Bài 3. Các nguyên tố hóa học và nước

Bài 4. Cacbohidrat và Lipit

Bài 5. Prôtêin

Bài 6. Axit Nuclêic

Bài 7. Tế bào nhân sơ

Bài 8-9-10. Tế bào nhân thực

Bài 11. Vận chuyển các chất qua màng sinh chất

Tế bào thường xuyên trao đổi chất với môi trường. Màng sinh chất có chức năng kiểm soát sự vận chuyển các chất và trao đổi thông tin giữa tế bào và môi trường. Sự vận chuyển các chất qua màng sinh chất (ra và vào) được thực hiện theo 3 phương thức: thụ động, chủ động (tích cực), xuất nhập bào.

I. VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG

- Là phương thức vận chuyển các chất qua màng sinh chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp mà không tiêu tốn năng lượng.
- Sự vận chuyển thụ động tuân theo cơ chế: khuếch tán (theo sự chênh lệch gradient nồng độ)
+ Sự vận chuyển chất tan gọi là sự khuếch tán.
+ Sự vận chuyển nước gọi là sự thẩm thấu.
- Điều kiện: Có sự chênh lệch nồng độ giữa 2 bên màng tế bào và đặc tính lí, hóa của các phân tử.
- Phương thức vận chuyển:
+ Khuếch tán trực tiếp qua lớp phôtpholipit: các chất không phân cực, có kích thước nhỏ như: CO2, O2,...
+ Khuếch tan qua kênh prôtêin xuyên màng: các chất phân cực, có kích thước lớn như: glucôzơ,…
+ H2O được thẩm thấu nhờ kênh prôtêin đặc biệt là aquaporin.
- Dựa vào nồng độ chất tan trong môi trường Chia môi trường thành 3 loại:
+ Môi trường ưu trương: [chất tan]ngoài tế bào > [chất tan]trong tế bào
+ Môi trường nhược trương: [chất tan]ngoài tế bào < [chất tan]trong tế bào
+ Môi trường đẳng trương: [chất tan]ngoài tế bào = [chất tan]trong tế bào

II. VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG

- Là phương thức vận chuyển các chất qua màng từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao (đi ngược gradient nồng độ) và tiêu tốn năng lượng.
- Vận chuyển chủ động cần có các loại ‘máy bơm’ đặc chủng cho từng loại chất cần vận chuyển. Tế bào hấp thụ nhiều phần tử ngược chiều gradient nồng độ như : đường, axit amin, một số ion như Na+, K+, Ca2+, Cl-, HPO42- để bổ sung cho kho dự trữ nội bào. Tế bào cũng có thể loại bỏ một số phần tử không cần thiết ngược chiều gradient nồng độ.
- Vận chuyển chủ động tham gia vào nhiều hoạt động chuyển hóa như hấp thụ và tiêu hóa thức ăn, bài tiết và dẫn truyền xung thần kinh.
- Ví dụ :
+ Ở một loài tảo biển, nồng độ iôt trong tế bào tảo cao gấp 100 lần nồng độ iôt trong nước biển, nhưng iot vẫn được vận chuyển từ nước biển qua màng sinh chất vào trong tế bào tảo.
+ Tại ống thận, nồng độ glucôzơ trong nước tiểu thấp hơn trong máu nhưng glucôzơ trong nước tiểu vẫn được thu hồi về máu.

III. NHẬP BÀO VÀ XUẤT BÀO

Đối với các phân tử lớn không lọt qua các lỗ màng được thì tế bào sử dụng hình thức xuất nhập bào để vận chuyển chúng ra hoặc vào tế bào. Trong quá trình này dòi hỏi phải có sự biến đổi cảu màng sinh chất và tiêu tốn năng lượng.
- Nhập bào:
+ Các phần tử rắn hay lỏng khi tiếp xúc với màng thì màng sẽ biến đổi kiểu lõm vào, bao bọc lấy ‘đối tượng” sau đó “nuốt hẳn đối tượng” vào trong.
+ Các kiểu nhập bào: với các phần tử rắn (ví dụ vi khuẩn) thì gọi là sự thực bào, đối với các phần tử lỏng (ví dụ giọt thức ăn) thì gọi là sự ẩm bào.
+ Các phần tử được bao bọc trong màng sau đó sẽ được tiêu hóa trong lizôxôm.
- Xuất bào:
+ Xuất bào là sự vận chuyển các chất ra khỏi tế bào cách ngược lại với nhập bào.

Bài 13. Khái quát về năng lượng và chuyển hóa vật chất

I. NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO

1. Khái niệm năng lượng

- Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công.

- Các loại năng lượng:

+ Động năng: Là dạng năng lượng sẵn sàng sinh công.

+ Thế năng: Là loại năng lượng dự trữ, có tiềm năng sinh công.

- Các dạng năng lượng trong tế bào: hoá năng, điện năng, nhiệt năng (chủ yếu là hoá năng – năng lượng tồn tại trong các liên kết hóa học).

2. ATP - đồng tiền năng lượng

- Cấu tạo: ATP (Ađênôzin TriPhôtphat) là hợp chất cao năng, gồm 3 thành phần: 1 phân tử bazơ nitơ ađênin, 1 phân tử đường ribôzơ và 3 nhóm phôtphat.

- Liên kết giữa 2 nhóm phôtphat cuối rất dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng vì các nhóm phôtphat đều mang điện âm nên luôn có xu hướng đẩy nhau làm cho liên kết này rất dễ bị phá vỡ.

- ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua việc chuyển nhóm phôtphat cuối cùng cho các chất đó để trở thành ADP (Ađênôzin điphôtphat) và ngay lập tức ADP lại được gắn thêm nhóm photphat để trở thành ATP. Mỗi tế bào trong mỗi giây tổng hợp và phân hủy tới 10 triệu phân tử ATP.

- Trong tế bào, ATP được sử dụng để:

+ Tổng hợp các chất cần thiết cho tế bào.

+ Vận chuyển các chất qua màng: vận chuyển chủ động, xuất, nhập bào.

+ Sinh công cơ học: ví dụ: hoạt động co cơ, vận động,…

II. CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG

- Chuyển hóa vật chất là tập hợp các phản ứng sinh hoá xảy ra bên trong tế bào giúp tế bào thực hiện các đặc tính đặc trưng của sự sống như sinh trưởng, phát triển, cảm ứng, sinh sản,…Chuyển hóa vật chất luôn kèm theo chuyển hóa năng lượng.

- Chuyển hóa vật chất gồm 2 mặt:

+ Quá trình đồng hoá: tổng hợp chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản kèm theo tích lũy năng lượng trong các hợp chất đó.

+ Quá trình dị hoá: phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản và giải phóng năng lượng.

Bài 14. Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất

I. ENZIM VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA ENZIM

Enzim là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống. Enzim chỉ làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
1. Cấu trúc của enzim
- Enzim có bản chất là prôtêin hoặc prôtêin kết hợp với chất khác không phải là prôtêin (coenzim).
- Chất chịu sự tác động của enzim gọi là cơ chất.
- Trong phân tử enzim có vùng cấu trúc không gian đặc biệt liên kết với cơ chất gọi là trung tâm hoạt động của enzim. Thực chất đó là một chỗ lõm hoặc một khe nhỏ trên bề mặt enzim. Cấu hình không gian trung tâm hoạt động của enzim tương thích với cấu hình không gian của cơ chất. (Ảnh: Internet)
2. Cơ chế tác động của enzim
- Enzim liên kết với cơ chất → Phức hợp Enzim - Cơ chất → Enzim tương tác với Cơ chất tạo ra sản phẩm → giải phóng Enzim và Sản phẩm mới.
- Liên kết Enzim - Cơ chất có tính đặc thù (do cấu trúc của trung tâm hoạt động của enzim của mỗi loại enzim chỉ tương thích với 1 hoặc 1 số1 loại cơ chất nhất định).
3. Đặc tính của enzim
- Hoạt tính mạnh: enzim có hoạt tính xúc tác cao hơn so với chất xúc tác hóa học.
- Tính đặc hiệu cao: mỗi enzim chỉ tác dụng với 1 hoặc 1 số loại cơ chất nhất định  mỗi enzim thường xúc tác cho một hoặc một loại phản ứng nhất định. Ví dụ: amilaza phân giải tinh bột thành mantôzơ, nhưng không phân giải được xenlulozơ, còn saccaraza phân giải saccarozơ thành glucozơ và fructozơ.

4. Các nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim
Hoạt tính của enzim được xác định bằng lượng sản phẩm được tạo thành từ một lượng cơ chất trên một đơn vị thời gian. Hoạt tính của enzim chịu tác động của nhiều yếu tố.
a. Nhiệt độ:
- Mỗi enzim có một nhiệt độ hoạt động tối ưu, tại đó enzim có hoạt tính tối đa làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất.
- Trong giới hạn nhiệt độ hoạt động, hoạt tính của enzim tỷ lệ thuận với nhiệt độ.
- Nhiệt độ cao: enzim bị biến tính (do prôtêin bị biến tính).
- Nhiệt độ thấp: enzim ngừng hoạt động.
- Ví dụ: đa số enzim trong cơ thể người hoạt động tối thích ở khoảng 40oC, trong khi các enzim của vi khuẩn sống ở các suối nước nóng thì có nhiệt độ hoạt động ở khoảng 70oC.
b. Độ pH:
- Mỗi enzim chỉ hoạt động trong 1 giới hạn pH xác định. Ví dụ: Enzim pepsin ở dạ dày hoạt động ở pH 2, enzim trypsin của dịch tụy hoạt động ở pH 7.
(Ảnh: Internet)
c. Nồng độ enzim và nồng độ cơ chất:
- Hoạt tính của enzim thường tỷ lệ thuận với nồng độ enzim và nồng độ cơ chất: Với một lượng enzim nhất định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzim tăng dần, nhưng đến một lúc nòa đó, tăng nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính enzim vì tất cả các trung tâm hoạt động của enzim đã liên kết hết với cơ chất.
- Đồ thị trang 76.
d. Chất ức chế và chất hoạt hoá enzim:
- Một số hoá chất có thể làm tăng hoặc giảm hoạt tính của enzim.
- Ví dụ: NaCl với nồng độ phù hợp (0,9-1%) có thể làm tăng hoạt tính của enzim Amilaza nước bọt. Ngược lại CuSO4 1-5% cũng có thể làm giảm hoạt tính của Amilaza.

II. VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QÚA TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT

- Sự chuyển hóa vật chất trong tế bào gồm rất nhiều các phản ứng sinh hóa khác nhau. Các enzim trong tế bào có vai trò xúc tác các phản ứng này, enzim có thể làm tăng tốc độ phản ứng hàng triệu lần. Vì vậy, nếu không có enzim thì hoạt động sống không thể duy trì vì tốc độ phản ứng diễn ra rất chậm.
- Tế bào có thể tự điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất bằng các chất hoạt hoá và ức chế enzim nhằm điều chỉnh hoạt tính của enzim.
- Ức chế ngược: là kiểu điều hoà trong đó sản phẩm của con đường chuyển hoá có vai trò là chất ức chế quay lại làm bất hoạt enzim.
- Con đường chuyển hóa vật chất trong tế bào diễn ra theo chu trình. Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc tổng hợp quá ít hay bị bất hoạt thì gây nên các rối loạn về chuyển hóa, có thể gây nên các triệu chứng bệnh lí: ví dụ bệnh phêninkêto niệu, thiếu enzim chuyển hóa phêninalanin thành tirôzin làm cho phêninalanin bị ứ đọng, chuyển lên não, đầu độc não, làm mất trí nhớ.

Bài 16. Hô hấp tế bào

I. KHÁI NIỆM HÔ HẤP TẾ BÀO

- Hô hấp tế bào là quá trình chuyển đổi năng lượng rất quan trọng của tế bào sống.
- Trong hô hấp, các phân tử hiđratcacbon bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian, cuối cùng đến CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng ở dạng các phân tử ATP.
- Quá trình hô hấp tế bào diễn ra chủ yếu ở ti thể.
- Phương trình tổng quát quá trình phân giải hoàn toàn một phân tử glucozơ:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6O2 + Nhiệt + ATP
- Hô hấp tế bào 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 lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau.
(Ảnh: Internet)

II. CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO

Quá trình hô hấp tế bào gồm 3 giai đoạn chính: Đường phân, Chu trình Crep và Chuỗi truyền điện tử hô hấp.
1. Đường phân
- Là quá trình biến đổi phân tử đường glucôzơ, xảy ra trong tế bào chất.
- Nguyên liệu: 1 C6H12O6, 2ATP (để hoạt hóa glucôzơ ở giai đoạn đầu), 4ADP, 2NAD+, 4Pi.
- Sản phẩm: 2 axit piruvic (C3H4O3), 2NADH và 4ATP, 2ADP. (Tế bào chỉ thu được 4-2=2ATP)
2. Chu trình Crep
- Xảy ra trong chất nền của ti thể.
- Nguyên liệu: axit piruvic  axêtyl-CoA và tạo ra 2 phân tử NADH và 2 phân tử CO2.
- Axêtyl-CoA đi vào chu trình Crep bị phân giải hoàn toàn tới CO2.
- Kết quả: tạo ra 6NADH, 2ATP, 2FADH2, 4CO2.
3. Chuỗi chuyền điện tử hô hấp
- Xảy ra trên màng trong của ti thể.
- Nguyên liệu: 10NADH, 2FADH2, 6O2
Êlectron được truyền từ NADH và FADH2 tới ôxi qua một chuỗi các phản ứng ôxi hóa khử kế tiếp nhau. Trong phản ứng cuối cùng, ôxi bị khử tạo ra H2O.
1NADH  3 ATP; 1FADH2  2ATP
- Sản phẩm: 34ATP, 6H2O.
4. Sơ đồ tổng quát:

(Ảnh: Internet)

III. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI CÁC CHẤT KHÁC

- Phân giải prôtêin: prôtêin được phân giải thành axit amin rồi biến đổi thành axêtyl–CoA đi vào chu trình Crep.
- Phân giải lipit: lipit được phân giải thành axit béo và glixêrol rồi biến đổi thành axêtyl–CoA và đi vào chu trình Crep.
(Ảnh: Internet)

Bài 17. Quang tổng hợp và hóa tổng hợp

I. QUANG TỔNG HỢP (QUANG HỢP)

1. Khái niệm
- Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ. Trong sinh giới, chỉ có thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng quang hợp.
- Phương trình tổng quát:

CO2 + H2O + Năng lượng ánh sáng → (CH2O) + O2

2. Sắc tố quang hợp
- Là các phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ ánh sáng.
- Có 3 nhóm sắc tố: chlorophyll (diệp lục - sắc tố chính), carotenoit (sắc tố vàng, da cam, hay tím đỏ - sắc tố phụ) và phycobilin ở thực vật bậc thấp. Vi khuẩn quang hợp chỉ có chlorophyll.
- Đặc điểm: thực vật sống ở môi trường khác nhau có màu sắc khác nhau do tỉ lệ các chất sắc tố khác nhau.
- Sắc tố quang hợp hấp thụ ánh sáng mạnh nhất ở miền đỏ, xanh tím. Diệp lục có khả năng hấp thu ánh sáng co chon lọc, tham gia trực tiếp trong các phản ứng quang hóa. Các sắc tố phụ hấp thu khoảng 10-20% tổng năng lượng do lá cây hấp thu được. Khi cường độ ánh sáng quá cao, các sắc tố phụ có tác dụng bảo vệ diệp lục khỏi bị phân hủy.
3. Cơ chế quang hợp
Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: Pha sáng cần ánh sáng (chỉ diễn ra khi có ánh sáng) và Pha tối không cần ánh sáng (có thể diễn ra cả khi có ánh sáng và cả khi không có ánh sáng).

a. Pha sáng
- Nơi xảy ra : trên màng tilacôit
- Nguyên liệu : H2O, ADP, NADP+, ánh sáng.
- Sản phẩm tạo thành: O2, NADPH, ATP.
- Cơ chế : Gồm 2 giai đoạn
+ Biến đổi quang lí : diệp hấp thu năng lượng ánh sáng trở thành dạng kích động electron.
+ Biến đổi quang hóa : Diệp lục truyền năng lượng cho các chất nhận trung gian để sử dụng: tổng hợp ATP, quang phân li H2O tạo ra O2, hình thành NADPH.
Sơ đồ tóm tắt pha sáng:
                                                                      Sắc tố quang hợp
Ánh sáng + H₂O + NADP⁺ + ADP+ P_vc     NADPH + ATP + O₂
b. Pha tối
- Nơi xảy ra: Chất nền lục lạp (strôma).
- Nguyên liệu: CO₂, ATP, NADPH.
- Sản phẩm tạo thành: CH₂O
- Cơ chế: Xảy ra theo chu trình Canvin (con đường C₃) gồm 3 giai đoạn
+ Cố định CO₂: CO₂ + RiDP → Hợp chất 6C → APG (3C)
                                                                                                                Sắc tố quang hợp
+ Khử APG: APG (3C) → AlPG (3C)
+ Tái sinh chất nhận và tổng hợp cacbohidrat:
          AlPG (3C) → RiDP (5C)
           AlPG (3C) → C₆H₁₂O₆ (glucôzơ)
- Từ glucôzơ thông qua quá trình hô hấp sẽ tạo ra các axit hữu cơ, từ đó tổng hợp nên các chất khác như protein, lipit,..
- Ngoài con đường tổng hợp chất hữu cơ như đã nêu trên (nhóm thực vật C3), ở các thực vật vùng sa mạc hay vùng nhiệt đới còn có những con đường khác (gọi nhóm thực vật C4, thực vật CAM).

II. HÓA TỔNG HỢP

1. Khái niệm
- Hóa tổng hợp là cong đường tổng hợp chất hữu cơ (đồng hóa CO2) nhờ năng lượng của các phản ứng ôxi hóa khử do các vi sinh vật hóa tự dưỡng thực hiện.
- Phương trình tổng quát của hóa tổng hợp:
A (chất vô cơ) + O₂     AO₂ + Năng lượng
CO₂ + RH₂ (chất cho H⁺) + Năng lượng     Chất hữu cơ
2. Các nhóm vi sinh vật hoá tổng hợp

	Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa lưu huỳnh	Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa nitơ	Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa sắt
Đại diện	Vi khuẩn lưu huỳnh	- Vi khuẩn nitrit hoá (Nitrosomonas) - Vi khuẩn nitrat hóa (Nitrobacter)	Vi khuẩn sắt
Hoạt động	- Vi khuẩn ôxi hoá H2S tạo ra năng lượng: H2S+O2→ H2O+2S+Q 2S+2H2O+ 3O2 → 2H2SO4+Q - Năng lượng thu được từ phản ứng trên dùng để tổng hợp chất hữu cơ: 6CO2+ 12H2S + Q → C6H12O6 + 6H2O + 12S	* Vi khuẩn nitrit hoá: chuyển hoá NH3 thành HNO2 để lấy năng lượng: 2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+Q 6% năng lượng thu được từ phản ứng trên dùng để tổng hợp chất hữu cơ từ CO2: CO2+4H+Q→1/6C6H12O6 +H2O * Vi khuẩn nitrat hóa: ôxi hóa HNO2 thành HNO3. 2HNO2 + O2 → 2HNO3 + Q 7% năng lượng thu được từ phản ứng trên dùng để tổng hợp chất hữu cơ từ CO2: CO2+4H+Q → 1/6 C6H12O6 + H2O	Vi khuẩn sắt chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+. 4FeCO3 + O2 + 6H2O → Fe(OH)3↓ + 4CO2 + Q Năng lượng thu được từ phản ứng trên dùng để tổng hợp chất hữu cơ.
Vai trò	Làm sạch môi trường nước.	Đảm bảo chu trình tuần hoàn vật chất (chu trình Nitơ) trong tự nhiên.	Hình thành mỏ sắt.

III. MỐI LIÊN QUAN GIỮA HÔ HẤP VÀ QUANG HỢP

Đặc điểm	Hô hấp	Quang hợp
PTTQ	Enzim hô hấp C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + NL (ATP & nhiệt năng)	NLAS nCO2 + nH2O [CH2O]n + nO2    Diệp lục
Nơi thực hiện	Ti thể	Lục lạp
NL	Phân giải chất hữu cơ giải phóng NL	Tổng hợp chất hữu cơ, tích lũy NL
Sắc tố	Không có sắc tố	Có sắc tố
Đặc điểm khác	Thực hiện ở mọi tế bào, không cần ánh sáng.	Chỉ thực hiện ở tế bào quang hợp khi có đủ ánh sáng.
Mối liên quan	Quá trình này là tiền đề của quá trình kia. Hô hấp cung cấp năng lượng, CO2. Quang hợp sử dụng năng lượng, CO2 để tạo nên chất hữu cơ và O2 cung cấp nguyên liệu cho hô hấp.

Bài 18-19. Chu kì tế bào, các hình thức phân bào, nguyên phân và giảm phân