Lý thuyết chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào - Sinh 10 Chân trời sáng tạo

I. Năng lượng và chuyển hóa năng lượng

1. Các dạng năng lượng:

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 nhiều dạng: hóa năng, nhiệt năng, điện năng và cơ năng. 

Trong đó hóa năng là năng lượng chủ yếu trong tế bào, hóa năng là năng lượng dự trữ trong các liên ết hóa học.

2. Sự chuyển hóa năng lượng:

Là sự biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác.

Ví dụ: hóa năng chuyển hóa thành nhiệt năng (qua hô hấp tế bào), quang năng chuyển hóa thành hóa năng (qua quang hợp) ...

Sự chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với sự chuyển hóa năng lượng.

II. ATP - đồng tiền năng lượng của tế bào

1. Cấu tạo và chức năng của ATP:

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

ATP là hợp chất mang năng lượng trong các liên kết cao năng giữa các gốc phosphate.

2. Quá trình tổng hợp và phân giải ATP:

Tính chất quan trọng của ATP là dễ biến đổi thuận nghịch để giả phóng hoặc tích lũy năng lượng.

III. Enzyme

1. Khái niệm và cấu trúc của enzyme:

Emzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein do tế bào tổng hợp. Enzyme chỉ đẩy nhanh tốc độ phản ứng mà 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. Cơ chế tác động của enzyme:

Vùng trung tâm hoạt động của enzyme liên kết với cơ chất tương ứng và hình thành các liên kết để tạo ra phức hệ enzyme - cơ chất. Sau khi phản ứng hoàn thành, sản phẩm rời khỏi enzyme, enzyme có thể sử dụng lại.

3. Sự ảnh hưởng của các yếu tố 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.

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.

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.

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. 

4. Vai trò của enzyme:

Sự xúc tác của enzyme làm tốc độ phản ứng tăng lên hàng triệu lần, nhờ đó hoạt động sống được duy trì. Enzyme có thể được điều chỉnh thông qua sự ức chế ngược.

Sơ đồ tư duy sự chuyển hóa năng lượng và enzyme: