Bài giảng Sinh học tế bào (Phần 5: Năng lượng)

4. Sự chuyển đổi năng lượng ở mức tế bào1. Dòng năng lượng và phản ứng oxid hóa khử2. Năng lượng từ photon tới NADPH và ATP3. Năng lượng từ NADPH và ATP tới glucose4. Năng lượng từ glucose tới ATP1. Dòng năng lượng và phản ứng oxid hóa khửPhản ứng oxid hóa-khử Liên quan tới sự chuyển e-, gồm 2 bán-phản ứng: 	red1 	 ox1 + e- (pứ oxid hóa)	 	 ox2 + e-  red2 	 (pứ khử)Thế khử của red1 > red2 : e- sẽ di chuyển (tự sinh) từ red1 tới ox22 kiểu phản ứng oxid hóa- khử °Chỉ chuyển e- (nhờ cyt b & c)bFe++ 	 	 	bFe+++ + e-cFe+++ + e- 	 	cFe++°Chuyển H (H++ e-) nhờ dehydrogenazHô hấp tế bào và quang hợp là các phản ứng oxid hóa-khử2. Năng lượng từ photon tới NADPH và ATP2 giai đoạn quang hợpTính chất ánh sáng: sóng và hạtNăng lượng của photon: E = h. c/lPS I và IINADP+ nhận e- + H+ từ nước :2H2O  4H+ + 4e- + O2 (quang giải nước )NADP+ + 2H+ + 2e-  NADPH + H+ Sự quang-phosphoryl hóa theo cơ chế hóa thẩm 1) Nhận photon và chuyển e- để tạo NADPH2) Chuyển vị H+ và tạo lực dẫn H+3) H+ qua ATPsynthaz và tạo ATP Dòng e- không vòng: NADPH & ATP & O2°Dòng e- vòng: ATPThí nghiệm về quang giải nước Chiếu lục lạp (đặt trước trong tối) với các chớp sáng 3ms, cách 0,3s: mọi PSII được kích hoạt 1 lần, 1e- được phóng thích  O2 cực đại ở chớp 3 và mỗi 4 chớp (7, 11) trong khoảng 20 chớp.Quang giải nước xảy ra tại phức hợp tỏa O2 chứa 4 Mn (hệ thống S) , liên kết với PSII Sự tỏa O2 qua các giai đoạn :- 1 photon kích hoạt 1 dlt a (PSII) phóng 1e-- Tyr trả 1e- cho dlt a và thành Tyr+- Tyr+ nhận 1e- từ Mn3+; 1Mn3+ thành Mn4+ e- từ nước tới PSII qua 5 trạng thái oxid hóa tăng dần của S:S0: 4Mn3+S1: 3Mn3+, 1Mn4+ S2: 2 Mn3+, 2 Mn4+S3: 1Mn3+, 3 Mn4+ S4: 4Mn4+4 H2O ® 4 OH- + 4 H+ 4 OH- ® 2 H2O + O2 + 4e-4 photon cho phép lấy 4 e- từ S, tái lập trạng thái S0 và phóng thích O2.Mn dễ nhường & nhận e-. Sự tỏa O2 cần 4Mn nên cực đại ở mỗi 4 chớp (trong tối, cực đại ở chớp 3 vì hệ thống ở S1.NADPH và ATP được dùng trong giai đoạn “tối”3. Năng lượng từ NADPH và ATP tới glucoseĐặc tính của Rubisco, enzym cố định CO2 ° Bình thường: cố định CO2  Quang hợp° Nhiệt độ cao, nắng gắt (tỉ lệ CO2 / giảm O2)  cố định O2  Quang hô hấp° Cây C4 và CAM có cơ chế tập trung CO2Lá cây C4Quang hợp ở các cây C3, C4 và CAM4. Năng lượng từ glucose tới ATP° Glyco-giải (cytosol) 1 glucoz  2 trioz phosphat  2 acid pyruvicSự phosphoryl hóa đài chấtNăng lượng: (4-2) ATP + 2 NADH°“Cắt tỉa” acid pyruvic 1 glucoz  2 NADH + 2 Acetyl CoA + 2CO2 1 glucoz 2 ATP6 NADH2 FADH24 CO2Chuyển e- & tạo ATP theo cơ chế hóa thẩmSự phosphoryl hóa oxid hóa theo cơ chế hóa thẩm [Mitchell (Nobel 1978)]1) Tạo chất khử và chuyển e-2) Chuyển vị H+ và tạo lực dẫn H+3) H+ qua ATPsynthaz và tạo ATPSự tạo ATP theo cơ chế hóa thẩm trong hô hấp= bắt cặp phản ứng oxid-hóa & tạo ATP (phosphoryl-hóa oxid-hóa)Total ATP Theoretical YieldChuyển vị H+Tạo ATP & cấu trúc F1F0-ATPaseChứng minh sự quay của  (Yoshida et al. 1997)Hoạt động của ATP synthaz