Có một điều khá thú vị là ai cũng biết rằng mỗi khi đói bụng, thì cơ thể trở nên yếu ớt và thiếu sức sống. Trong khi nếu bạn được ăn uống đầy đủ, thì cơ thể trở nên đầy năng lượng và sức sống. Show Vậy đâu là nguyên nhân tạo nên sự khác biệt này? Có phải chăng tế bào sản sinh ra năng lượng? Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, mời bạn đọc bài viết sau đây nhé! Trong sinh học tế bào, chuỗi vận chuyển điện tử là một trong những bước quan trọng trong quá trình tế bào của bạn, tạo ra năng lượng từ các loại thực phẩm bạn ăn. Đây là bước thứ ba của sự hô hấp tế bào hiếu khí. Sự hô hấp tế bào là thuật ngữ sử dụng cho cách các tế bào của cơ thể tạo ra năng lượng từ thức ăn tiêu thụ. Chuỗi vận chuyển điện tử là nơi mà hầu hết các tế bào năng lượng được tạo ra. “Chuỗi” này thực sự là một loạt các phức hợp protein và các phân tử mang điện tử trong màng bên trong của ty thể tế bào, còn được gọi là nhà máy điện của tế bào. Vậy làm thế nào năng lượng được sinh ra?Oxy là cần thiết cho hô hấp hiếu khí khi chuỗi kết thúc với sự đóng góp của các điện tử để oxy. Và khi các electron di chuyển dọc theo một chuỗi, chuyển động hoặc động lượng được sử dụng để tạo ra adenosine triphosphate (ATP). ATP là nguồn năng lượng chính cho nhiều quá trình tế bào bao gồm co cơ và phân chia tế bào. Năng lượng được giải phóng trong quá trình chuyển hóa tế bào khi ATP thủy phân. Điều này xảy ra khi các electron được truyền dọc theo chuỗi từ phức hợp protein này đến phức hợp protein khác, cho đến khi chúng được tặng cho oxy tạo thành nước. ATP phân hủy hóa học thành adenosine diphosphate (ADP) bằng cách phản ứng với nước. Sau đó, ADP lần lượt được sử dụng để tổng hợp ATP. Cụ thể hơn, khi các electron được truyền dọc theo một chuỗi từ phức hợp protein đến phức protein, năng lượng được giải phóng và các ion hydro (H+) được bơm ra khỏi chất gian bào của ty thể (ngăn trong màng bên trong) và vào xoang gian màng (đây là không gian choáng giữa ngăn giữa màng trong và ngoài). Tất cả các hoạt động này tạo ra cả một gradient hóa học (đây là sự khác biệt trong nồng độ dung dịch) và gradient điện (đây là sự khác biệt về điện tích) ngang qua màng trong. Khi nhiều ion H+ được bơm vào xoang gian màng, nồng độ của các nguyên tử hydro cao hơn sẽ tích tụ và chảy ngược trở lại chất gian bào, đồng thời cấp năng lượng cho quá trình sản xuất ATP hoặc ATP synthase. ATP synthase sử dụng năng lượng sinh ra từ sự chuyển động của ion H+ vào chất gian bào để chuyển đổi ADP thành ATP. Quá trình oxy hóa các phân tử này tạo ra năng lượng cho quá trình sản xuất ATP, được gọi là quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Các bước của quá trình hô hấp tế bàoBước đầu tiên của quá trình hô hấp tế bào là glycolysis (đây là quá trình thủy phân glucose). Glycolysis xảy ra trong tế bào chất và liên quan đến việc tách một phân tử glucose thành hai phân tử của hợp chất hóa học pyruvate. Nói nôm na là có hai phân tử ATP và hai phân tử NADH (năng lượng cao, phân tử mang điện tử) được tạo ra. Glycolysis có thể xảy ra có hoặc không có oxy. Trong sự hiện diện của oxy, glycolysis là giai đoạn đầu tiên của hô hấp tế bào hiếu khí. Không có oxy, glycolysis cho phép các tế bào tạo ra một lượng nhỏ ATP. Quá trình này được gọi là hô hấp kỵ khí hoặc lên men. Quá trình lên men cũng tạo ra axit lactic, có thể tích tụ trong các mô cơ gây đau và cảm giác nóng rát. Bước thứ hai, được gọi là chu trình axit citric hoặc chu kỳ Krebs, bắt đầu sau khi hai phân tử của ba đường carbon sản xuất trong glycolysis được chuyển thành một hợp chất hơi khác (acetyl CoA). Quá trình này xảy ra khi pyruvate được vận chuyển qua màng ty thể bên ngoài và bên trong vào chất gian bào của ty thể. Sau đó, pyruvate tiếp tục bị oxy hóa trong chu trình Krebs tạo ra hai phân tử ATP, cũng như các phân tử NADH và FADH2. Chu trình axit citric chỉ xảy ra khi có oxy nhưng không sử dụng oxy trực tiếp. Các electron từ NADH và FADH2 được chuyển đến bước thứ ba của quá trình hô hấp tế bào, đó là chuỗi vận chuyển electron/phosphoryl hóa oxy hóa. Phức hợp protein trong chuỗiCó bốn phức hợp protein là một phần của chuỗi vận chuyển điện tử có chức năng truyền các electron xuống chuỗi. Một phức hợp protein thứ năm phục vụ để vận chuyển các ion hydro trở lại vào chất gian bào. Những phức hợp này được gắn vào trong màng ty thể bên trong. Phức hợp I (complex I)NADH chuyển hai electron đến phức hợp I để tạo ra bốn ion H+ được bơm qua màng bên trong. Lúc này, NADH bị oxy hóa thành NAD+, được tái chế trở lại chu kỳ Krebs. Các electron được chuyển từ phức hợp I sang phân tử mang ubiquinone (Q), được giảm xuống ubiquinol (QH2). Ubiquinol mang các electron đến Complex III. Phức hợp II (complex II)FADH2 chuyển các electron đến Complex II và các electron được truyền tới ubiquinone (Q). Q được giảm xuống ubiquinol (QH2), mang các electron đến complex III. Không có ion H+ nào được vận chuyển đến không gian liên màng trong quá trình này. Phức hợp III (complex III)Việc truyền electron đến phức hợp III giúp vận chuyển bốn ion H+ trên màng bên trong. QH2 bị oxy hóa và các electron được chuyển tới một protein mang điện tử khác là cytochrome C. Phức hợp IV (complex IV)Cytochrome C chuyển electron vào phức hợp protein cuối cùng trong chuỗi, complex IV. Hai ion H+ được bơm qua màng trong. Các electron sau đó được truyền từ phức hợp IV sang phân tử oxy (O2), làm cho phân tử bị phân chia. Các nguyên tử oxy thu được nhanh chóng lấy các ion H+ để tạo thành hai phân tử nước. ATP synthaseATP synthase di chuyển ion H+ được bơm ra khỏi chất gian bào bởi chuỗi vận chuyển electron trở lại chất gian bào. Năng lượng từ dòng proton vào chất gian bào được sử dụng để tạo ra ATP bằng cách phosphoryl hóa (bổ sung phosphate) của ADP. Sự chuyển động của các ion trên màng ty thể có thể chọn lọc và xuống gradient điện hóa của chúng được gọi là hóa thẩm. NADH tạo ra ATP nhiều hơn FADH2. Đối với mỗi phân tử NADH bị oxy hóa, 10 ion H+ được bơm vào không gian màng ngăn. Điều này mang lại khoảng ba phân tử ATP. Bởi vì FADH2 đi vào chuỗi ở giai đoạn sau (Phức tạp II), chỉ có sáu ion H+ được chuyển đến xoang gian màng. Điều này chiếm khoảng hai phân tử ATP. Tổng cộng có 32 phân tử ATP, C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ~32 ATP, được tạo ra trong vận chuyển electron và phosphoryl hóa oxy hóa. Quá trình sản xuất năng lượng từ tế bào có vẻ phức tạp đúng không nào? Tuy nhiên, lại một lần nữa hóa học cũng góp phần vào trong cơ chế này. Hi vọng bài viết sẽ giúp ích cho các bạn trong tương lai. Tham khảo ThoughtCo.
I. KHÁI QUÁT VỀ HÔ HẤP Ở THỰC VẬT 1. Hô hấp ở thực vật là gì? - Hô hấp ở thực vật là quá trình chuyển đổi năng lượng của tế bào sống, trong đó các phân tử cacbohiđrat bị phân giải thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng, một phần năng lượng đó được tích lũy trong ATP. 2. Phương trình hô hấp tổng quát C6H12O6 + 6O2 $ \rightarrow$ 6CO2 + 6H2O + năng lượng (nhiệt + ATP)
- Năng lượng được thải ra ở dạng nhiệt cần thiết để duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các hoạt động sống của cơ thể thực vật. - Năng lượng được tích lũy trong ATP được dùng để vận chuyển vật chất trong cây, sinh trưởng, tổng hợp chất hữu cơ, sửa chữa những hư hại của tế bào… - Tạo ra các sản phẩm trung gian cho các quá trình tổng hợp các chất hữu cơ khác trong cơ thể. II. CON ĐƯỜNG HÔ HẤP Ở THỰC VẬT 1. Phân giải kị khí (đường phân và lên men) - Xảy ra khi rễ bị ngập úng, hạt bị ngâm vào nước, hay cây ở trong điều kiện thiếu ôxi. - Diễn ra ở tế bào chất gồm 2 quá trình: + Đường phân là quá trình phân giải glucôzơ $ \rightarrow$ axit piruvic và 2 ATP. + Lên men là axit piruvic lên men tạo thành rượu êtilic và CO2 hoặc tạo thành axit lactic. 2. Phân giải hiếu khí (đường phân và hô hấp hiếu khí) - Xảy ra mạnh trong các mô, cơ quan đang hoạt động sinh lí mạnh như: hạt đang nảy mầm, hoa đang nở… - Hô hấp hiếu khí diễn ra trong chất nền của ti thể gồm 2 quá trình: + Chu trình Crep: khi có ôxi, axit piruvic từ tế bào chất vào ti thể. Tại đó, axit piruvic chuyển hóa theo chu trình Crep và bị ôxi hóa hoàn toàn. + Chuỗi chuyền electron: hiđrô tách ra từ axit piruvic trong chu trình Crep được chuyền đến chuỗi chuyền electron đến oxi để tạo ra nước và giải phóng năng lượng ATP. Từ 2 phân tử axit piruvic, qua hô hấp giải phóng ra 6 CO2, 6 H2O và 36 ATP. - Từ 1 phân tử glucôzơ qua phân giải hiếu khí giải phóng ra 38 ATP và nhiệt lượng. III. HÔ HẤP SÁNG - Là quá trình hấp thụ ôxi và giải phóng CO2 ngoài sáng, xảy ra đồng thời với quang hợp. - Điều kiện: cường độ quang hợp cao, CO2 ở lục lạp cạn kiệt, O2 tích lũy nhiều. - Hô hấp sáng gây lãng phí sản phẩm quang hợp. IV. QUAN HỆ GIỮA HÔ HẤP VÀ QUANG HỢP VÀ MÔI TRƯỜNG 1. Mối quan hệ giữa hô hấp và quang hợp: - Hô hấp và quang hợp là 2 quá trình phụ thuộc lẫn nhau. - Sản phẩm của quang hợp (C6H12O6 + O2) là nguyên liệu của hô hấp và chất ôxi hóa trong hô hấp. - Sản phẩm của hô hấp (CO2 + H2O) là nguyên liệu để tổng hợp nên C6H12O6 và giải phóng ôxi trong quang hợp. 2. Mối quan hệ giữa hô hấp và môi trường a) Nước - Cần cho hô hấp, mất nước làm giảm cường độ hô hấp. - Đối với các cơ quan ở trạng thái ngủ (hạt), tăng lượng nước thì hô hấp tăng. - Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước trong cơ thể. b) Nhiệt độ - Khi nhiệt độ tăng thì cường độ hô hấp tăng đến giới hạn chịu đựng của cây. - Sự phụ thuộc của hô hấp vào nhiệt độ tuân theo định luật Van-Hôp: Q10 = 2–3 (tăng nhiệt độ thêm 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên gấp 2–3 lần). - Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp khoảng 30 - 350C. c) Nồng độ O2 - Khi nồng độ O2 trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp bị ảnh hưởng, khi giảm xuống 5% thì cây chuyển sang phân giải kị khí $ \rightarrow$ bất lợi cho cây trồng. d) Nồng độ CO2 - CO2 là sản phẩm cuối cùng của hô hấp hiếu khí và lên men êtilic. - Nồng độ CO2 trong môi trường cao hơn 40% làm hô hấp bị ức chế. Page 2 SureLRN
|
