Bài giảng đại cương Chuyển hóa năng lượng

Tài liệu tìm hiểu Đại cương về Chuyển hóa năng lựơng: Năng lượng tự do và Mối liên quan giữa bíên thiên năng lượng tự do và hằng số cân bằng phản ứng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng đại cương Chuyển hóa năng lượng CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG Dàn bài: 1. Đại cương 2. Phản ứng oxi hoá khử sinh học 3. Phosphoryl hoá và khử phosphoryl 4. Chuỗi hô hấp tế bào 5. Chu trình acid citric ĐẠI CƯƠNG VỀ CHNL  Năng lượng tự do  Mối liên quan giữa biến thiên năng  lượng tự do và hằng số cân bằng phản   ứng NĂNG LƯỢNG TỰ DO  Enthalpy (H): nội năng, năng lượng toàn  phần  Năng lượng tự do (G): năng lượng có khả  năng biến thành công có ích  GNĂNG LƯỢNG TỰ DO  G = H – TS • H tăngG tăng; S tăngG giảm • H – G = TS: thay đổi theo nhiệt độ, phụ thuộc S  ∆ G = ∆ H – T∆ S ∀ ∆ G: biến thiên NLTD (Kcal) ∀ ∆ H: biến thiên enthalpy (Kcal) • T: nhiệt độ tuyệt đối ∀ ∆ S: biến thiên entropy (Kcal.độ­1) BIẾN THIÊN NLTD Phản ứng A  B ∆ G=GB - GA  ∆G < 0 • phản ứng phát năng • có thể xảy ra tự phát (S tăng, G giảm) • đôi khi cần năng lượng hoạt hoá để xảy ra phản ứng  ∆G > 0 • phản ứng thu năng • không thể xảy ra tự phát  ∆G = 0 • phản ứng không thu năng cũng không phát năng BIẾN THIÊN NLTD ∆ G = ∆ Go + RTln[B]/[A]  ∆ G : biến thiên năng lượng tự do chuẩn: o 25o C, pH = 0, [A]=[B]=1 mol ∆ 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 Biến thiên NLTD chuẩn ở điều kiện sinh học ∆ Go’: pH=7, 25o C ∆ G’ = ∆ Go’ + RTln[B]/[A] BIẾN THIÊN NLTD & K ∆ G’ = ∆ Go’ + RTln[B]/[A] Phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆ G’=0  ∆ Go’ = –RTlnK’  K’: hằng số cân bằng phản ứng trong điều  kiện sinh học (pH=7)  R: hằng số khí lí tưởng, 1,98.10­3  Kcal/mol.độ  T: nhiệt độ tuyệt đối, 298o K (25o C)  ∆ G ’: Kcal/mol o  K’=10­∆ Go’/1,36 BIẾN THIÊN NLTD & K K’=10­∆ Go’/1,36 ­ K’=1: ∆ Go’=0: không xảy ra trong điều kiện sinh học ­ K’>1: ∆ Go’OXI HOÁ – KHỬ SINH HỌC PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ Phản ứng Chất -e- oxy hóa -e- khử +e- khử +e- oxy hóa . Cặp, hệ thống oxy hóa khử (oxh/kh) TD: Fe+3/Fe+2, H+/H, O/O-2, R-COOH/R-CHO v.v… (ferri-/ferro-) THẾ NĂNG OXI HOÁ – KHỬ Phương trình Nernst: E = E0 + RT nF ln [ oxh ] [ kh ] n: số điện tử được vận chuyển F: hằng số Faraday = 23 Kcal/V.mol Trong điều kiện sinh học (pH=7, 25o C): E = E0 +0,06 log [ oxh ] [ kh ] Eo là E khi: [oxh] = [kh] Cặp oxh-kh E0’ (volt) 2H+/H2 -0.42 FAD/FADH -0.36 NAD+/NADH,H+ -0.32 FAD/FADH2 -0.12 Fumarat/succinat +0.03 Cytb Fe+3/Cytb Fe+2 +0.08 Cytc Fe+3/Cytc Fe+2 +0.22 ½ O2/O-2 +0.82 Chiều vận chuyển của điện tử e- Điện tử di chuyển: ­ Từ chất khử sang chất oxi hoá (trong cùng hệ thống oxh­kh) ­ Hệ thống có thế năng oxi hoá khử thấp sang hệ thống có thế  năng oxi hoá – khử cao (giữa 2 hệ thống oxh­kh) Xét 2 hệ thống oxh-kh: A/AH2 và B/BH2 Nếu EA < EB thì: e- sẽ di chuyển từ hệ thống A qua B (từ chất khử AH2 qua chất oxy hóa B): AH2 + B →BH2 + A Nếu vì lý do nào đó BH2  bị tồn đọng thì phản ứng có thể đạt trạng  thái cân bằng hoặc thậm chí theo chiều nghịch. TD: xét 2 hệ thống: NAD+/NADH,H+ và FAD/FADH2 E0(A) = ­0.32V; E0(B) = ­0.06V Vậy trong điều kiện chuẩn (và thực tế trong điều kiện  sinh lý của tế bào) e­ đi từ NADH,H+ qua FAD. Hoặc NADH,H+  FAD  NADH,H+ NAD+ 2e NAD+ FADH2  FA FADH2  D   Liên hệ giữa ∆G0’ và ∆E0’ ∆G = −nF∆E 0 0 Trong phản  ứng  oxh­kh,  e­  vận  chuyển  với  ∆E > 0 do đó  ∆G < 0, nên phản ứng luôn luôn kèm sự phát năng.  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  năng lượng (~) nhờ các phản ứng phosphoryl hóa. OXIDOREDUCTASE  Oxidase  Dehydrogenase  Hydroperoxidase  Oxygenase OXIDASE Dùng oxi để gắn hidro, từ đó tách hidro  ra khỏi cơ chất. Tạo sản phẩm là H20  hoặc H2O2.  Oxidase chứa đồng: cytochrome  oxidase  Oxidase chứa flavoprotein (FMN,  FAD): L­amino acid oxidase, xanthine  oxidase, glucose oxidase (nấm) DEHYDROGENASE  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).  Thành phần của chuỗi hô hấp tế bào:  các cytochrome (trừ cytochrome  oxidase) cũng được xem là  dehydrogenase. DEHYDROGENASE:  Coenzyme  Nicotinamide: ...