CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP LÝ SINH

CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP LÝ SINHCâu 1: Trình bày nguyên lí I nhiệt động học và áp dụng vào hệ sinh vật, phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp và thí nghiệm của Atwater – Rosa.. - Nguyên lí I n

CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP LÝ SINH

Câu 1: Trình bày nguyên lí I nhiệt động học và áp dụng vào hệ sinh vật,

phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp và thí nghiệm của Atwater – Rosa Năng lượng tự do là gì? Nêu quá trình hình thành và sử dụng năng lượng tự

do của cơ thể sống.

- Nguyên lí I nhiệt động học được phát biểu như sau: “ Trong một quá trình

nếu năng lượng ở dạng này biến đi thì năng lượng ở dạng khác sẽ xuất hiện với lượng hoàn toàn tương đương với giá trị của năng lượng dạng ban đầu”

- Nguyên lí nhiệt động học áp dụng vào hệ sinh vật : Năng lượng lớn nhất

mà con người tỏa ra là nhiệt lượng tỏa ra xung quanh Vì nhiệt lượng giúp các cơ có năng lượng để liên kết và đứng vững trên Trái đất

 Phương trình cân bằng nhiệt của cơ thể: Nhiều thí nghiệm trên động vật và người cho thấy khi không sinh công ra môi trường, lượng nhiệt tổng cộng do cơ thể sinh ra gần bằng nhiệt tổng cộng mà cơ thể nhận được do đốt các chất hữu cơ nằm trong thành phần thức ăn cho đến khi thành CO2 và H2O

 Phương trình: Q = E + A + M

 Q: Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình đồng hóa thức ăn

 E: Năng lượng thất thoát vào môi trường

 A: Công cơ học mà cơ thể thực hiện

 M: Hiệu đính

- Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp : Phương pháp đo nhiệt lượng của

Lavoadie và Laplace khi áp dụng vào hệ sinh vật, gọi là phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp Cơ sở của phương pháp này là dựa vào lượng khí Oxy tiêu thụ hoặc lượng khí CO2 do cơ thể thải ra ở động vật máu nóng ( động vật có vú và người), có liên quan chặt chẽ với nhiệt lượng chứa trong thức ăn

- Thí nghiệm của Atwater – Rosa : Đối tượng thí nghiệm là người và thời

gian thí nghiệm trong 24h Trong thời gian thí nghiệm, cho người tiêu thụ một lượng thức ăn nhất định, thông qua đo lượng khí oxy hít vào (hay khí CO2 thở ra), nhiệt thải ra từ phân nước tiểu…sẽ tính được hiệu ứng nhiệt của các phản ứng phân hủy thức ăn diễn ra ở cơ thể người trong 24h

Thí nghiệm của Atwater – Rosa khẳng định năng lượng giải phóng thông qua quá trình phân giải các phản ứng hóa sinh diễn ra trong cơ thể sống Nhiệt lượng trong cơ thể người được chia làm hai loại là nhiệt lượng cơ bản

(nhiệt lượng sơ cấp) và nhiệt lượng tích cực (nhiệt lựng thứ cấp) Nhiệt lượng cơ bản xuất hiện ngay sau khi cơ thể tiêu thụ thức ăn và tiêu thụ oxy

để thực hiện phản ứng oxy hóa đồng thời giải phóng năng lượng Cơ thể sử dụng nhiệt lượng cơ bản vào các hoạt động sống, còn dư sẽ được tích lũy vào ATP Phần nhiệt lượng tích lũy vào các hợp chất cao năng gọi là nhiệt lượng tích cực Trong cơ thể sống, nhiệt lượng cơ bản và nhiệt lượng tích cực có liên quan nhau Nhiệt lượng cơ bản nhiều mà cơ thể sử dụng ít thì nhiệt lượng tích cực tăng lên

- Năng lượng tự do :

Từ nguyên lý I nhiệt động học đã thiết lập được công thức là:

dU = δQ – δA (1)Q – δQ – δA (1)A (1)

Từ nguyên lý II nhiệt động học đã thiết lập được công thức là:

dS = δQQ T  δQ – δA (1)Q = T.dS

Thay δQ – δA (1)Q = T.dS vào công thức (1) ta được:

dU = T.dS – δQ – δA (1)A  -δA = dU – T.dSδQ – δA (1)A = dU – T.dS

Đối với quá trình đẳng nhiệt (là quá trình diễn ra ở nhiệt độ luôn không đổi)

có thể viết:

