1. Khái niệm hô hấp tế bào

- Hô hấp tế bào là quá trình chuyển đổi năng lượng. Trong đó, các phân tử cacbohiđrat bị phân giải đến CO2 và H2O giải phóng năng lượng và chuyển hóa năng lượng đó thành năng lượng dự trữ dưới dạng ATP.

- Nơi diễn ra: ti thể.

2. Bản chất của quá trình hô hấp

PTTQ: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Năng lượng (ATP + nhiệt)

- Hô hấp là một chuỗi các phản ứng ôxi hóa khử, trải qua nhiều giai đoạn và năng lượng được sinh ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.

- Gồm 3 giai đoạn chính: đường phân, chu trình Crep và chuỗi truyền electron hô hấp.

1. Đường phân

- Nơi diễn ra: Tế bào chất.

- Diễn biến:

+ Quá trình đường phân bao gồm nhiều phản ứng trung gian và enzim tham gia.

+ Năng lượng được tạo ra dần dần qua nhiều phản ứng.

+ Đầu tiên glucôzơ được hoạt hóa sử dụng 2ATP.

+ Glucôzơ (6C) → 2 axit piruvic (3C) + 4ATP + 2NADH (1NADH = 3ATP)

NADH: Nicôtinamit ađênin đinuclêôtit.

→ Như vậy, kết thúc quá trình đường phân thu được 2ATP và 2 NADH .

2. Chu trình Crep

- Nơi diễn ra: Chất nền ti thể.

+ 2 axit piruvic được chuyển từ tế bào chất vào chất nền của ti thể.

+ 2 piruvic → 2 axêtyl-coA (2C) + 2NADH + 2CO2

+ Axêtyl-coA bị phân giải hoàn toàn → 4CO2 + 2 ATP + 6NADH + 2FADH2 (1FADH2 = 2ATP)

3. Chuỗi truyền êlectron hô hấp

- Nơi diễn ra: Màng trong ti thể

NADH và FADH2 sẽ bị ôxi hóa thông qua một chuỗi các phản ứng ôxi hóa khử tạo ra ATP và nước.

1. Hô hấp tế bào

-Khái niệm: Hô hấp tế bào là quá trình tế bào phân giải chất hữu cơ tạo thành carbon dioxide, nước, đồng thời, giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.

Hô hấp tế bào

- Trong quá trình hô hấp tế bào, trao đổi chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng:

+ Mặt trao đổi chất: Chất hữu cơ bị phân giải thành sản phẩm cuối cùng là carbon dioxide và nước.

+ Mặt chuyển hóa năng lượng: Một phần năng lượng được tích lũy trong ATP để cung cấp cho các hoạt động sống, phần còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt.

- Cường độ của quá trình hô hấp tế bào diễn ra mạnh hay yếu tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể.

+ Ví dụ: Khi chạy, nhu cầu năng lượng của cơ thể cao, hô hấp tế bào diễn ra mạnh để cung cấp năng lượng cho cơ thể, một phần năng lượng được thải ra dưới dạng nhiệt.

Cường độ hô hấp tế bào tăng khi chạy

- Nơi diễn ra: Ở sinh vật nhân thực, quá trình hô hấp tế bào diễn ra trong ti thể.

- Phương trình hô hấp tế bào:

Glucose + Oxygen → Nước + Carbon dioxide + Năng lượng (ATP + Nhiệt)

2. Mối quan hệ hai chiều giữa tổng hợp và phân giải chất hữu cơ ở tế bào

Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào là hai quá trình có biểu hiện trái ngược nhưng có mối quan hệ mật thiết với nhau:

- Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào là hai quá trình có biểu hiện trái ngược vì:

+ Tổng hợp sử dụng các chất hữu cơ đơn giản làm nguyên liệu để tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp, đồng thời tích lũy năng lượng dưới dạng hóa năng.

+ Phân giải biến đổi các chất hữu cơ thành những chất đơn giản, đồng thời giải phóng năng lượng.

- Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào là hai quá trình có mối quan hệ mật thiết với nhau: Sản phẩm của quá trình tổng hợp cung cấp nguyên liệu cho quá trình phân giải; ngược lại, quá trình phân giải cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Sơ đồ mối quan hệ hai chiều giữa tổng hợp và phân giải chất hữu cơ ở tế bào

3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hô hấp tế bào

Quá trình hô hấp tế bào có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố môi trường như:

- Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình hô hấp tế bào thông qua sự tác động đến các enzyme xúc tác phản ứng hóa học. Nhiệt độ thuận lợi cho quá trình hô hấp ở sinh vật là khoảng 30 – 35oC.

Mối liên hệ giữa hô hấp và nhiệt độ

- Hàm lượng nước: Nước vừa là nguyên liệu, vừa là môi trường cho các phản ứng hóa học trong quá trình hô hấp tế bào. Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước trong tế bào.

