Đặt vấn đề Tế bào cần rất nhiều năng lượng để duy trì sự sống: từ việc sao chép, sửa chữa các cấu trúc di truyền trong nhiễm sắc thể; tạo mới các thành phần cấu tạo trong tế bào, lấy thứ
Trang 1Báo cáo sinh lý thực vật.
HÔ HẤP (RESPIRATION)
I Đặt vấn đề
Tế bào cần rất nhiều năng lượng để duy trì sự sống: từ việc sao chép, sửa chữa các cấu trúc di truyền trong nhiễm sắc thể; tạo mới các thành phần cấu tạo trong tế bào, lấy thức ăn vào, thải chất bả ra, giữ cho độ pH và nồng độ ion được cân bằng Nếu năng lượng không được cung cấp các phản ứng không thể xảy ra được và sự sống của tế bào sẽ ngừng lại Trong
tế bào, sự hô hấp tạo ra năng lượng để cung cấp cho tất cả các hoạt động của tế bào
II Khái niệm hô hấp tế bào
Hô hấp là quá trình oxy hóa chất hữu cơ (tinh bột, đường,chất béo, các acid hữu cơ, đôi khi cả protein) thành khí carbonic và nước đồng thời giải phóng năng lượng
(CH2O)n + O2 CO2 + H2O + năng lượng
Sự hô hấp thông thường của glucose được biểu thị như sau:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6H2O + 36ATP
III Các giai đoạn chính
1 Đường phân
Sự đường phân (glycolysis) là một chuỗi phản ứng chuyển hóa đường có 6 carbon thành pyruvic acid có 3 carbon
Xảy ra ở tế bào chất
Sản phẩm: pyruvic acid, ATP, NADH
Bao gồm 10 phản ứng khác nhau để bẻ gãy phân tử đường 6C thành 2 phân tử acid pyruvic có 3C
2 Chu trình Krebs
Chu trình Krebs hay còn gọi là chu trình acid citric (do acid citric là chất tạo ra đầu tiên trong chu trình), trong đó pyruvate bị oxi hóa hoàn toàn tạo ra CO2 và năng lượng dưới dạng ATP, NADH, FADH2 xảy ra trong ty thể dưới điều kiện có oxi
Trang 2Trước khi pyruvate (được tạo ra ở chu trình đường phân ) xâm nhập vào ty thể thì
nó sẽ bị oxi hóa dưới sự tham gia của coenzyme A(CoA) để tạo thành acetyl coenzyme A Chất này sẽ đi vào chu trình Krebs kết hợp với chất nhận CO2 đầu tiên là acid oxalo acetic (4C) để tạo ra acid citric(6C) Sau đó acid citric sẽ bị khử thành acid ketogluteric(5C) giải phóng 1CO2 và 1 NADH tạo thành Acid ketogluteric bị khử tạo ra acid succinic(4C) và giải phóng 1ATP, CO2, và NADH Trong quá trình chuyển acid succinic thành acid malic(4C) sẽ tạo ra 1 FADH2 Cuối cùng là quá trình tái tạo chất nhận CO2 đầu tiên (acid oxalic) và tạo ra một NADH
Tóm lại, quá trình này tạo ra được: 3 CO2, 4NADH, 1 ATP, 1 FADH2 khi oxi hóa
hoàn toàn 1 phân tử pyruvate
3 Chuỗi dẫn truyền điện tử
Hai sản phẩm quan trọng NADH, FADH2 của quá trình đường phân và chu trình Krebs (đóng vai trò cung cấp điện tử) sẽ đi vào màng trong của ty thể để tham gia vào chuổi vận chuyển điện tử để tạo ra ATP:
+Đối với NADH (được tạo ra trong chu trình Krebs): Khi 2 điện tử(2e-) được vận chuyển từ đầu chuổi đến cuối chuổi sẽ tạo ra được 6 H+ Những ion H+ này sẽ được bơm ra ngoài khoảng không của ty thể nhờ nhân tố CF dưới sự xúc tác của enzyme F0F1 – ATPase tại
3 vị trí: FMNH2 → protein Fe-S, UQH2 → Cyt Fe b, UQH2 → Cyt Fe c Theo thuyết “Thẩm thấu hóa học thì cứ 2 H+ được bơm từ chất nền của ty thể ra khoảng không qua mỗi vị trí trện
sẽ tạo ra được 1 ATP Do đó 1 NADH sẽ tạo ra được 3 ATP Còn đối với NADH tao ra từ quá trình đường phân thì chỉ tạo ra được 2 ATP do 1 phân tử ATP đã sử dụng cho quá trình vận chuyển qua màng của ty thể
+Đối với FADH2: Khi 2e- được chuyển từ vị trí thứ 2 (từ UQH2 → Cyt Fe b) đến cuối chuỗi chỉ tạo ra được 4 ion H+ Do đó chỉ có 2 ATP được tạo ra từ 1FADH2
IV Hô hấp kỵ khí
Là sự oxi hóa không hoàn toàn pyruvate và NADH trong điều kiện không có oxy xảy ra trong tế bào chất, sản phẩm cuối cùng là ethanol hoặc lactic acid
Khi tế bào thiếu oxi thì chu trình Krebs không hoạt động, lúc đó pyruvate và NADH tích tụ nhiều trong tế bào chất Qúa trình đường phân cũng không thể xảy ra tiếp tục, vì tế bào chất bị thiếu hụt NAD+ cho nên việc tạo ra glycerate 1-3 bisPhosphate bị dừng lại Lúc này quá trình lên men yếm khí xảy ra và pyruvic acid và NADH sẽ bị phân giải tạo ra ethanol hoặc lactic acid:
+Tạo ra ethanol: Khi có enzyme alcohol dehydrogenase (ở nấm men)
(Alcohol dehydrogenase)
Pyruvic acid(3C) +NADH → ethanol(2C) + CO2 + NAD+
+Tạo ra lactic acid: Khi có sự hiện diện của enzyme lactic acid dehydrogenase (ở động vật hữu nhủ)
(lactic acid dehydrogenase)
Pyruvic acid(3C) +NADH → lactic acid(3C) + NAD+
Tóm lại, sự phân giải 1 phân tử glucose bằng con đường yếm khí chỉ tạo ra được 2 ATP.
Và sự lên men này thường xảy ra trong điều kiện đất ngập nước( có hoặc không có oxi)
V Tổng kết
Hô hấp được xem là quá trình sinh lí trung tâm của cây xanh, có vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng:
- Trước hết thông qua quá trình hô hấp, năng lượng hoá học tự do dưới dạng ATP được giải phóng từ các hợp chất hữu cơ và năng lượng dưới dạng ATP này được sử dụng cho các quá trình sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất, quá trình vận động sinh trưởng, quá trình phát quang sinh học, …Cụ thể là 1 phân tử glucose khi hô hấp hiếu khí giải phóng 36 ATP, tức là cơ thể thực vật đã thu được gần 50% năng lượng có trong 1 phân tử glucose (674 kcal/M)
Trang 3-Trong các giai đoạn của quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã được hình thành
và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối (nguyên liệu) của các quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể Với vai trò này hô hấp được xem như quá trình tổng hợp cả về mặt năng lượng lẫn mặt vật chất
- Năng lượng được thải ra ở dạng nhiệt cần thiết để duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các hoạt động sống của cơ thể
…
Tóm tắt quá trình hô hấp