-δA = dU – T.dSδQ – δA (1)A = d(U – T.S)

Người ta đặt F = U – T.S và gọi F là năng lượng tự do

- Quá trình hình thành năng lượng tự do trong cơ thể sống :

Năng lượng tự do được hình thành trong cơ thể sống là do quá trình phân hủy các chất dinh dưỡng Theo Crebs và Gomberg quá trình hình thành nănglượng tự do chia làm 3 giai đoạn chính sau đây

 Phân hủy các cao phân tử sinh học tới monome (đơn phân tử), như từ Protein tới axit amin, từ Gluxit tới Glucose, từ Lipit tới Glixerin và axit béo Năng lượng tự do được giải phóng ra ở giai đoạn này chỉ chiếm từ 0,1% đến 0,5% năng lượng dự trữ có trong cao phân tử

 Sự chuyển hóa của các monome kể trên tới axit pyruvic và axetyl coenzim A (là axit axetic đã hoạt hóa) và một số hợp chất nằm trong chu trình Krebs, giải phóng ra năng lượng tự do đạt từ 15% -δA = dU – T.dS 30% năng lượng dự trữ trong monome

 Quá trình oxy hóa Acetyl CoA tới khí CO2 và H2O trong chu trình Krebs, năng lượng tự do giải phóng ra đạt từ 70% -δA = dU – T.dS 80% năng lượng

dự trữ trong Acetyl CoA

- Sử dụng năng lượng tự do của cơ thể sống

 Cơ thể sống sử dụng năng lượng tự do để cung cấp nhiệt cho cơ thể (ổn định nhiệt độ cơ thể vào mùa hè cũng như mùa đông)

 Cơ thể sống sử dụng năng lượng tự do để thực hiện công cơ học (co cơ), công thẩm thấu (hấp thụ hay bài tiết nước, chất dinh dưỡng), công

hô hấp, công điện (duy trì thể tĩnh hay phát xung điện thế hoạt động)

…

 Quan trọng là cơ thể sống có khả năng tích lũy năng lượng tự do dưới dạng ATP ATP được ví như đồng tiền năng lượng của tế bào, là nguồn năng lượng vạn năng

Câu 2: Nguyên lý II Nhiệt động học áp dụng vào sinh học So sánh các tính chất trạng thái cân bằng dừng, cân bằng nhiệt động Xác định mức độ biến đổi entropy của môi trường đối với cơ thể Nêu ý nghĩa hệ số nhiệt phản ứng Q10, phương pháp xác định năng lượng hoạt hóa co bóp tim ếch.

- Nguyên lý II Nhiệt động học áp dụng vào sinh học : Theo nguyên lý II,

mọi hệ biến nhiệt lượng thành công (động cơ nhiệt) luôn có hiệu suất nhỏ hơn 100% Quá trình sống trong hệ sinh vật cũng không thoát khỏi điều đó bởi vì các quá trình sống trong hệ sinh vật luôn kèm theo sự hao phí năng lượng dưới dạng nhiệt và là các quá trình bất thuận nghịch

- So sánh các tính chất trạng thái cân bằng dừng, cần bằng nhiệt động Trạng thái cân bằng nhiệt động Trạng thái cân bằng dừng

Năng lượng tự do F = 0 (Không có

khả năng sinh công)

Cân bằng năng lượng tự do để duy trìtrạng thái cân bằng (khả năng sinh công khác 0)

Không tồn tại Gradien trong hệ Luôn tồn tại Gradien trong hệ

Tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ

phản ứng nghịch (v1 = v2 = const)

Tốc độ phản ứng thuận lớn hơn tốc

độ phản ứng nghịch (v1 > v2)Chất xúc tác không làm thay đổi tỉ lệ

chất phản ứng

Chất xúc tác làm thay đổi nồng độ dừng

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng

độ ban đầu chất tham gia

Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu nhưng đáng kể

là các nồng độ dừng

- Xác định mức độ biến đổi entropy của môi trường với cơ thể : Nguyên lí

tăng entropy với hệ cô lập, trong đó hệ sống là hệ mở Nếu xét hệ tổng thể của cả hệ sống và môi trường thì entropy của hệ tổng thể tăng, tức là tuân theo nguyên lý tăng entropy Nếu chỉ xét riêng hệ sống thì entropy có thể tăng, giảm hoặc không đổi Điều này có nghĩa, trong hệ sống, có thể xảy ra quá trình giảm entropy, nhưng quá trình này sẽ được bù lại bởi sự tăng entropy ở phần khác, xảy ra trong hệ sống hoặc ở môi trường ngoài

Entropy của hệ bằng tổng entropy của các thành phần trong hệ

dt : thay đổi entropy của môi trường

 TH1: dSm dt = 0 khi giữa cơ thể sống và môi trường không xảy ra quá trình trao đổi vật chất và năng lượng Điều này trái với thực tế

 |dSm dt | = |dSc dt | => dS dt = 0  tương ứng với trạng thái cân bằng dừng

 |dSm dt | > |dSc dt | => dS dt < 0  cơ thể khỏe mạnh, độ ổn định cao, thức ăn đi vào cơ thể được hấp thụ hết, chỉ thải những chất không cần thiết ra ngoài

 |d Sm dt | < |dSc dt | => dS dt > 0  cơ thể không khỏe mạnh, độ hỗn loạn trong cơ thể tăng cao, thức ăn đi vào cơ thể không được hấp thụ or hấp thụ ít, năng lượng thải ra môi trường lại nhiều

- Ý nghĩa của số nhiệt phản ứng Q10 : Đại lượng Q10 hay còn được gọi là

hệ số Van’t Hoff Đại lượng này là tỉ số giữa 2 hằng số tốc độ của phản ứng

ở điều kiện chênh lệch nhau 10°C

Lấy logarit cơ số e 2 vế ta được

lnQ10 = RT 1 T 2 10 Eh  Eh = 0,1.R.T1.T2.lnQ10

R = 1,987 kcal/mol, chuyển logarit cơ số e sang logarit cơ số 10

Eh = 0,46.T1.T2.lgQ10Đại lượng Q10 có ý nghĩa quan trọng, nó cho biết hằng số tốc độ của phản ứng tăng hay giảm bao nhiêu lần khi nhiệt độ thay đổi 10°C

- Phương pháp xác định năng lượng hoạt hóa co bóp tim ếch

Để tính năng lượng hoạt hóa của một quá trình sinh vật nào đó, trước hết phải xác định tốc độ của quá trình đó ở 2 nhiệt độ chênh lệch nhau 10°C, tức

là xác định hằng số Van’t Hoff (Q10) (Sau đó ghi lại công thức của Q10)

Câu 3: Mô tả hiện tượng thẩm thấu, siêu lọc qua một màng sinh học (trình bày thí nghiệm, thiết lập công thức) Thiết lập phương trình cân bằng Gibbs – Donnan Hệ quả của cân bằng Gibbs – Donnan đối với áp suất thẩm thấu của

tế bào như thế nào?

- Hiện tượng thẩm thấu :

 Thẩm thấu là quá trình vận chuyển nước (hay dung môi) qua một màng ngăn cách hai dung dịch có thành phần khác nhau, quá trình vậnchuyển không chịu tác dụng của ngoại lực

 Để tính áp suất thẩm thấu ta dựa vào thí nghiệm Dutrochet Theo địnhluật Fick, nước đã khuếch tán qua các lỗ màng, do đó làm chênh lệch

áp suất thủy tĩnh ở hai phía màng

 Thí nghiệm:

 Lấy một phễu thủy tinh đã được bịt miệng bằng một màng bán thấm (màng chỉ có tính chất cho phân từ nước đi qua, không cho phân tử đường đi qua)

 Úp ngược phễu lại vào trong chậu nước cất, sao cho mực nước đường trong phễu ngang với mực nước trong chậu

 Sau một thời gian, ta thấy mực nước đường trong phễu sẽ cao hơn mực nước cất trong chậu

 Giải thích: Phân tích nước ở trong chậu nước cất, ta không thấy xuất hiện của phân tử đường, chứng tỏ, phân tử nước từ chậu nước cất là thẩm thấu qua màng bán thấm, vào trong phễu (làm cho mực nước trong phễu tăng lên), màng không cho phân tử đường ở phễu thẩm thấu vào chậu nước cất

 Thiết lập công thức:

Đối với dung dịch loãng không phân li, áp suất thẩm thấu tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt đối

P = C.R.TT: nhiệt độ tuyệt đối của dung dịchR: hằng số khí bằng 0,082 lít.atm/M.độTrong hệ SI, ta có R = 8,31.103 J/Kmol độĐối với dung dịch phân li hoàn toàn, áp suất thẩm thấu được tính theo công thức:

