Năng lượng ánh sáng mặt trời được chuyển hóa thành năng lượng hoá học trong hợp chất hữu cơ qua

Bộ rễ cũng có nhiệm vụ thu nhận chất vô cơ hoặc hữu cơ từ dạng các ion hoặc dạng liên kết, dạng ion như: nitơ N-O3- hoặc N-H4+, phốtpho dạng HPO4-2, lưu huỳnh dạng sulfat, molipden dạng molipdat, cacbon dạng HCO3- và một phần là CO2, K, Na, Ca, Mg. Giữa rễ và keo đất luôn xảy ra quá trình trao đổi ion. Các ion có thể liên kết chặt trong hạt keo đất hoặc ở dạng khó tan nhưng nhờ rễ cây có khả năng chuyển vào đất nhiều loại axit hữu cơ [axit malic, axit xitric…] và axit cacbonic biến các chất khó tan thành chất dễ tan cây dễ hấp thụ hoặc nhờ bộ rễ có khả năng tiết một số enzyme như amylase, protease, phôtphatae, urêase… có thể phân giải chất hữu cơ phức tạp thành chất đơn giản dễ hấp thụ. Các công trình khoa học chứng minh hàm lượng K, Na, Ca và Cl ở dịch bào cao hơn ngoài môi trường.

2. Hấp thụ và vận chuyển các nguyên tố khoáng

Khả năng hút và vận chuyển các nguyên tố khoáng ở cây trồng là một quá trình sinh lý vô cùng phức tạp, liên quan nhiều đến điều kiện bên trong và bên ngoài, bằng nhiều cách khác nhau nhưng vẫn liên hệ chặt chẽ và thống nhất với nhau.

2.1. Con đường vận chuyển dung dịch ngoài vào rễ

Sự chuyển động của các chất hòa tan có trọng lượng phân tử thấp [Ion, Axit hữu cơ và Amino Axit], nhờ sự khuếch tán hoặc thẩm thấu không chỉ hạn chế ở bề mặt ngoài của bộ rễ mà cả ở tế bào lông hút. Sự vận chuyển các chất hòa tan từ dung dịch ngoài vào rễ không phải theo cơ chế quá trình trao đổi chất có tính chủ động mà là quá trình vận chuyển thụ động qua màng nguyên sinh chất của tế bào [gồm lớp vỏ trong và lớp vỏ ngoài]. Khi nồng độ bên ngoài thấp thì hệ thống lông hút hình thành rất mạnh.

2.2. Vận chuyển nguyên tố khoáng qua lá và các phần khác của cây

- Hấp thụ khí qua lỗ khí khổng:

Cây trồng sống trên đất hút khí [CO2, O2] từ khí quyển qua khí khổng; chất dinh dưỡng ở dạng khí như SO2, NH3 và NO2 cũng có thể đi vào lá qua khí khổng. Điều này được chứng minh đối với khí SO2[35SO2] đã được đồng hóa rất nhanh và có mặt trong các hợp chất hữu cơ [Weigl và Ziegler] nhiều công trình cũng thí nghiệm tương tự với NH3. NH3 cũng được cây trồng đồng hóa nhanh và tạo thành các hợp chất hữu cơ. Hàng ngày sự hấp thụ NH3 qua lá khoảng 100-450g/ha.

Ở các vùng công nghiệp, sự sinh trưởng của cây bị ức chế do cây hút SO2 qua lá nhiều [có thể gây độc cho cây] và hút cả nitơ dạng NO và N2O. Trong trường hợp này ức chế các mối liên kết với CO2 nên ảnh hưởng đến hoạt tính của Ribulosediphosphat cacboxilase là enzyme chủ yếu tham gia khử CO2 trong chu trình calvin [C3].

- Hấp thụ chất hòa tan qua lá:

Hấp thụ chất hòa tan qua lá phụ thuộc vào cấu tạo của lá, tầng cutin, số lượng và sự phân bố khí khổng…Sự hấp thụ chất hòa tan từ bề mặt lá qua tế bào khí khổng qua nhu mô lá, mô biểu bì có vai trò quan trọng. Sự hấp thụ các ion qua lá thường cao hơn vào bên đêm khi tế bào khí khổng mở. Khả năng hấp thụ các chất của tế bào lá cũng như tế bào rễ phụ thuộc vào nhiều nhân tố bên trong và bên ngoài.

2.3. Khả năng chuyển hóa và vận chuyển các chất của bộ rễ

- Khả năng chuyển hóa các chất của bộ rễ:

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy ngoài khả năng hút nước hút khoáng bộ rễ còn có khả năng tổng hợp các chất. Trước đây người ta quan niệm rễ cây chỉ có nhiệm vụ hút nước và khoáng từ đất rồi chuyển vào thân ở dạng không đổi. Nhờ khoa học phát triển đã cho thấy các nguyên tố được bộ rễ hấp thụ đều phải trải qua quá trình khử và chuyển hóa ngay ở rễ, cũng tại đây các hợp chất hữu cơ được hình thành. Cường độ tổng hợp các chất hữu cơ ở rễ biến đổi theo sự hướng thiên của tuổi cây. Ban ngày quá trình tổng hợp mạnh hơn ban đêm. Điều này phù hợp với quá trình trao đổi chất và năng lượng. Khi cây được tiếp nhận đầy đủ năng lượng từ ánh sáng mặt trời, đủ nhiệt độ, nước… đặc biệt ban ngày quá trình quang hợp rất tốt và tiến hành mạnh đã cung cấp cho cây lực khử NADH2 cũng như tăng lượng ATP và các sản phẩm trung gian tạo điều kiện tốt cho rễ hoạt động, tạo kho dinh dưỡng cho cây trồng.

- Quá trình vận chuyển các chất trong cây:

Sự vận chuyển các chất trong cơ thể cây trồng [cả chất hữu cơ lẫn vô cơ] theo cơ chế khuếch tán thẩm thấu và phụ thuộc chủ yếu vào dòng nước từ đất lên thân cây nhờ quá trình thoát hơi nước ở bộ lá. Thực chất quá trình vận chuyển các chất trong cây [cả cường độ, chiều hướng, đường đi…] rất phức tạp.

Các chất khoáng do rễ cây hút từ đất được chuyển hóa [nhiều hay ít] ở bộ rễ tạo thành một dòng đi lên thân lá [các bộ phận trên mặt đất], một dòng từ thân lá đi xuống rễ gồm các sản phẩm được đồng hóa ở lá và cả các chất vô cơ được lá hấp thụ từ môi trường cũng như do sự phân giải từ các hợp chất hữu cơ ở lá già tạo nên. Dòng đi xuống chủ yếu vào cơ quan dự trữ [hạt, củ, quả] và xuống bộ rễ. Các chất hữu cơ chủ yếu được tổng hợp ở các bộ phận trên mặt đất [thân, lá], các chất vô cơ một phần được hấp thụ từ khí quyển qua lá, phần phần do sự phân giải ở lá già được chuyển xuống bộ rễ để khử tiếp tục rồi lại tham gia để tổng hợp nên các chất hữu cơ ở rễ.

3. Dinh dưỡng khoáng với năng suất và phẩm chất sản phẩm

- Sinh trưởng của cây trồng và  sự hình thành năng suất:

Mối liên hệ giữa việc cung cấp chất dinh dưỡng với năng suất cây trồng có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Cây trồng muốn sinh trưởng và phát triển phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên trong và bên ngoài môi trường. Những yếu tố trên trong như tính di truyền, đặc điểm sinh học của loài…, các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng như ánh sáng, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, nước, các loại khí… Các nhân tố bên trong và bên ngoài có mối quan hệ tích cực để hình thành năng suất cây trồng.

Ví dụ: đối với cây ngũ cốc giai đoạn đầu tiên của sự nảy mầm thì độ ẩm và nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ nảy mầm. Nhiệt độ và độ ẩm còn ảnh hưởng đến sự tích lũy chất kích thích sinh trưởng như auxin, gibberellin. Nước ảnh hưởng lớn đến quá trình trao đổi chất, hoạt động của enzyme trong phôi như amylase và protease. Giai đoạn đầu của sự nảy mầm, hô hấp diễn ra mạnh để hình thành và cung cấp năng lượng dạng ATP Adenosintriphôphat giúp cho sự tạo ra các cơ quan mới.

Sau khi hạt nảy mầm, bộ lá cần được phát triển đầy đủ để hình thành cây non. Giai đoạn này CO2, ánh sáng và chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng tham gia vào quá trình quang hợp. Tế bào bắt đầu làm nhiệm vụ hấp thụ vận chuyển năng lượng từ ánh sáng mặt trời cũng như năng lượng hóa học giúp cho tế bào rễ làm nhiệm vụ hút chất dinh dưỡng từ dung dịch đất. Cường độ ánh sáng càng mạnh thì yêu cầu lượng dinh dưỡng khoáng càng cao, đặc biệt là nitơ. Trên cơ sở  đó sẽ tạo điều kiện hình thành năng suất  tương lai.

Giai đoạn đầu nếu cung cấp chất dinh dưỡng đầy đủ cây sẽ sinh trưởng, phát triển tốt và đó là cơ sở cho năng suất cao. Đối với cây lấy hạt [ngũ cốc] chất khoáng có vai trò lớn ảnh hưởng đến sự hình thành hoa và số hạt chắc.

- Diện tích lá, hiệu suất quang hợp và các yếu tố tạo năng suất:

Hai yếu tố này có liên quan đến việc cung cấp chất dinh dưỡng khoáng và hình thành năng suất cây trồng. Chỉ số diện tích lá là m2 lá/m2. Chỉ số diện tích lá phụ thuộc từng loại cây, phụ thuộc từng vùng khí hậu, độ chiếu sáng và cường độ ánh sáng và thời tiết mùa đông, mùa hè…

4. Cơ sở khoa học của việc bón phân hợp lý

Nguyên tắc bón phân:

