Cơ sở hóa học của trao đổi năng lượng (p4)

CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG (P4) (Chemotrophic Energy Metabolism)Cấu trúc và chức năng các phân tử sinh học(Structure & Function of Biomolecules)Thuyết thẩm thấu hóa học Peter Mitchell (1961)Năng lượng giải phóng từ sự vận chuyển e- bơm H+ từ nội chất tới không gian giữa hai lớp màng đã tạo ra gradien điện thế proton [proton motive force (pmf)].H+ chuyển động trở lại vào nội chất qua enzym ATP synthase dẫn đến sự tổng hợp ATP.Mô hình thẩm thấu hóa học (Chemiosmotic Model)H+ được bơm từ nội chất ở 3 vị trí .Phức hợp I = 4 H+Phức hợp III = 4 H+Phức hợp IV = 2 H+(high pH)(low pH)Chứng minh thuyết thẩm thấu hóa học Đưa O2 vào ty thể sẽ làm pH thay đổi Phá vỡ màng trong ty thể sẽ làm ngừng quá trình tổng hợp ATP.Điện ly ion sẽ làm cản trở quá trình tổng hợp ATP.Mối quan hệ giữa DG˚’ và pmfDG˚’ = -nF (pmf)n = Điện tích của 1 protonDG˚’ = -1(23,062 cal/mol•V)(0.22V)	 = -5120 cal/mol = -5.12 kcal/mol~ 5.12 kcal/mol năng lượng tạo ra cho một mol proton trở lại nội chất (matrix).Các chất kháng và điện giảiCác chất kháng (Uncouplers)Giảm pmf do H+ đi qua màng.Ví dụ: dinitrophenolCác chất điện giải:Các loại protein ghét nước sẽ vận chuyển H+ qua màng. Ví dụ: gramicidin ADNP(an ionophore) Xác định động lực chuyển động proton Proton motive force (pmf)pmf = Vm + 2.303 RT DpH/FVm = Điện thế màng (V) ( Màng ty thể là 0.16 V )R = Hằng số khí lý tưởng (1.987 cal/mol•K)T = Nhiệt độ (K)DpH = Sự chênh lệch pH của màng( Ty thể ~1.0 ) 	mitochondrion)F = Hằng số Faraday(23,062 cal/mol•V)Trong tế bào :pmf = 0.16V + 2.303(1.987 cal/mol•K)(310K)(1.0/23,062 cal/mol•V)	 = 0.22VMối quan hệ giữa pmf với quá trình tổng hợp ATP Biết rằng DG ở tế bào cho thủy phân ATP là = -13 kcal/mol, vậy cần bao nhiêu H+ cho việc tổng hợp một phân tử ATP?Tổng cộng 4 H+/ATP: Cần 3 H+ để tạo 1 ATP Cần 1 H+ để vận chuyển Pi vào nội chất Tỷ lệ P/O ( số ATP tạo ra /nguyên tử Oxy )(10 H+ được bơm /NADH)/4 = 2.5 (6 H+ được bơm /FADH2)/4 = 1.5ATP SynthaseEfraim Racker phân lập phân tử từ 1960.Paul Boyer & John Walker được trao giải Nobel năm 1997 cho việc xác định quá trình tổng hợp ATPF0 = Di chuyển proton F1 = Các phần xúc tác(Tiểu phần g, e và c12 của con quay F0 để proton di qua) Mô hình biến đổi cấu trúcĐược Paul Boyer đề xuất : + Tiểu phần b của F1 có 3 hình dáng : Dạng L = Lỏng lẻo ADP + Pi xâm nhập vào Dạng T = Đóng ADP + Pi gắn vào nhau và enzym catalyzes xúc tác để tạo thành ATPDạng O = Mở hoàn toàn Ái lực thấp với cơ chất và sản phẩm, Tóm tắt hô hấp tế bàoCon thoi e- Glycerol phosphate shuttle(Cơ xương, não)Con thoi Malate-aspartate (gan, thận, tim)Porine-e-Kiểm tra quá trình Photphorin hóa oxy hóaKiểm tra hô hấp Ức chế bởi  [ATP]Hoạt động bởi  [ADP + Pi]Tỷ lệ giữa ATP và ADP được kiểm soát bởi 2 quá trình : 	- Chuyển hóa ADP-ATP 	- Quá trình chuyển nhóm Phosphate 33Hạn chế sự vận chuyển e- và sự sinh nhiệtSự sinh nhiệt không do lạnh Sự hình thành nhiệt ở mỡ nâu.Các thể mỡ gắn vào ty thể.Các protein kháng (UCP hoặc sinh nhiệt) vận chuyển H+ qua màng làm cho H+ không đi vào enzym ATP synthase.Năng lượng từ ETS được tỏa ra dưới dạng nhiệt.ỡ nâu ty thể sinh nhiệt lượng Mỡ nâu; mô mỡ ở trẻ sơ sinh hoặc động vật ngủ đôngNăng lượng của quá trình oxy hóa đều sinh nhiệt, không sản xuất ATPSự sinh nhiệt xảy ra khi các proton quay lai nội chất mà không qua phức hợp FoF1 của enzym ATP synthaseNăng lượng trong gradient proton chuyển thành nhiệt lượng.