Lý thuyết Sinh học 11 Bài 1: Khái quát về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng

Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng giúp sinh vật tồn tại và phát triển:

- Giúp sinh vật lấy các chất từ môi trường nhằmcung cấp nguyên liệu để xây dựng cơ thể, đồng thời, tích luỹ và giải phóng năng lượng phục vụ cho các hoạt động sống của cơ thể.

- Giúp đào thải các chất thải, chất độc hại hoặc dư thừa sinh ra từ quá trình chuyển hoá của cơ thể ra môi trường nhằm đảm bảo duy trì cân bằng nội môi.

Trao đổi chất ở người

Dấu hiệu đặc trưng của trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở sinh vật thể hiện qua các quá trình dưới đây:

1. Tiếp nhận các chất từ môi trường và vận chuyển các chất

- Thực vật lấy chất khoáng, nước, CO₂ và năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể. Hệ vận chuyển (mạch gỗ, mạch rây) đưa các chất hữu cơ đến tế bào cơ thể, đồng thời vận chuyển nước, chất khoáng hấp thụ từ rễ lên lá.

- Hầu hết động vật lấy chất dinh dưỡng từ thức ăn nhờ hệ tiêu hoá và lấy O₂ từ không khí nhờ hệ hô hấp. Chất dinh dưỡng và O₂ được vận chuyển đến các tế bào cơ thể nhờ hệ tuần hoàn.

2. Biến đổi các chất kèm theo chuyển hoá năng lượng ở tế bào

Các chất tiếp nhận từ môi trường được vận chuyển đến tế bào và tham gia vào quá trình đồng hoá và dị hoá:

- Quá trình đồng hoá tổng hợp chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản, kèm theo tích luỹ năng lượng trong các liên kết hoá học.

- Quá trình dị hoá phân giải các chất hữu cơ phức tạp (hình thành trong quá trình đồng hoá) thành các chất đơn giản, kèm theo giải phóng năng lượng từ các liên kết hoá học.

3. Thải các chất vào môi trường

- Các chất không được cơ thể sử dụng, các chất dư thừa, thậm chí độc hại tạo ra từ quá trình chuyển hoá được cơ thể thải ra môi trường.

4. Điều hoà

- Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng luôn được điều chỉnh phù hợp với nhu cầu của cơ thể thông qua hormone ở thực vật hoặc hormone và hệ thần kinh ở động vật.

Quá trình chuyển hoá năng lượng trong sinh giới gồm ba giai đoạn: tổng hợp, phân giải và huy động năng lượng.

Sơ đồ chuyển hoá năng lượng trong sinh giới

1. Giai đoạn tổng hợp

- Nguồn năng lượng khởi đầu trong sinh giới là năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng).

- Nhờ chất diệp lục, cây xanh thu nhận quang năng để tổng hợp chất hữu cơ từ các phân tử CO₂ và nước. Như vậy, cây xanh đã chuyển hoá quang năng thành hoá năng tích luỹ trong các liên kết hoá học ở các phân tử hữu cơ.

Thực vật tổng hợp hoá năng từ quang năng

- Động vật không có khả năng thu nhận quang năng để tổng hợp chất hữu cơ, chúng lấy năng lượng hoá năng sẵn có trong thức ăn.

Động vật lấy năng lượng hoá năng từ thức ăn

2. Giai đoạn phân giải

- Quá trình hô hấp làm biến đổi các phân tử lớn (carbohydrate, lipid, protein) thành các phân tử nhỏ hơn, đồng thời, năng lượng tích luỹ trong các liên kết hoá học ở các phân tử lớn chuyển sang năng lượng tích luỹ trong các liên kết hoá học của các phân tử nhỏ ở dạng dễ chuyển đổi và sử dụng (ví dụ:ATP, NADH,...).

Sơ đồ thể hiện hô hấp tế bào

3. Giai đoạn huy động năng lượng

- Năng lượng tạo ra từ hô hấp tế bào (chủ yếu là ATP) được sử dụng cho các hoạt động sống như tổng hợp chất sống, vận động, sinh sản, cảm ứng, sinh trưởng và phát triển,..

- Các dạng năng lượng khác nhau cuối cùng đều chuyển thành nhiệt năng và toả ra môi trường.

- Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở cấp tế bào và cơ thể sinh vật liên quan chặt chẽ với nhau.

- Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở cấp độ tế bào là cơ sở cho quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng của cơ thể sinh vật: Cơ thể lấy các chất cần thiết từ môi trường cung cấp cho quá trình chuyển hoá vật chất và năng lượng ở cấp độ tế bào, đồng thời tiếp nhận các chất thải sinh ra từ tế bào và thải ra môi trường, qua đó đảm bảo cho tế bào tồn tại và phát triển, trên cơ sở đó cơ thể tồn tại và phát triển.

Phương thức trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở sinh vật là tự dưỡng hoặc dị dưỡng.

1.Tự dưỡng

- Tự dưỡng gồm quang tự dưỡng và hoá tự dưỡng:

+ Quang tự dưỡng là phương thức sinh vật sử dụng chất vô cơ, nước, CO₂ và năng lượng ánh sáng để tổng hợp nên các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể và tích luỹ năng lượng. Thực vật là sinh vật quang tự dưỡng điển hình.

+ Hoá tự dưỡng là phương thức sinh vật sử dụng nguồn carbon (chủ yếu là CO₂) và nguồn năng lượng từ chất vô cơ như H₂S, NO₂^-, NH₄⁺,... để tổng hợp nên các chất hữu cơ và tích luỹ năng lượng. Một số vi khuẩn là sinh vật hoá tự dưỡng.

- Vai trò của sinh vật tự dưỡng trong sinh giới:

+ Cung cấp O₂, đảm bảo cho hoạt động sống của hầu hết sinh vật.

+ Cung cấp thức ăn, nơi ở và nơi sinh sản cho động vật.

+ Điều hoà khí hậu: tạo nhiệt độ, độ ẩm thuận lợi cho sự tồn tại và phát triển của sinh vật.

2. Dị dưỡng

- Dị dưỡng là phương thức sinh vật lấy chất hữu cơ trực tiếp từ sinh vật tự dưỡng hoặc từ động vật khác, thông qua tiêu hoá, hấp thụ và đồng hoá các chất để xây dựng cơ thể, tích luỹ và sử dụng năng lượng cho mọi hoạt động sống.

- Động vật là sinh vật dị dưỡng điển hình.