- Tất cả các cơ thể sống sản sinh ATP bằng
giải phóng năng lượng chứa trong glucose và
các loại đường khác.
- Thực vật tạo ra ATP trong quá trình quang
hợp (photosynthesis).
-Tất cả các sinh vật khác, bao gồm cả thực
vật, phải sản sinh ATP bằng cách b? gãy các
phân tử chẳng hạn như glucose.
TRONG HÔ HẤP HIẾU KHÍ (Aerobic respiration)
- Là quá trình một tế bào sử dụng O2 đốt cháy các
phân tử và giải phóng năng lượng.
- PTPƯ: C
6H12O6 + 6O2 Ỉ 6CO2 + 6H2O
Chú ý: Quá trình này là ngược với quang hợp
(photosynthesis).
-Quá trình này diễn ra theo 3 con đường:
+ Đường phân (Glycolysis).
+ Chu trình Krebs (Krebs Cycle).
+ Chuỗi vận chuyển điện tử trong quá trình
phôtphorin hóa (Electron Transport Phosphorylation)-
thẩm thấu hóa học (chemiosmosis).
50 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 452 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Báo cáo Năng lượng sinh học - ATP và chu trình AT - Trần Châu Cẩm Hồn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC -
ATP VÀ CHU TRÌNH ATP
Giáo viên hướng dẫn :
TS.Võ Văn Tồn
Người thực hiện
Trần Châu Cẩm Hồng
Dương Thị Bích Liên
Nguyễn ThịMân
Trương Thị Xuân Trúc
I. Năng lượng sinh học
1. Khái niệm
2. Tế bào tổng hợp ATP như thế nào?
II. Sự tổng hợp và phân giải ATP
1. Cấu tạo ATP
2. Cấu tạo và chức năng ATP synthase
3. Sự tổng hợp ATP
4. Sự phân giải ATP
III. Chu trình ATP
TỔNG QUAN
1. Khái niệm:
- Năng lượng sinh học là những quá trình phản ứng cung
cấp, chuyển hố và tiêu hao năng lượng, cĩ tác dụng điều hồ và
thúc đẩy trao đổi chất của cơ thể sinh vật.
- Trong hơ hấp nội bào, sự chuyển hố năng lượng là sự
chuyển hố năng lượng hố học trong các liên kết của chất hữu cơ
đã được tế bào tổng hợp thành năng lượng trong các liên kết cao
năng (ATP) dễ sử dụng.
- ATP chính là nguồn cung cấp năng lượng sinh học chủ
yếu của mọi cơ thể sinh vật, là cầu nối giữa hai quá trình đồng hố
và dị hố.
2. Tế bào tổng hợp ATP như thế nào?
Tuỳ thuộc vào trạng thái sinh lý, điều kiện mơi trường mà
tế bào sống cĩ thể tạo ATP theo một trong hai cách:
I. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC:
+ Năng lượng được giải
phĩng từ các liên kết hố
học trong phân tử chất
phản ứng (cơ chất) được
sắp xếp lại (cải tổ), do đĩ
sự phát sinh ATP nhờ
liên kết các phản ứng
phát nhiệt mạnh với tổng
hợp ATP từ ADP và Pi
gọi là photphoril hố cơ
chất.
a. Photphoril hố cơ chất:
b. Tổng hợp hố thẩm ATP (Mitchell. P.1978)
Mọi cơ thể đều cĩ mặt các kênh
protein xuyên qua màng, cĩ
chức năng trong việc bơm
proton ra ngồi tế bào.
Sự hình thành ATP bằng phản
ứng hố học do lực khuếch tán
tương tự lực thẩm thấu thúc
đẩy, nên gọi là tổng hợp hố
thẩm ATP.
Như vậy chính việc dẫn truyền
các điện tử cao năng của NADP
đến màng là động lực để bơm
tổng hợp hố thẩm ATP.Peter Mitchell
II. SỰ TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI ATP:
1. Cấu tạo ATP
2. Cấu tạo và chức năng của enzym
ATP synthase
ATPsynthase được cấu tạo gồm 2 phần F0 và F1
- Phần đầu F1 là phần ưa nước nhơ ra từ màng nằm trong
cơ chất, chứa đựng các phân tử xúc tác, thực hiện sự
tổng hợp và thuỷ phân ATP. Bao gồm 3 chuỗi α xen kẽ
nhau và các tiểu phần ß.
- Phần dải làm nhiệm vụ liên kết F1 vào Fo.
- F0 là một kênh proton, kéo dài hết độ dày của màng, là
thành phần ghét nước nằm ở trên màng. Thực hiện sự
vận chuyển proton.
Mơ hình lắp ghép các đơn vị của ATPsynthase
Sơ đồ cấu tạo chi tiết của ATP synthase
γ subunit
c ring subunit
α subunit β subunit
- Phần chuyển động (rotor) là vịng
C và phần cịn lại γ, ε là đứng yên
(stator).
- Cột bên ngồi cĩ 1 tiểu phần a, 2
tiểu phần b và tiểu phần δ.
- F0 gồm vịng kênh proton cĩ 10
đến 14 tiểu phần.
- Phần F1 cĩ 5 loại chuỗi
polypeptide ( α3, β3, γ, δ, ε), xuất
hiện trong hoạt động của ATP
synthase.
- α và β là loại P vịng.
Chức năng của ATP synthase
Hoạt động của chuỗi vận
chuyển điện tử đã bơm H+
vào màng trong. Những
ion H+ tạo ra điện thế gây
nên sự chêch lệch thế
năng điện thế. Khi động
cơ quay mỗi lần 1 gĩc
120o làm các tiểu phần
của F1 tiếp xúc và tác
động việc liên kết giữa
ADP và Pi để tổng hợp
ATP.
Tổng hợp ATP từ ADP và
Pi.
CƠ CHẾ TỔNG HỢP ATP CỦA ENZIME
ATP SYNTHASE
Cơ chế tổng hợp ATP dựa trên quá trình
photphorin hĩa oxi hĩa ở màng trong của ty
thể. Được xúc tác bởi enzim ATP synthase
dựa trên cơ chế chênh lệch gradien nồng độ
giữa màng trong của ty thể và mơi trường
bên ngồi ty thể.
Dựa trên động cơ quay của F0, F1.
3. SỰ TỔNG HỢP ATP :
- Tất cả các cơ thể sống sản sinh ATP bằng
giải phóng năng lượng chứa trong glucose và
các loại đường khác.
- Thực vật tạo ra ATP trong quá trình quang
hợp (photosynthesis).
-Tất cả các sinh vật khác, bao gồm cả thực
vật, phải sản sinh ATP bằng cách bẻ gãy các
phân tử chẳng hạn như glucose.
a1. TRONG HÔ HẤP HIẾU KHÍ (Aerobic respiration)
- Là quá trình một tế bào sử dụng O2 đốt cháy các
phân tử và giải phóng năng lượng.
- PTPƯ: C6H12O6 + 6O2Ỉ 6CO2 + 6H2O
Chú ý: Quá trình này là ngược với quang hợp
(photosynthesis).
-Quá trình này diễn ra theo 3 con đường:
+ Đường phân (Glycolysis).
+ Chu trình Krebs (Krebs Cycle).
+ Chuỗi vận chuyển điện tử trong quá trình
phôtphorin hóa (Electron Transport Phosphorylation)-
thẩm thấu hóa học (chemiosmosis).
A. SỰ TỔNG HỢP ATP TRONG HƠ HẤP
TRONG QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG PHÂN (GLYCOLYSIS)
Glycolysis (glyco = đường; lysis = bẻ gãy)
- Mục tiêu: bẽ gãy glucose tạo thành 2 pyruvate
- Đối tượng: Tất cả sự sống trên Trái Đất đều thực hiện
quá trình đường phân (Glycolysis).
-Nơi diễn ra: bào tương tế bào.
