A HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Khái niệm về hô hấp a. Định nghĩa và phương trình hô hấp Hô hấp là quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể. Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp đợc viết như sau: C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + Q (năng lượng : ATP + nhiệt) b. Vai trò của quá trình hô hấp Trước hết thông qua quá trình hô hấp, năng lượng hoá học tự do dưới dạng ATP được giải phóng từ các hợp chất hữu cơ và năng lượng dưới dạng ATP này được sử dụng cho các quá trình sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất, quá trình vận động sinh trưởng, quá trình phát quang sinh học,… Trong các giai đoạn của quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã được hình thành và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối (nguyên liệu) của các quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể. 2. Cơ chế hô hấp Cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp sau: Con đường đường phân Chu trình Crép Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá a. Giai đoạn phân giải đường (đường phân): xảy ra ở chất tế bào trong điều kiện yếm khí: Glucôzơ 2 Axit pyruvic b. Phân giải kị khí và hô hấp hiếu khí Phân giải kị khí (lên men) xảy ra ở chất tế bào chưa có sự tham gia của O2. Axit pyruvic Rượu Etilic Axit pyruvic Axit Lactic Hô hấp hiếu khí xảy ra ở ty thể với sự có mặt của O2: Chu trình Crép : Axit pyruvic CO2 + H2O c. Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá tạo ra 30 ATP 3. Hệ số hô hấp (RQ) Hệ số hô hấp kí hiệu là RQ là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử O2 hút vào khi hô hấp. RQ của nhóm hydrat cacbon bằng 1 Ví dụ : C6H12O6 + 6 O2 = 6CO2 + 6H2O RQ = 66 = 1 RQ của nhóm lipit,protein thường < 1 RQ của nhiều acit hữu cơ thường > 1 Ý nghĩa của hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) đang hô hấp là nhóm chất gì và trên cơ sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng của cây. 4. Năng lương hô hấp Hệ số sử dụng năng lượng hô hấp Cơ chế hình thành ATP 5. Hô hấp sáng Hô hấp sáng là hô hấp xảy ra ngoài ánh sáng. Nhóm thực vật C3 thường xảy ra quá trình hô hấp này. Đó là khi thực vật C3 phải sống trong điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài với nồng độ O2 cao, cường độ ánh sáng cao, trong khi nồng độ CO2 lại thấp. Khi đó trong pha cacboxi hoá của chu trinh Canvin xảy ra quá trình oxi hoá RiDP thành Axit glycolic. Axit glycolic chính là bản thể của hô hấp sáng. Hô hấp sáng không có ý nghĩa về mặt năng lượng (không giải phóng ATP), nhưng lại tiêu tốn 3050% sản phẩm quang hợp. 6. Hô hấp và các điều kiện môi trường a. Hô hấp và nhiệt độ Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với sự xúc tác của các ezim do đó phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ. Mối quan hệ giữa cường độ hô hấp và nhiệt độ thường được biểu diễn bằng đồ thị có đường cong một đỉnh. + Nhiệt độ thấp nhất mà cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng 100C; 00C tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau. + Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 35 400C + Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 45 550C . Trên nhiệt độ tối đa, bộ máy hô hấp sẽ bị phá huỷ. b. Hô hấp và hàm lượng nước Nước vừa là dung môi vừa là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hoá nguyên liệu hô hấp. Vì vậy hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp. Các nghiên cứu cho thấy: + Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) của cơ thể, cơ quan hô hấp. + Hàm lượng nước trong cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại. Hạt thóc, ngô phơi khô có độ ẩm khoảng 13 16% có cường độ hô hấp rất thấp (ở mức tối thiểu). c. Hô hấp và nồng độ các khí O2, CO2 trong không khí O2 tham gia trực tiếp vào việc oxi hoá các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi truyền điện tử để sau đó hình thành nước trong hô hấp hiếu khí. Vì vậy nếu nồng độ O2 trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang hô hấp kị khídạng hô hấp không có hiệu quả năng lượng rất bất lợi cho cây trồng. CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng CO2 là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng CO2 cao trong môi trường sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế. 6. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản thực a. Mục tiêu của bảo quản: Giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản. b. Ảnh hưởng của hô hấp trong quá trình bảo quản: Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của đối tượng bảo quản, do đó làm giảm số lượng và chất lượng trong quá trình bảo quản. Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng O2 sẽ giảm, CO2 sẽ tăng và khi O2 giảm quá mức, CO2 tăng quá mức thì hô hấp ở đối tượng bảo quản sẽ chuyển sang dạng hô hấp yếm khí và đối tượng bảo quản sẽ bị phân huỷ nhanh chóng. c. Các biện pháp bảo quản: Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 1316% tuỳ theo từng loại hạt. Bảo quản lạnh: Phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng phương pháp này. Chúng đợc giữ trong các kho lạnh, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: khoai tây ở 4, cải bắp ở 1, cam, chanh ở 6oC. Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO2 cao: Đây là biện pháp bảo quản hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao. Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO2 cao hoặc đơn giản hơn là các túi polietilen. Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO2 thích hợp là điều hết sức quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản. B. HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 41. ( Đề thi HSG Chuyên Hà am 2010) 1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật là gì? 2. Bản chất của quá trình hô hấp? 3. Trình bày cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp ở tế bào? Trả lời: 1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật. Ti thể là bào quan làm nhiệm vụ hô hấp ở tế bào. Nó được xem là “trạm biến thế năng lượng” của tế bào. Bản chất của quá trình hô hấp Bản chất của quá trình hô hấp: Khác với quá trình đốt cháy chất hữu cơ ngoài cơ thể, quá trình ôxi hoá trong cơ thể phải trải qua nhiều chặng, bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh để cuối cùng giải phóng CO2, H2O và năng lượng dưới dạng ATP. Các giai đoạn của quá trình hô hấp trong cơ thể thực vật gồm: Giai đoạn đường phân xảy ra ở chất tế bào là pha phân giải kị khí chung cho cả hô hấp kị khí(lên men) và hô hấp hiếu khí. Đó là quá trình phân giải phân tử glucôzơ đến axit piruvic( từ một phân tử glucôzơ hình thành nên 2 phân tử axit piruvic). Nếu không có ôxi, axit piruvic chuyển hoá theo con đường hô hấp kị khí ( lên men) tạo rượu êtilic kèm theo sự giải phóng CO2, cũ
HÔ HẤP THỰC VẬT A- HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Khái niệm hô hấp a Định nghĩa phương trình hơ hấp - Hơ hấp q trình oxi hố hợp chất hữu thành CO H2O đồng thời giải phóng lượng cần thiết cho hoạt động sống thể - Phương trình tổng qt q trình hơ hấp đợc viết sau: C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + Q (năng lượng : ATP + nhiệt) b Vai trò q trình hơ hấp - Trước hết thơng qua q trình hơ hấp, lượng hố học tự dạng ATP giải phóng từ hợp chất hữu lượng dạng ATP sử dụng cho trình sống thể: trình trao đổi chất, trình hấp thụ vận chuyển chủ động chất, trình vận động sinh trưởng, trình phát quang sinh học,… - Trong giai đoạn q trình hơ hấp, nhiều sản phẩm trung gian hình thành sản phẩm trung gian lại đầu mối (nguyên liệu) trình tổng hợp nhiều chất khác thể Cơ chế hô hấp Cơ chế hô hấp với giai đoạn hô hấp sau: - Con đường đường phân - Chu trình Crép - Chuỗi truyền điện tử q trình photphorin hố a Giai đoạn phân giải đường (đường phân): xảy chất tế bào điều kiện yếm khí: Glucơzơ Axit pyruvic b Phân giải kị khí hơ hấp hiếu khí - Phân giải kị khí (lên men) xảy chất tế bào chưa có tham gia O2 Axit pyruvic Rượu Etilic Axit pyruvic Axit Lactic - Hơ hấp hiếu khí xảy ty thể với có mặt O2: Chu trình Crép : Axit pyruvic CO2 + H2O c Chuỗi truyền điện tử q trình photphorin hố tạo 30 ATP Hệ số hơ hấp (RQ) - Hệ số hơ hấp- kí