Chương 2 năng lượng học của tế bào | Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

Chương 2
NĂNG LƯỢNG HỌC CỦA TẾ BÀO
Trần Thị Thanh Hương
huong.tranthithanh@hcmuaf.edu.vn NỘI DUNG
A. Các dạng năng lượng
B. Các định luật của nhiệt động học
C. Phản ứng hóa học D. Enzyme E. Hô hấp tế bào F. Quang hợp 2
A. CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG
vNăng lượng (Energy (E)): Khả năng gây ra sự biến đổi.
vĐộng năng (Kinetic energy): Năng lượng được sử
dụng để tạo sự thay đổi (tạo phản ứng hóa học).
vThế năng (Potential energy): Năng lượng được tích
trữ trong các phản ứng hóa học.
vHóa năng (Chemical energy): Thế năng có sẵn để giải
phóng trong phản ứng hóa học 3
A. CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG
vNăng lượng hoạt hóa (Activation energy (Ea)): Năng
lượng cần thiết để vật chất đạt đến trạng thái chuyển
tiếp và có thể biến đổi.
vNăng lượng tự do (Free energy (G)): Năng lượng có
khả năng sinh ra công trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi. 4
A. CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG v Năng lượng ATP Adenine
Adenosine triphosphate (ATP) Phosphate groups Ribose Energy
(a) The structure of ATP Inorganic
Adenosine diphosphate (ADP) phosphate
(b) The hydrolysis of ATP ATP + H2O ADP + Pi + Energy DG = - 7.3 kcal/mol 5
B. CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
vNghiên cứu sự biến đổi năng lượng trong một hệ thống
Ví dụ: Thế năng biến đổi thành động năng Potential Energy Kinetic Energy 6
1. Định luật thứ nhất nhiệt động học
vNăng lượng không được tạo ra hoặc bị phá hủy
vChuyển từ dạng này sang dạng khác
=> Năng lượng được bảo toàn 7
2. Định luật thứ hai nhiệt động học
vMọi dẫn truyền hoặc biến đổi năng lượng đều làm tăng
entropy (tính hỗn độn) của vũ trụ.
=>Suốt quá trình biến đổi, năng lượng hữu ích giảm Năng lượng vào
Năng lượng tạo ra
Năng lượng hóa học
Năng lượng cơ học + Năng lượng nhiệt
v25% năng lượng hiệu quả v75% không thể sử dụng 8
C. PHẢN ỨNG HÓA HỌC
vLà quá trình biến đổi của vật chất
vCác liên kết hóa học trong chất phản ứng biến đổi và tạo ra chất mới (sản phẩm) 9
C. PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Phản ứng tỏa nhiệt
Phản ứng thu nhiệt
(a) Phản ứng tỏa nhiệt: năng lượng được giải phóng
(b) Phản ứng thu nhiệt: đòi hỏi năng lượng Reactants Products Amount of Amount of energy energy released rgy rgy required
(DG < 0) ne ne
(DG > 0) Energy Energy Products ee e Reactants ee e Fr Fr
Progress of the reaction
Progress of the reaction C ® 6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O 6 CO2 + 6 H2O ® C6H12O6 + 6 O2 DG = - 686 kcal/mol DG = + 686 kcal/mol Tự phát Không tự phát 10
C. PHẢN ỨNG HÓA HỌC
vNăng lượng ban đầu cần thiết để bắt đầu một phản
ứng hóa học được gọi là năng lượng hoạt hóa (Ea) A B C D
Trạng thái chuyển tiếp o A B E d A C D tự g n Chất phản ứng ợ A B lư g DG < O n C D Nă Sản phẩm
Tiến trình phản ứng 11 D. ENZYME Sucrase Sucrose Glucose Fructose (C12H22O11) (C6H12O6) (C6H12O6) 12
1. ĐỊNH NGHĨA ENZYME vChất xúc tác sinh
học có bản chất là protein (cấu trúc bậc 3 hoặc bậc 4) 13
1. ĐỊNH NGHĨA ENZYME
vGiúp tăng tốc độ phản ứng bằng cách giảm năng lượng
hoạt hóa mà không ảnh hưởng đến bản chất của phản ứng Tiến trình phản ứng E không có A không có enzyme enzyme EA với enzyme o thấp hơn d tự Chất phản ứng g n ợ lư Tiến trình
DG không bị ảnh g n phản ứng hưởng bởi enzyme Nă có enzyme Sản phẩm
Tiến trình phản ứng 14
2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ENZYME
v Trung tâm hoạt động
v Tính đặc hiệu cao
v Được tái sử dụng 15
2.1. Trung tâm hoạt động
v Một vùng hạn chế của phân tử enzyme liên kết với cơ chất
(Chất phản ứng mà enzyme tác động đến) Substrate Active site Enzyme Enzyme-substrate complex (a) (b) 16
2.1.1. Giả thuyết ổ khóa và chìa khóa vEnzyme là ổ khoá,
cơ chất là chìa khoá. vKhi chìa khóa khớp với ổ khoá phản ứng mới xảy ra. 17
2.1.2. Giả thuyết cảm ứng
vTrung tâm hoạt động của E có thể nhận biết S
và thay đổi cấu trúc không gian để S có thể trùng khớp và gắn với E 18
2.1.3. Sự xúc tác trong trung tâm hoạt động của enzyme E + S ES E + P
1 Substrates enter active site. 2 Substrates are held in active site by weak interactions. Substrates Enzyme-substrate complex Active site Enzyme 19
2.1.3. Sự xúc tác trong trung tâm hoạt động của enzyme
1 Substrates enter active site. 2 Substrates are held in active site by weak interactions. Substrates Enzyme-substrate complex 3 Active site can lower EA and speed up a reaction. Active site Enzyme 4 Substrates are converted to products. 20