1THÁNG 3/2010
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
BIOLOGICAL ENERGY
OXI HÓA PHOTPHORIN HÓA
OXIDATIVE PHOSPHORYLATION
GVHD: TS. VÕ VĂN TOÀN
HVTH: TRƯƠNG THỊ VỆ

OXI HÓA PHOTPHORYL HÓA
Oxidative phosphorylation




OXI HÓA PHOTPHORIN HÓA
OXI HÓA PHOTPHORIN HÓA
Oxidative phosphorylation
Oxidative phosphorylation
•
NADH và FADH được tạo thành trong quá trình
NADH và FADH được tạo thành trong quá trình
đường phân, oxi hóa axit béo và chu trình axit Citric.
đường phân, oxi hóa axit béo và chu trình axit Citric.
Những phân tử này rất giàu năng lượng, vì mỗi
Những phân tử này rất giàu năng lượng, vì mỗi
phân tử chứa một cặp điện tử có điện thế di chuyển
phân tử chứa một cặp điện tử có điện thế di chuyển
cao.
cao.
•

Khi các điện tử được sử dụng để chuyển đến phân tử
Khi các điện tử được sử dụng để chuyển đến phân tử
oxi tạo ra nước. Một lượng lớn các năng lượng tự do
oxi tạo ra nước. Một lượng lớn các năng lượng tự do
được giải phóng. Năng lượng tự do này có thể được
được giải phóng. Năng lượng tự do này có thể được
sử dụng để tạo ra ATP
sử dụng để tạo ra ATP





Oxi hóa photphoryl hóa là một quá
Oxi hóa photphoryl hóa là một quá
trình tạo ra ATP, từ kết quả của sự
trình tạo ra ATP, từ kết quả của sự
vận chuyển điện tử từ NADH hoặc
vận chuyển điện tử từ NADH hoặc
FADH
FADH
2
2
đến O
đến O
2
2
, qua hàng loạt chất
, qua hàng loạt chất
mang điện tử. Quá trình này mang

mang điện tử. Quá trình này mang
đến không gian của ti thể, nơi chuyên
đến không gian của ti thể, nơi chuyên
tổng hợp ATP với sinh vật ưa khí.
tổng hợp ATP với sinh vật ưa khí.

Ví dụ: Oxi hóa photphoryl hóa tạo ra
Ví dụ: Oxi hóa photphoryl hóa tạo ra
26 đến 30 ATP khi một phân tử
26 đến 30 ATP khi một phân tử
Glucose bị oxi hóa hoàn toàn đến CO
Glucose bị oxi hóa hoàn toàn đến CO
2
2


và H
và H
2
2
O.
O.




•
Oxi hóa photphoryl hóa là một khái niệm đơn giản và
Oxi hóa photphoryl hóa là một khái niệm đơn giản và
mang tính khái quát. Thực vậy, cơ chế Oxi hóa

mang tính khái quát. Thực vậy, cơ chế Oxi hóa
photphoryl hóa là một trong những vấn đề thử thách
photphoryl hóa là một trong những vấn đề thử thách
nhất của hóa sinh học.
nhất của hóa sinh học.
•
Các dòng vận chuyển điện tử từ NADH hoặc FADH
Các dòng vận chuyển điện tử từ NADH hoặc FADH
2
2


đến O
đến O
2
2
, thông qua phức hợp Protein được tìm thấy
, thông qua phức hợp Protein được tìm thấy
bên trong màng trong ty thể, hình thành nên các bơm
bên trong màng trong ty thể, hình thành nên các bơm
Proton, để bơm proton H
Proton, để bơm proton H
+
+
ra khoảng không gian giữa
ra khoảng không gian giữa
hai lớp màng từ nội chất của ty thể . Kết quả, làm
hai lớp màng từ nội chất của ty thể . Kết quả, làm
thay đổi sự phân bổ của Proton H
thay đổi sự phân bổ của Proton H

+
+
tạo ra Gradien pH,
tạo ra Gradien pH,
và sự di trú điện tử tiềm tàng tạo ra sức proton di
và sự di trú điện tử tiềm tàng tạo ra sức proton di
chuyển
chuyển