hiệu RQ - tỉ số số phân tử CO2 thải số phân tử O2 hút vào hơ hấp RQ nhóm hydrat cacbon Ví dụ : C6H12O6 + O2 = 6CO2 + 6H2O RQ = 6/6 = RQ nhóm lipit,protein thường < RQ nhiều acit hữu thường > - Ý nghĩa hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) hơ hấp nhóm chất sở đánh giá tình trạng hơ hấp tình trạng Năng lương hơ hấp - Hệ số sử dụng lượng hô hấp - Cơ chế hình thành ATP Hơ hấp sáng - Hô hấp sáng hô hấp xảy ngồi ánh sáng Nhóm thực vật C thường xảy q trình hơ hấp Đó thực vật C3 phải sống điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài với nồng độ O cao, cường độ ánh sáng cao, nồng độ CO lại thấp Khi pha cacboxi hố chu trinh Canvin xảy q trình oxi hố RiDP thành Axit glycolic Axit glycolic thể hơ hấp sáng - Hơ hấp sáng khơng có ý nghĩa mặt lượng (khơng giải phóng ATP), lại tiêu tốn 3050% sản phẩm quang hợp Hô hấp điều kiện môi trường a Hô hấp nhiệt độ - Hô hấp bao gồm phản ứng hoá học với xúc tác ezim phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ - Mối quan hệ cường độ hô hấp nhiệt độ thường biểu diễn đồ thị có đường cong đỉnh + Nhiệt độ thấp mà bắt đầu hô hấp biến thiên khoảng -100C; 00C tuỳ theo loài vùng sinh thái khác + Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp khoảng 35 - 400C + Nhiệt độ tối đa cho hô hấp khoảng 45 - 550C Trên nhiệt độ tối đa, máy hô hấp bị phá huỷ b Hô hấp hàm lượng nước - Nước vừa dung môi vừa môi trường cho phản ứng hố học xảy Nước tham gia trực tiếp vào q trình oxi hố ngun liệu hơ hấp Vì hàm lượng nước quan, thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp - Các nghiên cứu cho thấy: + Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) thể, quan hô hấp + Hàm lượng nước quan hô hấp cao cường độ hơ hấp cao ngược lại Hạt thóc, ngơ phơi khơ có độ ẩm khoảng 13 - 16% có cường độ hơ hấp thấp (ở mức tối thiểu) c Hô hấp nồng độ khí O2, CO2 khơng khí - O2 tham gia trực tiếp vào việc oxi hoá chất hữu chất nhận điện tử cuối chuỗi truyền điện tử để sau hình thành nước hơ hấp hiếu khí Vì nồng độ O khơng khí giảm xuống 10% hô hấp bị ảnh hưởng giảm xuống 5% chuyển sang hơ hấp kị khí-dạng hơ hấp khơng có hiệu lượng bất lợi cho trồng - CO2 sản phẩm q trình hơ hấp Các phản ứng đêcacbơxi hố để giải phóng CO phản ứng thuận nghịch Nếu hàm lượng CO cao môi trường làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch hô hấp bị ức chế Hô hấp vấn đề bảo quản nông sản thực a Mục tiêu bảo quản: Giữ đến mức tối đa số lượng chất lượng đối tượng bảo quản suốt q trình bảo quản b Ảnh hưởng hơ hấp q trình bảo quản: - Hơ hấp tiêu hao chất hữu đối tượng bảo quản, làm giảm số lượng chất lượng trình bảo quản - Hô hấp làm tăng nhiệt độ mơi trường bảo quản, làm tăng cường độ hô hấp đối tượng bảo quản - Hô hấp làm tăng độ ẩm đối tượng bảo quản, làm tăng cường độ hơ hấp đối tượng bảo quản - Hô hấp làm thay đổi thành phần khí mơi trường bảo quản: Khi hơ hấp tăng O2 giảm, CO2 tăng O2 giảm q mức, CO2 tăng q mức hơ hấp đối tượng bảo quản chuyển sang dạng hô hấp yếm khí đối tượng bảo quản bị phân huỷ nhanh chóng c Các biện pháp bảo quản: - Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản thường sử dụng để bảo quản loại hạt kho lớn Trước đa hạt vào kho, hạt phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo loại hạt - Bảo quản lạnh: Phần lớn loại thực phẩm, rau bảo quản phương pháp Chúng đợc giữ kho lạnh, tủ lạnh ngăn có nhiệt độ khác Ví dụ: khoai tây 4, cải bắp 1, cam, chanh 6oC - Bảo quản điều kiện nồng độ CO cao: Đây biện pháp bảo quản đại cho hiệu bảo quản cao Biện pháp thường sử dụng kho kín có nồng độ CO cao đơn giản túi polietilen Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO thích hợp điều quan trọng đối tượng bảo quản mục đích bảo quản B HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 41 ( Đề thi HSG Chuyên Hà am- 2010) Cơ quan thực q trình hơ hấp thực vật gì? Bản chất q trình hơ hấp? Trình bày chế hô hấp với giai đoạn hô hấp tế bào? Trả lời: Cơ quan thực q trình hơ hấp thực vật - Ti thể bào quan làm nhiệm vụ hô hấp tế bào Nó xem “trạm biến lượng” tế bào - Bản chất q trình hơ hấp Bản chất q trình hơ hấp: Khác