P = n.C.R.TTrong đó n là số ion của một phân tử chất tan khi phân li

- Hiện tượng siêu lọc :

 Thí nghiệm

 Thiết lập công thức:

Tốc độ vận chuyển của chất lỏng theo cơ chế siêu lọc qua màng tuân theo định luật Poisseuille giống như chuyển động của chất lỏng qua mao quản thủy tĩnh do áp lực từ sự chênh lệch của áp suất thủy tĩnh

ɳ : độ nhớt của nước (Centipoise : Cp)

l : chiều dài mao quản (cm)

- Thiết lập phương trình cân bằng Gibbs – Donnan

Khi cân bằng Donnan điện thế tĩnh của màng tế bào dộng vật có thể xác địnhbởi công thức:

Us = RT ZF ln¿ ¿ ¿ = RT ZFln ¿ ¿ ¿

Trong đó: ¿ ¿và ¿ ¿ là các nồng độ ion ở bên ngoài tế bào

¿ ¿ và ¿ ¿ là nồng độ ion ở bên trong tế bào

- Hệ quả của cân bằng Gibbs Donnan đối với áp suất thẩm thấu của tế bào: Khi tế bào tiếp xúc với dung dịch chất điện li có cùng loại và với gốc

protein là đại phân tử ion chính của tế bào Dưới ảnh hưởng của quá trình vận chuyển đã làm cho áp suất thẩm thấu ở phía trong của tế bào luôn luôn

có giá trị lớn hơn so với môi trường xung quanh

Câu 4: Các loại vận chuyển qua màng tế bào (thụ động, tích cực, ẩm bào, thực bào) về động lực, cơ chế và hiệu quả nồng độ, biểu thức (hoạt động bơm Na – K)

Là hiện tượng tếbào có khả nănghấp thụ các hạt như virut, vi khuẩn,…

Là hiện tượng tế bào có khả năng hút các hạt chất lỏng như hạt mỡ vào trong nội bào

cơ chất cần vận chuyển

2 Protein màng tự quay trong màng

3 Phân tử

cơ chất được giải phóng vào trong

tế bào

hấp phụ hạt và giữchặt hạt trên bề mặt màng

tế bào (liên quantới các yếu tố hóa lý như điện tích bề mặt hoặc

do tương tác hóa học)

2 Màng tế bào uốn lõm vào trong tế bào chất

để bọc lấy hạt cần đưa vào nội bào (liên quan đến màng tế bào)

giọt chất lỏng trên bềmặt màng tếbào

2 Màng tế bào uốn lõm vào trong tế bàochất để bọc lấy giọt chấtlỏng, tạo phân bào đểđưa vào nội bào

Tiêu tốn năng lượng

Tiêu tốn năng lượng

- Bơm Natri – Kali

Theo giả thuyết Hodgkin, Katz và Scou

Hoạt động của Bơm Natri – Kali trải qua 3 giải đoạn

 Giai đoạn 1: Xảy ra phản ứng photphoril hóa (tức chuyển gốc photphat cho chất chuyển trung gian) Phản ứng chỉ có thể xảy ra khi enzyme ATPase được hoạt hóa bởi Na+ đã xúc tác cho phản ứng thủy phân ATP để giải phóng năng lượng và chuyển gốc photphat Kết quả là Na+ và gốc photphat

đã được gắn vào chất chuyển trung gian và phản ứng xảy ra ở bên trong tế bào:

ATP + photphoprotein + Na+  Na+ -δA = dU – T.dS photphoprotein – P + ADP

 Giai đoạn 2: Phức chất Na+ -δA = dU – T.dS photphoprotein – P xuyên qua màng tế bào ra môi trường ngoài Ở bên ngoài, xảy ra phản ứng trao đổi ion:

Na+ -δA = dU – T.dS photphoprotein – P + K+  K+ -δA = dU – T.dS photphoprotein – P + Na+

 Giai đoạn 3: Phức chất K+ -δA = dU – T.dS photphoprotein – P lại xuyên qua màng vào trong nội bào Ở trong tế bào, xảy ra phản ứng dephotphat (loại bỏ gốc photphat) và giải phóng K+

K+ -δA = dU – T.dS photphoprotein – P  K+ + photphoprotein + P

Câu 5: Mô tả thí nghiệm, đặc điểm của điện thế nghỉ Nêu những điểm cơ bản của lí thuyết ion màng về điện thế nghỉ Viết công thức và giải thích ý nghĩa

- Điện thế nghỉ là điện thế đặc trưng cho trạng thái sinh lý bình thường của

đối tượng sinh vật Điện thế nghỉ chính là hiệu điện thế bình thường tồn tại ở

2 phía màng, được xác định bằng cách ghi đo sự chênh lệch hiệu điện thế giữa tế bào chất và dịch ngoại bào

- Mô tả thí nghiệm :

Đặt 2 chế phẩm thần kinh-δA = dU – T.dS cơ lên khay mổ Dùng bông thấm từng bọt nước dính trên cơ của chế phẩm thần kinh-δA = dU – T.dS cơ thứ nhất Dùng kéo sắt (đã được laukhô) cắt đôi cơ của chế phẩm thần kinh-δA = dU – T.dS cơ thứ nhất Dùng đũa thủy tinh đặt

dây thần kinh của chế phẩm 2 chạm vào phần bị cắt của chế phẩm thần kinh-δA = dU – T.dS

cơ 1 làm thần kinh -δA = dU – T.dS cơ 1 bị giật

Cách tiến hành: Để xác định điện thể nghỉ của tế bào ta tiến hành 3 thí

nghiệm sau

Thí nghiêm 1: Chọc 2 vi điện cực đặt trên bề mặt của sợi thần kinh

Thí nghiệm 2: Chọc 1 vi điện cực qua màng vào sâu trong tế bào, còn 1 vi điện cực đặt trên bề mặt sợi thần kinh giữa hai đầu điện cực

Thí nghiệm 3: Chọc 2 vi điện cực chọc xuyên qua màng

Kết quả thí nghiệm: Thí nghiệm 1,3 không có sự chênh lệch về điện thế Thí nghiệm 2 xuất hiện một hiệu điện thế

→ Bên trong tế bào và bên ngoài màng tế bào luôn tồn tại một hiệu điện thế

- Đặc điểm của điện thế nghỉ

- Những điểm cơ bản của thuyết ion màng về điện thế nghỉ

 Bernstein là người đầu tiên cho rằng, điện thế tĩnh là kết quả của sự phân bố không đều các ion ở hai phía màng tế bào Ở trạng thái tĩnh, màng không thấm ion Na+ và Cl-δA = dU – T.dS mà chỉ cho các ion K+ lọt qua Do

đó có sự phân bố không đều cả 3 loại ion này ở 2 phía của màng tế bào Ngoài ra màng có tính bán thấm và tính thấm của màng đối với từng loại ion là khác nhau, đó là yếu tố cơ bản đã tạo nên điện thế tĩnh

 Boyler và Conwey phát triển thêm quan điểm của Bernstein, bằng cách chứng minh cho ta thấy rằng màng đã thấm đồng thời đối với tất

cả ion K+ và Cl-δA = dU – T.dS Quá trình vận chuyển và cơ chế hoạt động giống như sự phân bố của các ion trong trạng thái cân bằng Donnan

 Goldmann đã đưa ra giả thuyết là:

 Màng tế bào có tính đồng nhất về cấu trúc và điện trường tác dụng lên màng tế bào tại mọi vị trí là không đổi

 Dung dịch điện ly của các sinh vật được coi như là dung dịch lýtưởng

 Màng có tính chất bán thấm nhưng không phải hoàn toàn tuyệt đối, nghĩa là cho ion này nhưng không cho ion khác qua được

Để đặc trưng cho khả năng dịch chuyển của các ion qua được màng nhiều hay ít, ta dung đại lượng hệ số thấm (P) cho từng loại ion

 Các ion Natri cũng có tham gia vào quá trình hình thành nên điện thế tĩnh này

- Công thức và giải thích ý nghĩa

Us= RT F lnP K¿ ¿ ¿

Trong đó: PK, PNa, PCl là hệ số thấm đối với các ion Kali, Natri, Clo

Câu 6: Mô tả thí nghiệm về điện thế hoạt động Vẽ đặc tuyến và chỉ rõ các giai đoạn hình thành Giải thích sự xuất hiện điện thế bằng thuyết ion màng.

Mô tả thí nghiệm: Đặt 2 chế phẩm Thần kinh – cơ lên khay mổ Dùng bông thấm

bớt nước trên 2 chế phẩm Đặt dây TK của chế phẩm 1 vắt ngang bắp cơ của chế phẩm 2 Dùng máy kích thích điện kích thích dây Tk của chế phẩm 2 (kích thích ở cường độ trên ngưỡng)