Bài giảng môn Sinh học đại cương - Chương II: Năng lượng và sự trao đổi chất - Đồng Huy Giới

Nội dung text: Bài giảng môn Sinh học đại cương - Chương II: Năng lượng và sự trao đổi chất - Đồng Huy Giới

1. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ◼ Giảng viên: TS. Đồng Huy Giới ◼ Đơn vị công tác: Bộ môn Sinh Học – Khoa CNSH ◼ Email: dhgioi@vnua.edu.vn
2. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG 2.1. Sự trao đổi chất và thông tin qua màng 2.1.1. Vận chuyển các phân tử nhỏ tan trong Lipid; 2.1.2. Vận chuyển các chất qua kênh Protein; 2.1.3. Vận chuyển các vật thể lớn qua màng; 2.1.4. Tiếp nhận và truyền thông tin qua màng.
3. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Vận chuyển các chất xuôi dốc nồng độ qua kênh protein và protein mang
4. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
5. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Vận chuyển các vật thể lớn qua màng Hiện tượng nhập bào và xuất bào
6. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Vận chuyển các vật thể lớn qua màng Hiện tượng xuất bào ➢ Nước mắt thải ra ngoài từ tuyến lệ; ➢ Tế bào tuyến tuỵ tiết insulin vào máu
7. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG 2.2. Năng lượng sinh học ❖ Năng lượng tự do và năng lượng entropi ❖ Năng lượng hoạt hoá ❖ Năng lượng ATP ❖ Enzyme
8. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Năng lượng hoạt hóa Course of reaction without EA enzyme without EA with enzyme enzyme is lower Course of DG is unaffected reaction by enzyme with enzyme Free energy Free Progress of the reaction
9. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Năng lượng để tổng hợp ATP Năng lượng mặt trời Thức ăn ATP Sinh trưởng, phát triển, hoạt động, thải nhiệt
10. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Khái niệm ❖ Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein; ❖ Có hoạt tính rất cao, có khả năng làm tăng tốc độ của phản ứng nhưng không làm tăng nhiệt độ của phản ứng; ❖ Không bị tiêu hao trong quá trình tham gia phản ứng.
11. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Cấu trúc không gian ❖ Trung tâm hoạt động: Là nơi gắn với cơ chất ❖ Một số enzyme có thêm vị trí dị lập thể: Là nơi gắn với chất ức chế không cạnh tranh hoặc chất hoạt hoá của E.
12. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Cơ chế xúc tác
13. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Hoạt động của enzyme ❖ Giả thuyết chìa và ổ khoá: Do Fisher đề xuất năm 1894, theo đó enzyme là ổ khoá, cơ chất là chìa khoá, chỉ khi chìa khớp với ổ khoá phản ứng mới xáy ra. ❖ Giả thuyết về khớp cảm ứng: Do Koshland Koshland đề xuất năm 1958, Giả thuyết này mềm dẻo hơn, phù hợp với đặc điểm của sinh học, cho đến nay chưa có giả thuyết nào khác thay thế nó.
14. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Tính đặc hiệu của enzyme Đặc hiệu cơ chất ❖ Đặc hiệu tuyệt đối: ❖ Là enzyme hầu như chỉ tác dụng lên một cơ chất nhất định ❖ Ví dụ: Enzyme urease xúc tác cho phản ứng phân giải ure tạo ra NH3 và CO2. ngoài ra nó có thể phân giải hydroxyure nhưng với tốc độ thấp hơn 120 lần. ❖ Đặc hiệu nhóm tuyệt đối: Ví dụ: Enzyme Maltase chỉ xúc tác cho phản ứng phân huỷ Glucoside được tạo thành từ nhóm OH-Glucoside của Glucose với nhóm OH của một monose khác.
15. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme ❖ Nồng độ Enzyme, cơ chất ❖ Nhiệt độ ❖ pH ❖ Chất ức chế
16. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Ảnh hưởng của chất ức chế cạnh tranh ❖ Chất ức chế và cơ chất có sự tương đồng về mặt hoá học. ❖ ví dụ: malic acid và succinic acid Malic acid là chất ức chế của enzyme succinatedehydrogenase, là enzyme xúc tác cho sự biến đổi succinic acid thành acid fumaric acid
17. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
18. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG 2.3. Hô hấp nội bào (Cellular Respiration) Đại cương về hô hấp ❖ Hô hấp là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng (chủ yếu là gluxit), để giải phóng ra năng lượng dưới dạng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể. ❖Phương trình tổng quát: (CH2O)n+ O2 CO2+ H2O + NL
19. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG 2.3. Hô hấp nội bào (Cellular Respiration)
20. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Giai đoạn đầu tư năng lượng (Glycolysis preparatory phase) Glucose ATP Hexokinase ATP + Pi Glucose 6-phosphate Phosphohexose isomerase Fructose 6-phosphate ATP Phosphofructokinase ATP + Pi Fructose 1,6-diphosphate Dihydroxyacetone 3-phosphate Aldolase Isomerase Glyceraldehyde 3-phosphate
21. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
22. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Nguyên liệu và sản phẩm của đường phân Nguyên liệu Glucose NAD+ ADP + Pi Số lượng 1 2 2 Sản phẩm Pyruvat NADH+H+ ATP Số lượng 2 2 2
23. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Lên men rượu (Ethanol fermentation)
24. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Ứng dụng của lên men rượu ❖ Sản xuất bánh mỳ, sản xuất bia, rượu, cồn ; bảo quản nông sản sau thu hoạch.
25. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Ứng dụng của lên men Lactic ❖ Sản xuất phomat, sữa chua, muối dưa cà, ủ chua thức ăn cho gia súc ❖ Lên men lactic ở người và động vật: Gây ra sự mệt mỏi, nếu lượng axit lactic nhiều sẽ gây ra hiện tượng chuột rút.
26. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Hô hấp hiếu khí
27. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Chu trình Krebs (Chu trình acid Citric)
28. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Sản phẩm của một chu trình Krebs ❖ ATP: 1 + ❖ NADH + H : 3 + ❖ FADH + H : 1 ❖ CO2: 2
29. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Sơ đồ hoá thấm tổng hợp ATP trong ty thể
30. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Hiệu suất năng lượng của hô hấp Các giai đoạn Số lượng chất Số ATP tạo Số ATP tạo ATP tổng số mang e- và H+ thành bằng thành từ hoá thấm bản thể - Đường phân 2 NADH+ H+ 6 hoặc 4 2 8 hoặc 6 -Oxy hoá pyruvat 2 NADH+ H+ 6 6 - Chu trình axit 6 NADH+ H+ 18 2 20 citric 2 FADH2 4 4 -Tổng số 34 hoặc 32 4 38 hoặc 36 Eglucose= 686 kcal, EATP= (38 x 7,3) = 277,4 kcal  H=0,4 (40%)
31. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
32. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Quang hợp - Photosynthesis
33. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Oxy trong quang hợp được sinh ra từ CO2 hay H2O? Products: 6 CO2 12 H2O Reactants: C6H12O6 6 H2O 6 O2
34. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Các sắc tố tham gia vào quá trình quang hợp ❖ Sắc tố diệp lục (Chlorophyll) ❖ Sắc tố Carotennoit ❖ Caroten ❖ Xantophyl ❖ Sắc tố phycobilin
35. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Carotene ❖ Công thức hoá học: C40H56; có 3 loại là α, β và γ; ❖ Màu sắc: Có màu đỏ, da cam; ❖ Bước sóng hấp thụ: 446 – 476nm; ❖ Được gọi là tiền tố của vitamin A vì một phân tử carotene khi bị cắt đôi sẽ tạo ra 2 phân tử vitamin A.
36. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
37. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Xantophyl ❖ Công thức hoá học: C40H56On (n=1-6). ❖ Màu sắc: Màu vàng; ❖ Bước sóng hấp thụ: 451 – 481nm.
38. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Chức năng của Carotenoid ❖ Thu hút côn trùng, giúp cho sự thụ phấn hay để phát tán quả và hạt. ❖ Bảo vệ diệp lục khi cường độ ánh sáng quá mạnh; ❖ Tham gia vào quang phân ly nước và giải phóng oxy; ❖ Tiếp nhận năng lượng ánh sáng và truyền đến diệp lục.
39. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Hệ quang hợp (photosystem) ❖Thành phần: ❖Các sắc tố quang hợp (khoảng 300 phân tử sắc tố/hệ) ❖Các chất trong hệ dẫn truyền điện tử như feredoxin, plastokinon, xytocrom ❖Các phân tử protein và enzyme ATPsynthetaza. ❖Hệ quang hợp I (kí hiệu là PSI): Có trung tâm phản ứng (reaction center) là P700 (vì nó không thể hấp thu ánh sáng có độ dài sóng cao hơn 700nm). ❖Hệ quang hợp II (ký hiệu là PSII). Có trung tâm phản ứng (reaction center) là P680 (vì nó không thể hấp thu ánh sáng có độ dài sóng cao hơn 680nm).
40. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Thylakoid hệ thống quang hợp STROMA Photon hệ thống hấp thụ Chất nhận e ánh sáng Giai đoạn Quang lý và quang hoá e– khởi nguyên màng Thylakoid Thylakoid màng Vận chuyển Phân tử diệp năng lượng lục a Phân tử sắc tố Đặc biệt Xoang của túi thylacoid
41. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Vận chuyển điện tử vòng Chất nhận e đầu tiên Primary Fd acceptor Fd NADP+ Pq NADP+ reductase Phức hệ Cytochrome NADPH Pc Hệ quang hoá I ATP Hệ quang hoá II
42. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
43. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
44. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Pha tối của quá trình quang hợp (Dark Reaction ) ❖ Còn được gọi là pha cố định Cacbon (Carbon fixation), hay cố định CO2. ❖ Nơi diễn ra: Trong chất nền của lục lạp (Stroma), không cần có ánh sáng. + ❖ Nguyên liệu: ATP, NADPH + H lấy từ pha sáng; CO2 lấy từ môi trường. ❖ Diễn biến: Có thể diễn ra theo 1 trong 3 cơ chế sau đây ❖ Chu trình Calvin hay còn gọi là cơ chế C3 ❖ Chu trình Hatch – Slack hay còn gọi là cơ chế C4 ❖ Chu trình CAM (Crassulacean acid metabolism). + ❖ Sản phẩm: Các hợp chất hữu cơ, ADP, NADP
45. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Chu trình Calvin (C3) - Chu trình Calvin hay chu trình Calvin–Benson- Bassham - Diễn ra ở tất cả các loài thực vật - Các loài thực vật chỉ tồn tại duy nhất theo kiểu cố định các bon C3 được gọi là thực vật C3, đa số các loài thực vật là thực vật C3. - Thực vật C3 phát triển tốt trong các khu vực với các điều kiện sau: cường độ ánh sáng Mặt Trời và nhiệt độ vừa phải, hàm lượng CO2 là khoảng 200ppm hoặc cao hơn, nước đầy đủ.
46. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
47. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Chu trình Hatch-Slack (C4) ◼ Được hai nhà nghiên cứu người Australia là M. D. Hatch và C. R. Slack phát hiện năm 1966 ◼ Các loài thực vật sử dụng cơ chế cố định cacbon C4 được gọi chung là thực vật C4 (ngô, mía, kê châu phi ). ◼ Khác với thực vật C3, quá trình cố định các bon ở thực vật C4: ◼ Gồn 2 chu trình và được thực hiện ở lục lạp của 2 loại tế bào khác nhau là tế bào mô đồng hóa và tế bào bọc mạch. ◼ Chất tiếp nhận CO2 là PEP có 3 các bon; chất được tạo thành đầu tiên sau khi tiếp nhận CO2 là hợp chất có 4 các bon.
48. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Cấu trúc lá của thực vật C4
49. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Chu trình Hatch-Slack (C4)
50. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Chu Trình CAM (Crassulacean acid metabolism) ◼ Cố định các bon theo chu trình CAM là một kiểu cố định các bon ở một số loài thực vật thích nghi với điều kiện sống khô hạn (xương rồng, thuốc bỏng, dứa). ◼ CAM được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra, là họ thiên cảnh (Crassulaceae). ◼ Cơ chế pha tối của thực vật CAM gần giống thực vật C4, ngoại trừ: ◼ Ở thực vật CAM chỉ xảy ra trên 1 loại tế bào (Thực vật C4 2 loại) ◼ Ở thực vật CAM, giai đoạn 1 xảy ra vào ban đêm, giai đoạn 2 xảy ra vào ban ngày.
51. BÀI GIẢNG MÔN: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
52. LE 10-21 Light BÀIreactions GIẢNG MÔN: Calvin cycle SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG H2O CO2 Light NADP+ ADP P + i RuBP 3-Phosphoglycerate Photosystem II Electron transport chain Photosystem I ATP G3P Starch NADPH (storage) Chloroplast Amino acids Fatty acids O2 Sucrose (export)