Thực vật sống trong tự nhiên và cây trồng chịu tác động của nhiều yếu tố ngoại cảnh là nhân tố có thể giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn. Việc sử dụng chất dinh dưỡng phân bón hợp lý, có hiệu quả là vấn đề rất quan trọng giúp cho toàn bộ đời sống của cây sinh trưởng thuận lợi, từ đó tạo ra năng suất sản phẩm tối đa. Trong thực tiễn sản xuất việc sử dụng phân bón là vấn đề không đơn giản vì phải dựa trên cơ sở khoa học và kinh nghiệm thực tiễn của người sản xuất. Nguyên tắc đầu tiên là phải bón đúng lúc, đúng liều lượng, đúng phương pháp, [như Liebig gọi là “phương pháp hỏi cây” tức là xem cây cần chất gì, cần bao nhiêu và cần ở giai đoạn phát triển nào]. Chúng ta đã biết mỗi loại cây có nhu cầu dinh dưỡng riêng ở mỗi giai đoạn phát triển của nó…

+ Bón vào đất: tức là đưa chất dinh dưỡng trực tiếp vào đất đúng theo nhu cầu của cây. Cây hấp thụ dinh dưỡng chủ yếu qua bộ rễ và qua lá. Bón vào đất có thể bón kết hợp giữa phân hữu cơ, vô cơ và phân khoáng, phương pháp này có hiệu quả sử dụng cao. Khi bón nên lấp một lớp đất lên trên để tránh mất mát khi trời mưa hay tưới mạnh [ví dụ bón đạm dạng NH­4­ dễ bị rửa trôi hay hiện tượng phản nitrat…].

+ Bón lên thân, lá: tức là dùng phương pháp phun. Chất dinh dưỡng được pha thành dung dịch với nồng độ thích hợp để phun trực tiếp lên thân, lá. Ở các nước dùng máy bay để phun hoặc máy phun. Ở Việt Nam dùng các bình bơm để phun. Đối với các nguyên tố đa lượng pha nồng độ khoảng  2-3% và nên phun phối hợp.

Phương pháp phun nên tiến hành vào buổi sáng sớm hoặc chiều mát và không nên phun vào lúc trời mưa sẽ bị rửa trôi để tạo điều kiện lá và thân hấp thụ tốt hơn, không nên phun vào buổi trưa. Phun phan qua lá có hiệu quả cao đối với cây trồng trên đất khô, đất chua mặn vì trong điều kiện này rễ cây hút dinh dưỡng từ đất khó khan hơn hấp thụ qua thân, lá.

Nguồn: Tuyển tập phân bón Việt Nam

1.Định nghĩa:

Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công.

3.Phân loại:

Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng

*Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng phân biệt: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước

*Dựa vào trạng thái sẵn sàng sinh ra công hay không, chia thành:

-Thế năng: là trạng thái tiềm ẩn của năng lượng [nước hay vật nặng ở một độ cao nhất định, năng lượng các liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ, chênh lệch các điện tích ngược dấu ở hai bên màng ].

-Động năng: Khi gặp các điều kiện nhất định năng lượng tiềm ẩn chuyển sang trại thái động năng có liên quan đến các hình thức chuyển động của vật chất [các ion, phân tử, các vật thể lớn] và tạo ra công tương ứng. Các dạng năng lượng có thể chuyển hoá tương hỗ và cuối cùng thành dạng nhiệt năng.

Bạn đang xem tài liệu "Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Sinh học - Chuyển hóa năng lương - Trần Thị Phương Anh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG I.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG 1.Định nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. 3.Phân loại: Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng *Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng phân biệt: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước *Dựa vào trạng thái sẵn sàng sinh ra công hay không, chia thành: -Thế năng: là trạng thái tiềm ẩn của năng lượng [nước hay vật nặng ở một độ cao nhất định, năng lượng các liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ, chênh lệch các điện tích ngược dấu ở hai bên màng]. -Động năng: Khi gặp các điều kiện nhất định năng lượng tiềm ẩn chuyển sang trại thái động năng có liên quan đến các hình thức chuyển động của vật chất [các ion, phân tử, các vật thể lớn] và tạo ra công tương ứng. Các dạng năng lượng có thể chuyển hoá tương hỗ và cuối cùng thành dạng nhiệt năng. II.CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG 1.VD: Quang hợp: là sự chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học chứa trong các chất hữu cơ. Hô hấp nội bào: là sự sự chuyển hoá năng lượng hoá học trong các liên kết của các chất hữu cơ đã được tế bào tổng hợp thành năng lượng trong các liên kết cao năng [ATP] dễ sử dụng. 2.Định nghĩa: Là sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống. Trong cơ thể sinh vật có nhiều quá trình đòi hỏi năng lượng thường xuyên như các phản ứng sinh tổng hợp các chất, tái sinh các tổ chức [phân bào, sinh sản], thực hiện công cơ học [chuyển động của chất nguyên sinh, của bào quan] hay công điện học như phát sinh và chuyển các thông tin dưới dạng dòng điện sinh học. Dòng năng lượng sinh học là dòng năng lượng trong tế bào, dòng năng lượng từ tế bào này sang tế bào khác hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác. Trong các hệ sống năng lượng được dự trữ trong các liên kết hoá học. III.ATP [Adenosine triphosphate] - ĐỒNG TIỀN NĂNG LƯỢNG CỦA TẾ BÀO 1.Vai trò: Là tiền tệ năng lượng của mọi tế bào, năng lượng tồn tại tiềm ẩn trong các liên kết hoá học. Nhờ khả năng dễ dàng nhường năng lượng mà ATP trở thành chất hữu cơ cung cấp năng lượng phổ biến trong tế bào → ATP được dùng cho tất cả các quá trình cần năng lượng. 2.Cấu trúc: Gồm: Phân tử đường ribose[5C] được dùng làm bộ khung để gắn adenine và ba nhóm phosphate. Chỉ có hai liên kết phosphate ngoài cùng là liên kết cao năng, có đặc điểm là mang nhiều năng lượng. 3.Cơ chế truyền năng lượng: ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phosphate cuối cùng để trở thành ADP [adenosine diphosphate] và gần như ngay lập tức ADP lại được gắn thêm nhóm phosphate để trở thành ATP. -Sự chuyển hoá năng lượng: Sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống. VD: Quang năng → hoá năng → cơ năng → nhiệt năng -Dòng năng lượng trong thế giới sống: Bắt đầu từ ánh sáng mặt trời truyền → cây xanh → qua chuỗi thức ăn đi vào động vật → nhiệt năng phát tán vào môi trường. CẤU TRÚC PHÂN TỬ ATP CƠ CHẾ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA ATP ENZYME I/ ENZYME 1.Khái niệm a.VD : Amilase, pepsine, tripsine, catalase ... H2O2 + 18Kcal → H2O + O2 H2O2 + bạch kim + 11.7Kcal → H2O + O2 H2O2 + catalase + 5.5Kcal → H2O + O2 b.Định nghĩa : Là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong tế bào sống, làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng. 2.Đặc tính: - Hoạt tính mạnh: Ở nhiệt độ cơ thể, trong 1 phút 1 phân tử enzyme catalase có thể phân huỷ được 5 triệu phân tử cơ chất peroxy hydro [H2O2]. - Tính chuyên hoá cao: Urease chỉ phân huỷ ure trong nước tiểu, mà không tác dụng lên bất cứ chất nào khác. -E liên kết với cơ chất mang tính đặc thù - đặc hiệu: Mỗi enzyme thường liên kết với 1 hoặc một vài cơ chất nhất định. -Xúc tác cả 2 chiều phản ứng. II.CẤU TRÚC: 1.Cấu trúc hoá học:[Bản chất hoá học] Thành phần là protein và protein liên kết với chất khác, một số ít trường hợp có thể là ARN. 2.Cấu trúc không gian: TTHĐ có đặc điểm: -Là chỗ lõm xuống hay 1 khe hở nhỏ trên bề mặt của enzyme. -Là nơi liên kết tạm thời với cơ chất. -Cấu hình không gian tương ứng với cấu hình cơ chất. -Bao gồm những nhóm hoá học và những liên kết peptide tiếp xúc trực tiếp với cơ chất hoặc không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất nhưng có vai tro trong quá trình xúc tác của enzyme. Thường gặp là : Cơ chế ổ khoá, chìa khoá Cơ chế cảm ứng E-S +Nhóm sunfidril [-SH] của systein. +Nhóm