•
ATP được tổng hợp khi dòng Proton H
+
chảy về
nội chất của ty thể thông qua hệ thống enzym
phức tạp.
•
Như vậy, sự Oxi hóa các nhiên liệu và
Photphorin hóa của ADP, là sự kết hợp bỡi
Grandien Proton H
+
giữa màng ngoài và màng
trong của ty thể






Photphorin hóa oxi hóa là đỉnh cao của
Photphorin hóa oxi hóa là đỉnh cao của
hàng loạt các quá trình biến đổi năng
hàng loạt các quá trình biến đổi năng
lượng, quá trình đó gọi là hô hấp của tế
lượng, quá trình đó gọi là hô hấp của tế
bào, hoặc chỉ đơn giản là hô hấp.
bào, hoặc chỉ đơn giản là hô hấp.

Đầu tiên, Cacbon kích động bị oxi hóa
Đầu tiên, Cacbon kích động bị oxi hóa
trong chu trình axit Citric cung cấp
trong chu trình axit Citric cung cấp
electron với điện thế di chuyển cao. Sau
electron với điện thế di chuyển cao. Sau
đó, các điện tử kích động này di chuyển
đó, các điện tử kích động này di chuyển
trong quỹ đạo Proton,
trong quỹ đạo Proton,

Cuối cùng, các điện tử kích động đi vào
Cuối cùng, các điện tử kích động đi vào
quá trình Photphorin di chuyển điện thế
quá trình Photphorin di chuyển điện thế


Việc chuyển đổi điện tử kích động thành
proton kích động được thực hiện bởi 3
điện tử mở đầu bơm Proton NADH – Q
oxidoreductaza , Q -cytochrome c

oxidoreductase,và cytochrome c oxidase.
Sự di trú bằng nhiều phức hợp gồm
những trung tâm Oxi hóa nhỏ. Bao gồm:
Quinon, Flamin,Fe-S, cụm phức hem, ion
Cu
2+
.


Giai đoạn cuối cùng của Oxi hóa
Phosphoryl hóa được thực hiện bởi ATP –
Synthase.
ATP – Synthase là một bộ phận tổng hợp,
được điều khiển bỡi dòng chảy của Proton
H+ về nội chất của ty thể





Các Enzym luân phiên nhau như
Các Enzym luân phiên nhau như
một phần của cơ chế Oxi hóa
một phần của cơ chế Oxi hóa
Phosphoryl hóa, là một sự biểu
Phosphoryl hóa, là một sự biểu
diễn sinh động về Gradien Proton,
diễn sinh động về Gradien Proton,
là sự chuyển đổi qua lại của năng
là sự chuyển đổi qua lại của năng

lượng tự do trong hệ thống sinh
lượng tự do trong hệ thống sinh
học.
học.





Hô hấp : là quá trình tạo ra ATP.
Hô hấp : là quá trình tạo ra ATP.
Trong đó các hợp chất vô cơ (như
Trong đó các hợp chất vô cơ (như
phân tử oxi) đóng vai trò như là chất
phân tử oxi) đóng vai trò như là chất
nhận điện tử cuối cùng. Các chất cho
nhận điện tử cuối cùng. Các chất cho
điện tử có thể là một hợp chất hữu cơ,
điện tử có thể là một hợp chất hữu cơ,
hoặc một hợp chất vô cơ giàu năng
hoặc một hợp chất vô cơ giàu năng
lượng.
lượng.




•
Phosphoryl oxy hoá
Phosphoryl oxy hoá

là một quá trình trao đổi chất có
là một quá trình trao đổi chất có
sử dụng năng lượng, được tạo ra bởi các quá trình oxi
sử dụng năng lượng, được tạo ra bởi các quá trình oxi
hóa các chất dinh dưỡng để sản xuất adenosine
hóa các chất dinh dưỡng để sản xuất adenosine
triphosphate (ATP).
triphosphate (ATP).
•
Mặc dù nhiều hình thức của sự sống trên trái đất sử
Mặc dù nhiều hình thức của sự sống trên trái đất sử
dụng hàng loạt các chất dinh dưỡng khác nhau, nhưng
dụng hàng loạt các chất dinh dưỡng khác nhau, nhưng
hầu như tất cả đều thực hiện quá trình phosphoryl oxy
hầu như tất cả đều thực hiện quá trình phosphoryl oxy
hoá để sản xuất ATP
hoá để sản xuất ATP





Phân tử ATP là nguồn cung cấp năng lượng
Phân tử ATP là nguồn cung cấp năng lượng
để chuyển hóa. Điều này có lẽ là con đường
để chuyển hóa. Điều này có lẽ là con đường
phổ biến, bởi vì nó là một cách hiệu quả
phổ biến, bởi vì nó là một cách hiệu quả
cao về cung cấp năng lượng so với quá
cao về cung cấp năng lượng so với quá

trình lên men, hay các quá trình như đường
trình lên men, hay các quá trình như đường
phân kỵ khí.
phân kỵ khí.

Trong quá trình phosphoryl oxy hóa, điện
Trong quá trình phosphoryl oxy hóa, điện
tử được chuyển từ hợp chất khử giàu năng
tử được chuyển từ hợp chất khử giàu năng
lượng đến các chất nhận điện tử như oxy
lượng đến các chất nhận điện tử như oxy
trong phản ứng oxi hóa khử.
trong phản ứng oxi hóa khử.




•
Các phản ứng Oxi hóa - khử tạo ra năng lượng,
được dùng để tạo thành ATP
•
Ở sinh vật nhân chuẩn, các phản ứng Oxi - khử
được thực hiện bởi một loạt các phức hợp
protein trong ty thể .
•
Trong khi đó, ở sinh vật nhân sơ, các protein
này được nằm ở bên trong màng tế bào. Các bộ
liên kết của các enzym được gọi là dây chuyền
vận chuyển điện tử.



Ở sinh vật nhân chuẩn, năm phức hợp
protein chính được tham gia.

Trong khi đó ở sinh vật nhân sơ có nhiều
enzym khác nhau bằng cách sử dụng một
loạt các quá trình cho và nhận năng
lượng, được cung cấp bởi các điện tử
chảy qua chuỗi vận chuyển điện tử, được
sử dụng để vận chuyển proton qua màng
trong ti thể, quá trình này gọi là thế năng
điện hóa.

Điều này tạo ra năng lượng tiềm năng dưới
hình thức một gradient pH và thế
năng điện hóa qua màng tế bào.

•
Quá trình này tạo ra năng lượng dự trữ
được khai thác, bằng cách cho phép các
proton H
+
chảy ngược lại qua màng, và
vận chuyển trở lại vào nội chất thông qua
một enzym lớn được gọi là ATP synthase.
•
Năng lượng dự trữ này được Enzyme ATP
- synthase sử dụng để tạo ra ATP
từ adenosine diphosphate (ADP), trong
một phản ứng phosphoryl hóa.





•
Phản ứng này là mở đầu bởi các dòng chảy
proton H+ , các dòng chảy proton H+ này thúc
đẩy sự quay vòng của các bộ phận của enzym
ATP – synthase. ATP – synthase là một động
cơ quay .




•
Mặc dù phosphoryl oxy hoá là một phần quan trọng
Mặc dù phosphoryl oxy hoá là một phần quan trọng
trong chuyển hóa. Tuy nhiên nó tạo ra oxi phản ứng
trong chuyển hóa. Tuy nhiên nó tạo ra oxi phản ứng
như: superoxide và hydrogen peroxide, dẫn đến việc
như: superoxide và hydrogen peroxide, dẫn đến việc
chuyển động của các gốc tự do, gây tổn hại tế bào ,
chuyển động của các gốc tự do, gây tổn hại tế bào ,
gây bệnh và có thể lão hóa.
gây bệnh và có thể lão hóa.
•
Các enzym thực hiện quá trình trao đổi chất này, cũng
Các enzym thực hiện quá trình trao đổi chất này, cũng
chính là những mục tiêu của nhiều loại thuốc , các
chính là những mục tiêu của nhiều loại thuốc , các

chất độc và ức chế hoạt động của cơ thể
chất độc và ức chế hoạt động của cơ thể