Chương III. CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO
A – Lí thuyết
I- CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
1. Khái niệm về năng lượng và các dạng năng lượng
a) Năng lượng là gì?
Khi ta nâng một hòn đá lên cao, ta đã thực hiện một công, và ta phải tiêu thụ năng lượng. Như vậy năng lượng được định nghĩa như là khả năng hoàn thành một công. Công là lực tạo nên chuyển động một đối tượng chống lại lực đối lập. Ta nâng hòn đá là nhờ lực cơ chống lại lực trọng trường.
b) Các dạng năng lượng
Người ta phân biệt hai dạng năng lượng: thế năng và động năng. Thế năng là năng lượng ở dạng định vị và trật tự, còn động năng là dạng năng lượng vận động. Khi vận động viên trượt tuyết leo bộ lên đỉnh núi anh ta đã biến năng lượng tích trong chất dinh dưỡng (thế năng) thành năng lượng vận động cơ bắp (động năng). Năng lượng này không mất đi khi anh ta lên đỉnh núi mà lại chuyển thành thế năng và khi anh ta buông mình trượt xuống núi, thế năng lại biến thành năng lượng vận động tức là động năng.
2. Chuyển hoá năng lượng
Sự chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống gọi là chuyển hoá năng lượng. Ví dụ, quang hợp là sự chuyển hoá năng lượng ánh sáng sang năng lượng hoá học chứa trong các chất hữu cơ ở thực vật ; hô hấp nội bào là sự chuyển hoá năng lượng hoá học trong các liên kết của các chất hữu cơ đã được tế bào tổng hợp thành năng lượng trong các liên kết cao năng (ATP) dễ sử dụng.
Trong cơ thể sinh vật có nhiều quá trình đòi hỏi năng lượng thường xuyên như các phản ứng sinh tổng hợp các chất, tái sinh các tổ chức (phân bào, sinh sản), thực hiện công cơ học (chuyển động của chất nguyên sinh, của bào quan) hay công điện học như phát sinh và chuyển các thông tin dưới dạng dòng điện sinh học.
Dòng năng lượng sinh học là dòng năng lượng trong tế bào, dòng năng lượng từ tế bào này sang tế bào khác hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác. Trong các hệ thống sống, năng lượng được dự trữ trong các liên kết hoá học.
3. ATP – đồng tiền năng lượng của tế bào
ATP (adenozintriphôtphat) là một phân tử có cấu tạo gồm các thành phần: bazơ nitơ ađênin, đường ribôzơ và 3 nhóm phôtphat. Đây là một hợp chất cao năng và liên kết giữa 2 nhóm phôtphat cuối cùng trong ATP rất dễ bị phá vỡ để giải phóng ra năng lượng. Các nhóm phôtphat đều mang điện tích âm nên khi ở gần nhau luôn có xu hướng đẩy nhau ra làm cho liên kết này rất dễ bị phá vỡ.
ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phôtphat cuối cùng để trở thành ADP (adenozin điphôtphat), rồi tức khắc ADP gắn thêm nhóm phôtphat trở thành ATP. Ở trạng thái nghỉ ngơi, trung bình mỗi ngày mỗi người sinh sản và phân hủy tới 40kg ATP và mỗi tế bào trong mỗi giây tổng hợp và phân hủy tới 10 triệu phân tử ATP. Vì vậy, ATP được xem như đồng tiền năng lượng của tế bào.
Trong tế bào, năng lượng trong ATP được sử dụng :
- Tổng hợp nên các chất cho tế bào : Những tế bào đang sinh trưởng mạnh hoặc những tế bào tiết ra các prôtêin với tốc độ cao có thể tiêu tốn tới 75% lượng ATP mà tế bào tạo ra.
- Vận chuyển các chất qua màng. Vận chuyển chủ động cần tiêu tốn nhiều năng lượng (tế bào thận của người sử dụng tới 80% ATP để vận chuyển các chất qua màng).
- Sinh công cơ học. Sự co của các tế bào cơ tim và cơ xương tiêu tốn một lượng ATP khổng lồ.