Bài giảng Hóa sinh đại cương: Chương 9 - ThS. Phạm Hồng Hiếu

Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 23. HYDROPEROXIDASE[r]

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 1

Chương 9: TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO

ĐỔI NĂNG LƯỢNG

I Giới thiệu về trao đổi chất

II Các quá trình diễn ra trong TĐC và TĐNL

I Giới thiệu về trao đổi chất

Khái niệm

Phản ứng oxy hóa khỬ

Phản ứng phosphoryl hóa và khử phosphoryl hóa

Sự tạo thành năng lượng

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 2

KHÁI NiỆM

Năng lượng tự do

Mối liên quan giữa biến thiên năng lượng

tự do và hằng số cân bằng phản ứng

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 3

NĂNG LƯỢNG TỰ DO

 Enthalpy (H): nội năng, năng lượng toàn phần

 Năng lượng tự do (G): năng lượng có khả năng biến thành công có ích  G<H

 Entropy (S): trạng thái nội tại của phân tử

tăng (VD: nhúng dung dịch NaCl trong túi bán thấm vào cốc nước  phân tử muối chạy ra khỏi túi)

NĂNG LƯỢNG TỰ DO

 G = H – TS

thuộc S

 G = H – TS

• G: biến thiên NLTD (Kcal)

• H: biến thiên enthalpy (Kcal)

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 5

BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO

Phản ứng A  B

• G < 0: Phản ứng phát năng

ra phản ứng

• G > 0: Phản ứng thu năng

• G = 0: Phản ứng không thu năng cũng không phát năng

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 6

G = Go + RTln([B]/[A])

pH = 0, [A]=[B]=1 mol/l

 G phụ thuộc bản chất , điều kiện, tỉ lệ nồng độ các chất tham gia, sản phẩm phản ứng; không phụ thuộc con đường chuyển hoá

 Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh học

BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 7

BIẾN THIÊN NLTD & K

Phản ứng đạt trạng thái cân bằng: G’=0

 K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều kiện sinh học (pH=7)

BIẾN THIÊN NLTD & K

học

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 9

BIẾN THIÊN NLTD & K

Phản ứng oxy hoá glucose:

Thực tế glucose có thể tồn tại ngoài khí trời trong nhiều tháng vẫn không có hiện tượng gì xảy ra

 G, G’ không cho ý niệm về vận tốc phản ứng,

mà chỉ cho biết chiều phản ứng nếu xảy ra

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 10

OXY HOÁ – KHỬ SINH HỌC

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 11

PHẢN ỨNG OXY HOÁ – KHỬ

Chất -e- khử +e- oxy hóa

Phản ứng -e- oxy hóa +e- khử

Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh) VD: Fe+3/Fe+2, H+/H, O/O-2, R-COOH/R-CHO… (ferri-/ferro-)

THẾ NĂNG OXI HOÁ – KHỬ

Phương trình Nernst:

] [

] [

0 RT nF ln oxh kh

E

n: số điện tử được vận chuyển F: hằng số Faraday = 23 Kcal/V.mol = 96500 C/mol

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 13

THẾ NĂNG OXY HOÁ – KHỬ

Trong điều kiện sinh học (pH=7, 25o C):

] [

] [

0 ' 0 , 06 log ' E oxh kh

Eo là E khi: [ oxh  ] [ kh ]

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 14

Cặp oxyhóa-khử E0’ (volt) 2H+/H2

FAD/FADH NAD+/NADH,H+

FAD/FADH2 Fumarat/succinat Cytb Fe+3/Cytb Fe+2

Cytc Fe+3/Cytc Fe+2

½ O2/O-2

-0.42 -0.36 -0.32 -0.12 +0.03 +0.08 +0.22 +0.82

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 15

Chiều vận chuyển của điện tử

e-Điện tử di chuyển:

- Từ chất khử sang chất oxy hoá (trong cùng

hệ thống oxy hóa-khử)

- Hệ thống có thế năng oxy hoá khử thấp sang hệ thống có thế năng oxy hoá – khử cao (giữa 2 hệ thống oxy hóa-khử)

Xét 2 hệ thống oxh-kh:

A/AH2 và B/BH2 Nếu EA < EB thì: e- sẽ di chuyển từ hệ thống

A qua B (từ chất khử AH2 qua chất oxy hóa B)

AH2 + B  BH2 + A Nếu vì lý do nào đó BH2 bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng thái cân bằng hoặc thậm chí theo chiều nghịch

Chiều vận chuyển của điện tử

e-ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 17

VD:

Xét 2 hệ thống:

Vậy trong điều kiện chuẩn (và thực tế trong điều kiện

FAD

2e

-FADH2 FAD

NAD +

NADH,H + 2e

-Hoặc

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 18

Liên hệ giữa ∆G0’ và ∆E0’

năng

Năng lượng đó một phần sẽ được sử dụng ngay (tạo thân nhiệt, công cơ học, tổng hợp chất…), phần

lượng (~) nhờ các phản ứng phosphoryl hóa

' 0

'

0 nF E

G   



ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 19

OXIDOREDUCTASE

Oxydase

Dehydrogenase

Hydroperoxydase

Oxygenase

Dùng oxy để gắn hydrogen, từ đó tách hydrogen ra khỏi cơ chất Tạo sản phẩm là

H20 hoặc H2O2

Oxydase chứa đồng: cytochrome oxydase

Oxydase chứa flavoprotein (FMN, FAD):

L-amino acid oxydase, xanthine oxydase, glucose oxydase (nấm)

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 21

DEHYDROGENASE

 Chuyển H từ cơ chất này sang cơ chất khác

 Thành phần của chuỗi hô hấp tế bào: các

được xem là dehydrogenase

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 22

DEHYDROGENASE (Coenzyme)

 Nicotinamide:

đường phân, chu trình acid citric, chuỗi hô hấp ty thể

 Riboflavin: vận chuyển electron trong hoặc đến chuỗi hô hấp tế bào

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 23

HYDROPEROXIDASE

 Bảo vệ cơ thể khỏi peroxyde có hại

 2 loại:

(ascorbate, quinone, cytochrome C)

nhận và cho điện tử (một chất nhận, một chất

phản ứng của oxydase

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 25

OXIGENASE

 Thường tham gia phản ứng tổng hợp hay thoái

lượng cho tế bào

 Xúc tác gắn oxy vào cơ chất

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 26

 2 nhóm:

chất (tạo nhóm –OH), nguyên tử O kia tạo nước, và cần một chất cho điện tử

thể: hydroxyl hoá nhiều loại thuốc

thể: hydroxyl hoá các steroid

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 27

SUPEROXIDE DISMUTASE

Superoxide dimutase

- Trong phản ứng này, superoxyde vừa là chất khử, vừa là chất oxy hoá.

- Superoxide dismutase (SOD) bảo vệ cơ thể sinh vật hiếu khí chống lại tác hại của superoxide.

- SOD có ở các khoang khác nhau trong tế bào: trong bào tương chứa Cu 2+ hoặc Zn 2+ ; trong ti thể chứa Mn 2+  giống trong vi khuẩn  hỗ trợ giả thuyết ti thể là prokaryote cộng sinh với protoeukaryote.

PHOSPHORYL HOÁ KHỬ PHOSPHORYL HOÁ

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 29

R-H + HO-PO3H2  R-P + H2O

Phosphorylase

G>0 (thu Q) VD:

Phản ứng khử phosphoryl:

Phosphatase

ATP

G G - 6P

ADP

Hexokinase Glucokinase

PHẢN ỨNG PHOSPHORYL HOÁ

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 30

Phosphoryl hóa Khử phosphoryl

lựơng) Do enzyme xúc tác

hoặc P hữu cơ

Tạo P vô cơ tự do hay chuyển gốc phosphate từ chất hữu cơ phosphate sang chất khác

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 31

NĂNG LƯỢNG CỦA LIÊN KẾT

 Năng lượng của liên kết là chênh lệch NLTD của hợp chất chứa liên kết này và hợp chất sau khi

 Phản ứng

ATP + H2O  ADP + Pvc ADP + H2O  AMP + Pvc

kết ADP và Pvc, AMP và Pvc có NLTD là 7,3 Kcal

LIÊN KẾT GIÀU NĂNG LƯỢNG

Biết rằng:

năng lượng tạo ra 1 phân tử ATP từ ADP

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 33

Các loại liên kết phosphate

Liên kết nghèo năng

lượng

Liên kết giàu năng

lượng

phóng  5 kcal/mol

phóng  7 kcal/mol

Tương đối bền Tương đối không bền

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 34

LIÊN KẾT GIÀU NĂNG LƯỢNG

lần mà theo từng giai đoạn kế tiếp nhau, giai đoạn

thời điểm đó VD:

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 35

CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG

Loại liên kết 1.Pyrophosphat Phosphoanhydrid

P – O ~ P

Chất NTP ATP,GTP,UTP,…

CTP…

NDP ADP,GDP,CDP…

VDP…

CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG

2 Acyl phosphat

R

R – – C ~ P C ~ P

llll O

a 1,3-diphosphoglyceric Aminoacyl-AMP

R – C – CO ~ AMP l

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 37

CÁC CHẤT “GIÀU” NĂNG LƯỢNG

3 Enol phosphat

R - C - O ~ P ll

CH l

PEP (phosphoenolpyruvat) COOH

ll

C

C O ~ PO ~ P llll

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 38

4 Amidin

R – C – NH ~ P ll

NH

Arginin~P Creatin~P (Phosphagen)

NH ~ P ll

HN = C

ll

N

N CHCH2 COOHCOOH ll

ThS Phạm Hồng Hiếu Hóa Sinh Đại Cương – Chương 9 39

5

5 Thioester

R

R C ~ SCC ~ SC0A llll

O

COOH l

CH2 l

l

C ~ SCoA

ll

O Succinyl CoA