›
›

Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 8: Trao đổi chất và năng lượng

Download
Chương 8:  
TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG  
8.1. TRAO ĐỔI CHẤT  
8.1.1. Khái niệm TĐC  
- Sinh vật = hệ thống mở, quan hệ mật thiết với m/t sống  
- Sv luôn lấy một số chất từ mt để xd nên sinh chất của  
mình và thải ra ngoài mt những chất cặn bã  
TĐC  
(Dấu hiệu c/bản, đ/k t/tại của sự sống, n/tảng cho sự ph.triển  
giống loài).  
TĐC = ∑ ph.ứng h.học do enzyme x.tác, phần lớn xảy ra  
trong TB; là h/động có m/đích, có tính định hướng và điều tiết  
ph/hợp cao.  
Chức năng cơ bản của TĐC:  
• Khai thác NL từ các h/chất hữu cơ hay từ NL á/sáng mặt  
trời (ở các s/vật quang hợp)  
• Biến đổi các chất ddưỡng nhận từ mts thành những đ.vị  
c.trúc hoặc những tiền chất của các th.phần trong TB  
• Lắp ráp các đ.vị c.trúc trên thành protein, AN, lipid,  
saccharide và những th.phần đ.trưng khác của TB  
• Kiến tạo và ph.giải các ph.tử s.học cần thiết cho những  
ch.năng chuyên hoá của TB  
Đồng hoá  
TĐC  
Dị hoá  
Hai q/trình c/bản của TĐC  
Đối lập, th.nhất,  
8.1.1. Đồng hoá và dị hoá  
liên quan mật thiết,  
hỗ trợ b.sung cho nhau  
- Dị hoá: Qt ph/giải các h/chất h/cơ (saccharide, protein,  
lipid…từ TĂ hay kho dự trữ nội bào) → các s/phẩm đ/giản  
hơn, cuối cùng → chất thải: CO2, H2O, NH3, vv …  
NL trong các h/chất h/cơ bị ph/giải được gi/phóng và phần  
lớn được t/luỹ trong ATP.  
- Đồng hoá: Qt t/hợp của TĐC. Các ph/tử tiền chất nhỏ  
được dùng để t/hợp nên các đại ph/tử: protein, saccharide,  
lipid, … đ/trưng của t/bào. Đòi hỏi NL.  
Tại sao 2 pha của TĐC (đ/hoá, dị hoá) là 1 mối mâu  
thuẫn th/nhất?  
- Đồng hoá → mọi th/phần của cơ thể, trong đó có các  
enzyme mà nhờ chúng các ph/ứ ph/giải mới xảy ra được  
- Các SPTG và NL tạo ra trong dị hoá là ng/liệu và NL để  
t/hợp các chất x/dựng TB….  
Tế bào SV  
Tự dưỡng (autotrophes) Dị dưỡng (heterotrophes)  
- Dùng CO2 tổng hợp mọi - Không có kn dùng CO2, lấy  
hợp chất h/cơ cần thiết  
C từ chất h/cơ có sẵn do SV  
tự dưỡng tạo ra.  
- Các SV q/hợp, h/hợp  
-TB đ/vật bậc cao, phần lớn VSV  
SV dị dưỡng:  
kỵ khí  
• Mt sống vắng O2  
• Không dùng O2,  
hiếu khí  
• Mt sống có O2  
• Dùng O2,  
• Ôxy hóa  
• Lên men  
Ba giai đoạn của sự chuyển hoá trung gian  
lipid  
Protein  
CARBOHYDRATE  
Giai đoạn I  
Giai đoạn II  
Đường đơn  
Acid amin  
Glycerol, acid béo  
NH3  
ATP  
FADH2  
NADH  
Pyruvate  
NADH  
CO2  
Acetyl-CoA  
Giai đoạn III  
ATP  
Oxaloacetate  
Malate  
Citrate  
VÒNG  
KREBS  
FADH2  
NADH  
Isocitrate  
CO2  
α-ketoglutarate  
CoQ  
Fumarate  
Các  
cytochrom  
ATP  
Succinate  
O2  
Succinyl-CoA  
CO2  
Ở đv, giai đoạn I của dị hoá bắt đầu bằng việc th/phân các  
chất dd như protein, carbohydrate, lipid … nhờ các enzyme ở  
đường tiêu hoá.  
→ các đ/vị c/tạo tương ứng: các aa, đường đơn và các acid  
béo, glycerol  
Ở giai đoạn 2, đường đơn và glycerol bị ph/giải thành pyruvate  
(3C), rồi thành acetyl-CoA. Các aa, acid béo → acetyl-CoA  
Acetyl.CoA là điểm hội tụ, là sp chung trong ch/hoá của cả  
protein, carbohydrate và lipid ở cuối giai đoạn 2  
Trong giai đoạn 3, acetyl-CoA vào vòng Krebs, được OXH  
triệt để thành CO2 và nước. Các cặp H cao năng tách ra  
(NAD.H và FAD.H2 ) → chuỗi hô hấp.  
Các ph/ứng STH cũng diễn ra qua một số g/đoạn, có thể coi  
như đi ngược lại với các chuỗi ph/ứng dị hoá.  
8.2. TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG  
- TĐC và NL là một qt th/nhất, không thể tách rời nhau,  
- Nguồn NL chung nhất của sinh giới là NL á/sáng mặt trời  
8.2.1. Năng lượng tự do  
- NL là khả năng sinh công  
- TB sống cần NL để tạo ra glucose từ thán khí và hơi nước,  
để nhân đôi ADN hoặc để v/động. Trạng thái cấu trúc có trật  
tự, có mức độ t/chức rất cao của một h/thống sống đòi hỏi  
NL vào việc duy trì tr/thái ấy và cho nó hđ, vì mọi vật sống  
đều là những h/thống v/lý, h/học chịu sự chi phối của các  
ng/lý nh/động học.  
SV chịu sự chi phối của 2 đ/luật của nh/động học  
Định luật 1: Tổng NL của một h/thống và vũ trụ bao quanh  
nó luôn giữ nguyên, không đổi).  
Định luật 2: bất kỳ một qt nào cũng biến động theo hướng  
sao cho entropy của h/thống và vũ trụ bao quanh luôn tăng  
dần để cuối cùng đạt cực đại, ở đó qt đạt tr/thái cân bằng và  
ngừng diễn biến.  
Bất cứ qt v/lý, h/học nào cũng chỉ có thể diễn ra khi h/thống  
chưa cân bằng, entropy còn chưa đạt cực đại.  
Để duy trì entropy ở tr/thái ổn định, h/thống sống cần h/thu từ  
mt nguồn NL thích hợp, rồi lại nhả trả lại mt một số lượng NL  
tương ứng mà với nó kém ích lợi hơn, VD dưới dạng nhiệt.  
Một p/ứ hoá học hay một qt vật lý trong lúc diễn biến  
để đi tới tr/thái cân bằng có kh/năng sinh công hữu  
ích, hay còn gọi là NL tự do (ký hiệu là G).  
Qua kh/sát biến đổi entropy, có thể biết được số NL hữu ích:  
G = E - T. S  
Ph/trình này ph/hợp được 2 ng/lý nh/đ/học. Trong đk không  
đổi về t°, p và V (gặp ở SV), biến đổi của entropy S liên  
quan tới biến đổi của NL (enthapy) E và nh/độ tuyệt đối T  
cho thấy biến đổi của NL tự do, hữu ích G.  
Trong một pứ h/học, với đk chuẩn về t°, p và C, NL tự do có  
thể tính thông qua h/số c/bằng. VD, ở p/ứng:  
aA + bB cC + dD  
(a, b, c, d = số ph/tử của mỗi chất tương ứng)  
Hằng số cân bằng:  
c
d
b
C
.