Cường độ hô hấp giảm khi hàm lượng nước trong hạt giảm

- Nồng độ oxygen: Nồng độ oxygen là nguyên liệu tham gia vào quá trình hô hấp, nồng độ oxygen trong không khí giảm xuống dưới 5% thì cường độ hô hấp giảm.

Môi trường có nồng độ oxygen thấp sẽ ức chế quá trình hô hấp tế bào

- Nồng độ carbon dioxide: Nồng độ carbon dioxide trong không khí thuận lợi cho hô hấp tế bào là 0,03%. Khi nồng độ carbon dioxide tăng sẽ ức chế quá trình hô hấp.

Đồ thị mối liên hệ giữa cường độ hô hấp và nồng độ CO2

4. Vận dụng hiểu biết về hô hấp tế bào trong thực tiễn

4.1. Mối quan hệ giữa hô hấp tế bào và bảo quản lương thực, thực phẩm

- Mối quan hệ giữa hô hấp tế bào và bảo quản lương thực, thực phẩm: Hô hấp tế bào là quá trình phân giải chất hữu cơ, do đó, trong quá trình bảo quản, cần có những biện pháp để giảm cường độ hô hấp, qua đó, giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng lương thực, thực phẩm.

- Một số biện pháp phổ biến được dùng để bảo quản lương thực, thực phẩm:

a) Bảo quản lạnh

- Cơ sở khoa học: Nhiệt độ bảo quản thấp làm ức chế sự hoạt động của các enzyme xúc tác cho các phản ứng trong hô hấp tế bào → có thể làm chậm quá trình hô hấp của tế bào.

- Loại thực phẩm được áp dụng: thịt, cá, rau, củ, quả,… Tùy theo mỗi loại thực phẩm mà chúng sẽ được bảo quản ở điều kiện nhiệt độ khác nhau.

- Ví dụ: Bảo quản các loại rau, củ trong ngăn mát tủ lạnh, các loại thịt sống được bảo quản ở ngăn đá tủ lạnh.

Bảo quản thực phẩm trong tủ lạnh

b) Bảo quản khô

- Cơ sở khoa học: Trong điều kiện thiếu nước, cường độ hô hấp tế bào giảm.

- Loại thực phẩm được áp dụng: chủ yếu là các loại hạt giống (đối với các loại ngũ cốc, độ ẩm tối ưu khoảng 11 – 12%, độ ẩm giới hạn là 14 – 15%). Ngoài ra, có thể dùng để bảo quản 1 số loại thịt, cá,…

- Ví dụ: Bảo quản các loại hạt như lúa, ngô, lạc, vừng,…; làm khô cá;…

Phơi ngô để bảo quản khô

c) Bảo quản trong điều kiện nồng độ carbon dioxide cao

- Cơ sở khoa học: Khi nồng độ carbon dioxide tăng sẽ ức chế quá trình hô hấp, nhờ đó, tăng hiệu quả của quá trình bảo quản.

- Đây là phương pháp hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao nhưng việc xác định nồng độ carbon dioxide thích hợp là điều kiện rất quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản.

- Loại thực phẩm được áp dụng: nhiều loại trái cây.

- Ví dụ: Bảo quản trái cây trong các túi polyethylene kín có nồng độ carbon dioxide cao.

Bảo quản rau củ trong túi polyethylene

d) Bảo quản trong điều kiện nồng độ oxygen thấp

- Cơ sở khoa học: Làm giảm nồng độ oxygen có tác dụng làm giảm hô hấp tế bào, nhờ đó, tăng hiệu quả của quá trình bảo quản.

- Loại thực phẩm được áp dụng: thường áp dụng đối với các loại thịt, cá,…

- Ví dụ: Nhiều loại thực phẩm được bảo quản bằng cách hút chân không.

Bảo quản thực phẩm bằng cách hút chân không

4.2. Mối quan hệ giữa hô hấp tế bào và bảo vệ sức khỏe con người

- Hô hấp tế bào tạo nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể sinh vật → Ở người, cần có những biện pháp nhằm đảm bảo quá trình hô hấp tế bào diễn ra bình thường, góp phần bảo vệ sức khỏe con người.

- Một số biện pháp để bảo vệ sức khỏe dựa vào sự hiểu biết về hô hấp tế bào:

+ Có chế độ lao động hoặc chơi thể thao vừa sức, tránh thiếu hụt oxygen.

Hoạt động thể thao vừa sức

+ Có chế độ dinh dưỡng hợp lí, đủ chất.

Chế độ dinh dưỡng hợp lí

+ Trồng nhiều cây xanh.

Trồng cây xanh

+ Không sử dụng hoặc tiếp xúc với các chất có tác dụng ức chế quá trình hô hấp như nitrogen oxides (NOx), 2,4-Dinitrophenol (DNP), carbon monoxide (CO), cyanide,…