amine [-NH2] của lysine. +Nhóm carboxyl [-COOH] của acid aspartic, glutamic. +Nhóm hydroxyl [-OH] của systein, treonine và tyrosine. → Các nhóm chức trong TTHĐ có thể ở các vị trí xa nhau trong chuỗi polypeptid hoặc ở những chuỗi khác nhau → được định hướng xác định trong không gian, được giữ vững nhờ mạng lưới liên kết hydro và cách nhau những khoảng xác định [thường bé hơn 3Ao]→ Tạo thành cấu trúc không gian phức tạp. II.PHÂN LOẠI: Có 2 loại : a.Một enzyme xúc tác: Gồm: «Enzyme một thành phần : Khi thuỷ phân hoàn toàn chúng tạo thành một loạt sản phẩm là các L-a-acid amine. VD : hydrolase. «Enzyme hai thành phần [haloenzyme]: Chiếm đa số trong tế bào, gồm: -Phần protein [apoenzyme]: Quyết định tính đặc hiệu của enzyme, làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzyme. -Phần không phải protein [coenzyme]: Quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác, trực tiếp tham gia trong phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzyme đối với các yếu tố gây biến tính. Coenzyme thường là dẫn xuất của các vitamine hoà tan trong nước. b.Hệ thống nhiều enzyme xúc tác [multienzyme]: Gồm các enzyme xúc tác cho một dây chuyền phản ứng của một quá trình trao đổi chất xác định. Ở dạng hoà tan, có thể liên kết hoặc không liên kết với nhau khá bền tạo thành phức hệ nhiều enzyme. Khi tách riêng khỏi phức hệ enzyme sẽ mất hoạt tính. IV.CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG 1.Bản chất tác động: Làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng sinh hoá bằng cách tạo nhiều phản ứng trung gian. 2.Sơ đồ: Hệ thống: A+B n C+D có chất xúc tác X tham gia phản ứng thì các phản ứng có thể tiến hành theo các giai đoạn sau: A+B+X → ABX →CDX→C+D+X 3.Nội dung: - Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất [ES] không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp; - Giai đoạn thứ hai: Biến đổi cơ chất bằng cách hình thành các liên kết giữa các nhóm hoá học của TTHĐ với các các nhóm hoá học của cơ chất, dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kết hóa trị của cơ chất. - Giai đoạn thứ ba: Tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra dưới dạng tự do, nguyên vẹn. 4.Ví dụ: Sucrose + Sucrase→ Sucrose-Sucrase→ Glucose + Fructose + Sucrase E + S → E-S → E FC → P + E V.VAI TRÒ CỦA ENZYME TRONG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT: Điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất: Cơ thể tự điều chỉnh thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng các cách: 1.Tăng tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào: Bằng tăng các chất hoạt hoá hoặc tăng Cenzyme 2.Giảm tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào: Bằng.các chất ức chế: a.Chất ức chế đặc hiệu: Liên kết với enzyme → biến đổi cấu hình E → không liên kết được với S. b.Chất ức chế là cơ chất: Ức chế ngược Sản phẩm quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt E xúc tác cho phản ứng đầu con đường chuyển hoá. Khi một enzyme nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc bị bất hoạt thì không những sản phẩm không được tạo thanh mà cơ chất của enzyme đó sẽ bị tích luỹ lại gây độc cho tế bào hoặc có thể được chuyển hoá theo con đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí. Các bệnh như vậy ở người được gọi là bệnh rối loạn chuyển hoá. VD: Bệnh phenyl keto niệu. Do gene đột biến không tạo ra được enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển hoá acid amine phenylalanine thành tyrosine nên phenyalanine ứ đọng lại trong máu, chuyển lên não gây đầu độc tế bào thần kinh → thiểu năng trí tuệ, dẫn đến mất trí. VI.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1.Nhiệt độ: -Nhiệt độ tối ưu : E hoạt tính tối đa, làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất. -Nếu nhiệt độ cao quá: Mất hoạt tính -Nếu nhiệt độ quá thấp: Giảm hoạt tính, tạm thời ngừng hoạt động. Ví dụ: Đa số các enzyme ở tế bào cơ thể người hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 35-40oC, nhưng enzyme của vi khuẩn suối nước nóng lại hoạt động tốt nhất ở 70oC hoặc cao hơn. Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu của enzyme thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng enzyme. Tuy nhiên, khi đã qua nhiệt độ tối ưu của enzyme thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính. 2.