Khái quát về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng SVIP

I. VAI TRÒ CỦA TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG ĐỐI VỚI SINH VẬT

Quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho cơ thể sinh vật, giúp sinh vật có thể tồn tại và phát triển.

→ Thông qua trao đổi chất, sinh vật lấy các nguyên liệu từ môi trường, chuyển hóa chúng thành năng lượng và các sản phẩm cấu trúc nên cơ thể, rồi thải các chất dư thừa, chất độc hại ra ngoài môi trường.

II. CÁC DẤU HIỆU ĐẶC TRƯNG CỦA TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở SINH VẬT

4 dấu hiệu đặc trưng trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật:

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

- Biến đổi các chất và chuyển hóa năng lượng.

- Đào thải các chất ra môi trường.

- Điều hòa.

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

- Sinh vật thu nhận, vận chuyển chất dinh dưỡng và năng lượng từ môi trường vào cơ thể thông qua các cơ quan chuyên biệt.

- Ví dụ: Thực vật lấy chất khoáng, nước từ rễ, vận chuyển lên lá nhờ hệ thống ống dẫn.

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

- Các chất tiếp nhận từ môi trường được vận chuyển đến tế bào và tham gia vào 2 quá trình:

+ Đồng hóa: Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng.

+ Dị hóa: Phân giải các chất và giải phóng năng lượng.

- Ví dụ: Thực vật quang hợp để tổng hợp glucose rồi lại phân giải chúng để sinh năng lượng phục vụ cho các hoạt động sống.

3. Thải các chất vào môi trường

- Các chất không cần thiết, dư thừa hay độc hại được tạo ra từ quá trình chuyển hóa các chất sẽ được đào thải ra ngoài môi trường qua các cơ quan chuyên biệt.

- Ví dụ: Hệ bài tiết nước tiểu ở động vật.

4. Điều hòa

- Quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật luôn được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu của cơ thể.

III. CÁC GIAI ĐOẠN CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG SINH GIỚI

Quá trình chuyển hóa năng lượng trong sinh giới gồm 3 giai đoạn: Tổng hợp, phân giải và huy động năng lượng.

Sơ đồ chuyển hóa năng lượng trong sinh giới

1. Giai đoạn tổng hợp

- Sinh vật tự dưỡng (thực vật, vi khuẩn lam, tảo, vi khuẩn oxy hóa hydrogen,...) có khả năng tổng hợp chất hữu cơ (đặc trưng là C₆H₁₂O₆) từ chất vô cơ.

- Sinh vật dị dưỡng (động vật, nấm,...) chỉ có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất hữu cơ có sẵn, tạo ra các sản phẩm đặc trưng của loài.

2. Giai đoạn phân giải

- Một phần năng lượng tích lũy trong chất hữu cơ được sinh vật sử dụng để dự trữ, một phần được tế bào sử dụng cho các hoạt động sống (thông qua quá trình hô hấp) và lượng lớn thất thoát ra ngoài môi trường dưới dạng nhiệt.

3. Giai đoạn huy động năng lượng

- Quá trình phân giải chất hữu cơ (hô hấp tế bào) → sinh ra ATP → liên kết giữa các gốc phosphate trong phân tử ATP bị phá vỡ → giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống và nhiệt năng.

IV. MỐI QUAN HỆ GIỮA TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở CẤP TẾ BÀO VÀ CƠ THỂ

- Cơ thể lấy các chất cần thiết từ môi trường và chuyển tới tế bào.

- Tại tế bào xảy ra các quá trình đồng hóa và dị hóa.

- Chất thải từ quá trình dị hóa được thải ra ngoài môi trường.

- Ở SV đơn bào: Chỉ trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở cấp độ tế bào (giữa tế bào - môi trường và trong tế bào).

- Ở SV đa bào: Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở cả cấp độ tế bào và cơ thể qua 3 giai đoạn:

+ (1) Giữa môi trường ngoài và cơ thể.

+ (2) Giữa môi trường trong cơ thể và tế bào.

+ (3) Trong từng tế bào.

V. CÁC PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

Sinh vật có thể trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng theo hai phương thức: Tự dưỡng và dị dưỡng.

1. Tự dưỡng

- Tự dưỡng là phương thức sinh vật tự tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ để phục vụ nhu cầu của bản thân.

- Tự dưỡng có 2 kiểu:

+ Quang tự dưỡng: Sử dụng các chất vô cơ, nước, nguồn carbon là CO₂, nguồn năng lượng là ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ và tích lũy năng lượng.

Thực vật là sinh vật quang tự dưỡng 

+ Hóa tự dưỡng: Sử dụng nguồn carbon, nguồn năng lượng từ chất vô cơ (H₂S, NO₃^-, NH₄⁺) để tổng hợp chất hữu cơ và tích lũy năng lượng.

Một số vi khuẩn là sinh vật hóa tự dưỡng

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

+ Cung cấp O₂.

+ Là sinh vật sản xuất: Cung cấp thức ăn, nơi ở và nơi sinh sản.

+ Điều hòa khí hậu: Tạo nhiệt độ, độ ẩm thuận lợi.

2. Dị dưỡng

- Dị dưỡng là phương thức sinh vật trực tiếp lấy các chất hữu cơ từ sinh vật khác, chuyển hóa thành chất đặc trưng của loài và sử dụng để phục vụ nhu cầu của bản thân.

Động vật là sinh vật dị dưỡng