Bài 13. Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng

a) Định nghĩa

• Chuyển hóa (Metabolism) là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào để duy trì sự sống.
• Chuyển hóa bao gồm hai quá trình trái ngược nhau: đồng hóa và dị hóa.

b) Ý nghĩa

• Cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống.
• Xây dựng và sửa chữa các cấu trúc tế bào.
• Điều hòa các quá trình sinh học.

a) Đồng hóa (Anabolism)

• Là quá trình tổng hợp các chất phức tạp từ các chất đơn giản.
• Tiêu tốn năng lượng (quá trình thu năng lượng).
• Ví dụ: Tổng hợp protein từ amino acid, tổng hợp DNA từ nucleotide.
• Các phản ứng thường cần ATP cung cấp năng lượng.

b) Dị hóa (Catabolism)

• Là quá trình phân giải các chất phức tạp thành các chất đơn giản.
• Giải phóng năng lượng (quá trình tỏa năng lượng).
• Ví dụ: Phân giải glucose thành CO₂ và H₂O, tiêu hóa thức ăn.
• Năng lượng giải phóng được tích trữ trong ATP.

c) Mối quan hệ

• Đồng hóa và dị hóa diễn ra song song, cân bằng với nhau.
• Dị hóa cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho đồng hóa.

a) Cấu trúc

• ATP (Adenosine triphosphate) gồm: Adenine + Ribose + 3 nhóm phosphate.
• Có 2 liên kết phosphoanhydride giàu năng lượng giữa các nhóm phosphate.
• Công thức: A-P~P~P

b) Chức năng

• Năng lượng tức thời cho các hoạt động tế bào.
• Chuyển hóa năng lượng từ các phản ứng dị hóa sang đồng hóa.
• Hoạt động như phân tử tín hiệu.

c) Chu trình ATP

• ATP ⇌ ADP + Pi + Năng lượng
• ATP được tạo trong quá trình hô hấp tế bào, quang hợp.
• Tế bào liên tục tạo và sử dụng ATP (khoảng 40 kg/ngày ở người).

a) Khái niệm

• Enzyme là protein xúc tác các phản ứng sinh học.
• Tăng tốc độ phản ứng hàng triệu lần mà không bị tiêu hao.
• Hoạt động trong điều kiện nhiệt độ và pH nhẹ.

b) Cấu trúc

• Vùng hoạt động (Active site): Nơi substrate gắn vào.
• Substrate: Chất phản ứng mà enzyme tác động.
• Cofactor: Ion kim loại hoặc coenzyme hỗ trợ hoạt động.

c) Cơ chế tác động

• Enzyme gắn với substrate tại vùng hoạt động.
• Tạo phức enzyme-substrate.
• Làm giảm năng hoạt hóa của phản ứng.
• Giải phóng sản phẩm, enzyme trở nên tự do.

a) Nhiệt độ

• Mỗi enzyme có nhiệt độ tối ưu (thường 37°C ở người).
• Nhiệt độ thấp: Hoạt động chậm.
• Nhiệt độ cao: Enzyme biến tính (mất cấu trúc, mất hoạt tính).

b) pH

• Mỗi enzyme có pH tối ưu riêng (pepsin: pH 2, amylase: pH 7).
• pH quá axit hoặc kiềm làm biến tính enzyme.

c) Nồng độ enzyme và substrate

• Tăng nồng độ enzyme tăng tốc độ phản ứng.
• Tăng nồng độ substrate: Tốc độ tăng đến giới hạn bão hòa.

• Ức chế cạnh tranh: Chất ức chế cạnh tranh với substrate gắn vào vùng hoạt động.
• Ức chế không cạnh tranh: Chất ức chế gắn vào vị trí khác, thay đổi hình dạng enzyme.

a) Khái niệm

• Hô hấp tế bào là quá trình phân giải các chất hữu cơ (glucose) để giải phóng năng lượng.
• Phương trình tổng quát: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP

b) Các giai đoạn

• Đường phân (Glycolysis): Glucose → 2 Pyruvate + 2 ATP (trong tế bào chất).
• Chu trình Krebs: Pyruvate → CO₂ + ATP (trong mao mạch ti thể).
• Chuỗi vận chuyển electron: NADH, FADH₂ → H₂O + ATP (trên màng ti thể).

c) Sản phẩm

• 1 glucose tạo khoảng 30-32 ATP.
• Năng lượng giải phóng dưới dạng nhiệt và ATP.