Lý thuyết ôn tập chuyên đề Hô hấp tế bào Sinh học 10 nâng cao

CHUYÊN ĐỀ: HÔ HẤP TẾ BÀO SINH HỌC 10

I. Khái niệm hô hấp tế bào:

Hô hấp tế bào là quá trình chuyển hoá năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống. Trong quá trình này, các chất hữu cơ bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian rồi cuối cùng đến CO₂ và H₂O, đồng thời năng lượng tích luỹ trong các chất hữu cơ được giải phóng và chuyển thành năng lượng của các phân tử ATP, dạng năng lượng dễ sử dụng cho mọi hoạt động của tế bào.

Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp tế bào là:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Năng lượng (ATP + nhiệt)

II. Vai trò của hô hấp tế bào:

• Phần lớn năng lượng hô hấp giải phóng ở dạng nhiệt là cần thết để duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các hoạt động sống.
• Năng lượng trong hô hấp tích luỹ trong phân tử ATP. Đây là dạng năng lượng được sử dụng cho các hoạt động sống khác nhau của tế bào và cơ thể. Ví dụ: Vận chuyển các chất, tổng hợp các chất, sinh trưởng, sữa chữa các hơ hại của tế bào.
• Hô hấp tạo sản phẩm trung gian cho quá trình tổng hợp các chất khác nhau trong cơ thể.

III. Cơ chế hô hấp tế bào

Hô hấp tế bào có bản chất là một chuỗi các phản ứng ôxi hóa khử. Thông qua chuỗi các phản ứng này, phân tử glucôzơ được phân giải dần dần và năng lượng của nó không được giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau để tổng hợp ATP.

Hô hấp tế bào được chia thành 3 giai đoạn chính:  

• Đường phân
• Chu trình Crép
• Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá

1. Giai đoạn đường phân

• Vị trí xảy ra: tế bào chất.
• Điều kiện: không có O₂
• Nguyên liệu: Glucôzơ, 2ATP, 2NAD⁺, 2ADP.
• Sản phẩm: 4ATP, 2 axit pyruvic, 2 NADH.
• Năng lượng tạo ra: 2 ATP
• Phương trình tổng quát:

Glucôzơ + 2ATP + 2Pi + 2NAD+ + 2ADP => 2 axit pyruvic + 4ATP + 2NADH + 2H⁺ + H₂O

• Cơ chế: gồm 3 giai đoạn.

• Ý nghĩa:
  • Đường phân không có ý nhĩa lớn về mặt năng lượng và quá trình này chỉ tạo được 2 phân tử ATP và 2 NADH. Nhưng qua đường phân glucozơ đã bị bẻ gãy thành ãit pyruvic là dạng có hoạt tính cao hơn, dễ dàng tham gia vào quá trình tiếp theo.
  • Chức năng của đường phân là qua NADH cung cấp ion H_­⁺ và điện tử cho chuỗi chuyền e.
  • Con đường đường phân là gia đoạn chuản bị chung cho cả hai quá trình hô hấp và lên mem. Sản phẩm cuối cùng của đường phân là axit pyruvic sẽ chọn số phận khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện cung cấp oxi.

* Nếu thiếu oxi => hô hấp kị khí (Lên men)

Lên men: Khi không có O₂ để nhận hydro và điện tử thì acid pyruvic được tạo ra trong quá trình đường phân sẽ nhận hydro và điện tử từ NADH, quá trình này được gọi là sự lên men.

Hình 2. Các phản ứng chính của sự lên men

• Sự biến dưỡng acid pyruvic trong sự lên men thay đổi theo cơ thể sinh vật (Hình 2). Ở tế bào động vật và nhiều vi sinh vật sự khử acid pyruvic tạo ra acid actic:                                       

                                                            Lactat dehydrogenaz

2 acid pyruvic + 2NADH + 2 ion H⁺ →→→→→→→→→→→  2 acid lactic + 2 NAD⁺                           

• Ở hầu hết tế bào thực vật và men (yeast), sản phẩm lên men là rượu etanol (ethyl) và CO₂, quá trình này được áp dụng trong sản xuất:                                                   

                                                            Alcol dehydrogenaz

2 acid pyruvic + 2 NADH + 2 ion H⁺ →→→→→→→→→→ 2 rượu ethyl + 2 CO₂ + 2 NAD⁺ 

⇒ Vì vậy, trong điều kiện yếm khí, NAD+ như con thoi đi qua đi lại giữa bước (6) và bước (11), lấy hydro và điện tử để tạo ra NADH trong bước (6) và trả lại hydro và điện tử trong bước (11).  Sự lên men là sự nối tiếp của quá trình đường phân, bằng cách này glucoz được biến đổi thành rượu hay thành acid lactic dưới điều kiện yếm khí, và tên gọi tùy thuộc vào tên của loại sản phẩm cuối cùng. Dù sản phẩm cuối cùng là chất nào thì  sự lên men chỉ lấy được một phần năng lượng rất nhỏ từ glucoz, các sản phẩm của quá trình lên men là các chất còn chứa rất nhiều năng lượng tự do.

• Sự lên men của những tế bào men và những vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều kỷ nghệ quan trọng như làm bánh mì, pho ma, da ua, sản xuất rượu và các loại thức uống có rượu; một số sản phẩm khác được tạo ra từ các vi sinh vật khác như mùi đặc trưng của pho ma Thụy sỉ là do sản phẩm lên men là acid proprionic.

* Nếu đủ oxi => hô hấp hiếu khí

b. Chu trình crep

• Vị trí xảy ra: chất nền của ti thể.
• Nguyên liệu: Axit pyruvic, CoA, NAD⁺, FAD⁺, ADP, Pi.
• Sản phẩm: CO₂, NADH, FADH₂, các chất hữu cơ trung gian.
• Năng lượng tạo ra: 2 ATP
• Phương trình tổng quát:

2Axit pyruvic => chu trình Crep => 6NADH + 2ATP + 4CO₂ (+2CO₂ trong chuyển hóa axit pyruvic thành CoA

• Cơ chế: gồm 2 giai đoạn:

• Ý nghĩa:
  • Tạo ra nhiều enzym khử
  • Giải phóng năng lượng ở dạng ATP
  • Giải phóng một phần năng lượng ở dạng nhiệt giúp giữ ấm tế bào
  • Nhiều sản phẩm trung gian của chu trình Crep là nguyên liệu cho các quá trình chuyển hoá khác nhau trong tế bào.
• Ví dụ: Axetyl – CoA được sử dụng để tổng hợp axit béo.

            Axetyl colin được sử dụng để tổng hợp Urê

• Chu trình Crep là mắt xích liên hợp của nhiều điểm giao lưu phân giải và tổng hợp các chất khác nhau trong tế bào, đồng thời là hướng chính của các quá trình phân giải Hợp chất hữu cơ.

 c. Chuỗi truyền electron hô hấp (hệ vận chuyển điện tử) 

• Vị trí: màng trong ty thể.
• Điều kiện: có 0₂
• Nguyên liệu: 10 NADH, 2 FAH₂ , 0₂
• Sản phẩm: 32 - 34 ATP, 6 H₂O
• Năng lựng tạo ta : 32 – 34 ATP
• Diễn biến: Qua đường phân và chu trình Crep electron được tích luỹ trong NADH và FADH₂ có mặt trong chất nền. NADH và FADH₂ sẽ chuyền e qua các phức hệ I, II, III, IV của chuỗi chuyền e, cuôí cùng e được chuyền tới oxi. Như vậy oxi là chất nhận e cuối cùng trong chuỗi chuyền e. oxi liên kết với hyđro để tạo thành nước.
  • Nếu chất mang ban đầu là NADH thì tổng hợp được 3 phân tử ATP.
  • Nếu chất mang ban đầu là FADH2 thì tổng hợp được 2 phân tử ATP.

* Sự tổng hợp ATP theo cơ chế hoá thẩm thấu của Michell: sự vận chuyển điện tử trong chuỗi chuyền e đã tạo động lực bơm H⁺ từ chất nền matrix của ty thể vào xoang gian màng ( khoảng không gian 2 phía màng ngoài và màng trong ) Điều này làm xuất hiện sự chênh lệch nồng độ H⁺ hai bên phía màng trong ty thể tạo động lực bơm H⁺  

Khi H⁺ vận chuyển theo chiều nồng độ đi qua phức hệ ATP synthetaza từ xoang gian màng trở lại chất nền của ty thể với sự có mặt của ADP và H₃PO₄ (P) thì ATP được tạo thành.

• Năng lượng: Đây là giai đoạn giải phóng nhiều ATP nhất (32- 34ATP).

Sơ đồ tóm tắt các giai đoạn chính của quá trình hô hấp tế bào.

Giai đoạn Nội dung	Đường phân	Chu trình Crep	Chuỗi truyền electrn hô hấp
Nơi thực hiện	Tế bào chất	Chất nền ti thể	Màng trong ti thể
Nguyên liệu	Glucozo, ATP, ADP, NAD+	Axit pyruvic, CoA, NAD+, FAD+, ADP, Pi	NADH, FADH2, O2 không khí
Sản phẩm	Axit pyrvic, NADH, ADP, ATP	CO2, NADH, FADH2, các chất hữu cơ trung gian ATP.	H2O, ATP
Năng lượng	2ATP	2ATP	34ATP

IV. Hiệu suất sử dụng năng lượng của hô hấp tế bào.

Qua 3 quá trình:

• Đường phân tạo được 2 ATP
• Chu trình Crep tạo ra được 2 ATP
• Chuỗi chuyền e tạo ra được 32- 34 ATP
• Tổng số ATP tạo ra từ quá trình oxy hoá hoàn toàn 1 phân tử glucozơ là 36- 38 ATP.
• Đạt hiệu suất 36- 38 là tuỳ thuộc vào loại tế bào:
  • Tế bào nhân thực: do phải tiêu tốn 2 ATP để vận chuyển 2 phân tử NADH từ tế bào chát vào ty thể. Do đó tổng số phân tử ATP tạo ra là 36 ATP
  • Tế bào nhân sơ do không tiêu tốn năng lượng để vận chuyển 2 phân tử NADH của đường phân vào ty thể như ở sinh vật nhân thực. do đó tổng số phân tử ATP tạo ra khi phân giải hoàn toàn 1 phân tử đường glucozơ là 38 ATP.

Hiệu suất sử chuyển hoá năng lượng của quá trình hô hấp là:

• 1 mol glucozơ bị phân giải sẽ giải phóng 686 kcal

→ số năng lượng tích luỹ năng lượng trong ATP là: 7,3 kcal

• Như vậy, 38 ATP đã tích luỹ được : 38  x 7,3 = 277,4 kcal
• Hiệu suất chuyển hoá năng lượng sẽ là: 277,6 : 686 = 0,4  =  40%
• Như vậy, khoảng 40% năng lựng từ phân tử glucozơ chuyển sang ATP và khoảng 605 năng lượng còn lại chuyển thành dạng nhiệt. Cơ thể chúng ta đã sử dụng phần nhiệt đó để duy trì thân nhiệt 37⁰C, phần nhiệt còn lại thất thoát ra ngoài.

V. Quá trình phân giải các chất khác.

{-- Nội dung phần V. Quá trình phân giải các chất khác của Lý thuyết ôn tập chuyên đề Hô hấp tế bào Sinh học 10 nâng cao các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--} 

VI. Hệ số hô hấp (RQ).

{-- Nội dung phần VI. Hệ số hô hấp (RQ) của Lý thuyết ôn tập chuyên đề Hô hấp tế bào Sinh học 10 nâng cao các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--} 

VII. Hô hấp sáng (quang hô hấp ).

 

{-- Nội dung phần VII. Hô hấp sáng của Lý thuyết ôn tập chuyên đề Hô hấp tế bào Sinh học 10 nâng cao các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}