Bài giảng môn Sinh học - Quang hợp

Trao đổi carbohydrate gồm 2 quá trình cơ bản là  tổng hợp và phân giảiQuang hợpQuá trình quang hợp (photosynthesis) là một quá trình tổng hợp carbohydrate ở lục lạp từ CO2 và H2O nhờ vào năng lượng ánh sáng mặt trờiTổng năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất: 1,5. 1022 kJ nhưng chỉ 1% được chuyển hóa thành năng lượng trong chuỗi thức ăn của sinh quyểnSự biến đổi quang năng thành hóa năng còn được gọi là sự cố định CO2. Cả trái đất cố định được 1011 tấn carbon trong 1 năm, 1/3 được cố định ở các đại dươngPhần năng lượng còn lại 99% thì 2/3 được hấp thu bởi các đại dương, phần còn lại được phản xạ lại trong không gianVị trí của quang hợp trên bản đồ biến dưỡngPhản ứng quang hợpQuang hợp xảy ra ở lục lạp (trên màng)Quang hợp gồm 2 pha cơ bản:	+ Pha sáng: là chuỗi các phản ứng quang hóa biến đổi năng lượng ánh sáng thành quang năng dưới dạng NADH và ATP	+ Pha tối: sử dụng hóa năng từ ATP và NADH để cố định và khử CO2 thành carbohydrateChlorophyll là phân tử hấp thu ánh sáng trong quang hợpCác sắc tố trong quang hợp gồm có: Chlorophyll a Chlorophyll b Chlorophyll c Chlorophyll d Carotenoid Xanthophyll PhycobilinQuang phổ hấp thu của chlorophyll a và bBốn dạng biến đổi của ánh sáng được hấp thuMối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải glucoseHiện tượng ấm lên của trái đất và quang hợpNồng độ CO2 trên trái đất tăng từ 280 ppm lên khoảng 360 ppm như hiện nayHiện tượng hiệu ứng nhà kính (green house effect) gây ra hiện tượng ấm lên của trái đất (global warming) (mực nước biển tăng và tan băng ở các vùng cực)Nhiệt độ tăng: sự bốc thoát hơi nướcCác thử nghiệm ở 700 ppm CO2 cho thấy có hiệu ứng tốt trên quang hợp (tăng khoảng 45%)CO2 tăng không phải là yếu tố bất lợi nhưng lại gặp khó khăn về nguồn nước tưới, phân bón, sự phân bổ lượng mưa và sa mạc hóaSinh tổng hợp carbohydrateSinh tổng hợp sucroseSinh tổng hợp tinh bộtGlucose phosphate isomeraseGlucose phosphate mutaseGlucose phosphate adenine transferaseGlucan glucosil transferaseSinh tổng hợp gylcogenXảy ra ở động vật và vi sinh vậtĐược tổng hợp từ tiền chất là Glucose-UDPNối dài mạch bằng liên kết -1,4-glucosideĐược xúc tác nhờ enzyme glycogen synthetaseLà carbohydrate dự trữ ở động vật và vsvSự phân giải carbohydrateSự thủy phân sucrose do enzyme invertase thực hiệnThủy phân tinh bột và gylcogen do hệ enzyme amylase thực hiệnCellulose được phân giải nhờ enzyme cellulaseSản phẩm sau cùng của sự phân giải là các monosaccharide tương ứng, chủ yếu là các đơn vị glucoseGlucose có thể được sử dụng để tổng hợp nên lipid, protein, carbohydrate hoặc có thể bị oxy hóa và giải phóng năng lượng cho các hoạt động sốngKhái quát về sự chuyển hóa glucid ở động vậtNguồn glucid: chiếm 1 tỷ trọng lớn trong thức ăn hàng ngày. Gạo, bánh mỳ, khoai, bắp, .. Và các chất bột, đường là nguồn cung cấp glucid cho cơ thểSự tiêu hóa glucid trong cơ thể:	- Miệng: có enzyme amylase thủy phân 1 phần tinh bột hoặc glycogen	- Dạ dày: không có enzyme tiêu hóa glucid	- Ruột non: glucid được thủy phân chủ yếu ở đây nhờ hệ enzyme amylase từ tá tràngSự hấp thu glucidTinh bột sau khi được lấy vào cơ thể sẽ hấp thu chủ yếu qua ruột ở tế bào niêm mạc vào máu và vận chuyển đi khắp cơ thểQuá trình hấp thu cũng được thực hiện qua 2 cơ chế:	- khuếch tán: theo nguyên tắc vật lý, vận chuyển từ nơi nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn cho đến khi cân bằng	- vận chuyển tích cực: nhờ quá trình phosphoryl hóa (ATP) (vận chuyển tích cực hay chủ động và có sự tiêu hao năng lượng)Sự phân giải glucidSự thủy phân bằng enzyme amylase:	- -amylase: có ở trong nước bọt, tuyến tiêu hóa, mầm lúa, nấm mốc. Thủy phân liên kết -1,4-glycoside trong amylose, amylopectin hay glycogen bất kỳ. Sản phẩm tạo thành là các dextrin có phân tử lượng khác nhau, một ít maltose và glucose	- -amylase: có nhiều ở hạt ngũ cốc chưa nảy mầm. Thủy phân các đầu không khử trong amylose. Sản phẩm sau cùng là các dextrin và maltose	- -amylase: phân cắt liên kết -1,4-glycoside trong tinh bột. Sản phẩm tạo thành là glucose và một ít dextrinHệ enzyme amylase không cắt được liên kết -1,6-glycoside mà các liên kết này chỉ được thủy phân bằng enzyme 1,6-glucosidaseSự thủy phân bằng phospho: 	- đây là con đường tiết kiệm năng lượng trong thủy phân tinh bột và glycogen vì được xúc tác bởi enzyme phosphorylase	- sản phẩm tạo thành là 1 glucose được phosphoryl hóa và mạch C trong tinh bột hoặc glycogen bị cắt ngắn đi 1 đơn vịSự phân giải glucidSự thủy phân của một số oligosaccharide tiêu biểuSự thủy phân đường maltose: nhờ enzyme maltase tạo ra 2 phân tử đường glucoseSự thủy phân sucrose (saccharose) (đường mía): nhờ enzyme invertase tạo ra glucose và fructoseSự thủy phân lactose (đường sữa): nhờ enzyme lactase tạo thành galactose và glucoseSự đường phân - GlycolysisTừ glycolysis có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: glyk có nghĩa là ngọt và glysis có nghĩa là phân rãQuá trình đường phân xảy ra ở tế bào chấtSản phẩm của quá trình đường phân là acid pyruvicCó thể xảy ra ở điều kiện có oxy hoặc khôngLà con đường chủ yếu của quá trình hô hấp tạo năng lượng dưới dạng ATP trong tế bàoLà con đường cung cấp năng lượng duy nhất ở đv, tv và nhiều vsvTrong điều kiện yếm khí nấm men chuyển hóa monosaccharide thành rượu, glygerin và acid lacticVị trí của quá trình đường phân trên bản đồ biến dưỡngSơ đồ tổng quát của quá trình đường phânGiai đoạn 1: 1 phân tử glucose bị phosphoryl hóa tạo thành 2 phân tử glyceraldehyde-3-phosphate và tiêu tốn 2 ATPGiai đoạn 2: Chuyển hóa glyceraldehyde-3-phosphate thành pyruvate và giải phóng năng lượng dưới dạng ATP và NADHCác phản ứng ở giai đoạn 1 của quá trình đường phânCác phản ứng ở giai đoạn 1 của quá trình đường phânCác phản ứng ở giai đoạn 1 của quá trình đường phânCác phản ứng ở giai đoạn 2 của quá trình đường phânCác phản ứng ở giai đoạn 2 của quá trình đường phânCác phản ứng ở giai đoạn 2 của quá trình đường phânSự tiếp diễn sau chu trình đường phânPyruvate bị biến đổi theo hai hướng chính:	- Trong điều kiện hiếu khí: chuyển hóa thành Acetyl-CoA và đi vào chu trình tricarboxylic acid 	- Trong điều kiện yếm khí: chuyển hóa thành rượu ethanol ở nấm men (sự lên men rượu) hoặc thành lactic acid ở trong cơChu trình KrebsTrong điều kiện hiếu khíỞ động vật và thực vậtTrong điều kiện yếm khíỞ cơ của động vậtTrong điều kiện yếm khíỞ nấm men (yeast)Ethanol Bảng liệt kê các cơ chất, sản phẩm và enzyme trong quá trình đường phânNồng độ của các chất trong quá trình đưởng phân ở tế bào hồng cầuGlucokinase chuyển glucose thành glucose-6-phosphate và dự trữ ở ganGlucokinase là enzyme được kích hoạt bởi insulin, người bị bệnh tiểu đường không chịu đựng được hàm lượng đường cao do có ít insulin và dự trữ ít glycogen ở ganDự trữ glucose ở động vậtmạch máuMàng tế bàoGlucose-6-phosphate là tiền chất quan trọng của nhiều con đường biến dưỡngNgoài glucose, galactose, manose hay fructose còn là tiền chất của quá trình đường phânSự lên men rượuQuá trình lên men rượu xảy ra trong điều kiện yếm khí hoàn toàn ở môi trường có pH 4 – 5 và được xúc tác bởi enzyme đặc thù của nấm men Saccharomyces cerevisiaeQuá trình lên men rượu xảy ra trong tế bào nấm men, ethanol và CO2 được phóng thích ra khỏi tế bàoQuá trình lên men lacticỞ đa số các loài động vật khi bị thiếu oxy thì pyruvate sẽ bị chuyển hóa thành lactic acid (gây hiện tượng mỏi cơ ở người)Chu trình Tricarbocylic acid – TCA cycleCitric acid cyclePyruvateVị trí của chu trình TCA trên bản đồ biến dưỡngChu trình TCADo Hans Krebs tìm ra nên còn được gọi là chu trình KrebsLà quá trình oxy hóa acetate thành CO2 và H2O đồng thời với việc chuyển điện tử tới FAD và NADỞ tế bào nhân thật (eukaryote): TCA xảy ra trong ty thểỞ tế bào tiền nhân (prokaryote): TCA xảy ra trên màng sinh chấtChu trình bao gồm 8 phản ứng cơ bảnSơ đồ tóm lượt các phản ứng trong chu trình TCAAcetyl-CoACác phản ứng trong chu trình TCAAcetyl-CoA được cung cấp từ quá trình -oxy hóa acid béo Các phản ứng trong chu trình TCATCA CycleBảng tóm lượt các phản ứng và enzyme trong chu trình TCASự hình thành ATP trong quá trình hô hấp từ 1 phân tử glucosePhản ứngSố ATP hoặc enzyme khử được tạo thànhSố ATP tạo thànhGlucose  Glucose-6-PFructose  Fructose-1,6-P2 Glyceraldehyde-3-P  2 1,3-P-Glycerate2 1,3-P-Glycerate  2 3-P-Glycerate2 P-Enolpyruvate  2 Pyruvate2 Pyruvate  2 Acetyl-CoA2 Isocitrate  2 -Ketoglutarate2 -Ketoglutarate  2 Succinyl-CoA2 Succinyl-CoA  2 Succinate2 Succinate  2 Furamate2 Malate  2 Oxaloacetate 1 ATP 1 ATP2 NADH2 ATP2 ATP2 NADH2 NADH2 NADH2 ATP (2GTP)2 FADH2 NADHTổng cộngTính số ATP tạo thành biết 1 NADH = 3ATP và 1FADH = 2ATPSản phẩm trung gian của TCA là tiền chất của nhiều quá trình tổng hợpSự chuyển vận Pyruvate và Citrate qua màng ty thểTy thểTế bào chấtMàng ty thểBiến thể của TCA-Chu trình glycoxylateCác yếu tố ảnh hưởng đến chu trình TCA (Krebs)Chu trình KrebsTên enzyme và các yếu tố ảnh hưởngẢnh hưởngPyruvate dehydrogenase Acetyl-CoA, NADH, ATP NAD+, CoA Mg2+-++Citrate synthase ATP, NADH, Succinyl-CoA-Isocitrate dehydrogenase ATP ADP, NAD-+Ketoglutarate dehydrogenase NAD+ NADH, Succinyl-CoA+-NAD: Nicotine adenine dinucleotide	NADP: Nicotine adenine dinucleotide phosphate	Tân sinh glucose (gluconeogenesis)Ở cơ thể đv, glucose là nguồn cung cấp năng lượng cần thiết. Hồng cầu và hệ thần kinh chỉ sử dụng glucose tự do từ máuSự tân sinh glucose xảy ra là khi cơ thể thiếu hụt năng lượng, nghĩa là kháng lại sự giảm glucose trong máuSự tân sinh glucose là sự tạo thành glucose từ những tiền chất không phải là đường (protein và lipid)Sự tân sinh glucose xảy ra chủ yếu ở gan và thận của động vậtVị trí của tân sinh glucose trên bản đồ biến dưỡngTân sinh glucose và đường phân là 2 quá trình trái ngược nhauQuá trình đường phân - GlycolysisTân sinh glucose - GluconeogenesisTân sinh glucose ở ngườiPhản ứng tổng quát của tân sinh glucoseĐiều hòa tân sinh glucose và glycolysisMạch máuCon đường pentose phosphateBiến dưỡng glucose theo con đường pentose phosphate: - cung cấp NADPH cho các hoạt động sinh tổng hợp của tế bào - tạo ra đường ribose-5-phosphate cần cho quá trình tổng hợp acid nhânCon đường pentose phosphateChi tiết các phản ứng trong chu trình pentoseChi tiết các phản ứng trong chu trình pentoseChi tiết các phản ứng trong chu trình pentoseChi tiết các phản ứng trong chu trình pentoseĐiều hòa chuyển hóa glucidĐường huyết trong cơ thể ở mức 0,7 – 1,1 mg/LMức đường huyết được duy trì nhờ 2 nguồn:	+ Bổ sung cung cấp glucose vào máu từ thức ăn	+ Sử dụng glucose ở các cơ quan dự trữ (glycogen ở gan, mô mỡ, cơ)Mức đường huyết vượt ngưỡng chịu đựng của thận thì được thải qua nước tiểu.Gan đóng vai trò quan trọng trong điều hòa đường huyết cùng với hormone insulin