Độ pH: Mỗi Enzyme có 1 độ pH thích hợp, đa số enzyme có pH tối ưu từ 6 đến 8. Ví dụ: Pepsin [dạ dày] pH = 2 Pespsin [tuyến tuỵ] pH = 8,5 3.Nồng độ enzyme và nồng độ S +Cenzyme: Với 1 lượng S nhất định Cenzyme càng tăng thì hoạt tính của enzyme càng tăng. +CS: Với 1 lượng enzyme xác định, nếu CS tăng dần trong dung dịch: lúc đầu hoạt tính Enzyme tăng, sau đó không tăng vì tất cả các TTHĐ của enzyme đã được bão hoà bởi cơ chất. 4.Chất ức chế, hoạt hoá Là chất làm tăng hay ức chế hoạt tính của enzyme Một số chất hoá học có thể ức chế hoạt động của enzyme nên tế bào khi cần ức chế enzyme nào đó cũng có thể tạo ra các chất ức chế đặc hiệu cho enzyme ấy. Một số chất độc hại từ môi trường như thuốc trừ sâu DDT là những chất ức chế một số enzyme quan trọng của hệ thần kinh người và động vật. HÔ HẤP TẾ BÀO I.KHÁI NIỆM 1.Định nghĩa: Là quá trình chuyển hoá năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống, trong đó các chất hữu cơ bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian rồi cuối cùng đến CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng cho mọi hoạt động của tế bào là ATP. 2.Bản chất: Là một chuỗi các phản ứng oxy hoá khử sinh học [chuỗi phản ứng enzyme] phân giải dần dần các phân tử chất hữu cơ [chủ yếu là glucose] và năng lượng không giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau. 3.Phương trình tổng quát:            Cn[H2O]m + nO2 → nCO2 + mH2O + năng lượng [ATP + nhiệt năng] II. CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO [XÉT QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI 1 PHÂN TỬ GLUCOSE] Quá trình hô hấp tế bào được chia làm 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi chuyền electron hô hấp. 1.Đường phân a.Vị trí: Ở tế bào chất b.Nguyên liệu: 1 glucose. c.Cơ chế: *Hoạt hoá phân tử glucose: Glucose + 2ATP → Fructose 1,6 diphosphate. *Cắt mạch carbon: Fuctose 1,6 diphosphate → 2 glyceraldehyt 1glucose → 2 phân tử acid pyruvic[C3H4O3] + 2 ATP + 2NADH d.Kết quả: 2 pyruvic, 2ATP, 2NADH Chú ý: Thực tế tạo ra 4 ATP nhưng đã dùng 2 ATP để hoạt hoá phân tử glucose. 2.Chu trình Krebs -Vị trí:Chất nền của ti thể. -Nguyên liệu: 2 pyruvic -Diễn biến: +Hoạt hoá acid pyruvic: Thành acetyl-CoA 2 pyruvic → 2 acetyl-coenzyme A [C–C–CoA] + 2CO2 + 2 NADH +Chu trình Krebs: Mỗi vòng chu trình Krebs, 1 phân tử acetyl–coA sẽ bị oxy hoá hoàn toàn tạo ra 2CO2, 1 phân tử ATP, 1 phân tử FADH2 + 3NADH. -Kết quả: 6CO2, 2ATP, 2FADH2, 8NADH Kết quả hai giai đoạn: Đường phân và chu trình Krebs thu được: -Sản phẩm mang năng lượng: 4ATP, 10NADH, 2FADH2 -Sản phẩm không mang năng lượng: 6CO2. 3.Chuỗi chuyền electron hô hấp [hệ vận chuyển điện tử] *NADH và FADH2 nhường e- cho chuỗi chuyền điện tử ở màng trong ty thể: NADH → NAD+ + H+ + 2e- FA ... ất chứa nitrogen. Đông nhất, gồm 2 nhóm nhỏ: - Các vi khuẩn nitrit hoá [như Nitrosomonas]: Oxy hoá NH3 thành acid nitro để lấy năng lượng.         2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + Q  6% năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucose từ CO2         CO2 + 4H + Q → 1/6C6H12O6 + H2O   - Các vi khuẩn nitrat hoá [như Nitrobacter]: oxy hoá HNO2 thành HNO3          2HNO2 + O2 → 2HNO3 + Q  7% năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucose từ CO2           CO2 + 4H + Q → 1/6C6H12O6 + H2O  *Vai trò: Trong tự nhiên, đảm bảo chu trình tuần hoàn vật chất. c] Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa sắt Bằng cách oxy hoá sắt hoá trị 2 thành sắt hoá trị 3:            4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe[OH]3 + 4CO2 + Q  Một phần năng lượng được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ. *Vai trò: Nhờ hoạt động của nhóm vi khuẩn này mà 4Fe[OH]3 kết tủa dần dần tạo ra các mỏ sắt. Ngoài ra, còn có nhóm vi khuẩn hydro có khả năng oxy hoá hydro phân tử [H2] và sử dụng một phần năng lượng được giải phóng để tổng hợp chất hữu cơ. II. QUANG TỔNG HỢP [QUANG HỢP] 1. Khái niệm Là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ [CO2 và H2O] nhờ năng lượng ánh sáng do các sắc tố quang hợp hấp thu được và chuyển hoá và tích luỹ ở dạng năng lượng hoá học tiềm tàng trong các hợp chất hữu cơ của tế bào. nCO2 + mH2O + Ánh sáng → Cn[H2O]m + nO2 2. Sắc tố quang hợp: Có 2 nhóm chính a.Thành phần: *Sắc tố chính: Chlorophyll [chất diệp lục] có vai trò hấp thu quang năng. +Diệp lục a: C55H72O5N4Mg +Diệp lục b: C55H70O6N4Mg *Sắc tố phụ: Gồm 2 loại: -Carotenoid: Gồm +Caroten: C40H56 +Xanthophyll: C40H56On [n:1¸6] -Phycobilin: Ở tảo. b.Vai trò: -Sắc tố chính: Hấp thu quang năng, có khả năng hấp thu ánh sáng có chọn lọc, có khả năng cảm quang và tham gia trực tiếp trong các phản ứng quang hoá → nhờ đó các phản ứng quang hợp diễn ra. -Sắc tố phụ: Hấp thu được khoảng 10% - 20% tổng năng lượng ánh sáng do lá cây hấp thu được và chuyển cho chlorophyll. Khi cường độ ánh sáng quá cao, các sắc tố phụ có tác dụng bảo vệ chất diệp