-Chu trình Đường phân(Glycolysis) tạo ra 4 ATP và 2
NADH, nhưng có 2 ATP được dùng trong chu trình,để
hoạt hóa glucose nên kết quả tạo thành 2 ATP và 2
NADH.
Chú ý : Tiến trình này không đòi hỏi O2 và không sản sinh ra nhiều
năng lượng.
- Glucose (6C) bẽ gãy thành 2 Aldehyt 3
phosphorglyceric (PGAL) (3C)
- Cần 2 ATP.
Giai đoạn 1 của đường phân (The First Stage of
Glycolysis):
Giai đoạn 2 của đường phân (The Second Stage of
Glycolysis):
- 2 PGAL(3C) biến đổi thành 2 pyruvates.
- Quá trình này tạo ra 4 ATP và 2 NADH.
-Kết quả cuối cùng của Đường phân (Glycolysis)
tạo ra 2 ATP.
* KREBS CYCLE (citric acid cycle, TCA cycle)
- Mục tiêu: lấy pyruvate và đưa vào chu trình
Krebs (Krebs cycle), tạo ra NADH và FADH2.
- Nơi diễn ra: Ty thể (mitochondria).
- Gồm cĩ 2 giai đoạn:
+ Biến đổi Pyruvate thành Acetyl CoA.
+ Chu trình Krebs (Krebs Cycle).
Trong chu trình Krebs, tất cả cacbon, hidro và
oxy trong pyruvate tạo thành CO2 và H2O.
Chu trình Krebs cộng với sự biến đổi
Pyruvate sản sinh ra 2 ATP, 8 NADH, và 2FADH2
từ một phân tử glucose.
Sự biến đổi Pyruvate thành Acetyl CoA đi vào
chu trình Krebs
- 2 NADH được sinh ra.
- 2 CO2 được giải phĩng.
The Krebs Cycle - Krebs Cycle Animation
- 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP được tạo thành.
- 4 CO2 được giải phĩng.
Do đĩ đối với mỗi phân tử glucose
đi vào chu trình Krebs (bao gồm
sự biến đổi ban đầu thành Acetyl
CoA), tồn bộ quá trình sản sinh
ra:
8 NADH
2 FADH2
2 ATP
6 CO2
Lưu ý, quá trình đường phân
glycolysis sản sinh2 ATP và 2
NADH, vì thế sản phẩm cuối
cùng là 4 ATP và10 NADH.
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG QUÁ
TRÌNH PHOTPHORIN HĨA - Electron Transport
Phosphorylation (Thẩm thấu hĩa học -
Chemiosmosis)
-Mục tiêu: bẽ gãy NADH và FADH2, bơm H+ vào
màng ngồi cùng của ty thể (mitochondria).
- Nơi diễn ra: ty thể (mitochondria).
Trong phản ứng này, tạo ra một gradient được dùng
để sản sinh ATP, hồn tồn giống như trong lục lạp
(chloroplast).
Electron Transport Phosphorylation thơng thường
sản sinh 32 ATP.
ATP được sinh ra bằng cách H+ chuyển xuống trung
tâm gradient thơng qua một enzyme đặc biệt gọi là ATP
synthase.
. Tính thấm proton qua màng ty thể:
Vận chuyển proton cĩ thể thực hiện theo vectơ
Sản phẩm cuối cùng của hơ hấp hiếu khí
(Aerobic Respiration).
Glycolysis: 2 ATP.
Krebs Cycle: 2 ATP.
Electron Transport Phosphorylation: 32
ATP.
Một NADH được sinh ra trong Glycolysis cĩ
giá trị 2 ATP (2 x 2 = 4) - 1 NADH cĩ giá trị 3
ATP, nhưng nĩ tốn 1 ATP để vận chuyển
NADH vào ty thể, vì thế chỉ thu được 2 ATP
từ mỗi NADH sản sinh trong glycolysis.
Mỗi NADH được sinh ra trong quá trình
chuyển đổi của pyruvate thành acetyl
CoA và Krebs Cycle cĩ giá trị 3 ATP (8
x 3 = 24).
