Lý thuyết khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng - Sinh 10 Kết nối tri thức

I. Khái quát về năng lượng và sự chuyển hóa

1. Các dạng năng lượng trong tế bào:

Năng lượng là khả năng sinh công hay khả năng tạo nên sự chuyển động của vật chất. Năng lượng trong tế bào tồn tại ở 2 dạng: động năng và thế năng.

2. ATP - đồng tiền năng lượng của tế bào:

Nguồn năng lượng phổ biến nhất cho các phản ứng hóa học của tế bào là ATP (adenosine triphosphate). 

Một phân tử ATP được cấu tạo từ 3 thành phần: 1 gốc adenine + 1 gốc đường ribose + 3 gốc phosphate. Năng lượng dự trữ trong phân tử ATP nằm ở chính liên kết hóa học giữa các gốc phosphate.

3. Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào:

Chuyển hóa vật chất là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào làm chuyển đổi chất này thành chất khác.

Chuyển hóa năng lượng là sự chuyển đổi của năng lượng từ dạng này sang dạng khác, tuân theo quy luật nhiệt động học.

Hai quá trình chuyển hóa này luôn đi kèm với nhau.

II. Enzyme

1. Khái niệm, cấu trúc và cơ chế hoạt động:

Emzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể, và không bị biến đổi sau phản ứng.

Hầu hết enzyme được cấu tạo từ protein. Ngoài ra, một số enzyme có thêm cofactor (ion kim loại hoặc phân tử hữu cơ). Cofactor có thể liên kết tạm thời hoặc cố định với enzyme.

Mỗi enzyme có một trung tâm hoạt động - vị trí liên kết đặc hiệu với cơ chất (chất chịu tác động của enzyme) để xúc tác phản ứng diễn ra. Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một hoặc một nhóm phản ứng hóa học nhất định (tính đặc hiệu).

2. Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa

Enzyme khiến phản ứng xảy ra dễ dàng hơn trong cơ thể, giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết để một phản ứng xảy ra, nhờ đó tăng tốc độ phản ứng lên nhiều lần.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme:

Hoạt tính enzyme là tốc độ phản ứng xúc tác bởi enzyme và được đo bằng lượng cơ chất bị chuyển đổi trong một phút ở điều kiện tiêu chuẩn.

a) Nồng độ enzyme và cơ chất:

Nồng độ cơ chất không đổi, lượng enzyme tăng lên thì hiệu suất phản ứng tăng, đến khi biến đổi hết cơ chất.

Nếu lượng enzyme không đổi, tăng nồng độ cơ chất thì hiệu suất phản ứng sẽ tăng đến ngưỡng tất cả các enzyme đều hoạt động hết công suất.

b) Độ pH:

Mỗi loại enzyme đều có khoảng pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả, ngoài khoảng pH này enzyme không hoạt động (bất hoạt) hoặc giảm hoạt tính.

c) Nhiệt độ: 

Mỗi loại enzyme chỉ hoặc đồng hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Hầu hết enzyme trong cơ thể đều hoạt động tốt ở nhiệt độ 37 độ C. 

d) Chất điều hòa enzyme:

Chất ức chế và chất hoạt hóa ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme. Chất hoạt hóa liên kết vào enzyme sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme. Chất ức chế liên kết vào enzyme sẽ cản trở enzyme liên kết với cơ chất và làm giảm hoạt tính enzyme.

4. Điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng thông qua enzyme:

Tốc độ của các quá trình chuyển hóa luôn thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển, trạng thái của cơ thể. Vậy nên tế bào điều chỉnh tốc độ của quá trình này bằng cách điều chỉnh hoạt tính của enzyme thông qua chất hoạt hóa và chất ức chế.

Ngoài ra, ức chế ngược là quá trình điều hòa xảy ra khi sản phẩm chuyển hóa được tạo ra đủ nhu cầu sẽ quay lại ức chế enzyme xúc tác để dừng tổng hợp sản phẩm đó.

Mỗi enzyme được định vị ở từng vùng có điều kiện thích hợp trong các cơ quan để chúng hoạt động tối ưu nhất, giúp tăng hiệu quả chuyển hóa.

Sơ đồ tư duy khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng: