CHƯƠNG 3. CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO.Image.Marked.Image.Marked

CHƯƠNG CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO A KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU I CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở TẾ BÀO Khái niệm lượng - Năng lượng đại lượng đặc trưng cho khả sinh cơng Có hai dạng lượng động Thế dạng lượng tích luỹ liên kết hoá học hợp chất hữu Động dạng lượng thực sinh cơng (ví dụ phát quang, toả nhiệt, co cơ, ) Hai dạng lượng chuyển hoá qua lại cho (từ chuyển thành động ngược lại) Đặt mua file Word link sau https://tailieudoc.vn/phankhacnghe/ - Trong hệ thống sống, lượng dự trữ liên kết hoá học chất hữu Vì nói hầu hết lượng hệ thống sống tích lũy trạng thái Chuyển hóa lượng Chuyển hoá lượng biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác để cung cấp cho hoạt động sống Năng lượng biến đổi thông qua dạng từ chuyển thành động từ động chuyển thành a Thế chuyển thành động năng: - Ở tế bào, tích luỹ liên kết hố học hợp chất hữu chuyển thành động dạng bơm proton màng ti thể để bơm H+ từ chất ti thể vào xoang màng Quá trình bơm H+ trình sinh cơng (động năng) Năng lượng cho q trình sinh cơng lấy từ lượng tích luỹ điện tử (e) NADH FADH2 - Quá trình chuyển hố lượng có ATP thành lượng để vận chuyển chất qua màng tế bào ngược chiều nồng độ chuyển hoá thành động Năng lượng có liên kết hố học ATP dạng Khi liên kết P~P ATP bị đứt giải phóng lượng lượng làm biến đổi cấu hình khơng gian protein tải (nằm màng tế bào), protein vận chuyển chất đặc hiệu qua màng tế bào - Sự chuyển hoá lượng có ATP thành lượng co để sinh cơng dạng chuyển hố thành động Sự co thực co rút tế bào Sự co rút tế bào thực nhờ trượt lên sợi actin sợi miozin tương bào (tế bào chất) Sự giải phóng lượng từ liên kết P~P ATP làm cho phân tử actin miozin trượt lên dẫn tới sinh công b Động chuyển thành năng: - Thời gian tồn động thường ngắn, chuyển thành dạng bị dạng nhiệt Trang - Trong tế bào, tổng hợp chất (đồng hố) q trình chuyển hố động thành có liên kết hố học đại phân tử Sự hình thành đại phân tử cần đến nguồn lượng từ chất cho lượng (thường ATP) nguồn lượng tích luỹ đại phân tử dạng liên kết hố học c Dịng lượng sinh học - Trong hệ thống sống diễn dịng lượng Ví dụ lượng tích luỹ glucozơ chuyển thành lượng điện tử (e) NADH Năng lượng điện tử NADH truyền cho chất nhận điện tử màng ti thể chất nhận điện tử thực bơm H+ từ chất ti thể vào xoang màng trình sử dụng động để chuyển thành Khi H+ bơm vào xoang gian màng tạo nên H+ (nồng độ H+ xoang gian màng tăng cao) Như vậy, chuyển hoá biến động thành Sau H+ lại chuyển thành động thông qua việc làm quay protein ATP synthetaza màng ti thể (ATP synthetaza protein enzym) Sau động quay lại chuyển thành thông qua việc xúc tác cho phản ứng gắn ADP với Pi thành ATP Như vậy, chuyển hoá lượng thường xuyên diễn động Sự chuyển hoá tạo thành dòng lượng tế bào - Giữa tế bào thể có dịng lượng Ví dụ tế bào tuyến nội tiết tiết hoocmon giải phóng vào máu Hoocmon theo máu di chuyển đến tế bào đích tác động lên thụ quan, sau gây hiệu ứng biến đổi tế bào đích - Giữa thể có dịng lượng chuyển hố Đó lượng tích luỹ thực vật dạng liên kết hố học hợp chất hữu lượng vào thể động vật dạng thức ăn Thức ăn vào quan tiêu hoá động vật tiêu hoá thành chất hữu đơn giản, sau tế bào hấp thụ Vào tế bào, lượng có thức ăn chuyển hoá thành ATP ATP cung cấp cho trình tổng hợp chất, q trình sinh cơng động vật - Trong hệ thống sống lượng tích luỹ hợp chất hữu Tuy nhiên có loại hợp chất hữu tích luỹ lượng truyền lượng cho q trình sống Hợp chất hữu ATP ATP (Adenozin triphotphat) a Cấu trúc - Gồm thành phần: phân tử đường ribozơ liên kết với bazơ nitơ ađenin nhóm photphat - ATP chất giàu lượng liên kết P~P liên kết cao (khi liên kết bị đứt giải phóng nhiều lượng) Trong phân tử ATP có nhóm P có liên kết cao (đó liên kết P với P thứ liên kết P thứ với P thứ nhất) - Liên kết P~P liên kết cao nhóm P tích điện (-) Khi hai nhóm P tích điện (-) đứng cạnh chúng thường đẩy dễ dàng tách để giải phóng lượng có liên kết Nhóm P khơng tạo thành liên kết cao liên kết Trang P−O−C liên kết hoá trị bền vững, khơng tách nên khơng giải phóng lượng Như vậy, phân tử ATP có liên kết cao - ATP có chứa liên kết cao (2 liên kết cao nhóm photphat), có đặc điểm mang nhiều lượng lại có lượng hoạt hoá thấp nên dễ bị phá vỡ giải phóng lượng cung cấp cho chất hữu khác Phân tử ATP cung cấp lượng cho chất hữu khác cách giải phóng nhóm P (ATP → ADP + P) Sau có cách sau: Cách 1: Gắn nhóm P vừa tách vào chất nhận lượng Khi nhóm P gắn vào chất hữu chất bị biến đổi cấu hình khơng gian dẫn tới sinh công Cách 2: Gắn gốc ADP vào chất hữu làm biến đổi cấu hình khơng gian chất hữu dẫn tới chất hữu sinh công Công mà chất hữu thực cơng hố học (thực phản ứng) công học (co cơ) b ATP coi đồng tiền lượng tế bào vì: - Tất hoạt động sống tế bào sử dụng lượng ATP: + Tổng hợp chất cần thiết + Vận chuyển chủ động chất qua màng (hoạt tải) + Thực dẫn truyền xung thần kinh + Thực hoạt động co - Các nguồn lượng hoá tế bào cần thiết chuyển hoá thành lượng có ATP để cung cấp cho hoạt động tế bào Như vậy, ATP chất lượng trung gian (giống đồng tiền hàng hoá trung gian làm vật trao đổi xã hội) ví đồng tiền lượng tế bào - Khi tế bào sử dụng ATP chất cung cấp lượng ATP bị phân giải nhờ enzym thành ADP P, nhóm photphat khơng mà kết hợp với chất thực chức hoạt động chức hoàn thành nhóm photphat lại liên kết với ADP để tạo thành ATP nhờ nguồn lượng tạo từ phản ứng giải phóng lượng d Tổng hợp ATP tế bào: Sự photphoryl hoá ADP để tạo thành ATP theo cách đặc thù: - Sự photphoryl hoá mức độ chất: Chuyển photphat từ hợp chất hữu photphoryl hố tới ADP Ví dụ giai đoạn đường phân hô hấp tế bào - Sự photphoryl hoá oxi hoá: Năng lượng từ phản ứng oxi hố khử hơ hấp sử dụng để gắn photphat vô vào ADP (Sẽ trình bày chi tiết phần hơ hấp tế bào) - Sự quang photphoryl hoá: Năng lượng ánh sáng sử dụng để photphoryl hố ADP photphat vơ (Sẽ trình bày chi tiết phần quang hợp) Chuyển hóa vật chất tế bào: Chuyển hoá vật chất tế bào bao gồm tất phản ứng diễn tế bào Các phản ứng bao gồm hai q trình đồng hố dị hố; có tham gia xúc tác enzym a Đồng hố: Trang Là q trình tổng hợp chất hữu phức tạp đặc trưng cho thể từ chất đơn giản, đồng thời tích luỹ lượng Trong tế bào, trình nhân đơi ADN, phiên mã (tổng hợp ARN), dịch mã (tổng hợp protein), trình tổng hợp lipit, tổng hợp tinh bột, trình đồng hố b Dị hố: Là q trình phân giải chất hữu phức tạp thành chất đơn giản hơn, đồng thời chuyển hoá lượng liên kết hữu thành lượng ATP lượng nhiệt Quá trình phân giải chất hữu để thu ATP theo q trình hơ hấp ví dụ đặc trưng cho q trình dị hoá Tuy nhiên, phân giải chất độc hại, sản phẩm thừa tế bào, q trình dị hố Enzym: Enzym chất xúc tác sinh học có chất protein, có tác dụng xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng a Thành phần cấu tạo enzym - Enzym có thành phần: Chỉ có thành phần protein Ví dụ enzym pepsin có dịch vị dày - Enzym có hai thành phần gồm thành phần thứ apoenzym (là protein) thành phần thứ hai cofactơ (cofactơ yếu tố hoạt hóa enzym) Nếu cofactơ chất hữu gọi coenzym Apoenzym thành phần quy định chức enzym Cofactơ (hoặc coenzym) thành phần thứ hai có chức hoạt hố apoenzym Vì thiếu thành phần thứ enzym khơng có khả hoạt động xúc tác (bị bất hoạt) Một số nguyên tố kim lọai không làm nhiệm vụ cấu trúc nên đại phân tử có nhiệm vụ hoạt hóa enzym Vì tế bào cần nguyên tố với hàm lượng (gọi nguyên tố vi lượng) thiếu tế bào bị rối loạn chết (vì enzym khơng họat hóa) b Cấu trúc không gian enzym Mỗi loại enzym có cấu trúc khơng gian đặc thù - Trong phân tử enzym có vùng cấu trúc khơng gian đặc biệt chuyên liên kết với chất gọi trung tâm hoạt động enzym Mỗi loại enzym thường có trung tâm hoạt động đặc hiệu với chất phản ứng xúc tác Cấu hình khơng gian trung tâm hoạt động phù hợp với cấu hình khơng gian chất mà xúc tác (như ổ khố với chìa khố) - Nhiều loại enzym, ngồi trung tâm hoạt động cịn có thêm trung tâm điều chỉnh có tác dụng điều chỉnh cấu hình khơng gian trung tâm hoạt động - Vì enzym có chất protein nên cấu hình khơng gian enzym cấu hình khơng gian protein cấu trúc nên enzym quy định Protein dễ dàng bị biến tính có nhiệt độ cao, độ pH thay đổi có tác động ion kim loại nặng Vì nhiệt độ độ pH mơi trường thay đổi cấu hình khơng gian trung tâm hoạt động enzym bị thay đổi Do làm ảnh hưởng đến khả xúc tác enzym c Cơ chế tác động enzym Enzym có khả xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng sinh hoá cách làm giảm lượng hoạt hoá phản ứng Enzym làm giảm lượng hoạt hoá phản ứng sinh hoá cách: - Tạo nhiều phản ứng trung gian Khi thực qua nhiều phản ứng trung gian lượng cần cung cấp cho phản ứng giảm nhiều lần Trang - Khi chất tham gia phản ứng liên kết với enzym trung tâm hoạt động, chất đưa vào gần định hướng cho chúng dễ dàng phản ứng với nhau, mối liên kết định chất kéo căng vặn xoắn làm chúng dễ bị phá vỡ nhiệt độ, áp suất bình thường, tạo điều kiện hình thành liên kết - Cấu trúc vùng trung tâm hoạt động tạo mơi trường có độ pH thấp so với tế bào chất nên enzym dễ dàng truyền H+ cho chất, bước cần thiết trình xúc tác - Enzym kết hợp với chất theo nguyên tắc “ổ khoá - chìa khố” tạo hợp chất trung gian enzymcơ chất Cuối tạo sản phẩm thu hồi enzym nguyên vẹn Enzym giải phóng lại tiếp tục xúc tác phản ứng với chất loại * Đối với enzym có trung tâm điều chỉnh địi hỏi có nhân tố điều chỉnh, nhân tố liên kết với trung tâm điều chỉnh làm biến đổi cấu hình trung tâm hoạt động enzym phù hợp với chất * Đối với enzym có thành phần cofactor cofactor liên kết với enzym cấu hình enzym phù hợp với chất Bằng cách sử dụng cofactor trung tâm điều chỉnh, hoạt động enzym điều hoà linh hoạt đáp ứng tình tế bào d Sự điều hoà hoạt động enzym Hoạt động enzym điều hoà chế sau: - Sự định khu phân bố hoạt động enzym Mỗi loại enzym có tác động đặc thù cho loại chất loại phản ứng, chúng cần định khu phân bố hoạt động vị trí cần thiết, khơng gây hại cho tế bào Ví dụ enzym pepsin (phân giải protein dày) hoạt động dày chúng lại sản sinh tế bào chúng phá huỷ tế bào Để ngăn chặn điều đó, tế bào tạo chủng dạng tiền enzym pepsinogen khơng có hoạt tính, tiết vào dày nơi có độ mơi trường axit chúng trở thành pepsin dạng hoạt tính Trong tế bào, nhiều enzym phân vùng hoạt động cách định khu bao gói lại bào quan xoang tế bào chất (Sự xoang hố tế bào chất có vai trị định khu enzym) Ví dụ enzym thuỷ phân bào quan lizoxom - Điều hoà hoạt động theo mối liên hệ ngược Nhiều enzym hoạt động phối hợp theo kiểu dây chuyền nối tiếp Các sản phẩm trung gian sản phẩm cuối dây chuyền nhân tố hoạt hoá ức chế enzym phản ứng trước (gọi ức chế ngược) Ví dụ hoạt động hệ enzym màng ti thể màng thilacoit lục lạp Sự điều hoà theo kiểu ức chế ngược có tác dụng kiểm sốt lượng sản phẩm phản ứng enzym xúc tác cách phù hợp Nếu lượng sản phẩm có dấu hiệu dư thừa sản phẩm ức chế một vài enzym chuỗi phản ứng hệ làm ngừng toàn chuỗi phản ứng - Điều hồ dị hình khơng gian Là điều hồ thơng qua thay đổi cấu hình khơng gian trung tâm hoạt động cách liên kết với nhân tố điều chỉnh Đây cách enzym kiểm soát tần số phản ứng quan trọng trình trao đổi chất tế bào e Tính chất enzym (đặc tính enzym) - Hoạt tính mạnh: hoạt tính mạnh thường biểu số vòng quay (tức số phân tử chất chuyển hoá thời gian giây phân tử enzym Ví dụ: enzym catalaza xúc tác phản ứng H2O2 → H2O + O2 có số vịng quay 4×107 Tức phân tử enzym catalaza có khả chuyển hố Trang 4×107 phân tử H2O2 thành H2O + O2 giây Ezym có hoạt tính xúc tác mạnh so với chất xúc tác vơ Ví dụ phân tử catalaza cần giây phân giải lượng H2O2 mà phân tử sắt phải phân giải thời gian 300 năm - Tính chun hố cao: đa số enzym có tính chun hố tuyệt đối Tức loại enzym xác tác cho chất kiểu phản ứng định Ví dụ enaim ureaza xúc tác phản ứng phân giải urê Một số enzym có tính chun hố tương đối Tức enzym tác dụng lên nhiều chất có cấu trúc gần giống Ví dụ enzym lipaza có khả thuỷ phân nhiều loại este khác - Hoạt động theo dây chuyền: tế bào, q trình chuyển hố vật chất thường xảy theo chuỗi phản ứng qua nhiều giai đoạn trung gian Vì enzym thường hoạt động theo dây chuyền phối hợp với Sản phẩm phản ứng enzym xúc tác chất phản ứng enzym khác xúc Amilaza Mantaza tác Ví dụ: tinh bột Amilaza  mantozơ  glucozơ g Những nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzym - Nhiệt độ: Đa số enzym hoạt động tối ưu nhiệt độ 40 - 45°C (tại nhiệt độ đó, hoạt tính enzym mạnh nhất) Cá biệt có số enzym hoạt động điều kiện nhiệt độ thấp (0°C) cao (100°C) Enzym khơng có hoạt tính nhiệt độ thấp, nhiệt độ tăng lên hoạt tính enzym tăng theo (trung bình, nhiệt độ tăng 10°C hoạt tính enzym tăng gấp đơi) đạt nhiệt độ tối ưu Khi nhiệt độ vượt giá trị tối ưu hoạt tính enzym giảm dần điểm D enzym hoạt tính hồn tồn (điểm D đa số enzym khoảng 60°C) enzym bị biến tính hồn tồn cấu trúc không gian đặc trưng - Độ pH: Mỗi loại enzym có độ pH tối ưu, pH hay ngưỡng tối ưu làm cho hoạt tính enzym bị giảm hoạt tính Nếu mơi trường hoạt động enzym, độ pH tối ưu bị thay đổi dẫn đến kìm hãm phá huỷ enzym - Nồng độ chất: chất chất mà enzym tác động xúc tác Nồng độ chất tăng hoạt tính enzym tăng đến mức định dù nồng độ có chất có tăng hoạt tính enzym khơng tăng lúc tất phân tử enzym no sử dụng hết thời gian - Các chất ức chế enzym: Là chất làm giảm khả xúc tác làm bất hoạt hồn tồn enzym Có loại chất ức chế cạnh tranh chất ức chế không cạnh tranh + Các chất ức chế cạnh tranh: Là chất có cấu tạo hố học cấu hình khơng gian gần giống với chất Cho nên chúng liên kết với trung tâm hoạt động enzym tạo thành phức hệ enzym - chất ức chế bền vững Khi đó, trung tâm hoạt động enzym bị chất ức chế chiếm chỗ nên khơng cịn trung tâm hoạt động cho chất Ví dụ axit malônic chất ức chế cạnh tranh chất axit succinic phản ứng Phân giải axit succinic thành axit fumaric nhờ enzym succinatdehydrogenaza + Các chất ức chế không cạnh tranh: Là chất kết hợp với phân tử enzym làm biến đổi cấu hình khơng gian hoạt động enzym Khi cấu hình khơng gian bị biến đổi làm biến đổi trung tâm phản ứng làm cho khơng cịn phù hợp với cấu hình chất  khơng liên kết với chất Ví dụ tác động ion kim loại nặng (ion thuỷ ngân, bạc, muối arsan, xianit, ) làm biến đổi cấu hình khơng gian enzym + Để phân biệt xem chất ức chế thuộc loại ức chế cạnh tranh hay khơng cạnh tranh phải thay đổi nồng độ chất phản ứng Đối với chất ức chế cạnh tranh, tăng nồng độ chất phản ứng tốc độ phản ứng tăng lên Nguyên nhân chất ức chế cạnh tranh tranh giành với Trang chất, chúng liên kết với trung tâm phản ứng enzym Cho nên tăng nồng độ chất khả cạnh tranh chất ức chế giảm (vì chất ức chế có tỉ lệ giảm) nên tốc độ phản ứng tăng lên Đối với chất ức chế khơng cạnh tranh tăng nồng độ chất, tốc độ pnản ứng không thay đổi chất ức chế làm bất hoạt enzym khơng cạnh tranh với chất II HÔ HẤP TẾ BÀO Khái niệm hô hấp: - Hô hấp trình phân giải hợp chất hữu đến sản phẩm cuối CO2 nước, đồng thời chuyển hóa lượng có chất hữu thành lượng ATP - Phương trình tổng qt hơ hấp: C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + lượng (ATP + nhiệt) Thực chất hô hấp hệ thống phản ứng oxi hóa khử phức tạp mà nguyên liệu phản ứng đường glucozơ, sản phẩm cuối phản ứng CO2, H2O Vai trị hơ hấp: - Hơ hấp chuyển hố lượng có liên kết hoá học hợp chất hữu thành lượng ATP để cung cấp cho trình trao đổi chất thể (sinh trưởng, sinh sản, cảm ứng vận động) Tất hoạt động sống tế bào sử dụng nguồn lượng ATP - Hô hấp tạo sản phẩm trung gian cung cấp cho q trình đồng hóa (sinh tổng hợp protein, lipit, gluxit, ) Ví dụ hơ hấp tạo sản phẩm trung gian axit pyruvic, axit pyruvic tế bào sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp axit amin alanin để tổng hợp protein - Hô hấp tạo nhiệt để trì thân nhiệt thể Ở loài động vật nhiệt, trình hơ hấp tạo nhiệt để đảm bảo ổn định nhiệt thể Cơ thể ổn định thân nhiệt giúp hoạt động xúc tác enzym thuận lợi Cơ chế q trình hơ hấp: Gồm giai đoạn: Giai đoạn khơng có tham gia O2 giai đoạn có tham gia O2 - Giai đoạn khơng có tham gia O2: gồm đường phân chu trình Krebs: Phân giải glucozơ thành CO2, tích lũy lượng NADH FADH2 - Giai đoạn có tham gia O2: chuỗi truyền e giai đoạn tổng hợp ATP a Giai đoạn khơng có tham gia O2: * Đường phân: Xảy theo đường EMP (Embđen- Mayer hoff- Parnas) Tất thể sinh vật có q trình Q trình đường phân bao gồm giai đoạn: hoạt hóa phân tử đường, phân cắt phân tử đường oxi hóa aldehytphotphoglyxerit (ALPG) thành axit pyruvic Quá trình đường phân xảy sau: - Hoạt hóa phân tử đường: Glucoza + 2ATP → F−l,6−DiP - Phân cắt phân tử đường: F−l,6−DiP → ALPG + DHAP   DHAP) (ALPG   Vì DHAP chuyển hố thành ALPG nên xem phân tử F−l,6−DiP chuyển hoá thành phân tử ALPG Trang - Oxi hóa ALPG thành axit pyruvic: 2ALPG + 2NAD+ + 4ADP + 4Pi → axit pyruvic + 2NADH + 4ATP Như vậy, sơ đồ tổng quát giai đoạn đường phân là: 1C6H12O6 + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 4Pi → → axit pyruvic + 2NADH + 4ATP + 2ADP + 2Pi Phương trình tổng quát là: 1C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP +2Pi → axit pyruvic + 2NADH + 2ATP Như vậy, từ phân tử glucozơ, qua giai đoạn đường phân tạo 2ATP 2NADH * Chu trình Krebs: xảy chất ti thể Axit pyruvic tạo từ đường phân kết hợp với axetyl CoenzymA (HSCoA) để tạo CH3COS~CoA vào ti thể Ở chu trình Krebs, phân tử axetyl CoenzymA enzym thuỷ phân thành sản phẩm cuối CO2 Quá trình cần sử dụng phân tử H2O để thuỷ phân hoàn toàn phân tử axetyl CoenzymA Trong trình xúc tác cho phản ứng để phân cắt phân tử axetyl CoenzymA enzym sử dụng coenzym NAD+ FAD+ nên sản phẩm trình đường phân CO2, NADH, FADH2, ATP Phương trình tóm tắt giai đoạn chu trình Krebs là: 2CH3COS~CoA + 6NAD+ + 2FAD+ + 2ADP +2Pi + 6H2O → → CO2 + 6NADH + 2FADH2 + 2ATP Cơ chế giai đoạn chu trình Krebs thể hình sau Trong giai đoạn chu trình Krebs tạo nhiều sản phẩm trung gian chất hữu axit fumaric, axit succinic, axit Citric, Các sản phẩm trung gian chuyển hoá thành sản phẩm cuối CO2 vận chuyển khỏi ti thể để làm nguyên liệu tổng hợp chất cho tế bào Như vậy, từ phân tử axit pyruvic trải qua trình phân giải đến sản phẩm cuối CO2 tạo 8NADH, 2FADH2 2ATP Trang Nếu tính từ glucozơ trải qua giai đoạn đường phân chu trình Krebs, phân tử glucozơ tạo 10NADH, 2FADH2 4ATP Như vậy, hầu hết lượng tích luỹ NADH FADH2 Vì cần phải có q trình oxi hố NADH, FADH2 để thu lấy lượng tích luỹ chất Q trình oxi hố chuỗi truyền e b Giai đoạn chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp NADH FADH2 sinh từ giai đoạn đường phân chu trình Krebs đưa đến màng ti thể để thực việc truyền điện tử cho chất nhận điện tử màng ti thể Trong trình chuyển điện tử từ chất oxi hóa khử thấp đến chất oxi hóa khử cao, lượng giải phóng dùng để bơm H+ vào xoang gian màng tạo H+ Sau H+ di chuyển qua kênh ATPaza để tổng hợp ATP Trong chuỗi truyền điện tử màng ti thể, điện tử cuối đưa đến oxi để hình thành nên H2O theo phương trình: H+ + e + O2 → H2O Do khơng có oxi chuỗi truyền e khơng diễn → Ức chế q trình hơ hấp, ức chế q trình tổng hợp ATP theo chế hóa thẩm thấu Trong chuỗi truyền điện tử, O2 chất nhận điện tử cuối Điện tử xuất phát từ chất cho điện tử NADH FADH2 cuối đến O2 để hình thành nên H2O Vì khơng có O2 khơng xảy chuỗi truyền e khơng xảy q trình tổng hợp ATP Do vậy, q trình hơ hấp hiếu khí bắt buộc phải có mặt O2 Nhìn vào sơ đồ ta thấy: - Để tổng hợp phân tử ATP theo chế hố thẩm cần ion H+ khuyếch tán qua kênh ATP synthaza - Cứ phân tử NADH cung cấp e cho chuỗi truyền e tối đa bơm 10 ion H+ vào xoang màng Cứ phân tử FADH2 truyền điện tử cho chuỗi truyền e lượng H+ bơm vào xoang khoảng ion (ít so với NADH) Như vậy, xem phân tử NADH truyền e cho chuỗi truyền điện tử tổng hợp khoảng 3ATP Cứ phân tử FADH2 truyền e cho chuỗi truyền điện tử tổng hợp khoảng 2ATP - Từ phân tử glucozơ, qua giai đoạn đường phân chu trình Krebs tạo 4ATP 10NADH, 2FADH2 Trong giai đoạn chuỗi truyền e, 10NADH quy đổi thành 30ATP; 2FADH2 quy đổi thành 4ATP Như vậy, nói hiệu chuyển hố lượng từ phân tử glucozơ tạo tổng số 38ATP (4 + 30 + = 38) Trang Hiệu suất sử dụng lượng hô hấp tế bào: - Phân giải glucozơ qua nhiều giai đoạn lượng giải phóng tích luỹ vào ATP hình thành 38ATP - Hiệu suất chuyển hố lượng hơ hấp: mol glucozơ bị phân giải giải phóng 686 kcal Số lượng cần tích luỹ vào ATP 7,3 kcal/mol 38 ATP tích 38 × 7,3 = 277,4 kcal Hiệu suất chuyển hoá lượng  277,  0,  40% 686 Như vậy, 40% lượng glucozơ chuyển hoá sang ATP, 60% lượng lại chuyển thành nhiệt giúp giữ thân nhiệt bị thất mơi trường Điều giải thích thể vận động mạnh nhiều mồ Lên men: a Khái niệm: - Lên men trình phân giải cacbohiđrat (chủ yếu glucozơ) điều kiện kị khí, chất nhận electron cuối chất hữu cơ, tạo sản phẩm lên men gây độc cho tế bào (Ví dụ tế bào thể người, thiếu oxi lên men lactic Axit lactic chất độc tích luỹ nhiều thể gây mệt mỏi, đau đớn - Khi khơng có O2 tế bào tiến hành lên men để tạo ATP để cung cấp lượng cho họat động sống tế bào b Các dạng lên men thường gặp: - Lên men rượu: Axit piruvic bị loại CO2 thành axetalđehit sau oxi hố thành rượu etylic CO2 NADH + H+ NAD+ 2 TPP,Mg   C2 H 3O   C2 H 5OH C3 H O3   pyruvate decarboxylase ethanol dehydrogense (enzym pyruvat decarboxilase cần Mg2+ có coenzym TPP) - Lên men lactic: Axit piruvic bị khử thành axit lactic chủ yếu NADH NAD+ C3 H O3   C2 H 5OH lactate dehydrogense Tiến hóa đường phân - Đường phân phương thức chuyển hoá lượng cổ sơ nhất, xuất cách khoảng 3,5 tỉ năm thể nhân sơ sinh sống điều kiện mơi trường chưa có oxi - Đường phân thực tế bào chất không cần đến bào quan - Hiện nay, giai đoạn đường phân tiếp tục thực hiện, giai đoạn đầu giai đoạn hô hấp giai đoạn lên men Phân giải chất khác: Trang 10 Năng lượng mà phản ứng tạo vi khuẩn chuyển hố thành lượng có ATP, sau sử dụng ATP để cung cấp cho hoạt động sống dùng phần nhỏ cho trình cố định CO2 (hoá tổng hợp) + Sử dụng phần lượng thu để tổng hợp chất hữu từ chất vô CO2 + RH2 + Q → Chất hữu Như vậy, hoá tổng hợp có điểm khác so với quang hợp xanh nguồn lượng nguồn cho điện tử Ở quang hợp, nguồn lượng ánh sáng mặt trời cịn hố tổng hợp nguồn lượng lấy từ phản ứng oxi hoá hợp chất hữu Ở quang hợp, nguồn cung cấp điện tử H2O cịn hố tổng hợp nguồn cung cấp e H2S axit hữu Các nhóm vi khuẩn hố tổng hợp a Nhóm vi khuẩn chuyển hố hợp chất chứa nitơ (gồm loại chủ yếu) - Các vi khuẩn nitrit hoá (vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosococcus) 2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + 158 kcal 6% lượng giải phóng vi khuẩn sử dụng để tổng hợp glucozơ từ CO2 - Các vi khuẩn nitrat hoá (Nitrobacter, Nitrococcus) 2HNO2 + O2 → 2HNO3 + 38 kcal 7% lượng giải phóng vi khuẩn sử dụng để tổng hợp glucozơ từ CO2 * Lưu ý: - Là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, khơng có oxi khơng thể oxi hố amoni khơng thể có lượng cho hoạt động sống - Vai trị: Chuyển hố nitơ đất → đất tích luỹ nhiều muối nitrat hoà tan dạng thực vật hấp thu Vì vậy, đất chứa nhiều vi khuẩn chuyển hố nitơ đất phì nhiêu có lợi cho trồng b Nhóm vi khuẩn chuyển hóa hợp chất chứa lưu huỳnh - Oxi hoá H2S thành H2SO4 tạo lượng 2H2S + O2 → 2H2O + 2S + 115 kcal 2S + H2O + 3O2 → 2H2SO4 + 283,3 kcal - Sử dụng phần lượng tổng hợp glucozơ từ CO2 CO2 + 2H2S + Q → 1/6C6H12O6 + H2O + 2S * Lưu ý: - Có loại sinh trưởng kị khí, chúng hơ hấp kị khí với phân tử S0 chất nhận electron - Nhiều vi khuẩn oxi hố lưu huỳnh lại sinh trưởng dị dưỡng chúng cung cấp nguồn cacbon hữu dạng khử Ví dụ: glucozơ, axit amin - Vai trị: góp phần làm mơi trường c Nhóm vi khuẩn chuyển hóa hợp chất chứa sắt - Oxi hố sắt thành sắt lấy lượng 4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 + 81 kcal - Sử dụng phần lượng để tổng hợp glucozơ từ CO2 Trang 16 * Nhóm vi khuẩn chuyển hóa sắt biến sắt II dạng hịa tan nước thành sắt III dạng kết tủa Chính trình làm lắng đọng tạo thành mỏ quặng sắt d Nhóm vi khuẩn lấy lượng từ hidro: Các vi khuẩn oxi hoá phân tử H2 để lấy lượng sử dụng phần nguồn lượng để cố định CO2 thành chất hữu B CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN LUYỆN Câu 1: Năng lượng hoạt hóa gì? Tại sống lại sử dụng enzym để xúc tác cho phản ứng sinh hố mà khơng chọn cách làm tăng nhiệt độ để phản ứng xảy nhanh hơn? Hướng dẫn giải - Năng lượng hoạt hóa: lượng cần thiết cung cấp cho phản ứng để khởi động phản ứng - Sự sống chọn enzym để xúc tác phản ứng mà không chọn cách làm tăng nhiệt độ để phản ứng xảy nhanh vì: + Phần lớn phản ứng có lượng hoạt hóa cao Nếu tăng nhiệt độ để phản ứng xảy đồng thời làm biến tính protein làm chết tế bào Khi tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ tất phản ứng, không phân biệt phản ứng cần thiết hay không cần thiết + Enzym lựa chọn enzym xúc tác cho phản ứng cách làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng khiến phản ứng xảy dễ dàng Enzym có tính đặc hiệu với loại phản ứng định nên phản ứng cần thiết enzym xúc tác để phản ứng xảy Câu 2: Hãy phân biệt khái niệm sau: a Cofactor, coenzym b Trung tâm hoạt động trung tâm điều chỉnh c Chất ức chế cạnh tranh chất ức chế không cạnh tranh Hướng dẫn giải a Cofactor: Phần cấu trúc enzym khơng có chất protein Coenzym: cofactor chất hữu b Trung tâm hoạt động: nơi gắn với chất, có cấu hình phù hợp với cấu hình chất Trung tâm điều chỉnh: vị trí gắn với chất điều chỉnh: chất ức chế chất hoạt hóa c Chất ức chế cạnh tranh: Có cấu hình tương tự chất, gắn vào trung tâm hoạt động enzym, cạnh tranh với chất Chất ức chế khơng cạnh tranh: có cấu hình phù hợp với trung tâm điều chỉnh Khi gắn vào trung tâm hoạt động làm thay đổi hình dạng trung tâm hoạt động làm cho trung tâm hoạt động gắn với chất phản ứng nên xúc tác Câu 3: Tính mềm dẻo hơ hấp tế bào biểu nào? Giải thích nhu cầu ATP tế bào giảm hơ hấp tế bào giảm theo Hướng dẫn giải Trang 17 a Tính mềm dẻo hơ hấp tế bào - Nguyên liệu chủ yếu cho hô hấp tế bào đường glucozơ Khi tế bào thiếu đường glucozơ tế bào sử dụng nguyên liệu protein lipit - Với nguyên liệu protein: Protein thủy phân thành axit amin Các axit amin qua giai đoạn khử amin để tạo axit hữu Axit hữu qua chuyển hóa tạo axetyl-Coenzym A để vào chu trình Krebs - Với nguyên liệu lipit: lipit thủy phân tạo glixerol Axit béo chất qua chuyển hóa tạo sản phẩm vào chặng đường phân chu trình Krebs b Giải thích: -Trong giai đoạn đường phân có 10 phản ứng 10 loại enzym xúc tác quan trọng enzym fructozokinaza xúc tác cho phản ứng thứ đường phân Enzym điều hòa theo chế dị lập thể ức chế ngược, tức lượng sản phẩm dư thừa (axetylCoenzymA tích lũy nhiều) enzym họat động bị ngừng họat động - Khi nhu cầu ATP tế bào giảm, lượng ATP tích lũy nhiều Mặt khác lượng ATP tích lũy nhiều chuỗi truyền e màng ti thể diễn chậm làm cho chu trình Krebs diễn chậm lại Điều làm dư thừa axit citric (sản phẩm chu trình Krebs) Khi axit citric ATP sinh nhiều trở thành nhân tố ức chế enzym fructozokinaza làm q trình đường phân chậm lại dẫn đến hơ hấp tế bào giảm Câu 4: Sơ đồ sau để mô tả trình sinh học diễn bào quan tế bào thực vật - A, B, C, D kí hiệu giai đoạn (pha) - 1, 2, kí hiệu chất tạo Hãy cho biết: a Tên gọi bào quan I II gì? b Tên gọi A, B, C, D? c Tên gọi chất 1, 2, 3? d Trình bày kết giai đoạn C sơ đồ? Hướng dẫn giải a Tên gọi bào quan I ti thể bào quan II lục lạp b Tên gọi giai đoạn/pha: + A pha sáng; B pha tối; C đường phân; D chu trình Krebs, c Tên gọi chất: chất CO2; chất O2; chất glucozơ Trang 18 d Trình bày diễn biến giai đoạn C (đường phân): - Trong giai đoạn phân tử đường glucozơ bị biến đổi thành phân tử axit piruvic - Trong giai đoạn đường phân thu ATP; NADH Câu 5: Để phân giải phân tử glucozơ tế bào cần phân tử NAD+ FAD+? Hướng dẫn giải: a Để phân giải phân tử glucozơ điều kiện có O2: O2 chất nhận điện tử cuối màng ti thể kết hợp với H+ tạo thành H2O; glucozơ phân giải hoàn toàn thành H2O CO2 Lượng NAD+ FAD cần để tạo chất NADH FADH2 là: - Giai đoạn đường phân: 2NAD+ - Giai đoạn decacboxi tạo axetyl coA: 2NAD+ - Trong chu trình Krebs: 6NAD+ 2FAD Tổng cộng cần 10NAD+ 2FAD b Khi khơng có O2: Con đường dẫn truyền hydro điện tử bị ức chế, khơng có NAD+ để tái sử dụng 2NADH tạo đường phân nhường 2H+ để tạo thành axit lactic rượu etylic (sự lên men); q trình cần 2NAD+ để sử dụng tuần hoàn Câu 6: a Điểm khác pha sáng quang hợp tảo, vi khuẩn lam với vi khuẩn lưu huỳnh màu lục vi khuẩn lưu huỳnh màu tía? b Giải thích kiểu hơ hấp vi khuẩn hiếu khí vi khuẩn kị khí bắt buộc Dựa vào yếu tố mà định tính hiếu khí hay kị khí vi khuẩn? Hướng dẫn giải a Điểm khác pha sáng quang hợp tảo, vi khuẩn lam với vi khuẩn lưu huỳnh màu lục vi khuẩn lưu huỳnh màu tía Điểm so sánh Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, màu lục Tảo, vi khuẩn lam Chất cho e H2A (A oxi) H2O Sự thải oxi Khơng phải oxi Có thải oxi Sắc tố Khuẩn diệp lục Diệp lục tố sắc tố khác Thấp Cao Có hệ quang hóa I Có hệ quang hóa I II Hiệu (Bẫy lượng) Hệ quang hóa b Kiểu hơ hấp của: + Vi khuẩn hiếu khí: địi hỏi oxi phân tử để sinh trưởng, phát triển + Vi khuẩn kị khí bắt buộc: phát triển điều kiện khơng có oxi phân tử Trang 19 - Tùy thuộc vào số lượng enzym phân giải H2O2 catalaza, superoxit dismustaza để định tính hiếu khí hay kị khí vi khuẩn Câu 7: Phân biệt quang hợp vi khuẩn lam vi khuẩn lưu huỳnh màu lục? Trong hai dạng dạng tiến hóa hơn? Vì sao? Hướng dẫn giải Dấu hiệu Vi khuẩn lam Vi khuẩn lưu huỳnh lục tía Sắc tố QH Clorophin a Khuẩn diệp lục Quang hệ II Có Khơng Chất cho electron H2O H2, H2S, S, chất hữu (fumarat) Giải phóng oxi Có Khơng Sản phẩm tạo thành ATP + NADPH ATP Nguồn cacbon CO2 Chất hữu CO2 Hiệu lượng Cao Thấp * Trong hai dạng trên, dạng quang hợp vi khuẩn lam tiến hóa vì: - Sử dụng chất cho electron nước chất phổ biến tự nhiên - Thải oxi vào khơng khí, thúc đẩy tiến hóa sinh vật dị dưỡng - Hệ sắc tố bẫy lượng hiệu Câu 8: Hô hấp thực vật diễn loại bào quan nào? Hãy trình bày tóm tắt giai đoạn q trình hơ hấp có tạo ATP? Hướng dẫn giải - Hơ hấp thực vật có hai loại hô hấp tạo ATP diễn bào quan ti thể hô hấp sáng (không tạo ATP) diễn lục lạp, peroxixom ti thể - Hơ hấp tạo ATP q trình hơ hấp diễn thường xuyên tế bào thực vật, trình có giai đoạn chính: Giai đoạn đường phân: xảy tế bào chất 1Glucozơ + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2axit piruvic + 2ATP + 2NADH (C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2C3H4O3 + 2ATP + 2NADH) Giai