HÔ HẤP TẾ BÀO
PHẦN 2

Dr VÕ VĂN TOÀN
QUYNHON UNIVERSITY
Tổng hợp về đường phân
Glucose 2 Pyruvate
Xảy ra ở tế bào chất
Không đòi hỏi oxy
Năng lượng
Tiêu tốn 2 ATP
Tạo ra 4 ATP và 2 NADH
Tổng cộng tạo ra 2 ATP và 2 NADH
Biến đổi Pyruvate
Có 3 khả năng xảy ra :
Tham gia chu trình Kreb
Lên men rượu
Lên men axit lactic
Chu trình acid citric (Kreb)
Hơn 75% năng lượng có trong phân tử đường glucose được tích lũy trong hai phân tử pyruvat .
Nếu có mặt oxygen -
Pyruvate được chuyển hóa hoàn toàn tới CO2 bởi các enzyme trong chu trình acid citric ở ty thể.

Quá trình biến đổi từ pyruvate đến Acetyl CoA
Citric Acid Cycle
Chúng ta cần biết :
Chu trình Tricarboxylic acid (TCA)
Chu trình Krebs
Tên của Hans Krebs
Việc làm sáng tỏ chu trình này được thực hiện vào những năm 1930
Được trao giải Nobel sinh lý và Y học năm 1953

Tổng quan chu trình Acid Citric
Tổng quan chu trình Acid Citric
Acetat từ acetyl CoA kết hợp oxaloacetate để hình thành citrat
Cuối cùng, oxaloacetate quay trở lại và acetat được tách ra phân tử CO2
Sản phẩm của chu trình ( cho một acetyl CoA)
1 ATP qua photphorin hóa mức độ cơ chất
3 NADH
1 FADH2 ( Chất mang điện tử)
Chu trình
Acid Citric

Tám enzym
xúc tác
các giai đoạn
Chu trình acid citric
Chu trình acid citric
Chu trình acid citric
Chu trình acid citric
Tóm tắt chu trình
Acid Citric
Cho 1 Cho 1
Pyruvate: Glucose:

3 CO2 6 CO2
4 NADH + H+ 8 NADH + H+
1 FADH2 2 FADH2
1 ATP 2 ATP
Hô hấp tế bào
Tạo năng lượng
Phản ứng oxy hóa khử
Hô hấp tế bào
Đường phân
Chu trình Acid citric
Chuỗi vận chuyển điện tử và oxy hóa photphorin hóa
Mối quan hệ giữa các quá trình chuyển hóa
Photphorin hóa oxy hóa
Chỉ 4 trong tổng số 38 ATP được tạo ra bởi sự hô hấp glucose ở mức độ photphorin hóa mức độ cơ chất .
2 ATP từ đường phân
2 ATP từ chu trình acid citric (hoặc GTP)
Photphorin hóa oxy hóa
Phần lớn ATP tạo ra từ năng lượng trong quá trình vận chuyển điện tử bởi NADH ( và FADH2).
Năng lượng trong các điện tử được dùng trong hệ thống vận chuyển điện tử để tổng hợp ATP.
Photphorin hóa oxy hóa
Có hàng ngàn hệ thống chuỗi vận chuyển điện tử :
Tìm thấy ở mặt trong của răng lược, màng trong của ty thể .
Bản chất của chúng là protein với các nhóm ngoại có khả năng ở dạng khử và dạng oxy hóa và chúng có khả năng cho và nhận điện tử.
Năng lượng tự do (∆G) của các điện tử giảm dần qua chuỗi vận chuyển điện tử.
Chuỗi vận chuyển điện tử và photphorin hóa oxy hóa
Các điện tử được mang bởi NADH được truyền đến phân tử đầu tiên trong chuỗi vận chuyển điện tử - đó là một flavoprotein
Flavin là nhóm ngoại (FMN)

Chuỗi vận chuyển điện tử và photphorin hóa oxy hóa
Thành phần khác bao gồm các loại cytochrome bản chất protein và một chất mang bản chất lipit.
Các điện tử từ FADH2 có năng lượng tự do thấp và được gia nhập vào giai đoạn sau của chuỗi

Chuỗi vận chuyển điện tử
và photphorin hóa oxy hóa
• Điện tử cuối cùng
được chuyển đến O2

• Chú ý: Không tạo ra ATP

• Chuyển động của các điện tử
trong chuỗi vận chuyển điện tử
sẽ tạo ra sự thẩm thấu hóa học
và tổng hợp ATP
Ty thể, nơi diễn ra hô hấp
Dài từ 1-10µm
Sự thẩm thấu hóa học
Năng lượng của quá trình vận chuyển điện tử được sử dụng để bơm điện tử vào không gian giữa hai lớp màng ty thể
Tạo ra gradient nồng độ proton
Năng lượng trong gradien sử dụng để tổng hợp ATP
Enzym ATP synthase là nơi xảy ra phản ứng
ATP được tổng hợp từ ADP và gốc Photphat (Pi)
ATP synthase, một cái máy mức phân tử
• ATP synthase Một phức hợp protein, nằm ở răng lược có chức năng tạo ATP

• Gradien H+ gradient tạo ra năng lượng cho việc tổng hợp ATP

• Giadien Proton giữa không gian giữa hai lớp màng và nội chất ty thể tạo ra do sự vận chuyển điện tử trong chuỗi
ATP synthase, một cái máy mức phân tử
• Năng lượng của điện tử
được dùng để bơm proton
(H+) từ nội chất vào không
gian giữa hai lớp màng
• Sự chênh lệch nồng độ H+
là động lực chuyển động
proton (proton-motive force)
pmf
ATP synthase, một cái máy mức phân tử

Cần biết :
Enzym F0F1 ATP synthase có
Phần F0
Động cơ quay 50-100 vòng trong 1 giây
Nằm trên màng trong
Phần F1
Nơi xúc tác
Nằm ở nội chất
Có thể hòa tan
ATP synthase, một cái máy mức phân tử

• Dòng các ion H+ di chuyển theo gradien, chúng làm trục quay và tác động vào cần quay (rod) của enzym ATP synthase làm quay 50-100 vòng trên 1 giây .

