Sự hô hấp mô bào (Ôxy hóa hoàn nguyên sinh học)

Quá trình cháy, tức là oxy hoá được người ta chú ý từ lâu. Chính nhờ quá trình này mà từ các vật phẩm hữu cơ năng lượng tiềm tàng được giải phóng ra để dùng vào các nhu cầu sống của cơ thể sinh vật.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự hô hấp mô bào (Ôxy hóa hoàn nguyên sinh học) Sự hô hấp mô bào(Ôxy hóa hoàn nguyên sinh học)1. Khái niệm chung1.1. Định nghĩa về sự oxy hoá hoànnguyên sinh họcQuá trình cháy, tức là oxy hoá đượcngười ta chú ý từ lâu. Chính nhờ quátrình này mà từ các vật phẩm hữu cơnăng lượng tiềm tàng được giải phóng rađể dùng vào các nhu cầu sống của cơ thểsinh vật.Trước thế kỷ XVIH, người ta cho rằngnhững chất cháy được đều có chứa mộtchất tưởng tượng Flogiston. Nhưng đếnnăm 1756 Lômônôxốp căn cứ vào hiệntượng tăng trọng lượng kim loại sau khiđốt, đã nêu ý kiến cho rằng có một chấtnào đó của không khí liên kết với vật bịcháy. Chất dự đoán này chính là oxyđược Lavoaziê tìm ra năm 1774. ôngkhẳng định rằng sự cháy là quá trìnhliên kết của nhiên liệu với oxy khôngkhí.Quá trình oxy hoá hoàn nguyên sinh họclà một quá trình bao quát của thế giới vôcơ và hữu cơ. Bản chất của quá trình nàytheo quan điểm hiện đại là quá trình traođổi điện tử giữa các chất tham gia phảnứng. Chất cho điện tử gọi là chất bị oxyhoá hay chất khử còn chất nhận điện tửgọi là chất oxy hoá hay chất được hoànnguyên.Vậy theo quan điểm hiện đại quá trìnhoxy hoá hoàn nguyên sinh học bao gồmcác ý sau:- Quá trình oxy hoá hoàn nguyên là sựtrao đổi điện tử giữa các chất. Chất chođiện tử là chất bị oxy hoá hay chất khửoxy, chất nhận điện tử là chất oxy hoáhay chất được hoàn nguyên.Oxy hoá và hoàn nguyên là hai quá trìnhtiến hành song song đồng thời, nên nếucó chất bị oxy hoá phải có chất đượchoàn nguyên và phản ứng phải gọi là oxyhoá hoàn nguyên mới đủ nghĩa.1.2. Sự khác nhau giữa sự cháy và hôhấp mô bàoKhi nghiên cứu sự cháy của các chất hữucơ đến dạng CO2 và H2O Lavoazie đãnêu lên được điểm giống nhau của sựcháy và sự hô hấp mô bào ở động vật. Cảhai quá trình đều thu O2 và thải CO2,H2O. Người ta quan niệm thức ăn lànhiên liệu của cơ thể và phổi là lò đốtcác nhiên liệu đó.Nhưng giữa sự cháy và sự hô hấp môbào có những điểm khác nhau:* Sự cháy ngoài mô bào- Kết hợp trực tiếp với O2 không khí.- Năng lượng kích động cao (hoá học).- Có ngọn lửa và toả nhiệt nhiều cùngmột lúc.* Sự cháy bên trong tế bào.Kết hợp gián tiếp với O2 không khí.Các phản ứng xảy ra từ từ có sự tham giacủa phân tử enzym nên năng lượng kíchđộng thấp.- Phản ứng xảy ra trong điều kiện nhiệtđộ hầu như không thay đổi (thân nhiệt370C), ở môi trường nước, áp suất 0,7 -0,8AT, không có ngọn lửa. Năng lượnggiải phóng triệt để được tích luỹ vào ATPđể sử dụng dần dần.Khi nghiên cứu nguồn gốc của CO2 vàH2O trong cơ thể động vật (máu độngmạch và tĩnh mạch), người ta thấy nơiphát sinh chủ yếu của chúng là các môbào, chứ không phải phổi như ban đầutưởng lầm. Chính mô bào là nơi tiêu thụchủ yếu oxy và sản sinh nước, thán khí.Vì vậy trong sinh hoá học