Chuyên đề ATP: đồng tiền năng lượng hoàn hảo cho tế bào

ang Phosphoryl hóa vòng(Cyclic Photophosphorylation)EP7001O Electron acceptorFerredoxin (Fd) (E0 = O,43V)Plastoquinone (PQ) (E0 = 0,06V)Plastocyanin(E0 = O,365V)hnCytochrome b/fPhotosystem I2e-2e-2e-2e-2e-+2H+- 0,6+ 0,43nADP + nPi	nATP	+ nH2O  Enzym a2. Quang Phosphoryl hóa không vòng(Noncyclic Photophosphorylation)H2O + ADP + Pi +2NADP+ ATP +2NADPH + ½ O2 Enzym Giai đoạn 1 của đường phân (The First Stage of Glycolysis):Glucose (6C) bẽ gãy thành 2 Aldehyt 3 phosphorglyceric (PGAL) (3C) - Cần 2 ATP. 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. Bộ máy yêu cầu để sản xuất ATP là rất phức tạp mà virut không thể có để tự sản xuất ATP cho chính mình. Virut đòi hỏi tế bào phải sản xuất ATP cho nó và virut không có nguồn năng lượng để tách chúng ra sống tự do khỏi tế bào .Màng của tế bào sinh vật nhân sơ không chỉ được nuôi dưỡng bởi nguồn năng lượng biến đổi của tế bào mà còn được nuôi dưỡng bởi sự chế biến của chất dinh dưỡng, để tạo nên đại phân tử có cấu trúc phức tạp và tạo ra nhiều enzym cần thiết cho quá trình sống. Màng tế bào vì lý do này mà có thể so sánh với toàn bộ cấu trúc hiển vi của tế bào nhân chuẩn thực hiện nhiều chức năng. Không có những phương thức sản xuất ATP đơn giản nào được biết và ở sinh vật sơ cũng vậy. Sản xuất ATP bao gồm hơn 5000 loại phân tử khác nhau và có thể sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời, hợp chất hữu cơ như cacbonhydrat, hợp chất phi hữu cơ. Đây là nguồn năng lượng để sản xuất ATP.Một ví dụ khác của màng tế bào sinh vật nhân sơ có chức năng của những cấu trúc hiển vi của tế bào nhân chuẩn như sau: Phân tử ADN theo quy luật tự nhiên tấn công vào màng tế bào vi khuẩn và sự tái bản ADN bắt đầu bởi sự thay đổi màng. Những sự thay đổi màng tế bào lần lượt có liên quan đến sự sinh trưởng của vi khuẩn. Hơn nữa, trung tử xuất hiện kéo cromatit về 2 tế bào con trong suốt quá trình phân bào.Ở sinh vật nhân chuẩn ty thể sản xuất hầu hết ATP của tế bào (sự phân giải đường kỵ khí cũng sản xuất ra ATP) và ở thực vật lục lạp có thể thực hiện chức năng này,Ty thể sản xuất ATP ở hệ thống màng bên trong được gọi là màng răng lược. Trừ vi khuẩn thiếu ty thể, những vẫn được thực hiện tốt bởi hệ thống màng tế bào theo hai hướng cơ bản. Màng tế bào vi khuẩn được sắp xếp những cấu trúc đặc biệt để sản xuất ATP, cấu trúc này có thể được so sánh với cấu trúc được tìm thấy ở tế bào sinh vật nhân chuẩn.Chuổi vận chuển điện tử trong ty thểỞ vi khuẩn, enzyn ATPase và chuổi vận chuyển điện tử được đặt ở vị trí bên trong màng tế bào chất giữa đuôi gét nước của màng photpholipit phía trong và phía ngoài Sự phân huỷ đường và thực phẩm khác tạo ra những chất mang proton ở bên ngoài màng tế bào, dẫn đến tích luỹ nồng độ proton nhiều hơn ở bên ngoài màng tế bào, điều này tạo nên sự vượt quá giới hạn của chất mang điện tích dương bên ngoài màng và chất mang điện tích âm tương ứng bên trong tế bào.	Kết quả sự khác nhau là thuỷ phân H2O	thành ion H+ và OH-. Ion H+ được sản xuất	ra sau đó được chuyển ra bên ngoài của tế	bào, còn ion OH- ở bên trong. Kết quả là tạo	nên một thế năng gradient, tương tự sự nạp	điện vào bình ác quy. Lực do thế năng	Gradient tạo ra được gọi là động lực chuyển	động proton, nhờ đó mà có thể thực hiện	nhiệm vụ đa dạng của tế bào bao gồm cả	quá trình biến đổi ADP thành ATP.Ở một số vi khuẩn như Halobacterium bị biến đổi thành bacteriorhodopsim, một phân tử protein tương tự như sắc tố giác quan rhodopsin trong võng mạc của động vật có xương.(Lim, 1998, T166). Sự phát sáng tạo ra từ sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng, rhodopsin biến đổi từ dạng trans thành dạng cis. Sự chuyển đổi từ dạng trans thành dạng cis nguyên nhân do sự thiếu proton và sự chuyền proton qua màng sinh chất đến lớp tế bào chất ngoại vi. Gradient nồng độ là kết quả việc sử dụng động lực của sự tổng hợp ATP bởi phức hợp enzym ATPase. Sự tổng hợp này cho phép vi khuẩn sống ở vùng có nồng độ oxi thấp những nhiều ánh sáng. Việc sản xuất ATP trong điều kiện kỵ khí duy nhất chỉ có ở sinh vật nhân sơ, chúng sử dụng một hợp chất hoá học khác hơn cả oxi là chất nhận electron cuối cùng (Lim, 1998, T168). vị trí sản xuất ATP là một điểm khác biệt lớn nhất giữa màng tế bào vi khuẩn và ty thể.LỤC LẠPLục lạp có cấu trúc màng kép, là cơ quan tử duy nhất sản xuất ATP được tìm thấy ở thực vật. Bên trong lớp màng ngoài là một tập hợp màng mỏng tổ chức thành những túi dẹp xếp chồng trông giống như những đồng tiền gọi là tylacoic (Người Hy Lạp gọi là Thylac hoặc sack và oid cũng có nghĩa tương tự). Những đĩa này chứa sắc tố diệp lục, hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời. Nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng nền tảng cho nhu cầu của thực vật bao gồm sản xuất cacbonhydrat từ CO2 và H2O. Lục lạp là cơ quan tử đầu tiên biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng tích trữ – ATP. Năng lượng này sau đó sử dụng để sản xuất cacbonhydrat dự trữ, chúng có thể biển đổi trở lại thành ATP khi cần năng lượng.Ngoài ra lục lạp có một hệ thống vận chuyển điện tử để sản xuất ATP. Những electron đưa vào hệ thống vận chuyển điện tử được lấy từ nước. Trong suốt quá trình quang hợp, CO2 bị biến đổi thành cacbonhydrat bởi nguồn năng lượng lấy từ ATP. Vi khuẩn quang hợp (vi khuẩn xanh) sử dụng một hệ thống khác. Vi khẩn xanh không tạo ra lục lạp, những sử dụng diệp lục liên kết với TBC của tylacoic. Ngoài ra không có một dạng chuyển tiếp hợp lý được tìm thấy, mà có thể liên kết dạng ATP của vi khuẩn sản xuất ra với hệ thống quang hợp của lục lạp . 	Hai học thuyết tiến hoá phổ biến về nguồn ngốc của ty thể và lục lạp, hai hệ thống sản xuất ATP:1: Cộng sinh nội bào của ty thể và lục lạp có nguồn ngốc từ hệ thống màng của vi khuẩn.2: Sự tiến hoá từng bước của màng tế bào nhân sơ sản xuất ra ATP trở thành hệ thống ty thể và lục lạp. Người ta tin rằng dựa vào sự cộng sinh nội bào thì ty thể có nguồn ngốc từ một loài vi khuẩn sống tự do, và rằng “bước đầu của sự tiến hoá những tế bào sinh vật nhân chuẩn đơn giản đầu tiên bao lấy những bộ phận tương lai của chúng”.	Thuyết tiến hoá từng bước và thuyết tiến hoá cộng sinh nội bào, đòi hỏi nhiều dạng chuyển tiếp. Mổi dạng mới này này phải cung cấp cho động vật sự thuận lợi trong cạnh tranh hơn là những động vật trước đó. Sự khác biệt cơ bản giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn chính là phương thức sản xuất ATP: Một trong những cái liên quan đến vấn đề trên là bằng chứng chống lại thuyết cộng sinh nội bào. Không có dạng trung gian là cầu nối giữa phương thức sản xuất ATP của sinh vật nhân sơ và nhân chuẩn từng được tìm thấy .Những luận cứ đặt ra phía trước trong những thuyết ủng hộ tất cả những nghiên cứu ở mức độ cao hơn. Các vấn đề khác gần đây trở thành nhiều bằng chứng: như phần lớn các kết quả nghiên cứu không thừa nhận những tiêu chuẩn của thuyết cộng sinh nội bào.Những tiêu chuẩn của thuyêt này chịu sự công kích bởi một vài mặt không hợp lý. Các nhà nghiên cứu gân đây đang tranh luận về một học thuyết mới.Các nhà khoa học về phức hệ tế bào đầu tiên đã đồng thời đưa ra quan niệm có thể giải quyết những vấn đề nan giải trên với một thuyết mới. Đang được tranh luận một cách công khai. Ông Michael Gray của trường đại học Halifax, Nava Scotia nói: “có nhiều vấn đề đáng lo ngại rằng thuyết này không hiệu quả”Trong bức tranh hình tượng về sự tiến hoá của sinh vật nhân chuẩn thì ty thể là sự ngẫu nhiên may mắn nhất. Đầu tiên tế bào nguyên thuỷ _ chắc chắn rằng đó là vi khuẩn cổ_gần đây phương pháp phân tích bộ gen đã thu được các phức hợp phân tử có khả năng xuyên sâu và tiêu hoá. Phức hợp bắt đầu săn những con vi khguẩn bên cạnh. Tại một vài thời điểm, tế bào con mồi này không thể tiêu hoá hoàn toàn và đã có một kết quả tốt với những tế bào nhận được nhận thường xuyên những thức ăn mong đợi trong quá trình cư trú và trở thành ty thể.Trong nhiều năm sau, các nhà khoa học nghiên cứu nhằm vào những thế hệ sau của tế bào nhân chuẩn nguyên thuỷ: Chắc chắn rằng sinh vật đơn bào nguyên thuỷ thiếu ty thể, những gần đây sự phân tích bộ gen đã khẵng định rằng chúng cũng có một thời có ty thể những đã mất từ lâu. Tìm thấy những dấu vết mà sinh vật nhân chuẩn có thể bằng cách này hay cách khác giành được ty thể của chúng trước khi chúng tạo ra khả năng xuyên sâu và tiêu hoá tế bào khác.KẾT LUẬNTóm lại, chúng ta đã nghiên cứu một trong những đại phân tử lớn của tế bào là ATP và hệ thống phức tạp để sản xuất ra nó. Chúng ta cũng đã tìm thấy những chi tiết nhỏ của hệ thống, thứ mà cho phép phân tử ATP thực hiện chức năng. Phân tử ATP là một trong những hàng trăm nghìn những phân tử cần thiết cho sự sống, mổi phân tử như một câu truyện. Một trong những câu truyện được kể chúng như vật chúa ban tặng gồm những đặc tính và phức hợp khổng lồ của thế giới tự nhiên.Tất cả những quyển sách trong thư viện lớn nhất lớn nhất thế giới không chứa những thông tin cần thiết để hiểu và xây dựng nên được khoảng 100,000 phức hợp đại phân tử sử dụng trong cơ thể người. Nhờ nhiều sự tiến bộ của khoa học đã có được sự hiểu biết về cấu trúc và chức năng của đại phân tử và một vài phân tử đơn giản ngày nay đang được ngành dược phẩm sản xuất. Bây giờ các nhà khoa học đã hiểu được một số chức năng của phân tử có cấu trúc phức tạp và tại sao chúng lại cần cho sự sống, giải thích đượ nguồn ngốc của chúng. Chúng ta đã biết được phương thức cơ bản để sản xuất ATP: Trong thành tế bào vi khuẩn, trong tế bào chất bởi quá trình quang hợp, trong lục lạp và ty thể. Trong quá trình tiến hoá không có dạng chung gian chuyển tiếp là cầu nối của 4 phương thức trên. Theo quan điển chung trên thì rất phức tạp, bộ may sản xuất ATP phải tạo ra được một đơn vị chức năng và chúng có thể không tiến hoá theo nội dung học thuyết của Đác uyn. Sẽ không có phân tử nào thay thế được toàn bộ chức năng của phân tử ATP. Việc sản xuất hợp chất hữu cơ ở thực vật sẽ không hoàn thành nếu không sản xuất ATP. Các nhà khoa học tin rằng lĩnh vực hoá sinh sẽ dẫn đến sự hiểu biết chọn vẹn về học thuyết của Đác uyn.