Bài 14: Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào

Năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình phân giải các phân tử sinh học có giá trị như carbohydrate. Trong quá trình phân giải, một phần năng lượng được giải phóng sẽ chuyển thành năng lượng tích lũy trong phân tử ATP và một phần sẽ được giải phóng ra dưới dạng nhiệt. 

Năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình phân giải các phân tử sinh học có giá trị như carbohydrate. Trong quá trình phân giải, một phần năng lượng được giải phóng sẽ chuyển thành năng lượng tích lũy trong phân tử ATP và một phần sẽ được giải phóng ra dưới dạng nhiệt. 

Toàn bộ quá trình phân giải hiếu khí phân tử đường glucose được chia thành ba giai đoạn chính: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron.

- Đường phân: xảy ra trong tế bào chất và không có sự tham gia của O₂. Trong quá trình này, mỗi phân tử đường glucose (hợp chất 6 carbon) được phân giải thành hai phân tử pyruvate (hợp chất 3 carbon), đồng thời tạo 2 phân tử NADH và 2 phân tử ATP.

- Chu trình Krebs: xảy ra trong chất nền của ti thể. Mỗi phân tử pyruvate chuyển hóa thành một phân tử acetyl-coA đi vào chu trình Krebs giải phóng 2 phân tử CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ và 1 ATP.

- Chuyễn chuyền electron: diễn ra ở màng trong ti thể, đây là giai đoạn thu được nhiều ATP nhất. Trong đó, các phân tử NADH và FADH₂ được sinh ra trong giai đoạn đường phân và chu trình Krebs sẽ bị oxy hóa qua một chuỗi phản ứng oxy hóa khử để tạo ra ATP và nước.

- Quá tình lên men gồm 2 giai đoạn: đường phân và lên men.

+ Giai đoạn đường phân: xảy ra trong tế bào chất của tế bào, diễn ra tương tự như trong hô hấp hiếu khí. Quá trình này tạo ra được 2 phân tử axit pyruvate, 2 phân tử ATP (adenosine triphosphate), 2 phân tử NADH (nicotinamide adenine dinucleotide).

+ Giai đoạn lên men: electron từ glucose qua NADH được truyền đến phân tử hữu cơ khác.

- Sự khác biệt giữa lên men rượu và lên men lactate:

+ Quá trình lên men lactate: Pyruvate nhận electron từ NADH và tạo ra sản phẩm cuối cùng là muối lactate.

+ Còn trong quá trình lên men ethanol, phân tử hữu cơ acetaldehyde là chất nhận electron từ NADH để tạo ra sản phẩm cuối cùng là ethanol.

* Điểm giống nhau giữa phân giải hiếu khí và lên men trong tế bào động vật là:

- Đều là con đường giúp cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào.

- Đều có giai đoạn đường phân, xảy ra trong tế bào chất và không có sự tham gia của oxy. Trong quá trình này mỗi phân tử đường glucose 6 cacbon được phân giải thành 2 phân tử pyruvate 3 cacbon đồng thời tạo ra 2 phân tử NADH và 2 phân tử ATP.

- Đều có sự tham gia của chất nhận – chuyển electron trung gian là NAD+/NADH.

* Điểm khác nhau giữa phân giải hiếu khí và lên men trong tế bào động vật (lên men lactate) là:

- Tổng hợp các chất trong tế bào là sự hình thành hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng. Trong tế bào và cơ thể sống, quá trình tổng hợp giúp tạo ra các hợp chất phức tạp xây dựng nên tế bào và cơ thể sống, đồng thời cung cấp cho các hoạt động sống khác.

- Ví dụ minh họa cho quá trình tổng hợp các chất trong tế bào:

+ Các phân tử nucleic acid được hình thành từ phản ứng sinh tổng hợp tạo liên kết phosphodiester giữa các đơn phân nucleotide.

+ Các phân tử protein hay các chuỗi polypeptide được tạo thành từ sự kết hợp của nhiều amino acid với nhau bằng các liên kết peptide trong quá trình sinh tổng hợp protein.

+ Tinh bột, glycogen, chitin,… được tổng hợp từ các đường đơn như glucose, fructose, galactose,…

Quang hợp có vai trò cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng:

- Các sinh vật tự dưỡng như thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong quá trình tổng hợp đường glucose, rổi từ đó tổng hợp nên các phân tử hữu cơ đặc trưng cho cơ thể chúng.

- Các sinh vật dị dưỡng lại sử dụng các sinh vật tự dưỡng hay dị dưỡng khác làm thức ăn. Thức ăn này lại chính là nguồn cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp các chất và dự trự năng lượng ở các cơ thể dị dưỡng đó.

- Điểm khác giữa hóa tổng hợp so với quang hợp ở thực vật là: Quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời. Còn hóa tổng hợp sử dụng năng lượng sinh ra từ các phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ.

- Điểm khác giữa quang khử ở vi khuẩn so với quang hợp ở thực vật là:

+ Quang hợp có sử dụng H₂O làm nguồn cung cấp H⁺ và electron. Còn quang khử dùng H₂S, S, H₂ và một số chất hữu cơ khác làm nguồn cung cấp H⁺ và electron.

+ Quang hợp có giải phóng O₂. Còn quang khử thì không giải phóng O₂.

Quá trình tổng hợp sử dụng năng lượng để tạo nên phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản và tích lũy năng lượng. Quá trình phân giải phá vỡ các các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản để giải phóng năng lượng. 

Như vậy, trong tế bào, tổng hợp và phân giải các chất là hai quá trình có ngược nhau nhưng lại thống nhất với nhau và có mối quan hệ mật thiết với nhau. Sản phẩm của quá trình tổng hợp cung cấp nguyên liệu cho quá trình phân giải còn năng lượng và các sản phẩm trung gian được giải phóng ra trong quá trình phân giải lại có thể được sử dụng cho quá trình tổng hợp.

* Điểm giống nhau hóa tổng hợp, quang khử và quang hợp là: đều tạo ra sản phẩm là các phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản và tích lũy năng lượng, từ đó cung cấp cho quá trình phân giải của tế bào và sinh vật.

* Điểm khác của ba quá trình trên là: