CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
Dàn bài:
Dàn bài:
1.
1.
Đại cương
Đại cương
2.
2.
Phản ứng oxi hoá khử sinh học
Phản ứng oxi hoá khử sinh học
3.
3.
Phosphoryl hoá và khử phosphoryl
Phosphoryl hoá và khử phosphoryl
4.
4.
Chuỗi hô hấp tế bào
Chuỗi hô hấp tế bào
5.
5.
Chu trình acid citric
Chu trình acid citric
ĐẠI CƯƠNG VỀ CHNL
ĐẠI CƯƠNG VỀ CHNL

Năng lượng tự do
Năng lượng tự do

phân tử muối chạy ra khỏi túi)
phân tử muối chạy ra khỏi túi)
NĂNG LƯỢNG TỰ DO
NĂNG LƯỢNG TỰ DO

G = H – TS
G = H – TS
•
H tăng
H tăng


G tăng; S tăng
G tăng; S tăng


G giảm
G giảm
•
H – G = TS: thay đổi theo nhiệt độ, phụ thuộc S
H – G = TS: thay đổi theo nhiệt độ, phụ thuộc S

∆
∆
G =
G =
∆
∆
H – T
H – T



B
B
∆
∆
G=G
G=G
B
B
- G
- G
A
A

∆
∆
G < 0
G < 0
•
phản ứng phát năng
phản ứng phát năng
•
có thể xảy ra tự phát (S tăng, G giảm)
có thể xảy ra tự phát (S tăng, G giảm)
•
đôi khi cần năng lượng hoạt hoá để xảy ra phản ứng
đôi khi cần năng lượng hoạt hoá để xảy ra phản ứng

∆

+ RTln[B]/[A]

∆
∆
G
G
o
o
: biến thiên năng lượng tự do chuẩn: 25
: biến thiên năng lượng tự do chuẩn: 25
o
o
C, pH = 0, [A]=[B]=1 mol
C, pH = 0, [A]=[B]=1 mol
∆
∆
G phụ thuộc bản chất , điều kiện, tỉ lệ nồng độ các chất tham gia, sản
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
phẩm phản ứng; không phụ thuộc con đường chuyển hoá
Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh học
Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh học
∆
∆
G
G
o
o
’:
’:

o
o
’ + RTln[B]/[A]
’ + RTln[B]/[A]
Phản ứng đạt trạng thái cân bằng:
Phản ứng đạt trạng thái cân bằng:
∆
∆
G’=0
G’=0

∆
∆
G
G
o
o
’ = –RTlnK’
’ = –RTlnK’

K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều kiện sinh học (pH=7)
K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều kiện sinh học (pH=7)

R: hằng số khí lí tưởng, 1,98.10
R: hằng số khí lí tưởng, 1,98.10
-3
-3

∆
∆
Go’/1,36
Go’/1,36
BIẾN THIÊN NLTD & K
BIẾN THIÊN NLTD & K
K’=10
K’=10
-
-
∆
∆
Go’/1,36
Go’/1,36
-
K’=1:
K’=1:
∆
∆
G
G
o
o
’=0: không xảy ra trong điều kiện sinh học
’=0: không xảy ra trong điều kiện sinh học
-
K’>1:
K’>1:
∆
∆

2
2
O
O
∆
∆
G
G
o
o
’=-686 Kcal/mol
’=-686 Kcal/mol
Thực tế để glucose ngoài khí trời hàng năm trời mà vẫn không có hiện tượng gì xảy ra
Thực tế để glucose ngoài khí trời hàng năm trời mà vẫn không có hiện tượng gì xảy ra

∆
∆
G,
G,
∆
∆
G’ không cho ý niệm về vận tốc phản ứng, mà chỉ cho biết chiều phản ứng
G’ không cho ý niệm về vận tốc phản ứng, mà chỉ cho biết chiều phản ứng
nếu xảy ra.
nếu xảy ra.
OXI HOÁ – KHỬ SINH HỌC
OXI HOÁ – KHỬ SINH HỌC

. Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh)
. Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh)
TD: Fe
TD: Fe
+3
+3
/Fe
/Fe
+2
+2
, H
, H
+
+
/H, O/O
/H, O/O
-2
-2
, R-COOH/R-CHO v.v…
, R-COOH/R-CHO v.v…(ferri-/ferro-)
(ferri-/ferro-)
THẾ NĂNG OXI HOÁ – KHỬ
THẾ NĂNG OXI HOÁ – KHỬ
Phương trình Nernst:
Phương trình Nernst:
][
][

][][ khoxh =
Cặp oxh-kh
Cặp oxh-kh
E
E
0
0
’ (volt)
’ (volt)
2H
2H
+
+
/H
/H
2
2
FAD/FADH
FAD/FADH
NAD
NAD
+
+
/NADH,H
/NADH,H
+
+
FAD/FADH
FAD/FADH
2

-0.36
-0.32
-0.32
-0.12
-0.12
+0.03
+0.03
+0.08
+0.08
+0.22
+0.22
+0.82
+0.82
Nếu vì lý do nào đó BH
Nếu vì lý do nào đó BH
2
2
bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng thái cân bằng hoặc thậm chí theo chiều
bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng thái cân bằng hoặc thậm chí theo chiều
nghịch.
nghịch.
Xét 2 hệ thống oxh-kh:
Xét 2 hệ thống oxh-kh:
A/AH
A/AH
2
2
và B/BH
và B/BH
2

→
BH
BH
2
2
+ A
+ A
Chiều vận chuyển của điện tử e
Chiều vận chuyển của điện tử e
-
-
Điện tử di chuyển:
-
Từ chất khử sang chất oxi hoá (trong cùng hệ thống oxh-kh)
-
Hệ thống có thế năng oxi hoá khử thấp sang hệ thống có thế
năng oxi hoá – khử cao (giữa 2 hệ thống oxh-kh)
TD: xét 2 hệ thống:
TD: xét 2 hệ thống:
NAD
NAD
+
+
/NADH,H
/NADH,H
+
+và

+FADH
FADH
2
2NAD
NAD
+
+
FAD
FAD
2e
2e
-
-
FADH
FADH
2
2FAD
FADNAD

-
vận chuyển với
vận chuyển với
∆E > 0 do
∆E > 0 do
đó
đó
∆G < 0, nên phản ứng luôn luôn
∆G < 0, nên phản ứng luôn luôn
kèm sự phát năng.
kèm sự phát năng.
Năng lượng đó một phần sẽ được sử dụng ngay (tạo thân nhiệt,
Năng lượng đó một phần sẽ được sử dụng ngay (tạo thân nhiệt,
công cơ học, tổng hợp chất…), phần còn lại được tích trữ lại trong các liên kết giàu
công cơ học, tổng hợp chất…), phần còn lại được tích trữ lại trong các liên kết giàu
năng lượng (~) nhờ các phản ứng phosphoryl hóa.
năng lượng (~) nhờ các phản ứng phosphoryl hóa.
'
0
'
0
EnFG ∆−=∆
OXIDOREDUCTASE
OXIDOREDUCTASE

Oxidase
Oxidase

Dehydrogenase
Dehydrogenase

glucose oxidase (nấm)
glucose oxidase (nấm)
DEHYDROGENASE
DEHYDROGENASE

Chuyển H từ cơ chất này sang cơ chất khác trong cặp phản ứng oxi hoá khử.
Chuyển H từ cơ chất này sang cơ chất khác trong cặp phản ứng oxi hoá khử.
Không cần oxi (ví dụ: pha yếm khí của đường phân).
Không cần oxi (ví dụ: pha yếm khí của đường phân).

Thành phần của chuỗi hô hấp tế bào: các cytochrome (trừ cytochrome oxidase)
Thành phần của chuỗi hô hấp tế bào: các cytochrome (trừ cytochrome oxidase)
cũng được xem là dehydrogenase.
cũng được xem là dehydrogenase.
DEHYDROGENASE:
DEHYDROGENASE:
Coenzyme
Coenzyme

Nicotinamide:
Nicotinamide:
–
NAD: các con đường chuyển hoá oxi hoá: đường
NAD: các con đường chuyển hoá oxi hoá: đường
phân, chu trình acid citric, chuỗi hô hấp ti thể.
phân, chu trình acid citric, chuỗi hô hấp ti thể.
–
NADP: các quá trình tổng hợp khử: tổng hợp
NADP: các quá trình tổng hợp khử: tổng hợp
steroid và acid béo ngoài ti thể.

2
2
tạo thành từ phản
tạo thành từ phản
ứng của oxidase.
ứng của oxidase.

OXIGENASE
OXIGENASE

Thường tham gia phản ứng tổng hợp hay thoái hoá các chất hơn là tham
Thường tham gia phản ứng tổng hợp hay thoái hoá các chất hơn là tham
gia cung cấp năng lượng cho tế bào.
gia cung cấp năng lượng cho tế bào.

Xúc tác gắn oxi vào cơ chất.
Xúc tác gắn oxi vào cơ chất.

2 nhóm
2 nhóm
–
Dioxygenase (oxygenase thực, oxygen
Dioxygenase (oxygenase thực, oxygen
transferase): gắn 2 nguyên tử oxi vào cơ chất.
transferase): gắn 2 nguyên tử oxi vào cơ chất.
–
Monooxigenase (oxidase chức năng hỗn hợp,
Monooxigenase (oxidase chức năng hỗn hợp,
hydroxylase): chỉ gắn 1 nguyên tử oxi vào cơ chất
hydroxylase): chỉ gắn 1 nguyên tử oxi vào cơ chất

+
+ +
Superoxide
dimutase
-
Trong phản ứng này, superoxide vừa là chất khử,
vừa là chất oxi hoá.
-
Superoxide dismutase (SOD) bảo vệ cơ thể sinh vật
ái 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
PHOSPHORYL HOÁ
KHỬ PHOSPHORYL HOÁ
KHỬ PHOSPHORYL HOÁ