với q trình đốt cháy chất hữu ngồi thể, q trình ơxi hố thể phải trải qua nhiều chặng, bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh để cuối giải phóng CO2, H2O lượng dạng ATP - Các giai đoạn q trình hơ hấp thể thực vật gồm: - Giai đoạn đường phân xảy chất tế bào pha phân giải kị khí chung cho hơ hấp kị khí(lên men) hơ hấp hiếu khí Đó q trình phân giải phân tử glucơzơ đến axit piruvic( từ phân tử glucơzơ hình thành nên phân tử axit piruvic) - Nếu khơng có ơxi, axit piruvic chuyển hố theo đường hơ hấp kị khí ( lên men) tạo rượu êtilic kèm theo giải phóng CO 2, lên men lactic, xuất sản phẩm lên men axit lactic, khơng giải phóng ơxi Hơ hấp kị khí khơng tích luỹ thên lượng ngồi phân tử ATP hình thành chặng đường phân - Khi có ơxi, sản phẩm đường phân axit piruvic di chuyển vào chất ti thể, bị ơxi hố loại CO2 , hình thành nên axêtin cơenzimA + Chất di chuyển vào chu trình Crep chất ti thể Qua chu trình Crep thêm phân tử CO bị loại, phân tử axit piruvic( 1/2 phân tử glucơzơ) bị ơxi hố hồn tồn qua vòng chu trình Crep + Các H+ e- tách khỏi chất hô hấp truyền đến chuỗi truyền điện tử hô hấp( NAD, FAD, ) phân bố màng ti thể Như vậy, chu trình Crep khung bon từ nguyên liệu hơ hấp(axit piruvic) bị bẻ gãy hồn tồn, giải phóng phân tử CO 2; chuỗi truyền điện tử H+ tách khỏi axit piruvic chu trình Crep truyền đến chuỗi truyền điện tử màng ti thể đến ôxi để tạo phân tử H 2O tích luỹ 36 ATP Câu 42 ( Đề thi HSG Hà Tĩnh-2013) Chứng minh mối liên quan chặt chẽ q trình hơ hấp với q trình dinh dưỡng khoáng trao đổi nitơ Con người vận dụng hiểu biết mối quan hệ vào thực tiễn trồng trọt nào? Trả lời: - Mối liên quan chặt chẽ q trình hơ hấp với q trình dinh dưỡng khống trao đổi nitơ: + Hơ hấp giải phóng lượng dạng ATP, tạo hợp chất trung gian axit hữu + ATP hợp chất liên quan chặt chẽ với trình hấp thụ khống nitơ, q trình sử dụng chất khống trình biến đổi nitơ - Ứng dụng thực tiễn: + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ hơ hấp hiếu khí + Hiện người ta ứng dụng phương pháp trồng không cần đất: trồng dung dịch (Thuỷ canh), trồng khơng khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hơ hấp hiếu khí rễ Câu 43 Trình bày lượng hơ hấp thực vật? Đáp án: - Khái niệm hô hấp thực vật - Ý nghĩa hô hấp: Năng lượng hô hấp tạo dạng ATP nhiệt + Hơ hấp hiếu khí: đường chủ yếu cung cấp lượng cho thực vật Có q trình tạo lượng ATP: photphorin hóa trực tiếp chất (đường phân chu trình Crebs) qua chuỗi vận chuyển electron hô hấp + Lên men: phản ứng thích nghi TV điều kiện thiếu oxi, tạo lượng ATP - Năng lượng dạng nhiệt tạo để giữ nhiệt cho thể, tạo điều kiện cho phản ứng Một phần thải môi trường Câu 44: a Hệ số hơ hấp gì? Có nhận xét hệ số hô hấp hạt họ lúa hạt hướng dương q trình nảy mầm? b Tính lượng thu giai đoạn trình hơ hấp oxi hóa hết 18g Glucozo? Trả lời: a.- Hệ số hô hấp (RQ) tỉ số số phân tử CO2 thải số phân tử oxi lấy vào hô hấp - Trong trình nảy mầm họ lúa, chất dự trữ chủ yếu đường hệ số hơ hấp gần + Ở hạt hướng dương giàu chất béo, biến đổi hệ số hô hấp phức tạp: giai đoạn đầu hệ số hô hấp xấp xỉ hạt sử dụng đường để hô hấp, sau hệ số hơ hấp giảm xuống 0,3 – 0,4 hạt sử dung nguyên liệu chất béo, hệ số hơ hấp lại tăng lên gần đường bắt đầu tích lũy b Tính hệ số hơ hấp 18g glucozo ứng với 0,1mol => có 0,1 * 6,02.1023 phân tử - Đường phân từ phân tử glucozo tạo ATP - Nếu khơng có oxi từ glucozo tạo 2ATP - Nếu có oxi chu trình Creps tạo ATP - Chuỗi chuyền electron tạo 34 ATP (HS nhân kết với số phân tử Glucozo được) ... ( Đề thi HSG Chuyên Hà am- 2010) Cơ quan thực trình hơ hấp thực vật gì? Bản chất q trình hơ hấp? Trình bày chế hô hấp với giai đoạn hô hấp tế bào? Trả lời: Cơ quan thực trình hơ hấp thực vật -... kiện tối ưu cho hơ hấp hiếu khí rễ Câu 43 Trình bày lượng hơ hấp thực vật? Đáp án: - Khái niệm hô hấp thực vật - Ý nghĩa hô hấp: Năng lượng hô hấp tạo dạng ATP nhiệt + Hơ hấp hiếu khí: đường... thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp - Các nghiên cứu cho thấy: + Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) thể, quan hô hấp + Hàm lượng nước quan hô hấp cao