Bài 16: Phân giải các chất và giải phóng năng lượng

Khi cần năng lượng cho các hoạt động, trong trường hợp thiếu oxygen thì tế bào sẽ tạo năng lượng thông qua quá trình phân giải kị khí.

Một số ví dụ về quá trình phân giải các chất trong tế bào:

- Quá trình phân giải chất béo thành glycerol và acid béo.

- Quá trình phân giải protein thành các acid amin.

- Quá trình phân giải nucleic acid thành các nucleotide.

- ...

Quá trình phân giải các chất song song với giải phóng năng lượng vì trong quá trình phân giải các chất phức tạp thành các chất đơn giản sẽ đồng thời giải phóng năng lượng tích lũy từ các chất phức tạp đó.

Ví dụ chứng minh tốc độ của phân giải hiếu khí phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể:

- Khi tập thể dục hoặc lao động nặng thì chúng ta lại thở mạnh để phổi hấp thụ được nhiều khí oxygen tạo ra năng lượng cho các hoạt động đó.

- Tốc độ của phân giải hiếu khí của một vận động viên đang thi đấu nhanh hơn một nhân viên văn phòng do vận động viên có nhu cầu năng lượng nhiều hơn.

Quá trình phân giải hiếu khí được chia thành ba giai đoạn: đường phân, oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, chuỗi chuyền electron hô hấp.

Mối quan hệ giữa các giai đoạn: Sản phẩm của quá trình trước làm nguyên liệu cho quá trình sau.

Quá trình đường phân tạo được 4 phân tử ATP nhưng do 2 phân tử ATP đã được sử dụng để hoạt hoá glucose nên chỉ thu được 2 ATP.

Sau khi kết thúc giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs, sản phẩm tạo ra gồm: \(6 CO_2, 2 ATP, 8NADH, 2FADH_2\)

Vai trò của oxygen trong chuỗi truyền electron là vận chuyển electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron:

Các electron được vận chuyển từ nơi có thế năng oxi hóa khử - thấp đến nơi có thế năng oxi hóa - khử cao. Oxygen là chất nhận electron cuối cùng do oxygen có khả năng oxi hóa cao, do đó, nếu không có oxi, chuỗi truyền electron sẽ không diễn ra, và sẽ chuyển sang con đường hô hấp kị khí (lên men) có hiệu quả chuyển hóa năng lượng thấp hơn (lượng ATP tạo thành sẽ thấp) và tạo ra các sản phẩm (axit lactic, rượu etylic) làm đầu độc tế bào.

Khi tế bào  không có oxygen, tế bào sẽ chuyển sang con đường hô hấp kị khí.

Trong quá trình phân giải kị khí, do không có oxygen nên pyruvic acid được giữ lại ở bào tương và chuyển hóa trực tiếp thành các sản phẩm khác mà không được chuyển vào ti thể, do đó quá trình phân giải kị khí không có sự tham gia của ti thể.

Quá trình phân giải kị khí tạo rất ít ATP nhưng vẫn được các sinh vật sử dụng vi kiểu hô hấp này vẫn được duy trì ở tế bào cơ vì không tiêu tốn oxygen.

Khi cơ thể vận động mạnh như chạy, nhảy, nâng vật nặng ... các tế bào cơ trong mô cơ co cùng một lúc, hệ tuần hoàn chưa kịp cung cấp đủ oxygen cho hô hấp hiếu khí, khi đó giải pháp tối ưu là hô hấp kị khí đáp ứng kịp thời ATP mà không cần đến oxygen.

Một số ứng dụng của quá trình phân giải kị khí trong đời sống: làm bánh mì; muối rau, củ, quả; ủ rượu; làm sữa chua;...

Thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tổng hợp các cacbohidrat, cacbohidrat này lại là nguyên liệu cho quá trình hô hấp hiếu khí ở thực vật. Năng lượng và sản phẩm do quá trình hô hấp hiếu khí sẽ được cung cấp cho quá trình quang hợp.

Cyanide khi đi vào cơ thể sẽ di chuyển rất nhanh đến các cơ quan và phá hủy các cơ quan bằng cách ngăn các tế bào lấy khí oxygen để thực hiện hô hấp tế bào, trong đó tim và não là hai cơ quan bị tổn thương nhiều nhất vì đây là hai cơ quan có nhiều oxygen nhất, do đó khi hít phải khí có chứa cyanide thì có thể tử vong ngay lập tức.

Khi cường độ hô hấp giảm, sẽ không tạo ra được nhiều năng lượng cho hoạt động của tế bào và lượng sản phẩm tạo ra cũng sẽ giảm đi, nên khi cường độ hô hấp giảm sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất của tế bào.

Ý kiến này sai vì chất đi vào ti thể là acid pyruvic, là sản phẩm của đường phân khi chuyển hóa glucose ở tế bào chất.

Thí nghiệm đề xuất:

Em có thể thiết kế thí nghiệm gồm 2 mẫu ống nghiệm: một ống chứa glucose và dịch nghiền tế bào, một ống chứa glucose và ti thể, sau đó sử dụng ống dẫn khí (cắm vào nút bịt ống nghiệm), để ở miệng ống dẫn khí cốc chứa nước vôi trong và kiểm tra xem ống dẫn khí nào chứa \(CO_2 \) (ống làm đục nước vôi trong) để kiểm chứng.

a. Nếu chất hóa học phá hủy màng trong ti thể, chuỗi truyền electron sẽ không diễn ra, dẫn đến hô hấp hiếu khí không được thực hiện, tế bào chuyển sang hô hấp kị khí.

b. Trong trường hợp này, số ATP được giải phóng là 2 ATP.