đoạn chu trình Krebs: (khi mơi trường nội bào có oxi) Chu trình Krebs diễn chất ti thể Bản chất chu trình Krebs hệ thống phản ứng thuỷ phân oxi hoá nguyên liệu axit pyruvic để hình thành nên sản phẩm cuối CO2, ATP, NADH, FADH2 Chu trình Krebs trải qua nhiều phản ứng nên tạo nhiều sản phẩm trung gian, sản phẩm trung gian nguyên liệu để tế bào sử dụng tổng hợp chất cho tế bào Phươmg trình tổng quát chu trình Krebs: 2axit piruvic + 8NAD+ + 2FAD+ + 2ADP + 2Pi + 6H2O → 6CO2 + 2ATP + 8NADH + 2FADH2 Trang 20 * Nếu mơi trường nội bào khơng có oxi chu trình Krebs khơng diễn mà diễn q trình lên men tạo rượu etylic axit lactic Giai đoạn chuỗi truyền e: Chuỗi chuyền electron trình photphorin hóa oxi hóa tạo ATP H2O Chuỗi truyền e diễn màng ti thể, cần có tham gia oxi phân tử - Trong chuỗi truyền e, NADH FADH2 chất cho điện tử (cho e) NADH phân li thành NAD+, H+ e Điện tử (e) cung cấp cho chất nhận điện tử màng ti thể Điện tử sau qua chất nhận trung gian kết hợp với oxi, H+ để tạo H2O theo phương trình: H+ + e + O2 → H2O Vì khơng có oxi khơng có chất nhận e nên chuỗi truyền e không diễn - Các chất nhận điện tử màng ti thể protein xuyên màng, đồng thời bơm proton Khi bơm proton nhận điện tử lấy lượng từ điện tử để bơm H+ từ chất ti thể xoang gian màng (xoang màng ti thể) để tạo H+ Các ion H+ khuếch tán qua kênh ATPaza (Kênh ATPaza loại protein xuyên màng nằm màng ti thể, kênh loại enzym tổng hợp ATP) để tổng hợp ATP theo phương trình ADP + Pi → ATP Câu 9: Quá trình hơ hấp nội bào diễn theo giai đoạn Hãy cho biết: a Nơi diễn ra, nguyên liệu đầu tiên, sản phẩm cuối giai đoạn b Mối quan hệ giai đoạn chu trình Krebs với giai đoạn chuỗi truyền e Hướng dẫn giải a Giai đoạn Nơi diễn Đường phân Tế bào chất Chu trình Krebs Chất ti thể Chuỗi truyền e Trên màng ti thể Nguyên liệu glucozơ, NAD+, ADP, Pi axetylCoenzymA, NAD+, FAD+, ADP, Pi, H2O NADH, FADH2, O2, ADP, Pi Sản phẩm Axit pyruvic, ATP, NADH ATP, NADH, FADH2, CO2 NAD+, FAD+, ATP, H2O b Mối quan hệ giai đoạn chu trình Krebs với giai đoạn chuỗi truyền e Nhìn vào nguyên liệu sản phẩm giai đoạn ta biết mối quan hệ hai giai đoạn Giai đoạn chuỗi truyền e sử dụng NADH FADH2 chu trình Krebs tạo Giai đoạn chu trình Krebs sử dụng NAD+ FAD+ chuỗi truyền e tạo Như vậy, hai giai đoạn có quan hệ tương tự mối quan hệ hai pha quang hợp Điều giải thích chu trình Krebs khơng sử dụng oxi khơng có oxi khơng diễn chu trình Krebs Câu 10: a Hãy viết phương trình tổng qt q trình hơ hấp Cho biết vai trị hơ hấp tế bào b Vì nói nước vừa ngun liệu, vừa sản phẩm q trình hơ hấp? Hướng dẫn giải a Hơ hấp Trang 21 - Phương trình tổng qt hô hấp: C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + Q (38ATP nhiệt) - Vai trò hơ hấp tế bào: Nhìn vào phương trình xác định vai trị hơ hấp, là: + Hơ hấp tạo lượng ATP để cung cấp cho hoạt động sống tế bào hoạt động vận chuyển chủ động chất qua màng tế bào, hoạt động tổng hợp protein, + Hô hấp tạo nhiệt làm ấm thể, giúp thể trì thân nhiệt Ngồi ra, q trình hơ hấp giai đoạn đường phân chu trình Krebs tạo nhiều sản phẩm trung gian Các sản phẩm trung gian tế bào sử dụng làm nguyên liệu cho trình tổng hợp chất tế bào b Nước vừa nguyên liệu, vừa sản phẩm q trình hơ hấp vì: - Nước tham gia vào phản ứng thuỷ phân phản ứng oxi hóa chu trình Krebs Ở chu trình Krebs, nước nguyên liệu tham gia vào trình phân giải axetylcoenzymA thành sản phẩm cuối CO2 - Trong chuỗi truyền điện tử, nước tạo theo phương trình: H++ e + O2 → H2O Do nước vừa nguyên liệu, vừa sản phẩm q trình hơ hấp Câu 11: Sự tạo thành ATP hô hấp diễn theo đường nào? ATP sử dụng q trình sinh lí cây? Hướng dẫn giải - ATP hình thành kết hợp ADP gốc photphat (P vơ cơ) - Có đường tạo ATP hô hấp thực vật: + Photphorin hóa mức nguyên liệu: từ APEP tới axit pyruvic + Photphorin hóa mức enzym oxi hóa khử: H+ e- vận chuyển qua chuỗi truyền điện tử từ NADH2 FADH2 tới oxi - Trong 38 ATP thu hơ hấp hiếu khí thực vật có ATP mức độ nguyên liệu 34 ATP mức độ enzym - ATP dùng cho q trình sinh lí q trình phân chia tế bào, hút nước, hút khoáng, sinh trưởng, phát triển Câu 12: Trong trình quang hợp, pha tối không sử dụng ánh sáng ánh sáng pha tối khơng diễn ra? Hướng dẫn giải - Quang hợp diễn theo hai pha pha sáng pha tối, sản phẩm pha sáng cung cấp nguyên liệu cho pha tối sản phẩm pha tối cung cấp nguyên liệu cho pha sáng Do pha bị ngưng trệ pha cịn lại khơng diễn - Khi khơng có ánh sáng pha sáng khơng diễn pha sáng khơng hình thành NADPH ATP Khi khơng có NADPH ATP khơng có ngun liệu cho pha tối Ở pha tối, NADPH ATP sử dụng để khử APG thành ALPG ATP sử dụng để tái tạo chất nhận Ri1,5DiP Trang 22 Do vậy, pha tối không sử dụng ánh sáng ánh sáng pha tối khơng diễn Câu 13: Chất độc A có tác dụng ức chế loại enzym chu trình Canvin tế bào thực vật Nếu xử lí tế bào quang hợp chất A lượng oxi tạo từ tế bào thay đổi nào? Giải thích Hướng dẫn giải - Chu trình Canvin sử dụng ATP NADPH, tạo ADP, Pi, NADP+ cung cấp trở lại cho pha sáng - Khi xử lí chất độc A, chu trình Canvin bị ngừng, lượng ADP, Pi NADP+ không tái tạo → Pha sáng thiếu nguyên liệu → Pha sáng bị ngừng → lượng oxi tạo giảm dần đến Câu 14: Hãy viết phương trình pha sáng, pha tối phương trình chung quang hợp? Tại lại viết vậy? Hướng dẫn giải - Phương trình pha sáng: 12H2O + 12NADP + 18ADP +18Pi → 12 NADPH + 18ATP + O2 - Phương trình pha tối: 6CO2 +12NADPH +18ATP → C6H12O6 + 6H2O + 12NADP +18ADP +18Pi - Phương trình chung quang hợp: 6CO2 +12 H2O → C6H12O6 + H2O + 6O2 Viết thể chất pha sáng pha oxi hoá H2O để hình thành ATP NADPH Pha tối pha khử CO2 sản phẩm pha sáng (ATP NADPH) để hình thành C6H12O6 Về số lượng: 12 NADPH 18 ATP xuất phát từ nhu cầu ATP NADPH cho việc hình thành phân tử glucozơ (tính từ chu trình Canvin) Câu 15: Viết phương trình quang phân li nước Vai trò quang phân li nước Hướng dẫn giải a Phương trình quang phân li nước: Trong điều kiện tự nhiên, nước phân li yếu theo phương trình H 2O  H   OH  (hệ số phân li = 10-7) Khi proton ánh sáng chiếu xuống diệp lục làm cho diệp lục bị điện tử Khi bị điện tử diệp lục trở thành dạng kích động (Dl*) cướp điện tử OH  làm cho nước phân li chiều H 2O  Dl*  H   OH   Dl (e OH  bị Dl* lấy Dl* trở thành dạng bình thường Dl) - Khi nước phân li chiều theo phương trình 4H 2O  4Dl*  4H   4OH   4Dl trình diễn là: 4OH  2H 2O2 2H 2O2  2H 2O  O2 Phương trình tổng quát: Trang 23 4H 2O  4Dl* 2H 2O2  4H   4OH  4Dl  2H 2O2  2H 2O  O2  4H 2O  4Dl*  4H   4Dl  2H 2O  O2  2H 2O  4Dl*  4H   4Dl  O2 Nếu khơng tính đến diệp lục (Dl*) phương trình  2H 2O  4H   4e  O2 b Vai trò quang phân li nước: - Vai trò quang phân li nước thể vai trò sản phẩm mà quang phân li nước tạo ra: - Quang phân li nước tạo sản phẩm H  , O2 , e + Quang phân li nước tạo ion H+ làm tăng nồng độ H+ xoang thilacoit để tạo nên H+ để tổng hợp ATP + Quang phân li nước tạo điện tử để cung cấp điện (e) cho diệp lục + Quang phân li nước tạo O2 cung cấp cho trình hơ hấp hiếu khí sinh vật Câu 16: Phân biệt đường photphorin hóa vịng photphorin hóa khơng vịng quang hợp? Hướng dẫn giải Photphorin hóạ khơng vịng Photphorin hóa vịng Ý nghĩa: Là đường chủ yếu mà Là đường sử dụng thu lượng ánh sáng lượng ánh sáng để tạo ATP, cao dịng electron từ khơng tạo NADPH trung tâm phản ứng hệ thống quang hóa I II Diễn biến: Cả hệ thống quang hóa I II Chỉ có hệ thống quang hóa I tham gia Hệ thống quang hóa I tham gia (có trung tâm phản ứng P700); Hệ thống quang hóa II (trung tâm phản ứng P680) dẫn electron đến thay electron bị P700, chúng nhận electron từ phân tử sắc tố khác chuyển đến, trình tổng hợp ATP, mặt khác electron bị bù từ electron nước Sản phẩm ATP, NADPH, O2 Vai trò: Thu nhận lượng để tạo Thu nhận lượng ánh sáng để thành ATP NADPH; vận tạo ATP chuyển H (trong NADPH) cho phản ứng tối ATP Trang 24 Đường e Điện tử từ diệp lục đến Điện tử từ diệp lục, sau trở NADP+ để hình thành NADPH diệp lục (quay vịng) mà khơng trở diệp lục Hệ sắ tố PSI có trung tâm P700 Hiệu 36% chuyển hóa lượng PSII (P680) PSI(P700) 11 đến 22% Câu 17: Tại nói quang hợp q trình oxi hóa - khử? Hướng dẫn giải Có thể nói quang hợp q trình oxi hóa - khử vì: - Phản ứng oxi hóa: điện tử, loại H, giải phóng lượng Diệp lục electron Q trình quang phân li nước loại H Quá trình photphoryl hóa hình thành ATP (q trình giải phóng ATP) - Phản ứng khử: nhận electron, nhận H, tích lũy lượng NADP+ nhận electron, nhận H để hình thành NADPH, khử CO2 thành glucozơ, tích lũy lượng Câu 18: Cho ba bình thuỷ tinh có nút kín A, B, C Mỗi bình B C treo cành diện tích Bình B đem chiếu sáng, bình C che tối Sau lấy cành cho vào bình lượng Ba(OH)2 nhau, lắc cho CO2 bình hấp thụ hết Tiếp theo trung hồ Ba(OH)2 dư HCl Các số liệu thu là: 21; 18; 16ml HCl cho bình a Nêu nguyên tắc phương pháp xác định hàm lượng CO2 bình? b Sắp xếp bình A, B, C tương ứng với số liệu thu giải thích có kết vậy? Hướng dẫn giải a Nguyên tắc: - Khả hấp thụ CO2 Ba(OH)2: CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 ↓+ H2O - Chuẩn độ Ba(OH)2 dư HCl Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O (Màu hồng) (Mất màu hồng) - Đo lượng HCl dư b * Sắp xếp: B: 21ml; A: 18ml; C: 16ml * Giải thích: - Bình B: có trình quang hợp → CO2 giảm → tiêu tốn nhiều HCl - Bình C: có q trình hơ hấp thải CO2 → CO2 tăng → tiêu tốn HCl - Bình A: khơng quang hợp, khơng hơ hấp → lượng HCl không đổi Câu 19: Khi đề cập đến quang hợp, việc sử dụng oxi − 18 (18O), đồng vị nặng làm chất đánh dấu để theo dõi đường oxi quang hợp cho thấy điều gì? Hướng dẫn giải Trang 25 Việc sử dụng oxi đồng vị 18 (18O), đồng vị nặng làm chất đánh dấu để theo dõi đường oxi quang hợp cho thấy: - Oxi có nguồn gốc từ nước: đánh dấu 18O từ nước cung cấp cho thấy oxi 18O - Nước sinh từ pha tối quang hợp: thấy 18O có nước 18O dẫn nhập vào dạng CO2 Câu 20: Trong quang hợp, trình truyền điện tử diễn cấu trúc nào? thực theo đường nào? hiệu lượng đường đó? Chiều vận chuyển H+ để tạo ATP? Hướng dẫn giải Trong quang hợp: * Quá trình truyền điện tử diễn màng thilacoit * Quá trình truyền điện tử theo đường: - Vận chuyển điện tử vòng: Từ P700 đến P700 - Vận chuyển điện tử khơng vịng: Từ P700 đến NADPH từ P680 đến P700 * Hiệu lượng: - Con đường vịng tạo 2ATP - Con đường khơng vịng tạo 1ATP 1NADPH * Chiều vận chuyển H+: từ xoang thilacoit chất lục lạp Câu 21: a Viết phương trình tổng quát phản ứng xảy pha sáng, pha tối phương trình tổng hợp hai pha quang hợp? Từ phương trình tổng hợp rút nhận xét gì? b Trong quang hợp, để tổng hợp phần tử glucozơ thực vật C3 cần sử dụng photon ánh sáng ATP NADPH2? c Giải thích chất độc làm ức chế trình hoạt động loại enzym xúc tác cho trình chuyển hố chất chu trình Canvin gây ức chế phản ứng pha sáng? Hướng dẫn giải - Phương trình pha sáng 12H2O + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+ →18 ATP + 12NADPH2 + 6O2 - Phương trình pha tối 6CO2 + 18 ATP + 12NADPH2  C6H12O6 + 6H2O Phương trình chung 12H 2O  6CO2  48photon  C6H12O6  6O2  6H 2O Nhận xét: + Nước tạo trình quang hợp từ pha tối + Pha sáng cung cấp nguyên liệu (NADPH2, ATP) cho pha tối ngược lại pha tối cung cấp ADP, NADP+ cho pha sáng Trang 26 + Pha sáng phải vận hành vòng, pha tối hoạt động vòng => tạo phân tử glucozơ Pha sáng cần ADP, NADP+ chất lại pha tối tạo Như pha tối bị đình trệ (do enzym bị ức chế) làm cho pha sáng ngừng hoạt động Câu 22: Sự khác chuỗi chuyền điện tử xảy màng thilacoit lục lạp màng ti thể Năng lượng dòng vận chuyển điện tử sử dụng nào? Hướng dẫn giải * Điểm khác: Chuỗi chuyền e mang thilacoit Chuỗi chuyền e màng ti thể - Electron đến từ diệp lục - Eletron đến từ chất hữu - Năng lượng có nguồn gốc từ ánh sáng - Năng lượng có nguồn gốc từ chất hữu - Electron cuối NADP+ thu - Chất nhận e- cuối O2 nhập thông qua PSI PSII * Năng lượng dòng vận chuyển điện tử dùng để bơm ion H+ qua màng tạo ion H+ Khi có chênh lệch H+ khoảng gian màng với chất bào quan có dịng H+ khuếch tán qua ATP - synthetaza Kênh ATP - synthetaza loại enzym tổng hợp ATP, sử dụng lượng dịch chuyển ion H+ để xúc tác cho phản ứng tổng hợp ATP theo phương trình: ADP + Pi → ATP Câu 23: Quan sát tác động enzym tế bào, người ta có sơ đồ sau: Enzym Chất A Enzym Chất B Enzym Chất C Chất P (sản phẩm) Ức chế liên hệ ngược Từ sơ đồ trên, nhận xét chế tác động enzym Hướng dẫn giải Từ sơ đồ tác động enzym nhận thấy: - Tính chun hóa cao enzym - Sự chuyển hóa vật chất tế bào bao gồm phản ứng sinh hóa diễn tế bào thể sống, cần có xúc tác enzym giúp chuyển hóa diễn nhanh - Sản phẩm phản ứng lại trở thành chất cho phản ứng sản phẩm cuối phản ứng tạo nhiều lại trở thành chất ức chế enzym xúc tác cho phản ứng - Khi enzym tế bào khơng tổng hợp bị bất hoạt khơng sản phẩm không tạo thành mà chất enzym tích lũy gây độc cho tế bào Trang 27 Câu 24: Theo dõi trao đổi khí thực vật A B bình thủy tinh kín cung cấp đủ điều kiện sống, người ta ghi nhận số liệu đây: Đối tượng Lượng CO2 giảm chiếu sáng Lượng CO2 tăng khơng có ánh sáng Thực vật A 13,85 mg/dm2/giờ 1,53 mg/dm2/giờ Thực vật B 18 mg/dm2/giờ 1,8 mg/dm2/giờ Tính số gam nước mà thực vật nói quang phân li suốt chiếu sáng Hướng dẫn giải Cường độ quang hợp thực thực vật A: 13,85 + 1,53 = 15,38 mg/dm2/giờ - Phương trình quang hợp: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.  - Trong giờ, số mol CO2 đồng hóa là: 15, 38 1000.44 - Trong giờ, số mol nước quang phân li : 15, 38 2 1000.44 - Số gam nước mà thực vật A quang phân li suốt chiếu sáng 15, 38  2 18  0, 0126 1000.44 b Cường độ quang hợp thực thực vật B: 18 + 1,8 = 19,8 mg/dm2/giờ - Trong giờ, số mol CO2 đồng hóa là: 19, 1000.44 - Trong giờ, số mol nước quang phân li là: 19, 1000.44 - Số gam nước mà thực vật B quang phân li suốt chiếu sáng 19,  2 18  0, 0162 1000.44 Câu 25: Ở quang hợp thực vật, để tổng hợp mol glucozơ cần mol photon ánh sáng? Cho chu kì photphoryl hố vịng tạo 2ATP Hướng dẫn giải Ở quang hợp thực vật C3, để tổng hợp phân tử glucozơ cần 12 phân tử NADPH 18 mol phân tử ATP Vì: Phương trình pha tối (chu trình Canvin) có giai đoạn giai đoạn cacboxil hố (gắn CO2 với Ri1,5DiP để tạo APG); Giai đoạn khử (biến APG thành AlPG); Giai đoạn tái tạo chất nhận (biến AlPG thành Ri-1,5-Dip) Ở giai đoạn cácboxil hố khơng khử dụng lượng ATP NADPH Ở giai đoạn khử, sử dụng 12ATP 12NADPH Ở giai đoạn tái tạo chất nhận sử dụng 6ATP Trang 28 - Ở photphoril hố khơng vịng, để tổng hợp 12 NADPH 12ATP cần 12 chu kì chu kì cần photon nên tổng số 48 photon ánh sáng Ở photphoril hố vịng, chu kì cần photon tạo 2ATP nên để tổng hợp 6ATP cần photon ánh sáng Tổng số photon ánh sáng cần dùng để tổng hợp phân tử glucozơ + 48 = 54 Như vậy, thực vật C3 tổng số mol photon ánh sáng cần dùng để tổng hợp mol glucozơ 54 mol Câu 26: Hãy tính hiệu suất tối đa chuyển hố lượng quang hợp Biết mol ánh sáng có lượng trung bình 45 Kcal, mol glucozơ có lượng 674 Kcal chu kì photphoryl hóa vịng tạo 2ATP Hướng dẫn giải - Dựa vào pha tối quang hợp ta có phương trình pha tối 12NADPH + 18ATP + 6CO2 → C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 6H2O Như để tổng hợp mol glucozơ cần 12 mol NADPH 18 mol ATP - Một chu kì photphoryl hố khơng vịng tạo 1NADPH 1ATP; chu kì photphoryl hố vịng tạo 2ATP Như để tạo 12NADPH 18ATP cần phải có 12 chu kì photphoryl hố khơng vịng chu kì photphoryl hố vịng - Số photon ánh sáng để thực 12 chu kì khơng vịng = 12 × = 48 photon - Số photon ánh sáng để thực chu kì khơng vịng = × = photon - Tổng số photon để tạo 12NADPH 18ATP 48 + = 54 - Hiệu suất chuyển hoá lượng quang hợp 674 674   28% 45.54 2430 Câu 27: Ở thực vật C3, để tổng hợp 90g glucozơ cần phải quang phân li gam nước? Biết toàn NADPH pha sáng tạo dùng cho pha tối để khử APG thành AlPG Hướng dẫn giải - Phương trình tổng quát quang hợp: 12H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O - Như vậy, để tổng hợp mol glucozơ cần phải quang phân li 12 mol nước - 90g glucozơ có số mol = 90  0, mol 180 - Như vậy, để tổng hợp 90g (0,5 mol) glucozơ cần phải quang phân li số gam nước là: 0,5 × 12 × 18 = 108 (g) Câu 28: Tính lượng thu giai đoạn q trình hơ hấp oxi hóa hết 18g Glucozơ? Hướng dẫn giải - Đường phân từ phân tử glucozơ tạo ATP - Nếu khơng có oxi từ glucozơ tạo 2ATP - Nếu có oxi chu trinh Krebs tạo 2ATP - Chuỗi chuyền electron tạo 34ATP Câu 29: Ở hơ hấp hiếu khí, khơng có oxi phân tử (O2) chu trình Krebs khơng diễn ra? Vai trị chu trình Krebs q trình trao đổi chất tế bào? Trang 29 Hướng dẫn giải a Chu trình Krebs sử dụng coenzym NAD+ FAD+ để khử nguyên tử H tạo nên chất khử NADH FADH2 Sau NADH FADH2 đưa đến chuỗi truyền điện tử màng ti thể để sinh ATP Nếu khơng có O2 chuỗi truyền điện tử không diễn nên FADH NADH2 không khử thành FAD+ NAD+ ngun liệu cho chu trình Krebs → Chu trình Krebs khơng diễn b Chu trình Krebs tạo sản phẩm trung gian, sản phẩm trung gian trở thành nguyên liệu để tổng hợp chất cho tế bào Vì chu trình Krebs chu trình trung tâm trình trao đổi chất tế bào Ngồi chu trình Krebs cịn diễn photphoryl hóa chất nên tạo số ATP cung cấp cho tế bào Câu 30: Tế bào tự điều chỉnh q trình chuyển hóa vật chất cách điều chỉnh hoạt tính enzym Tế bào thực việc điều chỉnh hoạt tính enzym cách nào? Hướng dẫn giải Tế bào điều chỉnh hoạt tính enzym cách: - Thay đổi độ pH mơi trường: Ví dụ enzym pepsin hoạt động có pH = nên tế bào điều chỉnh lượng HCl tiết để điều chỉnh hoạt tính enzym Hoặc để làm bất hoạt enzym lizoxom tế bào bơm H+ vào bào quan để tạo mơi trường có pH thấp - Sử dụng chất ức chế Gồm có chất ức chế cạnh tranh chất ức chế cảm ứng Tế bào thường sử dụng chất ức chế cảm ứng để làm bất hoạt enzym - Sử dụng chất hoạt hóa để hoạt hóa enzym làm tăng hoạt tính enzym - Giảm hàm lượng enzym Trang 30 ... Đó lượng tích luỹ thực vật dạng liên kết hoá học hợp chất hữu lượng vào thể động vật dạng thức ăn Thức ăn vào quan tiêu hoá động vật tiêu hoá thành chất hữu đơn giản, sau tế bào hấp thụ Vào tế. .. Tính chun hóa cao enzym - Sự chuyển hóa vật chất tế bào bao gồm phản ứng sinh hóa diễn tế bào thể sống, cần có xúc tác enzym giúp chuyển hóa diễn nhanh - Sản phẩm phản ứng lại trở thành chất cho... tách vào chất nhận lượng Khi nhóm P gắn vào chất hữu chất bị biến đổi cấu hình khơng gian dẫn tới sinh công Cách 2: Gắn gốc ADP vào chất hữu làm biến đổi cấu hình khơng gian chất hữu dẫn tới chất