• Cần quay tròn gây ra sự thay đổi cấu tạo trong vùng lồi ra, tác động đến trung tâm xúc tác nơi ADP và gốc photphat vô cơ gắn vào để tạo ra ATP .

Cấu trúc ATP synthase
Phần F0
Phần F1
inner membrane
of mitochondrion
Thẩm thấu hóa học
Thẩm thấu hóa học
Phân tử enzym ATP synthase chỉ cho dòng ion H+ khuếch tán trở lại nội chất .
Dòng năng lượng giải phóng ion H+ sẽ được sử dụng để tổng hợp ATP.
Mối liên quan giữa các phản ứng oxy hóa khử trong chuỗi vận chuyển điện tử với sự tổng hợp ATP được gọi là thẩm thấu hóa học (chemiosmosis).
Sự thẩm thấu hóa học
Được Peter Mitchell đề xuất lần đầu tiên
Công trình này được tặng giải Nobel Prize hóa học năm 1978
Khi mới công bố, sự thẩm thấu hóa học được xem là một ý tưởng cực đoan và đã không nhận được sự ủng hộ của các nhà khoa học khác.
Thẩm thấu hóa học
Đây là cách tổng hợp năng lượng chính trong các cơ thể sống :
Ở ty thể
Ở lục lạp – Sử dụng năng lượng ánh sáng để vận chuyển dòng các điện tử và tạo ra gradien proton ( H+)
Ở Vi khuẩn – Tạo ra gradien proton qua màng tế bào để tổng hợp ATP và bơm ion, chất dinh dưỡng, chất thải
Tổng quan về hô hấp tế bào
Tổng quan về hô hấp tế bào
Một phân tử đường 6-C oxy hóa cho 6 phân tử CO2
2 ATP từ sự photphorin hóa oxy hóa mức độ cơ chất trong đường phân
2 ATP từ sự photphorin hóa oxy hóa mức độ cơ chất trongchu trình Kreb
Mỗi NADH tạo ra tối đa 3 ATP
10 NADH = Tối đa 30 ATP
Mỗi FADH2 tạo ra 2 ATP
2 FADH2 = 4 ATP
Tổng cộng có khả năng tạo ra 38 ATP
Hiệu suất của hô hấp tế bào
Oxy hóa toàn bộ một phân tử glucose giải phóng 686 kcal cho 1 mol.
Hình thành một ATP đòi hỏi tối thiểu 7.3 kcal/mole.
Hiệu suất
7.3 kcal/mole x 38 ATP/glucose = 277kcal/mole glucose
277/686 = 40%.
Như vậy 60% năng lượng hao hụt qua quá trình tỏa nhiệt .

Hô hấp tế bào
Tạo năng lượng
Phản ứng oxy hóa khử
Hô hấp tế bào
Đường phân
Chu trình Acid citric
Chuỗi vận chuyển điện tử và oxy hóa photphorin hóa
Mối quan hệ giữa các quá trình chuyển hóa
Chuyển hóa của Pyruvate
Có ba khả năng xảy ra
Tham gia chu trình Kreb – Hô hấp hiếu khí
Lên men rượu – Yếm khí
Lên men lactic – Yếm khí
Lên men rượu
Quá trình đường phân
sẽ ngừng nếu
NAD+ giảm

Lên men là con đường
tái tạo NAD+

Pyruvate được biến đổi
thành rượu và tái tạo
NAD+
Lên men lactic
Tương tự như sự
lên men rượu

Xảy ra ở một số nấm
và vi khuẩn – sản xuất
ra phomat và yogurt

Tế bào cơ sẽ chuyển
sang lên men lactic khi
thiếu oxy- có thể gây mỏi cơ

Acid Lactic biến đổi thành
pyruvate ở gan
in liver
Lên men và hô hấp tế bào
Lên men- Yếm khí (không có O2)
Hô hấp tế bào – Hiếu khí (có O2 )
Lên men giải phóng năng lượng trong phân tử đường không hiệu quả
2 ATP từ lên men rượu và lactic
38 ATP từ hô hấp tế bào
Không tạo ra NADH từ các quá trình lên men
Pyruvate
là trung tâm
của trao đổi chất
Chuyển hóa các phân tử chất dinh dưỡng
Nhóm lương thực chính cũng bị
phân cắt thành những chất đơn
giản để đi vào quá trình đường
phân hoặc chu trình Kreb

Ví dụ :
Các acid béo bị phân cắt thành
acetyl CoA và đi vào chu trình
Kreb
Quá trình kiềm chế hoặc
kích thích Enzym chủ chốt
như phosphofructokinase
trong đường phân sẽ kiểm
tra mức độ hô hấp tế bào
Kiểm tra hô hấp tế bào
TÀI LIỆU THAM KHẢO
+http://nobelprize.org/medicine/laureates/1953/krebs-bio.html
+http://www.mrc-dunn.cam.ac.uk/research/atpase.html (Dr. John E. Walker)
+http://nature berkeley.edu/~hongwang/Project/ATP_synthase/
+http://rsb.info.nih.gov/NeuroChem/biomach/ATPsyn.html
+http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1978/