Giới thiệu về trao đổi chất (sinh hóa). Nguyên tắc chung điều hòa các quá trình trao đổi chất Điều gì sẽ tăng tốc độ trao đổi chất

Chương 5.

Các yếu tố của nhiệt động hóa học

1. Tổ chức phản ứng hóa học. Chu trình năng lượng

2. Nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực học

3. Định luật nhiệt động lực học

4. Giới thiệu về trao đổi chất, nguyên tắc tổ chức trao đổi chất. Khái niệm về quá trình dị hóa và đồng hóa.

5. Phân cấp điều hòa trao đổi chất

6. Chuyển hóa năng lượng. Năng lượng sinh học là gì?

7. Thế proton.

8. Đặc điểm cấu trúc của ATP. Vai trò của macroergs trong quá trình trao đổi chất.

9. Ý tưởng về quá trình oxy hóa sinh học, vai trò và các loại của nó, các enzyme và coenzym của quá trình này. Sự oxy hóa các chất nền năng lượng, chất mang electron và proton. Tạo thế proton Hệ số phosphoryl oxy hóa. Cơ chế điều chỉnh của nó.

10. Cách sử dụng oxy.

11. Tổng hợp ATP.

12. Con đường trao đổi chất thông thường. Chu trình axit tricarboxylic là bản chất lưỡng tính của nó. Thế năng proton.

Các hợp chất năng lượng cao quan trọng về mặt sinh học. Khái niệm oxy hóa sinh học. Vai trò của quá trình oxy hóa sinh học

13. Phản ứng oxy hóa - khử. Con đường sử dụng oxy: oxidase và oxyase.

14. Tổng hợp ATP. Tổng hợp ATP bằng cơ chất và quá trình phosphoryl oxy hóa.

Sự tạo ra thế năng proton. Tổng hợp ATP nhờ thế proton.

15. Nhiệm vụ tình huống, nhiệm vụ lý thuyết và thực hành thí nghiệm đề tài “Nhiệt động lực sinh hóa”.

16. Chuyển hóa năng lượng và con đường dị hóa chung.

Nhiệt động lực sinh hóa- một nhánh của hóa sinh nghiên cứu sự biến đổi năng lượng đi kèm với các phản ứng sinh hóa. Nguyên tắc cơ bản của nó giúp giải thích tại sao một số phản ứng xảy ra còn những phản ứng khác thì không. Các hệ thống phi sinh học có thể thực hiện công bằng cách sử dụng năng lượng nhiệt, trong khi các hệ thống sinh học hoạt động ở chế độ đẳng nhiệt và sử dụng năng lượng hóa học để thực hiện các quá trình sống.

Hoạt động sống còn của sinh vật được xác định bởi đặc thù của việc tổ chức các cấu trúc sinh học, quá trình trao đổi chất và năng lượng, việc truyền thông tin di truyền và cơ chế điều hòa.

Thiệt hại đối với bất kỳ liên kết nào trong số này dẫn đến sự phát triển của một quá trình bệnh lý và bệnh tật. Kiến thức về các cơ chế phân tử của sự sống và các rối loạn của chúng là cơ sở cho việc tìm kiếm và sử dụng lâm sàng các loại thuốc có bản chất sinh học khác nhau.

Tổ chức các phản ứng hóa học.

Chuỗi phản ứng hóa học hình thành các con đường hoặc chu trình trao đổi chất, mỗi chuỗi thực hiện một chức năng cụ thể. Người ta thường phân biệt giữa con đường trao đổi chất trung tâm và con đường trao đổi chất đặc biệt. Chu kỳ trung tâm là phổ biến cho sự phân hủy và tổng hợp các đại phân tử cơ bản. Họ rất giống nhau ở bất kỳ đại diện nào của thế giới sống. Các chu trình đặc biệt là đặc trưng của quá trình tổng hợp và phân hủy các đơn phân, đại phân tử, đồng yếu tố, v.v..

Chu kỳ năng lượng.

Do sự đa dạng về các hình thức dinh dưỡng và tiêu thụ năng lượng nên các sinh vật sống trong tự nhiên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Mối quan hệ về dinh dưỡng và sử dụng các nguồn năng lượng có thể được thể hiện dưới dạng các chu trình năng lượng độc đáo của thiên nhiên sống.

Các thành phần chính của chu kỳ này:

Mặt trời là nguồn năng lượng ngoài trái đất

Sinh vật tự dưỡng thu năng lượng mặt trời và tổng hợp cacbohydrat và các chất hữu cơ khác từ CO 2

Dị dưỡng - sinh vật động vật tiêu thụ chất hữu cơ và oxy do thực vật tạo ra

Phototrophs là thực vật tạo ra oxy thông qua quá trình quang hợp.

Sự mất mát năng lượng liên quan đến hoạt động sống của mọi sinh vật trên Trái đất được bù đắp bằng năng lượng của Mặt trời. Cần nhấn mạnh rằng tế bào động vật và con người sử dụng các chất có tính khử cao (carbohydrate, lipid, protein) làm nguyên liệu năng lượng, tức là chứa hydro. Hydro là một chất có giá trị về mặt năng lượng. Năng lượng của nó được chuyển hóa thành năng lượng của các liên kết hóa học của ATP.

Trao đổi chất và năng lượng là nền tảng của sự sống của sinh vật và là một trong những đặc điểm cụ thể quan trọng nhất của vật chất sống, phân biệt vật sống với vật không sống. Sự điều hòa trao đổi chất phức tạp nhất ở các cấp độ khác nhau được đảm bảo bởi hoạt động của nhiều hệ thống enzyme; đây là sự tự điều chỉnh các biến đổi hóa học.

Enzyme là những protein chuyên biệt cao được tổng hợp trong tế bào từ các khối xây dựng đơn giản - axit amin. Quá trình trao đổi chất được thực hiện với sự tham gia của hàng trăm loại enzyme khác nhau. Các phản ứng được xúc tác bằng enzyme mang lại hiệu suất 100% mà không hình thành sản phẩm phụ. Mỗi enzyme chỉ tăng tốc một chuỗi phản ứng nhất định của một hợp chất nhất định mà không ảnh hưởng đến các phản ứng khác có sự tham gia (hợp chất) của nó. Do đó, nhiều phản ứng có thể diễn ra trong tế bào mà không có nguy cơ làm ô nhiễm tế bào bởi các sản phẩm phụ. Hàng trăm phản ứng trong tế bào với sự tham gia của enzyme được tổ chức dưới dạng phản ứng tuần tự - dòng chảy cố định.

Trong quá trình biến đổi hóa học, xảy ra sự tái cấu trúc lớp vỏ điện tử của các nguyên tử, phân tử và ion tương tác và xảy ra sự phân bố lại lực liên kết hóa học, dẫn đến giải phóng năng lượng (nếu kết quả của sự tương tác là sự tăng cường liên kết giữa các nguyên tử, ion). và phân tử), hoặc hấp thụ (nếu các liên kết này trở nên yếu hơn). Do đó, tất cả các phản ứng hóa học được đặc trưng không chỉ bởi những thay đổi sâu sắc về chất và các mối quan hệ cân bằng hóa học được xác định chặt chẽ giữa lượng chất ban đầu và lượng chất được hình thành do phản ứng, mà còn bởi các hiệu ứng năng lượng được xác định rõ ràng.

Định luật nhiệt động lực học

Định luật nhiệt động đầu tiên.

Khái niệm về quá trình dị hóa và đồng hóa.

Tập hợp các quá trình biến đổi hóa học của các chất xảy ra trong cơ thể, bắt đầu từ khi chúng vào máu cho đến khi sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất được thải ra khỏi cơ thể, được gọi là trao đổi chất trung gian(trao đổi trung gian). Chuyển hóa trung gian có thể được chia thành hai quá trình - dị hóa (đồng hóa) và đồng hóa (đồng hóa).

Dị hóa gọi là sự phân hủy enzyme của các phân tử hữu cơ tương đối lớn, thường ở các sinh vật bậc cao, bằng con đường oxy hóa. Quá trình dị hóa đi kèm với việc giải phóng năng lượng có trong cấu trúc phức tạp của các phân tử hữu cơ và dự trữ nó dưới dạng năng lượng của các liên kết photphat của ATP (quá trình giải phóng năng lượng, giải phóng năng lượng Gibbs và lưu trữ dưới dạng ATP).

đồng hóa là sự tổng hợp enzyme của các thành phần tế bào phân tử lớn, chẳng hạn như polysacarit, axit nucleic, protein, lipid, được đặc trưng bởi năng lượng Gibbs đáng kể và entropy thấp, cũng như tổng hợp một số tiền chất sinh tổng hợp của các hợp chất đơn giản hơn, với liên kết mạnh hơn (thấp Giá trị năng lượng Gibbs và giá trị entropy cao - CO 2, NH 3, urê, creatinine).

Các quá trình đồng hóa xảy ra đồng thời trong tế bào và liên kết chặt chẽ với nhau. Về cơ bản, chúng không nên được coi là hai quá trình riêng biệt mà là hai mặt của một quá trình chung - trao đổi chất, trong đó quá trình biến đổi chất gắn bó chặt chẽ với quá trình biến đổi năng lượng.

Dị hóa.

Sự phân hủy các chất dinh dưỡng cơ bản trong tế bào là một chuỗi các phản ứng enzyme tuần tự tạo nên 3 giai đoạn chính của quá trình dị hóa (Hans Krebs) - hòa tan.

Giai đoạn 1– các phân tử hữu cơ lớn phân hủy thành các khối cấu trúc cụ thể cấu thành của chúng. Do đó, polysacarit được phân hủy thành hexose hoặc pentose, protein thành axit amin, axit nucleic thành nucleotide và nucleoside, lipid thành axit béo, glyceride và các chất khác.

Lượng năng lượng giải phóng ở giai đoạn này là nhỏ - dưới 1%.

Giai đoạn 2– thậm chí các phân tử đơn giản hơn cũng được hình thành và số lượng loại của chúng giảm đi đáng kể. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là ở đây các sản phẩm được hình thành chung cho quá trình chuyển hóa các chất khác nhau - đây là những nút kết nối các con đường trao đổi chất khác nhau. Chúng bao gồm: pyruvate – được hình thành trong quá trình phân hủy carbohydrate, lipid, axit amin; acetyl-CoA - kết hợp quá trình dị hóa axit béo, carbohydrate, axit amin.

Sản phẩm thu được ở giai đoạn dị hóa thứ 2 đi vào giai đoạn 3, được gọi là chu trình Krebs - chu trình axit tricarboxylic (TCA), trong đó xảy ra quá trình oxy hóa cuối cùng. Trong giai đoạn này, tất cả các sản phẩm đều bị oxy hóa thành CO 2 và H 2 O. Hầu như toàn bộ năng lượng được giải phóng trong giai đoạn 2 và 3 của quá trình dị hóa.

Tất cả các giai đoạn dị hóa hoặc đồng hóa nêu trên, được gọi là “sơ đồ Krebs”, phản ánh chính xác nhất các nguyên tắc quan trọng nhất của quá trình trao đổi chất: hội tụ và thống nhất. hội tụ- sự kết hợp của nhiều quá trình trao đổi chất khác nhau đặc trưng của từng loại chất thành những quá trình trao đổi chất chung cho tất cả các loại. Giai đoạn tiếp theo - sự thống nhất– giảm dần số lượng người tham gia vào quá trình trao đổi chất và sử dụng các sản phẩm trao đổi chất phổ biến trong các phản ứng trao đổi chất.

Ở giai đoạn đầu tiên, nguyên tắc thống nhất có thể thấy rõ: thay vì nhiều phân tử phức tạp có nguồn gốc rất khác nhau, các hợp chất khá đơn giản được hình thành với số lượng 2-3 chục. Những phản ứng này xảy ra ở đường tiêu hóa và không kèm theo việc giải phóng một lượng lớn năng lượng. Nó thường bị tiêu tan dưới dạng nhiệt và không được sử dụng cho các mục đích khác. Tầm quan trọng của các phản ứng hóa học ở giai đoạn đầu tiên là chuẩn bị các chất dinh dưỡng cho quá trình giải phóng năng lượng thực sự.

Ở giai đoạn thứ hai, nguyên tắc hội tụ được thể hiện rõ ràng: sự hợp nhất của các con đường trao đổi chất khác nhau thành một kênh duy nhất - nghĩa là vào giai đoạn thứ 3.

Ở giai đoạn 2, khoảng 30% năng lượng chứa trong chất dinh dưỡng được giải phóng. 60-70% năng lượng còn lại được giải phóng trong chu trình axit tricarboxylic và quá trình oxy hóa cuối cùng liên quan. Trong hệ thống oxy hóa cuối cùng hoặc chuỗi hô hấp, dựa trên quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, sự thống nhất đạt đến đỉnh cao. Dehydrogenase xúc tác quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong chu trình TCA chỉ chuyển hydro sang chuỗi hô hấp, chuỗi này trải qua các biến đổi giống hệt nhau trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Đồng hóa.

Quá trình đồng hóa cũng trải qua ba giai đoạn. Các chất ban đầu là những chất trải qua quá trình biến đổi ở giai đoạn thứ 3 của quá trình dị hóa. Vì vậy, giai đoạn 3 của quá trình dị hóa là giai đoạn đầu của quá trình đồng hóa. Các phản ứng ở giai đoạn này có chức năng kép - lưỡng tính. Ví dụ, tổng hợp protein từ axit amin.

Giai đoạn 2 – hình thành axit amin từ axit keto trong các phản ứng chuyển hóa.

Giai đoạn 3 – kết hợp axit amin thành chuỗi polypeptide.

Ngoài ra, là kết quả của các phản ứng tuần tự, quá trình tổng hợp axit nucleic, lipid và polysacarit xảy ra.

Vào những năm 60-70 của thế kỷ 20, rõ ràng quá trình đồng hóa không phải là sự đảo ngược đơn giản của các phản ứng dị hóa. Điều này là do đặc tính hóa học của phản ứng hóa học. Một số phản ứng dị hóa thực tế là không thể đảo ngược. Dòng chảy của chúng theo hướng ngược lại bị ngăn cản bởi những rào cản năng lượng không thể vượt qua. Trong quá trình tiến hóa, các phản ứng bỏ qua đã được phát triển liên quan đến việc tiêu hao năng lượng từ các hợp chất năng lượng cao. Các con đường dị hóa và đồng hóa khác nhau, theo quy luật, ở vị trí của chúng trong tế bào - sự điều hòa cấu trúc.

Ví dụ: quá trình oxy hóa axit béo xảy ra ở ty thể, trong khi quá trình tổng hợp axit béo được xúc tác bởi một nhóm enzyme có trong bào tương.

Chính do sự định vị khác nhau mà quá trình đồng hóa và dị hóa trong tế bào có thể xảy ra đồng thời.

Nguyên tắc tích hợp trao đổi chất

Do đó, các con đường trao đổi chất rất đa dạng, nhưng trong sự đa dạng này có sự thống nhất, đó là một đặc điểm cụ thể của quá trình trao đổi chất.

Sự thống nhất này nằm ở chỗ từ vi khuẩn đến mô có tổ chức cao của sinh vật bậc cao, các phản ứng sinh hóa đều giống hệt nhau. Một biểu hiện khác của sự thống nhất là tính chất mang tính chu kỳ của các quá trình trao đổi chất quan trọng nhất. Ví dụ, chu trình axit tricarboxylic, chu trình urê, chu trình pentose. Rõ ràng, các phản ứng theo chu kỳ được lựa chọn trong quá trình tiến hóa hóa ra lại là tối ưu để đảm bảo các chức năng sinh lý.

Khi phân tích tổ chức các quá trình trao đổi chất trong cơ thể, câu hỏi được đặt ra một cách tự nhiên: làm thế nào để duy trì các quá trình đạt được phù hợp với nhu cầu của cơ thể ở các giai đoạn khác nhau của cuộc đời? Những thứ kia. Làm thế nào để duy trì “cân bằng nội môi” (một khái niệm được Cannon đưa ra lần đầu tiên vào năm 1929) trong bối cảnh các hoàn cảnh sống luôn thay đổi, tức là. - khi môi trường bên trong và bên ngoài thay đổi. Như đã đề cập ở trên, việc điều hòa quá trình trao đổi chất cuối cùng dẫn đến việc thay đổi hoạt động của các enzyme. Đồng thời, chúng ta có thể nói về hệ thống phân cấp điều hòa trao đổi chất.

Trao đổi năng lượng

Năng lượng sinh học – là môn khoa học nghiên cứu sự cung cấp năng lượng của sinh vật, hay nói cách khác là sự chuyển hóa năng lượng của các nguồn tài nguyên bên ngoài thành công có ích về mặt sinh học. Giai đoạn đầu tiên của quá trình chuyển đổi năng lượng là cung cấp năng lượng cho màng - đây là quá trình tạo ra năng lượng sự khác biệt xuyên màng về thế năng điện hóa của ion hydro hoặc thế năng proton (ΔμH +) và sự khác biệt xuyên màng về thế năng điện hóa của natri hoặc thế năng natri (ΔμNa +).

Chương 6.

Khái niệm oxy hóa sinh học

Quá trình oxy hóa sinh học là tổng thể của tất cả các phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong cơ thể sống.

Các cách sử dụng oxy

Oxi là chất oxi hóa mạnh. Thế oxy hóa khử của cặp oxy/nước là +0,82 V. Oxy có ái lực cao với electron. Có hai cách để sử dụng oxy trong cơ thể: oxyase và oxyase.

Quá trình oxy hóa

Con đường oxy hóa Con đường oxy hóa

hoàn thành không đầy đủ

quá trình oxy hóa oxy hóa

sản phẩm cuối cùng monooxy-dioxy-peroxide

Genase oxy hóa genase

H 2 O H 2 O 2 chiều

R-OH HO-R-OH R-O-O-H

Con đường oxy hóa

Con đường oxydase để sử dụng oxy dựa trên phản ứng khử hydro, dẫn đến việc loại bỏ 2 nguyên tử hydro (2H↔2H + +2ē) khỏi chất nền bị oxy hóa và sau đó chúng chuyển sang oxy.

Cần có hai cặp electron để khử hoàn toàn oxy thành nước.

(4ē). Đồng thời, 2 ē được thêm vào ½ O 2.

2ē ½O 2 + 2ē OH -

RH 2 + ½O 2 R + H 2 O OH - + 2H + -- 2 H 2 O

Quá trình khử không hoàn toàn oxy thành hydro peroxide cần một cặp electron (2 ē). Mỗi lần một electron được thêm vào.

O 2 + ē O 2 - gốc anion superoxide

Gốc O 2 + H + HO 2 peroxide

HO 2 + ē HO 2 - ion peroxit

HO - 2 + H + H 2 O 2 hydro peroxide

Con đường oxy hóa

Con đường oxyase để sử dụng oxy dựa trên việc đưa oxy trực tiếp vào chất nền bị oxy hóa, với sự hình thành các hợp chất có một hoặc nhiều nhóm hydroxyl hoặc các hợp chất hữu cơ có nhóm peroxide.

Monooxygenase– hệ thống enzyme xúc tác việc đưa chỉ một nguyên tử oxy vào cơ chất đã được biến đổi và nguyên tử oxy thứ hai bị khử thành nước với sự có mặt của NADPH+H + là nguồn hydro.

RH 2 + O 2 + NADPH + H + → R-OH + NADP + + H 2 O

Dioxygenase– hệ thống enzyme xúc tác cho việc đưa hai nguyên tử oxy vào cơ chất.

RH 2 + 2O 2 + NADPH + H + HO-R-OH + NADP +

Con đường trao đổi chất chung.

Acetyl-CoA là chất chuyển hóa trung tâm để chuyển đổi glucose, axit béo và một số axit amin.

Ồ Ồ

TPP – hydroxyetyl

Ở giai đoạn thứ hai, dư lượng acyl được coenzym A (KoA-SH) tiếp nhận và hình thành acetyl-CoA. Sự chuyển vị của gốc acyl được xúc tác bởi enzyme thứ hai của phức hợp - dihydrolipoyltransacetylase . Chất mang cặn acyl là nhóm giả của enzyme - axit lipoic

(hợp chất giống vitamin), có thể ở hai dạng: oxy hóa và khử.

(Mẫu đã được khôi phục)

Ở giai đoạn thứ ba, quá trình oxy hóa dạng axit lipoic khử xảy ra. Chất nhận hai nguyên tử hydro là coenzym NAD+. Phản ứng oxy hóa được xúc tác bởi enzyme thứ ba - dihydrolipoyl dehydrogenase, nhóm chân tay giả trong số đó là FAD.

NADH + H + cung cấp 2H+ và 2ē cho chuỗi hô hấp và đảm bảo tổng hợp 3 mol ATP.

Điều hòa phức hợp pyruvate dehydrogenase (PDH)

Sự hình thành acetyl-CoA từ pyruvate là phản ứng không thuận nghịch, vì ΔG = - 33,5 kJ/mol. Hoạt động của phức hợp pyruvate dehydrogenase được điều hòa theo nhiều cách khác nhau: điều hòa dị lập thể và thông qua quá trình phosphoryl hóa thuận nghịch (biến đổi cộng hóa trị). [ATP]/[ADP] và [NAD+]/[NADH] là những tín hiệu quan trọng nhất phản ánh nhu cầu năng lượng của tế bào. PDH hoạt động ở dạng khử phospho. Protein kinase PDH chuyển đổi enzyme thành dạng phosphoryl hóa không hoạt động và phosphatase duy trì PDH ở trạng thái khử phospho hoạt động. Khi tế bào bão hòa ATP (tỷ lệ mol [ATP]/[ADP] tăng), protein kinase được kích hoạt, ức chế PDH.

ATP là sản phẩm bị loại bỏ của phản ứng khử carboxyl oxy hóa của PVK. Ngoài ATP, sản phẩm phản ứng còn hoạt hóa protein kinase: acetyl-CoA và NADH. Khi năng lượng dư thừa được tạo ra, hệ thống điều hòa sẽ ngăn chặn sự hình thành Acetyl-CoA và kết quả là làm giảm tốc độ của chu trình TCA và tổng hợp ATP.

Hình.6-1. Điều hòa hoạt động của protein kinase pyruvate decarboxylase bằng cách

Chu trình axit tricarboxylic

Chu trình này còn được gọi là chu trình Krebs, để vinh danh Hans Krebs (người đoạt giải Nobel năm 1953), người đã xác định trình tự của các phản ứng này. Chu trình axit tricarboxylic (TCA) - một mặt, là giai đoạn cuối cùng của quá trình dị hóa protein, carbohydrate và lipid, đi kèm với việc tạo ra các coenzym khử - chất nền năng lượng phổ quát - FADH 2, NADPH + H +. Các coenzym khử được tiếp tục sử dụng bởi chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể để tạo ra ATP từ ADP và PhN. Mặt khác, các sản phẩm trung gian của chu trình TCA là chất nền cho quá trình sinh tổng hợp các chất protein nội sinh, các hợp chất carbohydrate và lipid và các hợp chất khác.

Chức năng dị hóa của chu trình TCA.