lục khỏi bị phân huỷ. 3.Cơ chế quang hợp: Có tính chất hai pha. Thí nghiệm chứng minh: Richter đã dùng ánh sáng nhấp nháy với tần số nhất định thấy cây sử dụng năng lượng có hiệu quả hơn. Cùng với một số thí nghiệm khác, người ta đã chứng minh quang hợp có hai pha: pha sáng và pha tối. a]Pha sáng của quang hợp [pha cần ánh sáng] *Vị trí: Xảy ra ở cấu trúc hạt grana của lục lạp, trong các túi dẹp [màng thylakoid]. *Diễn biến: -Biến đổi quang lý: Diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng [photon] trở thành dạng kích động điện tử và chuyền [nhường] e- cho chuỗi chuyền điện tử trên màng thilakoid. Chl + hÖ D Chl* D Chl** [Chl: Chlorophyll-diệp lục] -Biến đổi quang hoá: + e- của diệp lục chuyền cho chuỗi chuyền điện tử → Tổng hợp ATP, đồng thời hình thành chất NADPH có tính khử mạnh + Diệp lục mất e- giành giật e- của nước gây nên quá trình Quang phân li nước để lấy e- bù đắp e- đã mất.. 2H2O → 4H+ + O2 + 4e- *PTPƯ: Ánh sáng 12H2O + 18ADP + 18Pi + 12NADP+ → 18ATP + 12NADPH + 6O2 Chlorophyll b]Pha tối của quang hợp [pha enzyme] *Vị trí: Trong chất nền [stroma] của lục lạp ở cây xanh và tảo hoặc trong tế bào của vi khuẩn quang hợp. *Cơ chế: Pha tối là pha khử CO2 nhờ ATP và NADPH được hình thành trong pha sáng để tạo các hợp chất hữu cơ [C6H12O6] Pha tối được thực hiện theo ba chu trình tướng ứng với ba nhóm thực vật: *Con đường cố định CO2 ở thực vật C3 – Chu trình Calvin - Benson *Phạm vi: Ở phần lớn thực vật, chủ yếu ở vùng ôn đới và á nhiệt đới, như: lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu Chúng sống trong điều kiện khí hậu ôn hoà: cường độ ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO2, O2 bình thường. *Cơ chế: Gồm 4 giai đoạn: -Giai đoạn 1: Giai đoạn carboxyl hoá Ở giai đoạn này 3 CO2 bị khử để hình thành sản phẩm đầu tiên của quang hợp là 6 phân tử APG. -Giai đoạn 2: Giai đoạn khử 6 APG bị khử tạo thành 6AlPG với sự tham gia của 6ATP và 6NADPH. -Giai đoạn 3: Giai đoạn phục hồi chất nhận RuBP 5 AlPG → 3 RuBP -Giai đoạn 4: Tổng hợp chất hữu cơ *Con đường cố định CO2 ở thực vật C4 – Chu trình Hatch – Slack *Phạm vi: Một số thực vật ở vùng nhiệt đới như: ngô, mía, có lồng vực, có gấu *Nguyên nhân: Sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồng độ O2 tăng. Sản phẩm quang hợp đầu tiên là một chất hữu cơ có 4C trong phân tử [acid oxaloacetic – AOA] *Thành phần tham gia: 2 dạng lục lạp với cấu trúc và chức năng khác nhau: -Lục lạp ở tế bào mô giậu. -Lục lạp của tế bào bao bó mạch. *Cơ chế: Gồm chu trình nhỏ: -Chu trình 1: Carboxyl hoá acid phosphoenolpyruvic Xảy ra ở lục lạp tế bào mô giậu. -Chu trình 2: Tổng hợp monosaccharide Xảy ra ở lục lạp tế bào bao bó mạch. Thực vật C4 cách ly RuBisCO ra khỏi oxy trong không khí bằng cách: Cố định carbon trong các tế bào thịt lá và sử dụng PEP kết hợp với CO2 nhờ PEP-carboxylase tạo thành oxaloacetate, malate để chuyên chở CO2 tới RuBisCO và phần còn lại của chu trình Calvin-Benson được cô lập trong các tế bào bó màng bao. Trong lục lạp enzyme ribulose diphosphate-carboxylase hoạt động rất yếu hoặc không hoạt động, thay vào đó là enzyme phosphoenolpyruvate-carboxylase hoạt động mạnh → sản phẩm đầu tiên 4C là các acid oxaloacetic, acid malic, acid aspartic. Chú ý: Chu trình C4 còn gọi là chu trình acid dicarboxylic vì sản phẩm đầu tiên có có 2 nhóm carboxyl. *Con đường cố định CO2 ở thực vật CAM [Crassulaceae Acid Metabolism – trao đổi acid ở họ Thuốc bỏng] *Phạm vi: Thực vật ở vùng sa mạc trong điều kiện khô hạn kéo dài như: dứa, xương rồng, thuốc bỏng, các cây mọng nước ở sa mạc do lấy được nước rất ít nên chúng phải tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng ban ngày. Vì vậy quá trình nhận CO2 phải tiến hành vào ban đêm khi khí khổng mở. *Cơ chế: CO2 được hợp chất 3-carbon là phosphoenolpyruvate [PEP] carboxyl hóa thành oxaloacetat và sau đó bị khử để tạo ra malate [4C] và lưu trữ cùng các hợp chất hữu cơ đơn giản khác trong các không bào của chúng. Muối malate dễ dàng bị phá vỡ thành pyruvate và CO2, sau đó pyruvat được phosphoryl hóa để tái sinh photphoenolpyruvat [PEP]. Trong thời gian ban ngày, acid malic bị chuyển ra khỏi các không bào và bị phân tách ra để tạo thành CO2 sao cho nó có thể được enzyme RuBisCO sử dụng trong chu trình Calvin-Benson trong chất nền đệm của lạp lục. So sánh với Thực vật C4: -Giống: Có khả năng quang hợp bình thường trong điều kiện nóng, thiếu CO2 bằng cách làm giàu CO2 trước khi chuyển đến rubisco. Đều cố định CO2 thành oxaloacetate ở tế bào thịt lá trước khi nhả CO2 để cung cấp cho chu trình Calvin Benson -Khác: C4 cố định CO2 ở thịt lá rồi chuyển vào tế bào bó mạch để nhả CO2 ở đó. Nói cách khác: phân hóa quá trình làm giàu CO2 và chu trình Calvin theo sự sắp xếp không gian. CAM cố định CO2 vào ban đêm và nhả CO2 vào ban ngày cùng ở tế bào thịt lá để tham gia vào chu trình Calvin. Nói cách khác: phân hóa quá trình làm giàu CO2 và chu trình Calvin theo thời gian. Chú ý: Như vậy quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM đều giống nhau ở pha sáng, chúng chỉ khác nhau ở pha tối - tức là pha cố định CO2 . Tên gọi thực vật C3, C4 là gọi theo sản phẩm cố định CO2 đầu tiên, còn thực vật CAM là gọi theo đối tượng thực vật có con đường cố định CO2 này. Ở thực vật C4, con đường cố định CO2 được phân biệt về mặt không gian thì ở CAM được phân biệt về mặt thời gian. III. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BIỆT CÁC NHÓM THỰC VẬT C3, C4, CAM Bảng : Các đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lí, hoá sinh của các nhóm thực vật  Đặc điểm C3 C4 CAM 1. Hình thái, giải phẫu - Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu. - Lá bình thường -Có hai loại lục lạp ở tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch. -Lá bình thường Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu -Lá mọng nước 2.Cường độ quang hợp 10–30 mg CO2/dm2/giờ 30–60 mg CO2/dm2/giờ 10–15 mg CO2/dm2/giờ 3.Điểm bù CO2 30 – 70 ppm 0 – 10 ppm Thấp như C4 4.Điểm bù ánh sáng* Thấp: 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần Cao, khó xác định Cao, khó xác định 5.Nhiệt độ thích hợp 20 – 30oC 25 – 35oC Cao: 30 – 40oC 6.Nhu cầu nước Cao Thấp, bằng ½ thực vật C3 Thấp 7.Hô hấp sáng Có Không Không 8.Năng suất sinh học Trung bình Cao gấp đôi thực vật C3 Thấp III.MỐI QUAN HỆ GIỮA HAI PHA MỘT SỐ CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Năng lượng 1.Tại sao ATP được coi là “đồng tiền năng lượng” của tế bào ? 2.Vẽ sơ đồ cấu tạo tổng quát của phân tử ATP ? Trình bày cơ chế truyền năng lượng của ATP ? 2.Enzyme 1.Trình bày cấu trúc và cơ chế xúc tác và vai trò điều hoà tốc độ phản ứng của enzyme ? 2.Giải thích tại sao người ta có thể sử dụng cách cách: Đun nóng, ngâm chua, ướp lạnh để bảo quản thức ăn ? 3.Hô hấp: 1.Giai đoạn nào trong ba giai đoạn của hô hấp tế bào được xem là cổ nhất ? Giải thích ? 2.Tại sao quá trình hô hấp ở sinh vật nhân sơ giải phóng giải phóng 38ATP nhưng ở sinh vật nhân chuẩn chỉ giải phóng 36-38ATP ? 3.Quá trình OXH glucose ở tế bào tuy hiệu quả cao [khoảng 40% năng lượng] song lại không đạt hiệu suất 100%, tức là vẫn có sự hao phí dưới dạng nhiệt. Vậy nhiệt lượng hao phí đó có hoàn toàn là vô ích không ? 4.Cơ thể bạn chế tạo NAD+ và FAD từ hai loại vitamine B, niaxin và riboflavin. Bạn chỉ cần một lượng vitamine rất bé. Liều lượng cho phép được khuyến cáo là mỗi ngày chỉ 20mg niaxin và 1,7mg riboflavin. So với lượng glucose trong cơ thể ta cần mỗi ngày thì các lượng này cần ít nhất là bao nhiêu phân tử NAD+ và FAD ? Bạn có thể cho biết tại sao nhu cầu hàng ngày của bạn về các chất đó lại ít thế không ? 4.Quang hợp 1.So sánh quang hợp và hoá tổng hợp ? 2.Nêu hoạt động của nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ hợp chất chứa nito ? 3.Loại nào sau đây lấy CO2 nhanh hơn [tính theo đơn vị trọng lượng]: Cây non, cây trưởng thành, cây già ? Khi chặt các cây già và gieo trồng mới lại thì có tác dụng gì đến hiệu ứng nhà kính ? 4.Mô tả ngắn gọn cây cối dùng đường sản xuất ra trong quang hợp để làm gì ? 5.Các nguyên tử oxy của glucose sản xuất bằng quang hợp đến từ nước hay từ CO2 ? Hãy bố trí thí nghiệm chứng minh ? 6.Giải thích tính thích nghi của các hình thức quang hợp ở thực vật ? 5.Tổng hợp: 1.Kể tên các hợp chất vận chuyển điện tử quan trọng trong tế bào ? Nếu thiếu các chất đó thì điều gì sẽ xảy ra ? 2.So sánh chuỗi vận chuyển e- trên màng thylakoid của lục lạp và chuỗi vận chuyển trên màng trong ty thể: [1] e- thu năng lượng từ đâu ? [2] Các e- thu được gì ở cuối chuỗi vận chuyển e- ? [3] Năng lượng dòng e- trao cho được sử dụng như thế nào ? 3.Tại sao quá trình quang hợp lại cần pha sáng trong khi ATP cần cho pha tối hoàn toàn có thể lấy từ quá trình hô hấp tế bào ? 4.Giả sử trung bình một ngày bạn cần 2200kcal cho duy trì cơ thể và hoạt động tuỳ ý. Giả thiết khẩu phần của bạn cung cấp trung bình mỗi ngày 2300kcal. Để tránh năng lượng tích luỹ vào mỡ làm tăng cân, bạn cần phải tập thể dục nhiều hơn. Mỗi tuần bạn phải dành mấy giờ đi bộ [hoặc bơi, hoặc chạy] để đốt cháy hết số calo thừa đó ? Biết rằng đi bộ tiêu thụ 231 kcal/h, bơi 535 kcal/h, chạy 865 kcal/h. 5.Chứng minh năng lượng dùng cho mọi hoạt động sống có nguồn gốc từ năng lượng ánh sáng mặt trời ?