xuất hiện kháiniệm về sự hô hấp mô bào, tức là kháiniệm về trao đổi khí, về oxy hoá vật chấthữu cơ ở mô bào.Quá trình này có tầm quan trọng rất lớnvì thông qua nó cơ thể sinh vật mới thuđược năng lượng cần thiết cho hoạt độngsống.1.3. Các thuyết về oxy hoá hoàn nguyên* Thuyết Peroxyd của Ba-khơNăm 1897 nhà bác học Ba-khơ (Nhà sinhhọc Nga) đã đề ra thuyết Peroxyd hoặcthuyết hoạt hoá oxy.Theo thuyết này thì phân tử oxy (O-O)ngoài tự nhiên ở dạng trơ kém hoạt động.Nhưng khi vào cơ thể sinh vật oxy đó sẽgặp những chất dễ oxy hoá tạo thànhnhững peroxyd hữu cơ.Theo Ba-khơ gọi là chất dễ oxy hoá lànhững Oxygenase và ký hiệu là A.Phản ứng tạo peroxyd như sau:Hoá trị của oxy đã được mở nên nóchuyển sang trạng thái hoạt động. Sau đótrong cơ thể động vật lại có loạiperoxydase đặc trưng có thể chuyền oxyhoạt hoá cho cơ chất (s)Thuyết peroxyd của Ba-khơ về sau đượcbổ sung thêm. Nhưng trong cơ thể độngvật phạm vi ứng dụng của nó còn rất hẹp.* Thuyết chuyển hydro của Paladin.Năm 1908 Paladin đã rút ra kết luận: Vai trò chủ yếu trong quá trình oxy hoáhoàn nguyên sinh học thuộc hydro và sựhô hấp có thể tiến hành trong môi trườngthiếu oxy.Paladin tìm thấy trong tế bào thực vậtnhững chất màu có khả năng tồn tại ở 2trạng thái: oxy hoá (có màu) và hoànnguyên (không mầu).Những vật phẩm bị oxy hoá sẽ nhả hydrocho loại chất màu làm chúng được hoànnguyên và trở thành dạng không màu.Dạng này lại nhả hydro thu được cho mộtchất nhận hydro khác (ví dụ cho oxy) vàbản thân nó lại trở về trạng thái oxy hoácó màu. Như vậy trong quá trình oxy hoásinh học, oxy không tác dụng trực tiếpvới cơ chất (như glucid, lipid, protein).Trong mô bào thực vật người ta thấy cónhóm quinon (có màu) và hydroquinon(không màu).Sau này Vilan đã phát triển quan điểmcủa Paladin. Vilan đã chứng minh rằngoxy hoá rượu thành aldehyd và sau thànhacid có thể xảy ra trong điều kiện khôngcó oxy và quá trình oxy hoá tiến hànhbằng con đường khử (tách) hydro.2. Cơ chế của quá trình oxy hoá hoànnguyên sinh học2.1. Các yếu tố tham gia sự hô hấp môbào* Cơ chất: các chất hữu cơ như: glucid,lipid, protein...* Các loại enzym: Có 2 loại enzym thamgia vận chuyển hydro là:- Dehydrogenase yếm khí (có nhóm ghépNAD và NAD.P).- Dehydrogenase hiếu khí (nhóm ghépFAD và FMN).Các enzym tham gia vận chuyển điện tửnhư: hệ thống cytocrom gồm cácCytorom a, b, c... và Cytocromoxydase(Cyt.a3) 3+Nhân herm của Cytocrom chứa Fe nên 3+ -có khả năng thay đổi hoá trị: Fe + 1e 2+→ Fe .Ngoài ra còn có một số enzym phụ khácbổ trợ như: Catalase, peroxydase,Oxydase... hoặc polyquinon (ở vi sinhvật, nấm men).2.2. Chuỗi hô hấp mô bào và các giaiđoạn của quá trình hô hấp mô bào* Các giai đoạn bình thường của chuỗihô hấp mô bào:- Giai đoạn 1 : Enzym dchydrogenaseyếm khí lấy H2 tư cơ chất, NAD chuyểnthành dạng NAD.H2- Giai đoạn 2: Hydro được chuyển từNAD.H2 sang FAD của enzymdehydrogenase hiếu khí (men vàng) FADnhận được H2 chuyển thành FAD.H2(hoặc FMN.H2 nhưng ít hơn).Giai đoạn 3: Điện tử chuyển từ FAD đếnhệ thống cytocrom. Hydro được chuyểnthành ...