Chu trình TCA là một chuỗi gồm 8 phản ứng, trong đó acetyl-CoA (axit axetic hoạt tính) bị oxy hóa thành hai phân tử CO 2, tức là. đến sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất.

Acetyl-CoA là nhóm acyl hai carbon được đặc trưng bởi liên kết C-C rất mạnh. Sự cắt trực tiếp liên kết C-C trong acetyl-CoA là một nhiệm vụ hóa học khó khăn. Trong tự nhiên, có một giải pháp rất phổ biến cho những vấn đề như vậy - đây là sự chuyển đổi theo chu kỳ. Chu trình TCA bắt đầu bằng phản ứng ngưng tụ của acetyl-CoA với oxaloacetate (OAA) để tạo thành citrate (axit citric) và kết thúc bằng sự hình thành OAA trong quá trình oxy hóa malate, tức là. chu kỳ đóng lại. Tất cả các enzyme chu trình TCA đều được định vị trong chất nền ty thể và là các protein hòa tan. Một ngoại lệ là succinate dehydrogenase, được định vị trên bề mặt màng trong ty thể.

Phản ứng ngưng tụ.

Acetyl-CoA + OAA + H 2 O → xitrat + KoA-SH

Phản ứng được xúc tác bởi enzyme điều hòa - citrate synthase, đây là phản ứng phụ thuộc năng lượng không thuận nghịch, vì ΔG = - 32,2 kJ/mol. Nguồn năng lượng trong phản ứng này là năng lượng phá vỡ liên kết thioester trong phân tử acetyl-CoA.

Citrate là một axit hydroxy tricarboxylic. Nhóm hydroxyl nằm ở nguyên tử bậc ba C. Tương tự như rượu bậc ba, citrate không bị oxy hóa.

Phản ứng đồng phân hóa.

Kết quả của phản ứng này là nhóm hydroxo chuyển từ vị trí thứ 3 sang vị trí thứ 2 của chuỗi carbon citrate và hình thành đồng phân của axit citric - isocitrate. Aconitase, một enzyme có đặc tính lập thể tuyệt đối, xúc tác quá trình loại bỏ tuần tự H2O và sau đó bổ sung nó vào vị trí khác.

Citrat → aconit → isocitrate

Isocitrate là đồng phân của axit citric, trong đó nhóm OH nằm ở nguyên tử carbon thứ cấp. Tương tự như rượu bậc hai, isocitrate có thể trải qua quá trình oxy hóa để tạo thành axit keto.

Phản ứng oxy hóa.

Succinate fumarate

Mốt FADN 2

Phản ứng được xúc tác bởi succinate dehydrogenase phụ thuộc FAD, enzyme này có tính đặc hiệu lập thể tuyệt đối. Sản phẩm phản ứng là fumarate (đồng phân trans). Coenzym FADH 2 khử cung cấp 2H+ và 2ē cho chuỗi hô hấp để tạo ATP

Phản ứng hydrat hóa

Fumarate +H 2 O → malate

Việc thêm nước vào fumarate được xúc tác bởi fumarase (tên truyền thống của enzyme). Sản phẩm phản ứng là axit hydroxy - malate (axit malic).

Phản ứng oxy hóa.

OAA Malt

NAD + NADH + H +

Phản ứng được xúc tác bởi men dehydrogenase malate phụ thuộc NAD +.

OAA được đưa vào phản ứng ngưng tụ với phân tử acetyl-CoA mới, tức là Hệ thống sưởi trung tâm đóng lại. Coenzym NADH+H + khử cung cấp 2H + và 2ē cho chuỗi hô hấp và tham gia vào quá trình phosphoryl oxy hóa.

Phép cân bằng hóa học của TTC.

CH 3 -CO-S-KoA + 2H 2 O + ZNAD + + FAD + GDP + H 3 PO 4 → 2CO 2 + 3NADH + ZN + + FADH 2 , +GTP + KoA-SH, ΔG=-40,0 kJ/mol

Do đó, sau một vòng quay của chu trình, KoA-SH bị tách khỏi acetyl-CoA và dư lượng acetyl được tách thành 2 phân tử CO 2. Quá trình trao đổi chất này đi kèm với:

Sự hình thành 4 coenzym khử: 3 phân tử NADH+H+ và 1 phân tử FADH 2;

GTP + ADP→GDP +ATP

Hiệu ứng năng lượng của TCA

Do quá trình phosphoryl oxy hóa:

3NADH + H + → (6H + và 6ē) CPE → 3 x TATP = 9 ATP

FADN 2 → 2Н + và 2ē → CPE → 2ATP.

Do sự phosphoryl hóa cơ chất - 1 ATP

Tổng cộng: trong quá trình oxy hóa 1 phân tử Acetyl-CoA, với điều kiện các phản ứng oxy hóa được kết hợp với quá trình phosphoryl oxy hóa, 12 phân tử ATP được tạo ra.

Chức năng đồng hóa của chu trình TCA.

CTKđóng vai trò là nguồn cung cấp các chất trung gian (chất chuyển hóa trung gian), là chất nền cho nhiều phản ứng sinh tổng hợp.

1. Succinyl-CoA là chất nền cho quá trình sinh tổng hợp porphyrin . Việc đưa cation sắt vào porphyrin dẫn đến sự hình thành nhóm hemoprotein heme giả (hemoglobin, myoglobin, catalase, cytochrome, v.v.).

2. Xitrat có thể, với sự trợ giúp của các protein vận chuyển, được vận chuyển từ ma trận ty thể đến tế bào chất, ở đó, dưới tác dụng của enzyme lyase citrat phân cắt tạo thành acetyl-CoA tế bào - chất nền cho quá trình tổng hợp cholesterol, IVH.

Citrate + ATP + CoA → OAA + Acetyl-CoA + ADP + H 3 PO 4.

Z. OAA- sử dụng cơ chế vận chuyển malate-aspartate, nó được vận chuyển từ chất nền ty thể đến tế bào chất, tại đây nó được chuyển đổi thành aspartate trong phản ứng chuyển amin. đến lượt nó có thể chuyển hóa thành các axit amin khác và tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein. Aspartate cũng được sử dụng trong quá trình tổng hợp các bazơ nitơ và do đó tham gia vào quá trình tổng hợp nucleotide và axit nucleic. OAA (oxal acetate) trong tế bào chất có thể trải qua quá trình khử carboxyl dưới tác dụng của phosphoenolpyruvate carboxykinase với sự có mặt của GTP với sự hình thành PEP, một chất chuyển hóa trung gian liên quan đến quá trình tổng hợp glucose (gluconeesis).

4. α-Ketoglutarateđi vào tế bào chất, nơi nó được chuyển đổi thành glutamine, proline, histidine, arginine, những chất này tiếp tục được đưa vào quá trình tổng hợp protein và các hợp chất sinh học quan trọng khác. Như vậy, chu trình TCA là một chu trình lưỡng tính.

Thế năng proton.

Sự khác biệt xuyên màng về thế năng điện hóa của ion hydro, ΔμH + hoặc thế năng proton, chiếm vị trí trung tâm trong hệ thống các quá trình biến đổi năng lượng xảy ra ở màng trong của ty thể. Do năng lượng của các nguồn bên ngoài, proton được vận chuyển qua màng sinh học chống lại lực của điện trường theo hướng có nồng độ lớn hơn, dẫn đến tạo ra sự chênh lệch điện thế điện hóa. ΔμH+ gồm 2 thành phần: điện dưới dạng gradient xuyên màng của điện thế (Δφ) và hóa chất,ở dạng nồng độ ion hydro xuyên màng (ΔрН). ΔμН + =Δφ +ΔрН Thế năng tích lũy dưới dạng Δφ và ΔрН có thể được sử dụng một cách hữu ích, đặc biệt là trong quá trình tổng hợp ATP.

Vai trò của ATP trong trao đổi chất

Trong các hệ thống sinh học, ATP liên tục được sản xuất và tiêu thụ liên tục. Doanh thu ATP rất cao. Ví dụ, một người khi nghỉ ngơi sử dụng khoảng 40 kg ATP mỗi ngày. Các quá trình tiêu tốn năng lượng có thể được thực hiện trong điều kiện liên tục tái tạo ATP từ ADP. Do đó, chu trình ATP-ADP là cơ chế trao đổi năng lượng chính trong hệ thống sinh học.

tổng hợp ATP

Phản ứng tổng hợp ATP là phản ứng phosphoryl hóa ADP bằng photphat vô cơ (Hình 6-1).

ADP + H 3 PO 4 → ATP + H 2 O .

Đây là phản ứng nội sinh, chỉ xảy ra khi năng lượng tự do được cung cấp từ bên ngoài, vì ΔG = + 30,5 kJ/mol

(+ 7,3 kcal/mol). Do đó, quá trình tổng hợp ATP chỉ có thể xảy ra trong điều kiện liên kết năng lượng với các phản ứng tỏa nhiệt. Tùy thuộc vào nguồn năng lượng tự do, có hai cách tổng hợp ATP: phosphoryl hóa cơ chất và phosphoryl oxy hóa.

ĐỒNG ĐẾ

ΔG= - 61,9 kJ/mol (- 14,8 kcal/mol).

Bằng cách chuyển trực tiếp dư lượng axit photphoric giàu năng lượng từ các hợp chất năng lượng cao này sang ADP, ATP sẽ được tổng hợp.

ΣPEP +ADP→PVK +ATP

Các hợp chất năng lượng cao cũng bao gồm các hợp chất có liên kết thioether. Ví dụ: succinyl~S-KoA. Khi liên kết thioether bị phá vỡ, năng lượng được giải phóng, năng lượng này được sử dụng để tổng hợp GTP (GDP + H 3 PO 4 → GTP + H 2 O). Succinyl~S-KoA + GDP +H 3 PO 4 → Succinate + GTP + HS~CoA, ΔG=-35,5 kJ/mol.

Các loại vectơ

FMN + 2H + + 2ē ↔ FMNN 2

Trung tâm sắt-lưu huỳnh

Đây là những chất mang điện tử chứa sắt không phải heme. Có một số loại tâm lưu huỳnh sắt: Fe-S, Fe 2 -S 2, Fe 4 -S 4. Nguyên tử sắt của phức chất có thể cho và nhận electron, lần lượt chuyển thành sắt-(Fe 2+) - và ferri-(Fe 3+) - tình trạng. Tất cả các trung tâm sắt-lưu huỳnh đều nhường electron cho ubiquinone.

Fe 3+ -S + 2ē ↔ Fe 2+ -S

Ubiquinone, coenzym-Q(KoQ) là chất mang điện tử phi protein duy nhất.

CoQ (quinone) CoQ (semiquinone) CoQH 2 (hydroquinone)

Sau khi khử, ubiquinone không chỉ thu được electron mà còn cả proton. Khi khử một electron, nó biến thành semiquinone, một gốc tự do hữu cơ. E o =+0,01

Cytochrome– chất mang điện tử protein có chứa sắt heme như một nhóm giả. Hoạt động của cytochrome dựa trên sự thay đổi trạng thái oxy hóa của nguyên tử sắt Fe 3+ +ē ↔ Fe 2+. Các cytochrome khác nhau được chỉ định bằng các chỉ số chữ cái: b, c 1, c, a, a 3. Cytochromes khác nhau về cấu trúc của phần protein và chuỗi bên heme, và do đó chúng có các giá trị khác nhau về thế oxy hóa khử (thế oxy hóa-khử). Cytochrome "b" E o= +0,08, “c i” E o = +0,22, “c” E o = +0,25,« aaa z» Éo = +0,29. Tính năng đặc biệt tế bào chất Với là nó liên kết lỏng lẻo với bề mặt bên ngoài của màng ty thể bên trong và dễ dàng rời khỏi nó.

