô hấp mô bào - tế bào (ty thể) - oxid hoá sinh học

năng lượng sinh học (phosphoryl oxid hoá)

+ O2

C6H12O6 6 CO2 + 6 H2O + 686

Kcalo

Nhiệt năng

(3).Ty thể (Mitochondria)

21

“Ty thể là nhà máy phát điện của tế bào”

Màng ngoài Acyl CoA transferase+carnithine

Acyl CoA synthetase Hệ thống enzyme nối dài chuỗi acid béo

Hệ thống enzyme nối dài chuỗi acid béo Acyl CoA dehydrogenase

Enzyme chuyển hoá lipid và phospholipid Phần khuông

Amino acid oxidase Citrate synthetase

NAD-dehydrogenase Isocitrate dehydrogenase

Adenylate cyclase Aconitate hydrolase

ADP/ATP-ase Malate dehydrogenase

Hệ thống enzyme chuỗi hô hấp Hệ thống enzyme tổng hợp protein

Các enzyme trong ty thể

(1) Giải phóng năng lượng tự do Oxid hoá (Oxidation)

(2) Tổng hợp ATP Phosphoryl hoá (Phosphorylation) 2.2 NỘI DUNG, MỤC ĐÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM

(1) Xảy ra trong tế bào (in vivo) với hệ thống enzyme Oxidoreductase xúc tác

(2) Sự trao đổi cặp đương lượng khử 2(H+ và e-)

Chuỗi hô hấp mô bào bao gồm các phản ứng oxid hoá khử, xảy ra liên tục trên các cơ chất (sản phẩm của Chu trình Krebs và β oxid hoá acid béo)

Nội dung

Mục đích

Đặc điểm

23

2.3 HỆ THỐNG ENZYME CHUỖI HÔ HẤP

- Hệ thống enzyme chuỗi hô hấp thuộc lớp Oxidoreductase

định vị ở lớp màng trong ty thể

- Vai trò: chuyển vận cặp đương lượng khử (proton pump)

- Tổ chức: hệ thống enzyme CHH với các coenzyme tổ chức

thành từng tổ hợp và sắp xếp theo thứ tự tăng dần điện

thế oxid hoá khử , bắt đầu NAD+ dehydrogenase có điện

thế âm và cuối cùng là cytochrome oxidase có điện thế

- Các enzyme chuỗi hô hấp

NHI (Non heme iron) FeS Cytochrome

NAD+ FAD CoQ Cyt b, c1, c, a và a3

O2

ĐIỆN THẾ OXID HOÁ KHỬ

25

 NAD+ dehydrogenase

 FAD dehydrogenase

 Coenzyme Q (Ubiquinone)

27

- Các enzyme trong chuỗi hô hấp mô bào liên kết phối hợp

tạo thành 5 tổ hợp:

• Tổ hợp I (NADH.H+- coenzyme Q reductase)

• Tổ hợp II (Succinate - coenzyme Q reductase)

• Tổ hợp III (Coenzyme Q - cytochrome c reductase)

• Tổ hợp IV (Cytochrome c - cytochrome a3 oxidase)

• Tổ hợp V (ATP synthetase)

 Cytochrome

Tổ hợp I (NADH.H+- coenzyme Q reductase)

- FMN + 6 FeS

- Chuyển e- từ NADH đến CoQ

Tổ hợp II (Succinate - coenzyme Q reductase)

- Succinate dehydrogenase + 3FeS + cytohrome b560

- Chuyển e- từ succinate sang CoQ

29

Tổ hợp III (Coenzyme Q - cytochrome c reductase)

- 2 cytochrome b + cytochrome c1 +FeS

- Chuyển e- từ CoQ sang cyt c

Tổ hợp IV (Cytochrome c - cytochrome a3 oxidase)

- 4 cytochrome c + cytochrome a + cytochrome a3

- Chuyển e- từ cyt c sang O2

TỔ HỢP ENZYME TRONG CHUỖI HÔ HẤP

Các tổ hợp enzyme I, II, III và IV có vai trò bơm proton H+, đẩy H+ từ khu vực bên trong (dịch ty thể) ra khoảng không gian giữa 2 màng.

33

2.4 CÁC CƠ CHẤT (SH2) CỦA CHUỖI HÔ HẤP

Cơ chất (SH2) là sản phẩm biến dưỡng trung gian (Krebs, β oxid hóa acid béo), mang H2 giàu năng lượng

- Sự oxid hoá: Giải phóng năng lượng trong cặp đương lượng khử

H+ và e- của cơ chất

- Sự phosphoryl hoá: Tổng hợp ATP (ADP + Pi ATP)

H 2

H 2

Cyt b Cyt c1 Cyt.c

Cyt a Cyt.a3

ATP synthetase

NAD+ NAD

FMN FMN H2

H.H +

+

2Fe3 +

2Cu +

2Cu2 +

2

e-2H+

2 Complex I Complex III Complex IV Complex V

e-Các chất ức chế tiến trình phosphoryl oxid hoá

2, 4 dinitrophenol Dinitrocresol Pentadichlorophenol

Dicoumarol Oxidation - Phosphorylation

Barbiturate, Piericidin A, Rotenone Site I

Dimercaprol (BAL), Antimycin A Site II

H2S, CO, CN Site III