Mỗi FADH2 cĩ giá trị 2 ATP (2 x 2 = 4).
=> 4 + 24 + 4 = 32.
Sản phẩm năng lượng cuối cùng: 36 ATP.
Một số sách cho rằng giá trị cực đại là 38 ATP – nĩ
chỉ cĩ ở Thực vật (Thực vật khơng dùng 1 ATP để vận
chuyển NADH vào ty thể - ở đây khơng cĩ sự trái
ngược nhau – nên nhớ rằng những con số đĩ là lý
tưởng. Trong thực tế sự sống, khơng cĩ gì là hồn
hảo, vì thế bạn sẽ khơng bao giờ thu được số lượng
ATP lớn nhất từ mỗi phân tử glucose.
a2. Trong hơ hấp kị khí (Anaerobic
Respiration).
Mục tiêu: sản xuất pyruvate, sản sinh ra
NAD+ ..
Nơi diễn ra: tế bào chất (cytoplasm).
Lý do: trong điều kiện khơng cĩ oxy, chỉ cĩ
con đường sản sinh ra NAD+ và ADP.
Lên men rượu (Alcohol Fermentation) –
xãy ra ở nhiều loại vi khuẩn (bacteria).
Sản phẩm của quá trình lên men, rượu
(alcohol), là độc đối với cơ thể (organism).
Lên men lactic (Lactic Acid Fermentation) – xảy ra ở cơ thể người
(humans) và các động vật cĩ vú khác (mammals)
Sản phẩm là lactic acid, cĩ hại đối với động vật cĩ vú
Điều này đốt cháy da khi hoạt động tích cực.
- Mục tiêu duy nhất của quá trình lên men là làm biến
đổi NADH thành NAD+ (sử dụng trong quá trình đường
phân).
Khơng thu được năng lượng.
Lưu ý sự khác nhau đáng chú ý là - lên men rượu
(fermentation) – sản sinh 2 ATP, cịn hơ hấp hiếu khí
(aerobic respiration) – sản sinh 36 ATP.
Do đĩ, sự tiến hĩa (evolution) trong một mơi trường
giàu oxy, làm thuận tiện cho sự tiến hĩa thích nghi của hơ
hấp hiếu khí là chủ yếu trong sự đa dạng của sự sống.
Đường phân (Photosynthesis): 6CO2 + 6 H2O >> C6H12O6 + 6O2
Hơ hấp (Respiration): C6H12O6 + 6O2 >> 6CO2 + 6H2O
Lưu ý: tẩt cả các phản ứng này là thuận nghịch, điều này
rất quan trọng kể từ khi Trái đất là hệ kín (closed system).
Tất cả sự sống đều là tập hợp của nhiều nguyên tố
khống để làm việc, điều quan trọng là hình thành nên chu
trình hiệu quả và bình đẳng.
Hiệu suất năng lượng (Energy Yields):
Glucose: 686 kcal/mol.
ATP: 7.5 kcal/mol.
7.5 x 36 = 270 kcal/mol từ quá trình sản sinh
ATP.
270 / 686 = 39% năng lượng thu được từ hơ hấp
hiếu khí.
B. SỰ TỔNG HỢP ATP TRONG QUANG HỢP
Diệp lục hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời.
Năng lượng được dự trữ trong các phân tử sắc tố dưới dạng năng lượng
kích thích và tiếp theo là sự di trú năng lượng vào trong trung tâm phản
ứng, là một phân tử diệp lục đặc biệt.
e–
Phân tử diệp lục ở
trung tâm phản ứng
này, sau khi nhận năng
lượng sẽ trở nên bị
kích thích và trở thành
chất cho điện tử,
nhường điện tử cho
chất nhận electron đầu
tiên tham gia vào quá
trình quang
phosphoryl hĩa.