Tất cả các chất mang điện tử này có thể được nhóm lại thành bốn phức hợp enzyme, được cấu trúc ở màng trong của ty thể, đại diện cho một nhóm enzyme gọi là “enzym hô hấp”, “hệ thống cytochrome”, “CPE” (chuỗi vận chuyển điện tử).

phức hợp tôi – NADH dehydrogenase (NADH-CoQ reductase). Nhóm chân tay giả - FMN, FeS. Chất nhận điện tử – KoQ.

Phức hợp III – CoQH 2 dehydrogenase (KoQH 2-cyt.c-reductase). Nhóm giả: FeS, tế bào sắc tố b 1, b 2, c 1. Chất nhận điện tử - tế bào chất - p.

Phức hợp IV – cytochrom oxydase. Nhóm chân tay giả: cytochrome aa3, Cu 2+. Chất nhận điện tử- ôxy.

Phức hợp II – succinate dehydrogenase (Succinate-CoQ reductase). Nhóm chân tay giả FAD, FeS. Chất nhận điện tử – KoQ.

Các electron được vận chuyển giữa các phức chất bằng sóng mang di động - ubiquinon Và cytochrome-c.

Các chất mang oxi hóa khử trong CPE được sắp xếp theo thứ tự tăng dần thế oxy hóa tiêu chuẩn, đảm bảo sự vận chuyển tự phát của hai electron dọc theo chuỗi hô hấp từ NADH + H + đến oxy, chất nhận điện tử cuối cùng. Việc chuyển hai electron dọc theo CPE là một công việc hữu ích và đi kèm với việc giải phóng năng lượng tự do Gibbs (ΔG) từng bước, năng lượng này sau đó được sử dụng trong quá trình tổng hợp ATP. thực tế là các electron khử oxy ở mức năng lượng thấp hơn so với các electron tìm thấy trong NADH +H + khử ở đầu chuỗi.

H. Tạo thế proton ΔμН +

Sự vận chuyển điện tử dọc theo chuỗi hô hấp kết hợp với sự biến đổi năng lượng điện được giải phóng thành năng lượng của các liên kết hóa học của ATP như thế nào? Câu hỏi này đã được trả lời vào năm 1961 bởi nhà khoa học người Anh Peter Mitchell. Quan niệm của ông là động lực tổng hợp ATP là thế năng điện hóa, thế năng proton – ΔμH + . ΔμH + . = Δ pH+ Δ φ

pH là gradient proton, Δφ là hiệu điện thế. Năm 1978

P. Mitchell đã được trao giải Nobel và lý thuyết hóa thẩm thấu được chấp nhận rộng rãi.

Theo lý thuyết của P. Mitchell, năng lượng được giải phóng dần dần trong quá trình vận chuyển electron dọc theo chuỗi hô hấp được sử dụng để bơm proton từ ma trận ty thể vào khoảng gian màng. Sự vận chuyển 2H+ từ chất nền ty thể vào khoảng gian màng tạo ra gradient nồng độ proton - ΔрН và dẫn đến xuất hiện điện tích âm trên bề mặt màng từ chất nền và điện tích dương từ khoảng gian màng, tạo ra sự chênh lệch điện thế - Δφ. Nguồn proton trong ma trận ty thể là NADH + H +, FADH 2, nước. Khả năng tạo ra thế năng proton được cung cấp bởi:

1) tính không thấm của màng trong ty thể đối với các ion nói chung và đặc biệt là với proton.

2) sự vận chuyển riêng biệt của proton và electron dọc theo chuỗi hô hấp. Điều này được đảm bảo bởi sự hiện diện của 2 loại chất mang: chỉ cho electron và đồng thời cho electron và proton.

4. Tổng hợp ATP nhờ thế proton

Trao đổi chất và năng lượng - tập hợp các quá trình biến đổi chất và năng lượng trong cơ thể sống và trao đổi chất và năng lượng giữa cơ thể và môi trường. Quá trình trao đổi chất bao gồm 3 giai đoạn - đưa chất vào cơ thể, trao đổi chất hoặc chuyển hóa trung gian và giải phóng các sản phẩm trao đổi chất cuối cùng.

Chức năng chính của quá trình trao đổi chất là lấy năng lượng từ môi trường (dưới dạng năng lượng hóa học của các chất hữu cơ), chuyển hóa các chất ngoại sinh thành các khối xây dựng, tổng hợp protein, axit nucleic, chất béo từ các khối xây dựng, tổng hợp và phá hủy các phân tử sinh học cần thiết để thực hiện các chức năng cụ thể khác nhau của tế bào này.

Có hai mặt của quá trình trao đổi chất - đồng hóa và dị hóa

Quá trình dị hóa là sự phân hủy enzyme của các hợp chất phân tử cao thành các monome cấu thành của chúng và sự phân hủy thêm các monome thành các sản phẩm cuối cùng: carbon dioxide, amoniac, lactate.

Phản ứng chính của quá trình dị hóa là phản ứng oxy hóa cung cấp năng lượng cho tế bào. Năng lượng có thể được dự trữ ở hai dạng: ATP, NADPH + H - chất cho hydro trong các phản ứng khử trong quá trình tổng hợp một số hợp chất.

Đồng hóa là quá trình tổng hợp enzyme của các đại phân tử chính của tế bào, cũng như hình thành các hợp chất có hoạt tính sinh học, đòi hỏi tiêu hao năng lượng tự do (ATP, NADPH + H).

Sự khác biệt giữa dị hóa và đồng hóa. Dị hóa - phân hủy, lưu trữ ATP. Đồng hóa là sự tổng hợp nhưng tiêu thụ ATP. Những con đường không giống nhau, số lượng phản ứng cũng khác nhau. Chúng khác nhau về bản địa hóa. Quy định di truyền và allosteric khác nhau.

Nguồn năng lượng chính của con người là năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học của thực phẩm. Tỷ lệ B:F:U = 1:1:4. Một người nhận được 55% năng lượng từ carbohydrate, 15% từ protein, 30% từ chất béo (80% đến từ mỡ động vật và 20% từ chất béo thực vật).

Nhu cầu năng lượng hàng ngày của con người là 3000 kcal. Nhu cầu năng lượng hàng ngày của một người phụ thuộc vào: công việc (khi làm việc nặng nhọc, tốc độ trao đổi chất cơ bản cao hơn), giới tính (ở phụ nữ, tốc độ trao đổi chất thấp hơn 6-10%), nhiệt độ (với nhiệt độ cơ thể tăng lên một đơn vị). độ, tỷ lệ trao đổi chất tăng 13%), tuổi tác (theo độ tuổi, bắt đầu từ 5 tuổi, tỷ lệ trao đổi chất cơ bản giảm).

Khoảng 60 kg ATP được hình thành và phân hủy trong cơ thể mỗi ngày. Chu trình ATP-ADP liên tục hoạt động. Nó liên quan đến việc sử dụng ATP cho nhiều loại công việc khác nhau và tái tạo ATP thông qua các phản ứng dị hóa.

Sự thống nhất các chất dinh dưỡng xảy ra theo ba giai đoạn.

I. Giai đoạn chuẩn bị. Các hợp chất phân tử cao bị phân hủy dưới tác dụng của hydrolase trong đường tiêu hóa thành monome. Xảy ra ở đường tiêu hóa và lysosome. Không phải là nhà cung cấp năng lượng (1%).

Giai đoạn II. Chuyển đổi các monome thành các hợp chất đơn giản - chất chuyển hóa trung tâm (PVC, acetyl CoA). Những sản phẩm này kết nối 3 loại quá trình trao đổi chất, kéo dài tới 2-3 giây, tiến hành trong tế bào chất, kết thúc ở ty thể, cung cấp 20-30% năng lượng được cung cấp trong điều kiện kỵ khí.

Giai đoạn III. Chu trình Krebs. Điều kiện hiếu khí, quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất được cung cấp từ thức ăn, giải phóng một lượng lớn năng lượng và tích lũy trong ATP.

Con đường đồng hóa khác nhau

Giai đoạn 1. Quá trình tổng hợp protein bắt đầu bằng việc hình thành axit α-keto.

Giai đoạn 2. Amin hóa axit α-keto, thu được AMK.

Giai đoạn 3. Protein được hình thành từ AMK. 2 CO2

Con đường chung của quá trình dị hóa. Sau khi hình thành PVC, quá trình phân hủy tiếp theo của các chất thành carbon dioxide và nước xảy ra theo cách tương tự trong con đường dị hóa chung (CCP). OPC bao gồm các phản ứng khử carboxyl oxy hóa của chu trình PVA và TCA. Phản ứng OPC xảy ra trong chất nền ty thể và các coenzym khử chuyển hydro đến các thành phần của chuỗi hô hấp. Các con đường dị hóa hội tụ, hợp nhất vào chu trình TCA ở pha thứ ba.

Trong giai đoạn đầu tiên, protein tạo ra 20 AMK. Trong giai đoạn thứ hai, 20 AMK sản xuất acetyl CoA và amoniac. Trong giai đoạn thứ ba, TCA tạo ra carbon dioxide, nước và năng lượng.

Con đường trao đổi chất là một tập hợp các phản ứng được xúc tác bởi enzyme trong đó cơ chất được chuyển đổi thành sản phẩm. Các con đường trao đổi chất chính (chính) là phổ quát, đặc trưng của bất kỳ tế bào nào. Chúng cung cấp năng lượng, tổng hợp các polyme sinh học chính của tế bào. Các con đường phụ ít phổ biến hơn và là đặc trưng của một số mô và cơ quan. Tổng hợp các chất quan trọng. Chúng cung cấp năng lượng dưới dạng NADPH+H.

Chu trình của axit tricarboxylic được G. Krebs phát hiện vào năm 1937, nó diễn ra theo chế độ tuần hoàn trong ma trận ty thể, trong mỗi vòng quay của chu trình TCA, một nhóm acetyl và 2 nguyên tử carbon đi vào dưới dạng acetyl CoA, và cùng với mỗi nhóm cuộc cách mạng 2 phân tử carbon dioxide được loại bỏ khỏi chu trình. Oxaloacetate không được tiêu thụ trong chu trình TCA vì nó tái sinh.

Đồng phân hóa citrate - α-Ketoglutarate bị oxy hóa thành succinyl CoA và carbon dioxide.

Chu trình TCA là một cơ chế cụ thể để phân hủy acetylCoA thành 2 loại sản phẩm: carbon dioxide - sản phẩm của quá trình oxy hóa hoàn toàn, các nucleotide bị khử, quá trình oxy hóa là nguồn năng lượng chính.

Khi một phân tử acetylCoA bị oxy hóa trong chu trình TCA và hệ thống phosphoryl oxy hóa, 12 phân tử ATP được hình thành: 1ATP do quá trình phosphoryl hóa cơ chất, 11ATP do quá trình phosphoryl oxy hóa. Năng lượng oxy hóa được tích lũy dưới dạng nucleotide khử và 1ATP. Phương trình tổng quát của chu trình TCA là AcetylCoA + 3NAD + FAD+ ADP+Pn+2H20→ 2CO2+ 3NAD+H + FADH2+ ATP + CoASH

Chu trình TCA là con đường trao đổi chất trung tâm. Chức năng của TCC: tích hợp, tạo năng lượng, đồng hóa.

Mối quan hệ của quá trình trao đổi chất ở cấp độ chu trình Krebs.

Chức năng đồng hóa của chu trình TCA. Các chất chuyển hóa của chu trình Krebs được sử dụng để tổng hợp các chất khác nhau: carbon dioxide trong phản ứng carboxyl hóa, α-ketoglutarate → glu, oxaloacetate → glucose, succinate → heme.

Chu trình TCA đóng một vai trò trong các quá trình tạo glucose, chuyển hóa, khử amin và tạo lipid.

Quy định về chu trình TCA. Enzyme điều hòa: citrate synthase, isocitrate DH, phức hợp α-ketoglutarate DH.

Các tác nhân allosteric tích cực của citrate synthase là PIKE, acetylCoA, NAD, ADP.

Các tác nhân allosteric tiêu cực của citrate synthase là ATP, citrate, NADH + H, axit béo, tăng nồng độ succinylCoA trên mức bình thường.

Tác dụng của ATP là tăng Km cho acetylCoA. Khi nồng độ ATP tăng lên, độ bão hòa của enzyme acetylCoA giảm và kết quả là sự hình thành citrate giảm.

Các tác nhân dị lập thể tích cực của isocitrate DH là ADP, NAD.

Tác nhân dị lập thể âm tính của isocitrate DH là ATP, NADH + H.

Chu trình Krebs được điều hòa bởi phản hồi: ATP bị ức chế, ADP được kích hoạt. Trạng thái giảm năng lượng là tình trạng tổng hợp ATP giảm.

Tình trạng thiếu oxy mô do: giảm nồng độ oxy trong không khí, rối loạn hệ thống tim mạch và hô hấp, thiếu máu, thiếu vitamin, nhịn ăn.

Vai trò của các vitamin trong chu trình Krebs - riboflavin (FAD) - coenzym SDH, α-ketoglutarate của phức hợp DG, PP (NAD) - coenzym MDH, IDH, α-ketoglutarate của DG, thiamine (TPF) - coenzym α- ketoglutarate của phức hợp DG, axit pantothenic (CoA): acetylCoA, succinylCoA.

lựa chọn 1

1. Viết phương trình nhiệt động lực học phản ánh mối liên hệ giữa độ biến thiên năng lượng tự do (G) và năng lượng toàn phần của hệ (E). Trả lời:

2. Cho biết hai loại năng lượng mà tế bào có thể sử dụng để thực hiện công. Trả lời : Để thực hiện công, tế bào có thể sử dụng năng lượng của các liên kết hóa học của các vi sinh vật hoặc năng lượng của các gradient điện hóa xuyên màng.

3. Cho biết lượng năng lượng tự do giải phóng khi 1 mol liên kết thioether bị phá vỡ trong các hợp chất thuộc loại acyl-CoA ở điều kiện tiêu chuẩn . Trả lời : 8,0 kcal/M.

4. Nhập giá trị hệ số calo cho chất béo. Trả lời : 9,3 kcal/g.

5. Cho biết cái được gọi là "trao đổi chất cơ bản". Trả lời : Mức tiêu hao năng lượng để duy trì hoạt động của cơ thể.

6. Cho biết mức “tỷ lệ trao đổi chất cơ bản” đối với một người có cân nặng trung bình, tính bằng kcal/ngày. Trả lời: Khoảng 1800 kcal.

7. Kể tên 5 cách phá vỡ liên kết hóa học trong các hợp chất được thể hiện rộng rãi nhất trong các hệ thống sinh học. Trả lời: Thủy phân, lân phân, thiolysis, phân cắt lipase, oxy hóa.

8. Kể tên ba loại hợp chất chính bước vào pha thứ hai từ pha đầu tiên của quá trình dị hóa. Trả lời: Monosacarit, axit béo cao hơn, axit amin.

9. Cho biết phương pháp phân cắt liên kết hóa học nào chiếm ưu thế trong pha thứ ba của quá trình dị hóa. Trả lời : Oxy hóa.

10. Giải thích thuật ngữ “nguyên tắc tổ chức hội tụ quá trình dị hóa” trong cơ thể có nghĩa là gì. Trả lời :

11. Giải thích những lợi ích mà nguyên tắc hội tụ của việc tổ chức quá trình dị hóa trong cơ thể mang lại cho con người. Trả lời:

12. Viết công thức cấu tạo của các chất chuyển hóa, phản ứng oxy hóa isocitrate trong chu trình Krebs, chỉ ra tất cả các hợp chất tham gia phản ứng. Trả lời

13. Chỉ ra cách kiểm soát hướng của dòng chất chuyển hóa trong chu trình axit tricarboxylic Krebs .Trả lời: Kiểm soát nhiệt động lực học - do bao gồm hai phản ứng trong quá trình trao đổi chất, kèm theo sự mất mát lớn năng lượng tự do.

14. Chỉ ra 2 cách có thể để bổ sung lượng chất chuyển hóa trung gian của chu trình Krebs. Trả lời: a) Chúng xâm nhập vào giai đoạn thứ hai của quá trình dị hóa, b) Phản ứng cacboxyl hóa pyruvat.

15.Cho biết chuỗi enzym hô hấp tập trung ở cấu trúc tế bào nào. Trả lời : Ở màng trong của ty thể.

16. Vẽ sơ đồ mô tả hoạt động của các chất mang điện tử trung gian là một phần của phức hợp IV của chuỗi hô hấp chính. Trả lời:

17. Xác định thuật ngữ "phosphoryl hóa oxy hóa". Trả lời : Tổng hợp ATP sử dụng năng lượng được giải phóng trong quá trình oxy hóa sinh học

18. Nêu vai trò của protein F | trong cơ chế phosphoryl hóa oxy hóa trong chuỗi enzyme hô hấp theo Mitchell. Trả lời : Chất đạmF | Do các proton chuyển động theo gradient điện hóa nên xúc tác cho sự hình thành ATP, ADP và photphat vô cơ.

19. Nêu cơ chế hoạt động của các hợp chất gây ra sự tách cặp oxy hóa và phosphoryl hóa trong ty thể. Trả lời : Các hợp chất này hoạt động như chất mang proton qua màng trong ty thể, bỏ qua hệ thống tổng hợp ATP.

20. Chỉ ra 2 nguyên nhân có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy và giảm năng lượng. Trả lời : Bất kỳ 2 trong số 4 lựa chọn có thể xảy ra: a) thiếu oxy ở môi trường bên ngoài; b) rối loạn hệ hô hấp; c) rối loạn tuần hoàn; d) khả năng vận chuyển oxy của huyết sắc tố bị suy giảm.

21. Cho 2 ví dụ về các hợp chất trong quá trình trung hòa có sự tham gia của hệ thống oxy hóa vi thể. Trả lời : Bất kỳ 2 ví dụ nào về vòng tuần hoàn thơm (anthracene, benzanthracene, naphthacene, 3,4-benzpyrene, methylcholanthrene).

22.Giải thích cơ chế tác dụng bảo vệ của các chất chống oxy hóa như vitamin E hay caroten. Trả lời : Các hợp chất này chấp nhận một electron bổ sung từ gốc anion superoxide, tạo thành cấu trúc ít phản ứng hơn do sự phân phối lại mật độ electron trên hệ thống liên kết đôi liên hợp có trong cấu trúc của chúng.

Lựa chọn 2

1. Giải thích vì sao trong các quá trình hóa học xảy ra trong tế bào thì độ biến thiên entanpy của hệ (H) gần bằng độ biến thiên năng lượng toàn phần của hệ (E).

Trả lời: Trong các hệ thống sinh học, không có sự thay đổi về nhiệt độ hoặc áp suất xảy ra trong các phản ứng hóa học.

2. Chỉ ra những phản ứng hóa học nào, theo quan điểm nhiệt động lực học, có thể xảy ra một cách tự phát. Trả lời : Chỉ những phản ứng hóa học tỏa nhiệt mới có thể xảy ra một cách tự phát.

3. Cho 2 ví dụ về các hợp chất cao năng thuộc lớp thioester. Trả lời: Bất kỳ hai acyl-CoA cụ thể nào

Trả lời: 10,3 kcal/M.

5. Cho biết những thay đổi xảy ra với chất dinh dưỡng trong giai đoạn đầu tiên của quá trình dị hóa. Trả lời : Tách polyme thành monome.

6. Cho biết phần nào trong tổng năng lượng của các chất dinh dưỡng được giải phóng trong pha thứ hai của quá trình dị hóa. Trả lời : 1/3 tổng năng lượng.

7. Cho biết sản phẩm trao đổi chất cuối cùng nào được hình thành trong giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa. Trả lời : Nước, khí cacbonic.

8. Viết sơ đồ chung về phản ứng monooxygenase xảy ra trong tế bào. Trả lời: SH2 + ồ2 +KOH2 ->S-OH+ Co oxy hóa + H 2 O

Trả lời:

10. Viết công thức cấu tạo của các chất chuyển hóa, phản ứng oxy hóa succinate trong chu trình Krebs, chỉ ra tất cả các hợp chất tham gia phản ứng. Trả lời:

11. Viết phương trình tổng thể của chu trình axit tricarboxylic Krebs. Trả lời: Acetyl-CoA + ZNAD + + FAD+GDP~P + 2H: O->CO 2 - ZNADH+H + + FADH 2 + GTP

12. Hãy chỉ ra 2 hợp chất là chất hoạt hóa dị lập thể của các enzym điều hòa chu trình Krebs. Trả lời: ADF.LÀ.F.

13. Xác định con đường trao đổi chất được gọi là chuỗi chính của các enzyme hô hấp của ty thể. Trả lời: Con đường trao đổi chất vận chuyển proton và electron bằng NADH+H 2 đối với oxy.

14. Kể tên các chất mang trung gian của chuỗi hô hấp chính có thể nhận nguyên tử hydro hoặc electron từ nguồn bên ngoài. Trả lời: Công tyQ, cytochrome C.

15. Cho biết lượng năng lượng tự do được giải phóng ở điều kiện tiêu chuẩn trong quá trình oxy hóa 1 mol NADH + H thành 1 mol H2O. Trả lời : -52,6 kcal/M.

16. Giải thích cái gọi là sự tách cặp của quá trình oxy hóa và phosphoryl hóa. Trả lời: Phá vỡ mối quan hệ giữa các quá trình oxy hóa và phosphoryl hóa với sự chuyển đổi năng lượng tự do được giải phóng thành nhiệt.

17. Giải thích ý nghĩa của thuật ngữ “trạng thái giảm năng lượng”. Trả lời: Thiếu năng lượng trong tế bào.

18. Kể tên 2 cytochrome tham gia vào quá trình oxy hóa tập trung ở màng của lưới nội chất. Trả lời: Cytochromeb5, tế bào chấtP 450 .

19. Hãy vẽ sơ đồ chuỗi chất vận chuyển điện tử có sự tham gia của cytochrome P 450, hoạt động trong màng của lưới nội chất. Trả lời: chết tiệt bạn

20. Kể tên 2 hợp chất trong quá trình sinh tổng hợp có tham gia vào hệ thống oxy hóa ở vi thể. Trả lời: Adrenaline (norepinephrine). hormone steroid.

21. Hãy chỉ ra 2 nguồn có thể hình thành anion gốc peroxide trong mô. Trả lời :

Tùy chọn 3

1. Giải thích thuật ngữ “năng lượng tự do của hệ”. Trả lời: Năng lượng tự do là một phần của tổng năng lượng của hệ, nhờ đó công có thể được thực hiện.

2. Chỉ ra tại sao các phản ứng nội sinh không thể xảy ra một cách tự phát Trả lời : Để các phản ứng nội sinh xảy ra, cần có nguồn năng lượng bên ngoài.

3. Cho biết lượng năng lượng tự do giải phóng khi 1 mol liên kết pyrophosphate ATP bị phá vỡ ở điều kiện tiêu chuẩn. Trả lời : 7,3 kcal/mol.

4. Cho biết lượng năng lượng tự do giải phóng khi liên kết năng lượng cao bị phá vỡ trong 1 mol creatine photphat ở điều kiện tiêu chuẩn. Trả lời: 10,3 kcal/M.

5. Cho biết nhu cầu protein hàng ngày của con người, biểu thị bằng g/kg trọng lượng cơ thể (định mức của WHO). Trả lời : 1 gam/kg.

6. Cho biết giá trị hệ số calo của protein trong quá trình phân hủy chúng trong cơ thể con người Trả lời : 4,1 kcal/g.

7. Cho biết phần nào trong tổng năng lượng tiêu hao của một người được cung cấp bởi sự phân hủy protein. Trả lời: 15%.

8. Xác định khái niệm "dị hóa". Trả lời : Tập hợp các quá trình phân hủy chất dinh dưỡng trong cơ thể.

9. Giải thích tại sao con đường trao đổi chất ở pha thứ nhất và thứ hai của quá trình dị hóa được gọi là con đường dị hóa đặc hiệu. Trả lời: Trong các giai đoạn dị hóa này, mỗi hợp chất hoặc nhóm hợp chất có liên quan đến cấu trúc được phân hủy bằng các con đường trao đổi chất khác nhau.

10. Giải thích ý nghĩa của thuật ngữ “nguyên tắc tổ chức hội tụ của quá trình dị hóa” trong cơ thể. Trả lời: Khi quá trình phân hủy chất dinh dưỡng diễn ra sâu hơn, số lượng sản phẩm trung gian sẽ giảm đi.

11. Giải thích những lợi ích mà nguyên tắc hội tụ của việc tổ chức quá trình dị hóa trong cơ thể mang lại cho con người. Trả lời : MỘT). Dễ dàng chuyển đổi từ loại chất dinh dưỡng này sang loại chất dinh dưỡng khác. b). Giảm số lượng enzyme ở giai đoạn cuối của quá trình dị hóa.

12. Nêu 5 đặc điểm giúp phân biệt quá trình oxy hóa xảy ra ở vật thể sinh học và quá trình oxy hóa xảy ra trong môi trường phi sinh vật. Trả lời: a) Các điều kiện “nhẹ” trong đó quá trình diễn ra, b) Sự tham gia của enzyme, c) Quá trình oxy hóa xảy ra chủ yếu bằng quá trình khử hydro, d) Quá trình gồm nhiều giai đoạn, e) Cường độ của quá trình được điều chỉnh theo trả lờiđáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào.

13. Viết công thức cấu tạo của các chất chuyển hóa, tổng phản ứng chuyển hóa 2-oxoglutarate. trong succinyl-CoA chỉ ra tất cả các hợp chất tham gia phản ứng Trả lời :

14. Kể tên 2 phản ứng là điểm điều khiển nhiệt động hướng của dòng chất chuyển hóa trong chu trình Krebs. Trả lời : a) Phản ứng tổng hợp citrate b) Phản ứng 2-oxoglutarate dehydrogenase.

15. Hãy chỉ ra 3 hợp chất có cấu trúc tích lũy năng lượng, giải phóng năng lượng trong quá trình oxy hóa gốc acetyl trong chu trình Krebs. Trả lời : NADH+H+, FADH2, GTP.

16. Kể tên 2 chất nhận trung gian của nguyên tử hydro cung cấp proton và electron cho chuỗi enzym hô hấp. Trả lời: NADH+H +, FADH2

17. Vẽ sơ đồ mô tả hoạt động của các chất mang proton và electron trung gian thuộc phức hợp 1 của chuỗi hô hấp chính. Trả lời :

18. Đưa ra công thức có thể dùng để tính lượng năng lượng tự do giải phóng trong quá trình chuyển điện tử nếu biết giá trị thế oxi hóa khử của điểm đầu và điểm cuối của chuỗi chuyển điện tử. Trả lời : G" = - NXFx E".

19. Nêu bản chất của giai đoạn thứ hai của quá trình chuyển đổi năng lượng giải phóng trong chuỗi enzyme hô hấp thành năng lượng của các liên kết vĩ mô của ATP trong khuôn khổ khái niệm liên hợp hóa học do Mitchell đề xuất. Trả lời : Năng lượng của gradient điện hóa proton xuyên màng được sử dụngđể hình thành liên kết ATP năng lượng cao.

20. Cho 3 ví dụ về các hợp chất tách biệt quá trình oxy hóa và phosphoryl hóa trong ty thể. Trả lời : Polychlorophenol, polynitrophenol, axit acetylsalicylic.

21. Cho biết phương pháp oxy hóa các hợp chất nào được thực hiện chủ yếu trong quá trình oxy hóa vi thể. Trả lời : Oxy hóa.

22. Kể tên 3 chức năng của quá trình oxy hóa microsome. Trả lời : a) Tham gia vào quá trình dị hóa các hợp chất khác nhau. b) Tham gia sinh tổng hợp các chất cần thiết cho cơ thể, c) Giải độc.

23. Liệt kê 3 cách có thể để vô hiệu hóa gốc anion superoxide. Trả lời : a) Tặng thêm một electron cho cytochrome C. b) Tặng thêm một electron cho hợp chất chống oxy hóa (chẳng hạn như vitamin E, carotene, v.v.) c) Bất hoạt trong phản ứng superoxide dismutase.

24. Hãy chỉ ra 2 nguồn có thể hình thành anion gốc peroxide trong mô. Trả lời: a) Được hình thành trong các phản ứng khử hydro hiếu khí b) Được hình thành trong phản ứng superoxide disutase.

25. Liệt kê 3 cách có thể để vô hiệu hóa gốc anion peroxide trong tế bào. Trả lời : a) Trong phản ứng được xúc tác bởi catalase, b) Trong phản ứng được xúc tác bởi glutathione peroxidase. c) Trong phản ứng được xúc tác bởi peroxidase

26. Cho biết vai trò của quá trình oxy hóa vi thể trong quá trình gây ung thư hóa học. Trả lời: Trong quá trình trung hòa các hydrocacbon thơm đa vòng, epoxit của chúng được hình thành, có hoạt tính gây đột biến.

Tùy chọn 4

1. Viết phương trình mô tả định luật nhiệt động thứ nhất dưới dạng có thể dùng để mô tả nhiệt động lực học của các vật thể sống Trả lời: ∆EsnstemsN+∆Môi trường = 0.

2. Giải thích cái gọi là sự liên kết năng lượng của các phản ứng hóa học. Trả lời: Việc sử dụng năng lượng tự do được giải phóng trong phản ứng tỏa nhiệt để thực hiện phản ứng thu năng lượng.

3. Cho biết loại liên kết hóa học năng lượng cao trong các hợp chất thuộc nhóm nucleoside polyphosphate. Trả lời: Liên kết photphoanhydrit hoặc pyrophosphate.

4. Cho biết mức tiêu hao năng lượng hàng ngày của người lao động trí óc. Trả lời : 2500 - 3000 kcal/ngày.

5. Cho biết phần nào trong tổng năng lượng của các chất dinh dưỡng được giải phóng trong pha đầu tiên của quá trình dị hóa. Trả lời: cho đến 3%.

6. Cho biết 5 phương pháp phá vỡ liên kết hóa học của các chất dinh dưỡng được sử dụng trong pha thứ hai của quá trình dị hóa. Trả lời : thủy phân, lân phân, thiolysis, phân tách lyase, oxy hóa.

7. Hãy chỉ ra 3 hợp chất mà trong đó các liên kết vĩ mô sẽ tích lũy năng lượng giải phóng ở pha thứ ba của quá trình dị hóa. Trả lời : ATP, GTP, succinyl-CoA.

8. Viết sơ đồ chung của phản ứng dehydro hóa hiếu khí. Trả lời: SH 2+ O2 ->Sbị oxy hóa+H2 ồ2

9. Viết, sử dụng công thức cấu tạo của các chất chuyển hóa, phản ứng oxy hóa malate trong chu trình Krebs, chỉ ra tất cả các hợp chất có liên quan đến nó. Trả lời:

10. Cho biết do tác động của hai yếu tố chính mà cường độ dòng chất chuyển hóa trong chu trình Krebs được điều hòa. Trả lời: a) Thay đổi hoạt tính của các enzyme điều hòa b) Nồng độ oxaloacetate và acetyl-CoA.

11. Kể tên các enzym của chu trình Krebs, hoạt động của chúng bị ức chế bởi cơ chế dị lập thể khi nồng độ ATP cao. Trả lời: Citrat tổng hợp, isocitrate dehydrogenase.

12. Kể tên chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi enzym hô hấp. Trả lời : Ôxy.

13. Vẽ sơ đồ mô tả hoạt động của các chất mang điện tử trung gian thuộc phức hợp III của chuỗi hô hấp chính. Trả lời:

14. Cho biết giá trị của chênh lệch thế oxy hóa khử giữa điểm đầu và điểm cuối của chuỗi hô hấp chính. Trả lời: 1, 14v

15. Nêu bản chất của giai đoạn đầu chuyển đổi năng lượng giải phóng trong chuỗi enzyme hô hấp thành năng lượng của các liên kết vĩ mô của ATP trong khuôn khổ khái niệm hóa thẩm thấu

ghép đôi do Mitchell đề xuất, Trả lời: Năng lượng tự do được giải phóng trong quá trình hoạt động của chuỗi enzyme hô hấp được sử dụng để tạo thành gradient điện hóa proton so với màng trong ty thể.

16. Cho biết vai trò của protein F0 trong cơ chế phosphoryl oxy hóa trong chuỗi enzym hô hấp theo Mitchell. Trả lời: Chất đạmF 0 đảm bảo dòng proton dọc theo gradient điện hóa đến trung tâm hoạt độngenzym tổng hợp ATP.

17. Cho 2 ví dụ về các hợp chất ức chế hoạt động của phức hợp IV của chuỗi enzym hô hấp chính. Trả lời: Xyanua, cacbon monoxit.

18. Chỉ ra 2 nguyên nhân có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy và giảm năng lượng. Trả lời: Bất kỳ 2 trong số 4 lựa chọn có thể xảy ra: a) thiếu oxy ở môi trường bên ngoài; b) rối loạn hệ hô hấp; c) rối loạn tuần hoàn; d) suy giảm khả năng vận chuyển oxy của huyết sắc tố.

Tùy chọn 5

1. Viết phương trình mô tả định luật II nhiệt động lực học ở dạng có thể mô tả được nhiệt động lực học của công trình nhà ở. Trả lời : DShệ thống+DSmôi trường > 0.

2. Chỉ ra điều kiện nào hai phản ứng kết hợp năng lượng có thể xảy ra một cách tự nhiên. Trả lời : Hai phản ứng kết hợp năng lượng có thể xảy ra một cách tự nhiên nếu tổng năng lượng tự do thay đổi âm

3. Cho 2 ví dụ về các hợp chất năng lượng cao thuộc nhóm nucleoside polyphosphate. Trả lời: Bất kỳ 2 chất nào sau đây: ATP, GTP, CTP, UTP hoặc chất tương tự biphosphate của chúng

4. Kể tên 2 sản phẩm cuối cùng chứa nitơ của quá trình dị hóa protein trong cơ thể người. Trả lời : Bất kỳ hai trong số sau đây: amoniac, urê, creatinine.

5. Cho biết những phương pháp phá vỡ liên kết hóa học của các chất dinh dưỡng được sử dụng trong giai đoạn đầu của quá trình dị hóa. Trả lời : Thủy phân, lân phân.

6. Kể tên 4 sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất được hình thành ở pha thứ hai của quá trình dị hóa. Trả lời : 4 hợp chất sau: nước, carbon dioxide, amoniac, urê, creatinine, axit uric.

7. Giải thích tại sao con đường trao đổi chất ở giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa được gọi là con đường dị hóa tổng quát. Trả lời: Những con đường trao đổi chất này giống nhau đối với sự phân hủy của bất kỳ chất dinh dưỡng nào.

8. Viết một trong các dạng sơ đồ chung của phản ứng dioxygenase xảy ra trong tế bào. Trả lời : Một trong những lựa chọn: a) R-CH=CH-R 2 +VỀ 2 ->R1-C(O)H + R-C(O)H(andehit) b) SH2+ O2 -> HO-S-ON-> S=0 + H2VỀ

9. Viết công thức cấu tạo của các chất chuyển hóa, phản ứng tổng hợp citrat trong chu trình Krebs, chỉ ra tất cả các hợp chất tham gia phản ứng. Trả lời :

10. Kể tên 4 enzym điều hòa tham gia xúc tác cho các phản ứng từng phần của chu trình Krebs. Trả lời : Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase, phức hợp 2-oxoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase.

11. Chỉ ra 2 cách có thể để bổ sung nguồn chất chuyển hóa trung gian của chu trình Krebs. Trả lời : a) Chúng xâm nhập vào giai đoạn thứ hai của quá trình dị hóa, b) Phản ứng carboxyl hóa của pyruvate.

12. Chỉ ra ngăn tế bào nào chứa chất chuyển hóa của chu trình axit tricarboxylic. Trả lời : Trong ma trận ty thể.

13. Kể tên phức hợp enzyme IV từ chuỗi hô hấp chính của ty thể. Trả lời : Cytochrome C- phức hợp oxydase

14. Viết phương trình tóm tắt mô tả hoạt động của chuỗi chính của enzym hô hấp. Trả lời: NADH+H"+1/2O 2 -> NAD + +H2O

15. Giải thích tại sao các electron và proton từ một số chất dễ bị oxy hóa như glutamate, isocitrate, malate, v.v. được chuyển sang NAD+. Trả lời : Thế oxi hóa khử của các hợp chất này nhỏ hơn của NADH+H+ nên electron từ các hợp chất này có thể được chuyển sang NAD+ dọc theo gradient thế oxi hóa khử.

16. Hãy vẽ sơ đồ các phản ứng phosphoryl oxy hóa ở mức cơ chất diễn ra trong chu trình axit tricarboxylic. Trả lời

17. Cho ví dụ về hợp chất có tác dụng ức chế hoạt động của phức hợp III của chuỗi enzym hô hấp chính. Trả lời : Thuốc kháng mycin.

18.Chỉ ra cấu trúc tế bào nào diễn ra quá trình oxy hóa ở microsome chủ yếu. Trả lời : Trong màng của mạng lưới nội chất.

19. Hãy chỉ ra 3 nguồn có thể hình thành gốc anion superoxide trong tế bào. Trả lời: a) Trong quá trình oxy hóa HbV.MetHb. 6) Quá trình oxy hóa đơn điện tửKoQH 2 nhường electron cho phân tử oxy c) Trong quá trình oxy hóa một electron của flavin khử. (Có thể có các lựa chọn khác).

20. Viết phản ứng trung hòa peroxid được xúc tác bởi glutathione peroxidase. Trả lời: H 2 O 2 + 2 Gl-SN -> Gl-S- S-GL + 2H 2O

Tùy chọn 6

1. Viết phương trình dùng để tính độ biến thiên mức năng lượng tự do trong một phản ứng hóa học cụ thể ở điều kiện tiêu chuẩn.

Trả lời : ∆ G =- 2.303xRxTxtôigKsự cân bằng

2. Cho sơ đồ tổng quát về sự kết hợp năng lượng của hai phản ứng hóa học xảy ra song song trong cơ thể sống Trả lời :

3. Nêu vai trò sinh học của các hợp chất có năng lượng cao. Trả lời : Tích lũy năng lượng tự do được giải phóng trong các phản ứng tỏa nhiệt và cung cấp năng lượng cho các phản ứng thu năng lượng.

4. Cho biết phần nào trong tổng năng lượng dinh dưỡng được giải phóng ở pha thứ ba

dị hóa. Trả lời : 2/3 .

5. Kể tên 5 hợp chất bước vào chu trình axit tricarboxylic Krebs từ pha thứ hai của quá trình dị hóa. Trả lời : Acetyl-CoA, oxaloacetate, 2-oxoglutarate, fumarate, succinyl-CoA.

6. Liệt kê 3 cách mà các hợp chất được sử dụng trong tế bào bị oxy hóa. Trả lời : Khử hydro, oxy hóa, loại bỏ điện tử.

7. Kể tên 4 chức năng oxy hóa sinh học trong cơ thể. Trả lời : a) Hàm năng lượng. b) Chức năng dẻo, c) Giải độc, d) Tạo ra tiềm năng phục hồi.

8. Liệt kê 3 chức năng của chu trình axit tricarboxylic Krebs. Trả lời : Năng lượng, nhựa, tích hợp.

9. Kể tên các enzym của chu trình Krebs, hoạt động của chúng bị ức chế bởi cơ chế dị lập thể khi nồng độ ATP cao. Trả lời : Citrat tổng hợp, isocitrate dehydrogenase.

10. Kể tên 3 sản phẩm trung gian của chu trình Krebs dùng làm cơ chất ban đầu cho quá trình sinh tổng hợp. Trả lời : Oxaloaxetat, 2-oxoglutarat, succinyl-CoA

11. Kể tên phức hợp enzyme III từ chuỗi hô hấp chính của ty thể. Trả lời :Công tyQH2, phức hợp cytochrome C oxyoreductase

12. Giải thích tại sao các electron và proton trong quá trình oxy hóa một số cơ chất như succinate, 3-phosphoglycerol, v.v. không được chuyển sang NAD+ mà qua flavoprotein đến KoQ. Trả lời : Thế oxi hóa khử của các hợp chất này cao hơn NADH+H + , nhưng ít hơnKoQ,do đó, các electron từ các hợp chất này chỉ có thể được chuyển dọc theo gradient thế oxi hóa khử đểKoQ.

13. Định nghĩa thuật ngữ “quá trình phosphoryl oxy hóa trong chuỗi enzyme hô hấp”. Trả lời : Tổng hợp ATP do năng lượng được giải phóng trong quá trình chuyển động của các electron dọc theo chuỗi enzyme hô hấp.

14. Cho biết vai trò của protein F0 trong cơ chế phosphoryl oxy hóa trong chuỗi enzym hô hấp theo Mitchell. Trả lời : Chất đạmF 0 đảm bảo dòng proton dọc theo gradient điện hóa vàotrung tâm hoạt độngenzym tổng hợp ATP.

15. Đưa ra phân loại các trạng thái giảm năng lượng dựa trên nguyên nhân xuất hiện của chúng. Trả lời : a) Dinh dưỡng. 6) .Thiếu oxy. c) Độc tố mô. G). Kết hợp.

16. Hãy vẽ sơ đồ chuỗi chất vận chuyển điện tử có sự tham gia của cytochrome P 450, hoạt động trong màng của lưới nội chất. Trả lời :

17. Viết phương trình phản ứng được xúc tác bởi enzyme superoxide dismutase.

Trả lời : O 2- + 0 2- + 2H + -> H 2 O 2 + O 2

Tùy chọn 7

1. Giải thích vì sao vật thể sống không thể sử dụng nhiệt năng để thực hiện công. Trả lời : TRONGHệ thống sinh học không có gradient nhiệt độ.

2. Hãy chỉ ra nguyên tắc liên kết hóa học nào trong một số hợp chất được xếp vào loại liên kết cao năng. Trả lời: Năng lượng tự do để phá vỡ liên kết đó phải vượt quá 5 kcal/mol (tương đương: > 21 kJ/M).

3. Kể tên 4 loại hợp chất có năng lượng cao. Trả lời: Bất kỳ 4 lựa chọn nào sau đây: nucleoside polyphosphate, carbonyl phosphate, thioesters. guanidin photphat, aminoacyl adenylat, aminoacyl-tRNA.

4. Cho biết nhu cầu lipid hàng ngày của con người, biểu thị bằng g/kg trọng lượng cơ thể. Trả lời : 1,5 g/kg.

5. Nhập giá trị hệ số calo cho carbohydrate. Trả lời : 4,1 kcal/g.

6. Cho biết phần nào trong tổng năng lượng tiêu hao của một người được cung cấp bởi sự phân hủy lipid. Trả lời : 30%.

7. Nêu vai trò sinh học của pha đầu tiên của quá trình dị hóa. Trả lời : Số lượng hợp chất riêng lẻ bước vào giai đoạn thứ hai giảm mạnh.

8. Kể tên 2 con đường trao đổi chất liên quan đến pha thứ ba của quá trình dị hóa. Trả lời : Chu trình axit tricarboxylic Krebs, chuỗi chính của enzyme hô hấp.

9. Viết sơ đồ chung của phản ứng khử hydro kỵ khí. Trả lời: SH 2 + X -> Sbị oxy hóa + CN 2

10. Xác định con đường trao đổi chất được gọi là chu trình axit tricarboxylic Krebs. Trả lời : Một con đường tuần hoàn của các biến đổi lẫn nhau của axit di- và tricarboxylic, trong đó dư lượng acetyl bị oxy hóa thành hai phân tử CO2.

11.Mô tả bằng cách sử dụng công thức cấu trúc quá trình chuyển đổi citrate thành isocitrate, chỉ ra tất cả những người tham gia vào quá trình này. Trả lời :

12. Chỉ ra các enzyme của chu trình Krebs, hoạt động của chúng bị ức chế dị lập thể bởi nồng độ NADH + H + cao. Trả lời : Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase, phức hợp 2-oxoglutarate dehydrogenase.

13. Viết phản ứng tổng hợp axit oxalic-axetic từ pyruvat, chỉ rõ các thành phần tham gia quá trình. Trả lời :CH 2 -CO-COOH+ CO 2 + ATP -> COOH-CH 2 -CO-COOH+ ADP+P.

14.Cho sơ đồ chung về chuỗi hô hấp chính của ty thể. Trả lời :

15. Kể tên 1 phức hợp enzym thuộc chuỗi hô hấp chính của ty thể. Trả lời : NADH+H + ,KoQ- phức hợp oxyoreductase.

16.Nêu nguyên nhân (động lực) làm cho các electron di chuyển qua hệ thống vận chuyển của chuỗi hô hấp chính. Trả lời : Sự khác biệt về thế oxy hóa khử giữa các hợp chất ở đầu và cuối chuỗi vận chuyển hô hấp.

17. Định nghĩa thuật ngữ “quá trình phosphoryl oxy hóa ở cấp độ cơ chất”. Trả lời : Tổng hợp ATP sử dụng năng lượng được giải phóng trong quá trình oxy hóa một hợp chất cụ thể.

18. Cho 2 ví dụ về các hợp chất ức chế hoạt động của 1 phức hợp chuỗi enzym hô hấp chính. Trả lời : Rotenone, natri amytal.

19. Nêu rõ 2 nguyên nhân có thể gây ra tình trạng giảm năng lượng do nhiễm độc mô. Trả lời : a) Ngăn chặn chuỗi enzyme hô hấp, b) Tách rời quá trình oxy hóa và phosphoryl hóa.

20. Kể tên 2 hợp chất mà hệ thống oxy hóa vi thể tham gia vào quá trình dị hóa. Trả lời : Tryptophan, phêninalanin.

Nguồn E tự do ở sinh vật dị dưỡng là phân hủy chất dinh dưỡng Nói cách khác, quá trình dị hóa xảy ra trong tế bào và mô. Quá trình dị hóa bao gồm hàng trăm hóa chất. phản ứng, hàng chục con đường trao đổi chất. Đồng thời, có thể bắt nguồn từ một logic nhất định trong việc tổ chức các quá trình dị hóa. Tất cả quá trình dị hóa đều là dinh dưỡng. các chất trong cơ thể có thể được chia thành ba giai đoạn hoặc, như thường được gọi là, ba giai đoạn.

Trong giai đoạn đầu Các phân tử polymer bị phân cắt thành các monome: protein bị phân hủy thành axit amin, oligo và polysacarit bị phân hủy thành monosacarit và dẫn xuất của chúng, lipid bị phân hủy thành axit béo cao hơn, glycerol, rượu amin, v.v.. Trong giai đoạn này không có quá trình oxy hóa, quá trình thủy phân và phốt pho chiếm ưu thế . Toàn bộ năng lượng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Trong giai đoạn này, số lượng hợp chất giảm mạnh, sau đó bước vào giai đoạn thứ hai của quá trình dị hóa. Như vậy, với nhiều loại thực phẩm, hàng triệu loại protein khác nhau đi vào đường tiêu hóa và chúng đều bị phân hủy thành 20-25 AA.

Trong giai đoạn thứ hai năm chục hợp chất này trải qua quá trình phân tách sâu hơn, do đó ở lối ra khỏi giai đoạn này chỉ còn lại năm hợp chất: acetyl CoA, succinyl CoA, fumarate, oxalo acetate và 2oxoglutarate. Do đó, sự phân hủy các chất dinh dưỡng tiếp tục diễn ra trong giai đoạn thứ hai đi kèm với sự thống nhất lớn hơn nữa của các sản phẩm trung gian. Các quá trình dị hóa xảy ra ở pha thứ hai có tính chất hỗn hợp, bởi vì nó liên quan đến quá trình photpho hóa, phân tách lyase, thiolysis và các phản ứng oxy hóa. Trong giai đoạn dị hóa này, tất cả các sản phẩm cuối cùng có chứa nitơ của quá trình dị hóa cũng được hình thành, cũng như một số CO2 và H2O. Tổ chức của quá trình dị hóa là khi quá trình phân hủy chất dinh dưỡng diễn ra sâu hơn thì số lượng sản phẩm trao đổi chất trung gian sẽ giảm đi. Nguyên tắc xây dựng các quá trình dị hóa này được gọi là nguyên tắc hội tụ. Con đường trao đổi chất của giai đoạn thứ nhất và thứ hai của quá trình dị hóa thường là riêng biệt đối với từng hợp chất hoặc nhóm chất có cấu trúc liên quan cùng loại. Do đó, con đường trao đổi chất của giai đoạn dị hóa thứ nhất và thứ hai được gọi là con đường dị hóa cụ thể. Đồng thời, các quá trình trao đổi chất của giai đoạn dị hóa thứ ba là như nhau bất kể hợp chất nào bị phá vỡ.

Về vấn đề này, con đường trao đổi chất giai đoạn thứ bađược gọi là con đường dị hóa chung. Sự hiện diện của các con đường trao đổi chất chung trong giai đoạn thứ ba của quá trình dị hóa, trong đó 2/3 tổng năng lượng tự do được giải phóng, làm tăng khả năng thích nghi của sinh vật sống, bởi vì làm cho việc chuyển đổi từ loại chất dinh dưỡng này sang loại chất dinh dưỡng khác trở nên tương đối dễ dàng. Sự hiện diện của các con đường trao đổi chất chung trong giai đoạn thứ ba cũng giúp giảm số lượng enzyme khác nhau cần thiết cho tế bào và mô để xử lý các chất dinh dưỡng khác nhau. Tất cả những điều này giúp ích cho các sinh vật trong cuộc đấu tranh sinh tồn và là kết quả của quá trình tiến hóa lâu dài của các sinh vật sống.Con đường của quá trình dị hóa giai đoạn thứ ba: chu trình axit tricarboxylic Krebs và chuỗi enzyme hô hấp

Q=∆H + W

trong đó: Q – nhiệt năng

ΔН – entanpy

W – làm việc

Do đó, tế bào nhận năng lượng từ môi trường bên ngoài dưới dạng lượng tử ánh sáng (quang hợp) hoặc năng lượng hóa học của các chất hữu cơ và vô cơ và dự trữ trong các hợp chất có thế năng cao (ATP), chuyển hóa thành năng lượng điện hoặc hóa học có trong một phân tử. ATP là chất mang năng lượng hóa học chính trong tất cả các sinh vật sống. ATP có thể truyền năng lượng của mình sang các phân tử sinh học khác, làm mất nhóm photphat cuối cùng, chuyển thành ADP, nghĩa là thực hiện công việc của bộ máy vận động, co bóp để vận chuyển các chất qua màng. Công nhiệt vô ích được thải ra môi trường - entropy của môi trường (∆S) tăng lên.

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học

Hệ thống cố gắng đạt được sự rối loạn của nó.Điều này được chứng minh bằng sự gia tăng entropy ΔS và được biểu thị bằng phương trình:

ΔH = ΔG + TΔS

trong đó: ΔH – nhiệt năng,

ΔG – Năng lượng tự do Gibbs,

T – nhiệt độ tuyệt đối.

Giá trị entropy không đổi và có giá trị cực tiểu dương. Điều này xảy ra do sự gia tăng mức entropy trong hệ thống trong quá trình phân hủy chất dinh dưỡng được bù đắp bằng việc loại bỏ các sản phẩm cuối cùng khỏi hệ thống và tăng cường các quá trình sinh tổng hợp, và giá trị này được giảm xuống các thông số tĩnh cần thiết .

Nếu quá trình trao đổi chất dừng lại, năng lượng Gibbs của hệ thống giảm, entropy tăng (nghĩa là chất lượng năng lượng giảm) và entanpy, đặc trưng cho phép đo hàm lượng nhiệt của hệ thống, giảm. Nó luôn phấn đấu ở mức tối thiểu và khi đạt tới mức đó, cơ thể sẽ chết. Do đó, nhiệm vụ của một sinh vật hoặc hệ thống sinh học là mức năng lượng entanpy và năng lượng tự do cao. Hệ thống có xu hướng duy trì giá trị entropy ở mức đứng yên thấp hơn.

Người ta biết rằng độ cứng của một chất càng cao thì entropy của nó càng thấp. Vậy entropy của kim cương (0,57 e.u.) bằng một nửa entropy của than chì (1,7 e.u.). Cacbua, borit và các chất rất cứng khác được đặc trưng bởi entropy thấp. Entropy của vật thể vô định hình lớn hơn một chút so với entropy của vật thể kết tinh. Sự tăng mức độ phân tán của một hệ thống cũng dẫn đến sự tăng nhẹ entropy của nó.

Entropy tăng khi phân tử của một chất trở nên phức tạp hơn; Vậy đối với các khí N 2 O, N 2 O 3, N 2 O 5 thì entropy tương ứng là 52,6; 73,4 và 85,0 e.u. Entropy của hydrocacbon phân nhánh nhỏ hơn entropy của hydrocacbon không phân nhánh. Entropy của xycloalkan nhỏ hơn entropy của anken tương ứng.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn các yếu tố cần thiết để duy trì trạng thái ổn định. Để quá trình trao đổi chất diễn ra, nghĩa là

cơ chất S → X ↔ Y → P(sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy)

thực hiện V 1, V 2, V 3 – const.

sự trao đổi chất

nồng độ cơ chất (S) phải đảm bảo độ bão hòa của enzyme xúc tác quá trình chuyển hóa này. Phản ứng này phải diễn ra một chiều, tạo ra một dòng chảy hướng tới sự phân hủy cơ chất. Những phản ứng như vậy kiểm soát hoạt động của hệ thống và là những mắt xích hạn chế của nó - chúng không thể đảo ngược về mặt động học. Một ví dụ về phản ứng như vậy trong cơ thể là phản ứng glucokinase, dẫn đến sự hình thành gl-6-phosphate từ glucose với sự có mặt của ATP và Mg 2+. Đây là liên kết giới hạn trong quá trình đường phân, quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình.

Điều kiện để duy trì dòng chảy ổn định

1. Giai đoạn cuối cùng của quá trình trao đổi chất phải không thuận nghịch về mặt động học (CO 2 H 2 O);

2. Do sản phẩm cuối cùng được bài tiết ra khỏi cơ thể nên entropy trong hệ sinh học được duy trì gần như không đổi;

3. Dòng chất dinh dưỡng và năng lượng liên tục chỉ là một trong những điều kiện để duy trì trạng thái ổn định;

4. Sự hiện diện của một tổ chức cấu trúc cho phép hấp thụ và sử dụng các chất dinh dưỡng và năng lượng.

Giới thiệu về trao đổi chất. Nguyên tắc tổ chức trao đổi chất.

Sự trao đổi chất- có thể được định nghĩa là tổng thể của tất cả các phản ứng hữu cơ sinh học được xúc tác bởi enzyme.

Trao đổi trung gian bắt đầu từ thời điểm chất dinh dưỡng đi vào máu và cho đến khi sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất được loại bỏ và cung cấp cho cơ thể các chất và năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của nó.

Sự trao đổi chất là một quá trình tích hợp và tập trung cao độ. Sự tích hợp có thể thực hiện được do sự tồn tại của mối quan hệ giữa quá trình chuyển hóa carbohydrate, protein và chất béo, v.v. Mối quan hệ này được đảm bảo bởi nguồn cung cấp năng lượng chung, các chất chuyển hóa trung gian chung, ở mức độ có sự giao thoa của các quá trình trao đổi chất cụ thể ( gl-6-ph, PVK, acetyl-CoA), các quá trình trao đổi chất chung (chu trình TCA, phosphoryl hóa oxy hóa). Sự tích hợp cũng có thể thực hiện được do mối quan hệ giữa các mô và cơ quan. Các hệ thống tích hợp bao gồm hệ thần kinh (trung tâm xử lý thông tin và đưa ra quyết định khi điều kiện thay đổi); hệ thống nội tiết (sản xuất hormone truyền thông tin vào tế bào); hệ thống mạch máu (phục vụ cho việc vận chuyển không chỉ các chất dinh dưỡng mà còn cả hormone).

Trình tự trao đổi chất trong cơ thể cho phép chúng ta phân biệt 4 giai đoạn của quá trình trao đổi chất, nghĩa là quá trình trao đổi chất được đặc trưng bởi sự năng động và các giai đoạn.

Giai đoạn 1– ở giai đoạn này, việc cung cấp chất dinh dưỡng cho các mô bên trong cơ thể được chuẩn bị trong quá trình tiêu hóa ở đường tiêu hóa. Có:

a) tiêu hóa xa - ví dụ, sự phân hủy protein dưới tác dụng của pepsin trong khoang dạ dày hoặc trypsin trong lòng ruột.

b) thành hoặc màng - ví dụ, hoạt động của các peptidase cố định trên bề mặt tế bào của niêm mạc ruột;

c) nội bào - ví dụ, trong lysosome, quá trình tiêu hóa dưới tác dụng của các enzyme phân giải protein.

Ngoài các enzyme của sinh vật vĩ mô, các enzyme của hệ vi sinh vật đường ruột cũng tham gia vào quá trình tiêu hóa.

Giai đoạn 2– tái hấp thu – quá trình hấp thu chất dinh dưỡng qua niêm mạc ruột.

Giai đoạn 3– chuyển hóa kẽ – các quá trình tổng hợp và phân hủy enzyme, được điều hòa bởi con đường thần kinh thể dịch.

Giai đoạn 4– bài tiết – bài tiết các sản phẩm trao đổi chất.