D
K’eq =  
a
A
. B  
Mối liên quan giữa h/số c/bằng của một pứ h/học và biến  
đổi NL tự do chuẩn (Go’) thể hiện qua ph/trình:  
Go’ = - 2,303 RT lg K’eq  
R= h/số khí (= 1987 cal/mol/độ); T = nh/độ tuyệt đối  
Go’ = - 2,303 RT lg K’eq  
Go’= hiệu số giữa hàm lượng NL tự do của các SP hình  
thành và hàm lượng NL tự do của các cơ chất th/gia pứ.  
- Nếu K’eq = 1 → Go’ = 0 : pư ở tr/thái cân bằng, không nhả,  
không thu NL  
- Nếu K’eq1 → Go’0 : pứ nhả NL (exergonic), sinh công  
- Nếu K’eq1 → Go’0 : p.ứ thu NL (endergonic),  
không thể tự phát xảy ra.  
Ví dụ:  
Ở TB gan, khi g/phóng glucose từ glycogen, có pư do enzyme  
phosphoglucomutase x/tác:  
Glucose-1-phosphate Glucose-6-phosphate  
Khi đủ enzyme, nếu G-1-Plà 0,020 M pứ xảy ra theo chiều  
thuận; nếu G-6-Plà 0,020 M, pứ theo chiều nghịch. Dù theo  
hướng nào, ở thời điểm cân bằng, G-1-Plà 0,001 M và G-6-P  
bằng 0,019 M. Hằng số c/bằng là:  
G 6 P  
G 1 P  
0,019  
0,001  
K’ eq =  
=
= 19  
Biến đổi NL tự do của pứ trên bằng:  
Go’ = - 2,303 . 1987. 298. lg19 = - 1745 cal = - 1,745 kcal  
(Phản ứng nhả NL).  
8.2.2. Adenosine triphosphate (ATP)  
- Các h/động sống (v/động, h/thu các chất dd, STH các chất,  
phân chia TB, … ) đều dùng ATP là nguồn NL.  
- Được ph/hiện năm 1929 ở bắp thịt. Ở TB đv, h/lượng ATP,  
ADP và AMP ổn định ở mức 5-15 mM.  
- Vòng biến chuyển phân giải và tái tổng hợp của ATP diễn  
ra trong tế bào:  
ATP + H2O ADP + Pi + W  
Công thức cấu tạo:  
NL tự do thuỷ phân ATP trong đk chuẩn hoá sinh:  
ATP + H2O ADP + Pi (Go’ = - 7,3 kcal/mol)  
ATP + H2O AMP + PPi  
(Go’ = - 7,3 kcal/mol)  
ATP + 2H2O AMP + 2Pi (Go’ = - 14,6 kcal/mol)  
Tuy nhiên, ATP nhả NL nhiều ít tuỳ theo đk pH mt và nồng  
độ ATP.  
Trong đk thực tế ở các mô, ở các khu vực trong một TB,  
điều kiện pH, áp suất và nồng độ ATP có thể khác so với đk  
chuẩn hoá sinh (pH = 7, áp suất = 1 atm, nồng độ = 1M), có  
thể mỗi ATP cho 7,3-12 kcal/mol NL tự do.  
Vị trí trung gian của ATP- ADP trong ch/hoá NL của giới SV:  
Sơ đồ trên cho thấy 2 vấn đề:  
- Mọi dạng NL sinh học đều được lấy từ dây cao năng của ATP  
- Chất hữu cơ do qt đ/hoá tạo nên là những bình chứa hoá năng  
đã được chuyển từ NL á/sáng m/trời hoặc từ NL OXH các chất  
vô cơ  
8.2.3. Quá trình vận chuyển điện tử  
Trong qt VC e- từ NAD.H và FADH2 tới O2 thông qua một  
loạt các protein, NL tự do được gp hợp diễn với sự tạo  
ra ATP  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 30 trang yennguyen 16/04/2022 1180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 8: Trao đổi chất và năng lượng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_hoa_sinh_dai_cuong_chuong_8_trao_doi_chat_va_nang.pdf