Tuy nhiên, tùy theo diệp lục ở trung tâm phản ứng khác nhau mà quá
trình vận chuyển điện tử cĩ thể đi theo con đường quang phosphoryl
hĩa vịng hay khơng vịng.
a1. Quang Phosphoryl hĩa vịng
(Cyclic Photophosphorylation)
E
P700
1O Electron
acceptor
Ferredoxin (Fd)
(E0 = O,43V)
Plastoquinone (PQ)
(E0 = 0,06V)
Plastocyanin
(E0 = O,365V)
hν
Cytochrome b/f
Photosystem I
2e-
2e-
2e-
2e-
2e-+2H+
- 0,6
+ 0,43
nADP + nPi nATP + nH2O Enzym⎯→⎯ νh
Con đường vịng (vịng hở hay vịng khơng khép
kín) thực hiện bởi hệ sắc tố sĩng ngắn và cả sĩng
dài, bao gồm clorophin a cĩ cực đại hấp thụ ở
bước sĩng λ< 680nm và các sắc tố phụ khác.
P680 là trung tâm phản ứng của phản ứng sáng 2.
Chất nhận điện tử đầu tiên của PSII là C550 (một
chất cho đến nay cũng chưa xác định chắc chắn).
Trong quá trình vận chuyển điện tử, cĩ sự tham
gia của các hệ thống enzyme đặc hiệu, nên hình
thành các liên kết phosphoryl giàu năng lượng
ATP mà khơng cĩ tham gia của bất kỳ một chất
cho hay chất nhận điện tử nào khác.
Đĩ là nét đặc trưng của quá trình phosphoryl hĩa
vịng và cĩ thể trình bày theo phương trình tổng
quát:
nADP + n Pi→ nATP + nH2O
a2. Quang Phosphoryl hĩa khơng vịng
(Noncyclic Photophosphorylation)
H2O + ADP + Pi +2NADP+ ATP +2NADPH + ½ O2Enzym⎯→⎯ νh
Con đường khơng vịng thực hiện bởi hệ sắc tố
sĩng ngắn và sĩng dài bao gồm: clorophin a cĩ
cực đại hấp thu ở bước sĩng λ< 680nm và các sắc
tố phụ khác. P680 là trung tâm phản ứng của phản
ứng sáng II.
Chất nhận điện tử đầu tiên của PSII là C550.
Các sản phẩm của quá trình quang phosphoryl
hĩa khơng vịng là ATP, NADPH và oxy, do đĩ
cĩ thể viết phương trình tổng quát như sau:
2H2O + 2ADP + 2Pi + 2NADP+→ 2ATP +
2NADPH + O2.
a3.Hiệu quả năng lượng:
* Quá trình Quang Phosphoryl hĩa vịng:
Trong quá trình này cứ trung bình 4 photon
ánh sáng đỏ thì vận chuyển được 4 điện tử và
tạo được từ 2 đến 4 ATP (1 ATP =9kcal). Một
photon ánh sáng đỏ cĩ năng lượng là 42 Kcal,
hiệu suất năng lượng tối đa cĩ thể cĩ của quá
trình này là:
(9x4/42x4) x 100% = 22%
Hiệu quả năng lượng của quang
phosphoryl hĩa khơng vịng cao hơn so
với quang phosphoryl hĩa vịng
* Quá trình quang phosphoryl hĩa khơng vịng:
Kết quả của quá trình quang Phosphoryl hĩa khơng vịng
là một phần quang năng bị biến đổi được dùng vào việc tạo
thành ATP, phần cịn lại được dùng để tạo NADPH-H (=52
Kcal) và giải phĩng O2.
Tỷ lệ foton: điện tử: NADPH- H: ATP là 4:2:1:1. Như
vậy hiệu suất năng lượng của quá trình này là:
[(52+9)/168] x 100% = 36%.
* Sự khác nhau giữa hai quá trình quang Phosphoryl hĩa
Quang Phosphoryl hĩa vịng (Cyclic photophosphorylation)
Điện tử được vận chuyển quay vịng Phosphoryl hĩa ADP
thành ATP bằng con đường hĩa thẩm thấu.
Khơng tạo thành carbonhydrat.
Chỉ sử dụng P700.
Quang phosphoryl hĩa khơng vịng (Noncyclic photophosphorylation)
Điện tử được chuyển hĩa từ sự phân ly nước.
Giải phĩng ra Oxy phân tử.
Tạo ATP.
Tạo Carbonhydrat là NADPH (chất nhận e cuối cùng) để tham
gia vào chu trình Calvin.
Sử dụng P700 và P680.
C. Liên quan giữa quá trình dị hĩa (Catabolic
Processes) – Quá trình Oxy hĩa (Beta Oxidation)
Chất béo (Fats consist) bao gồm thành phần chính
là glycerol với 2 hay 3 acid béo (fatty acids) liên kết
với nĩ.
Cơ thể hấp thụ chất béo sau đĩ bẽ gãy liên kết giữa
acid béo và glycerol.
Glycerol được biến đổi thành glyceraldehyde
phosphate, giai đoạn trung gian của glycolysis.
Acid béo bẽ gãy thành hợp chất gồm 2C và sau đĩ
biến đổi thành acetyl CoA.
1 acid béo 8C cĩ thể tạo thành 4 acetyl CoA.
1 acetyl CoA cĩ giá trị 12 ATP (3 NADP, 1 FADH2, 1 ATP)
Vì thế, 1 acid béo ngắn cĩ giá trị 48 ATP, một acid béo với
độ dài 3 chuỗi tạo thành 144 ATP.
Điều này giải thích vì sao chất béo là nguồn năng lượng tốt
và khĩ tiêu hao nếu bạn muốn giảm cân.
Tế bào động vật (Animal cells) và tế bào thực vật
(Plant cells) đều chứa ty thể (mitochondria)
Tuy nhiên, tế bào động vật chứa nhiều ty thể hơn tế bào
thực vật.
Tế bào động vật thu phần lớn năng lượng ATP từ
ty thể (mitochondria).
Tế bào thực vật thu phần lớn năng lượng ATP từ
lục lạp (chloroplast).
ATP sản sinh từ ty thể chỉ được sử dụng khi thực
vật khơng thể sản sinh ATP trực tiếp từ phản ứng
trong pha sáng (light-dependent reactions).
D. So sánh giữa Thực vật (Plants) và Động vật (Animals)
về sự tổng hợp ATP:
4. QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN ATP:
Một tính chất quan trọng của phân tử ATP là dễ
biến đổi thuận nghịch để giải phĩng hoặc tích trữ
năng lượng. Khi ATP thủy phân nĩ sẽ tạo ra hai
ADP và Pi - phosphate vơ cơ:
enzyme
ATP + H2O Ỉ ADP + Pi + năng lượng
Nếu ADP tiếp tục thủy giải sẽ thành AMP. Ngược lại
ATP sẽ được tổng hợp nên từ ADP và Pi nếu cĩ đủ
năng lượng cho phản ứng:
enzyme
ADP + Pi + năng lượng Ỉ ATP + H2O
III. CHU TRÌNH ATP
KẾT LUẬN
Adenosinetriphosphate là một chất chế biến và vận
chuyển năng lượng. Nĩ được tạo thành trong quá
trình phân giải các chất khác nhau như oxy hĩa các
chất trong ty thể, đường phân và lên men, quang hợp
ở diệp lục của thực vật xanh và các quá trình vận
chuyển ion ở vi khuẩn, Ngược lại, ATP cũng là chất
cung cấp năng lượng cho các quá trình tổng hợp của
cơ thể sinh vật. Đĩ là các phản ứng gắn liền với phân
giải phân tử ATP, cơng co cơ, sinh tổng hợp các chất
protein, axit nucleiccũng như sản sinh và duy trì tính
phân bố khơng đều các chất giữa tế bào với mơi
trường xung quanh.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bao_cao_nang_luong_sinh_hoc_atp_va_chu_trinh_at_tran_chau_ca.pdf