Khái ni m Năng lệngượ
- Năng l ng là s c m nh (kh năng) bi n đi s v t. ượ ứ ạ ả ế ổ ự ậ
- Năng l ng là kh năng th c hi n côngượ ả ự ệ
Năng l ng đượ c phân lo i thành hai lo i: ượ ạ ạ
- Đng năng: năng lộng c a v t th có đượ ủ ậ ể c do chuy n đng c a nóượ ể ộ ủ
- Th năng : năng lếng ti m n c a v t th , có đượ ề ẩ ủ ậ ể c do v trí c a nó hay s s p x p các ph n c aượ ị ủ ự ắ ế ầ ủ
nó, nói cách khác nh v trí t ng đi c a v t v i môi tr ng và c u trúc bên trong c a v t th . Th ờ ị ươ ố ủ ậ ớ ườ ấ ủ ậ ể ế
năng c a v t ch t do c u trúc và s s p x p theo tr t t c a các phân t đc hi u r t ít và c m ủ ậ ấ ấ ự ắ ế ậ ự ủ ử ượ ể ấ ả
tính. Thí d năng l ng c a nam châm,c a các lo i đá quí, c a băng,…ụ ượ ủ ủ ạ ủ
- Năng l ng sinh h c: hoàn toàn ch a hi u đcượ ọ ư ể ượ
Sự biến đổi năng lượng trong cơ thể
Trong các c th s ng các lo i công khác nhau đc th c hi n, các d ng công c b n là công hóa ơ ể ố ạ ượ ự ệ ạ ơ ả
h c , công c h c , công th m th u và công đi nọ ơ ọ ẩ ấ ệ
Công hóa h cọ: đc th c hi n trong vi c t ng h p các h p ch t cao phân t nh protein, AND t cácượ ự ệ ệ ổ ợ ợ ấ ử ư ừ
h p ch t th p phân t , t ng h p ATP t ADP, trong th c hi n các ph n ng hóa h c nh t đnh, các ợ ấ ấ ử ổ ợ ừ ự ệ ả ứ ọ ấ ị
quá trình này đòi h i tiêu phí năng l ng nên cũng có th đc đánh giá là th c hi n côngỏ ượ ể ượ ự ệ
Công c h cơ ọ : công trong d ch chuy n các b ph n, các c quan c th ch ng l i l c c h c. Công ị ể ộ ậ ơ ơ ể ố ạ ự ơ ọ
này th c hi n b i các c khi c co.ự ệ ở ơ ơ
Công th m th uẩ ấ : công th c hi n khi v n chuy n các ch t khác nhau qua các c u trúc màng theo các ự ệ ậ ể ấ ấ
c ch v n chuy n ch đng t n i n ng đ th p đn cao ch ng l i xu th khu ch tán và đòi h i s ơ ế ậ ể ủ ộ ừ ơ ồ ộ ấ ế ố ạ ế ế ỏ ự
tiêu phí năng l ng c a t bào.ượ ủ ế
Công đi nệ: công trong v n chuy n các ion. ậ ể
c th tr c tiên chuy n năng l ng ti m n c a th c ăn đ t ng h p ATP và sau đó nh ơ ể ướ ể ượ ề ẩ ủ ứ ể ổ ợ ờ
ATP th c hi n các lo i công trong ho t đng s ng .ự ệ ạ ạ ộ ố ATP là “energy money”
Trong c th : th c ăn ơ ể ứ glucose trong t bào glucose b oxi hóa thành COế ị 2 và n c theo ướ
quá trình ph c t p (s hô h p c a t bào) kèm theo ATP đc t ng h p t ADP . Nh v y ứ ạ ự ấ ủ ế ượ ổ ợ ừ ư ậ
ATP đc t ng h p nh dùng năng l ng ti m n c a glucose. ượ ổ ợ ờ ượ ề ẩ ủ
Nh ng hi u qu vi c s d ng năng l ng c a th c ăn đ t ng h p ATP t ADP ph thu c ư ệ ả ệ ử ụ ượ ủ ứ ể ổ ợ ừ ụ ộ
tr ng thái sinh lý c a c th và nh ng đc tính “không nhìn th y” c a th c ăn. ạ ủ ơ ể ữ ặ ấ ủ ứ
Sau đó m i lo i công trong c th đc th c hi n ph i dùng năng l ng gi i phóng ra khi ọ ạ ơ ể ượ ự ệ ả ượ ả
ATP th y phân thành ADP trong t bào. ủ ế
Tạo ATP từ ADP
• ADP + HPO42− ATP + H2O
• ADP ATP c n năng l ng, ch y u l y t quá trình ầ ượ ủ ế ấ ừ
C6H12O6 + 6 O2 6 CO→2 + 6 H2O
• Quá trình r t ph c t p oxi hóa glucose đc g i là s hô h p c a t bào. M t phân t glucose ấ ứ ạ ượ ọ ự ấ ủ ế ộ ử
b oxi hóa nh trên có th t o ra đn 36 phân t ATP t ADP (đây là thí nghi m, không ph i ị ư ể ạ ế ử ừ ệ ả
quá trình th c di n ra trong t bào )ự ễ ế
• Nhi t l ng th t thoát là t t y u ệ ượ ấ ấ ế
• Hi u su t t ng h p ATP (bao nhiêu ATP t m t phân t glucose) là r t khác nhau trong các c ệ ấ ổ ợ ừ ộ ử ấ ơ
th s ng khác nhauể ố
• Ngoài ra còn có các quá trình khác cung c p năng l ng cho s t ng h p ATPấ ượ ự ổ ợ
S hô h p y m khí không c n oxi ự ấ ế ầ
1
C6H12O6 2CH3CH(OH)COOH (acid lactic) + 2 ATP
ADP + creatin phosphate ATP +…
(s n xu t ATP t c th i ~ 20 s đu tiên ho t đng th ch t đt ng t, m nh)ả ấ ứ ờ ầ ạ ộ ể ấ ộ ộ ạ
Phản ứng thủy phân ATP giải phóng năng lượng
• ATP + H2O ADP + HPO42−
• Năng l ng gi i phóng ra khi ATP th y phân thành ADP đc s d ng cho m i ho t đng c aượ ả ủ ượ ử ụ ọ ạ ộ ủ
t bào – phát tri n, v n chuy n ch đng, chuy n hóa, s a ch a, t ng h p….ế ể ậ ể ủ ộ ể ử ữ ổ ợ
• Hi u su t quá trình này: ệ ấ
– năng l ng có th gi i phóng t s th y phân ATP r t khác nhau ph thu c môi ượ ể ả ừ ự ủ ấ ụ ộ
tr ng ph n ng và tr ng thái sinh lý. ườ ả ứ ạ Thí d : Các nghiên c u cho th y đ pH c a môiụ ứ ấ ộ ủ
tr ng c th nh h ng m nh đn năng l ng gi i phóng ra, đ pH càng cao s ườ ơ ể ả ưở ạ ế ượ ả ộ ự
th y phân ATP càng gi i phóng nhi u năng l ngủ ả ề ượ
– Nhi t l ng th t thoát là t t y uệ ượ ấ ấ ế
– hi u qu s d ng năng l ng gi i phóng ra đ th c hi n công các c th khác nhau ệ ả ử ụ ượ ả ể ự ệ ở ơ ể
cũng v n ch a đc hi u bi tẫ ư ượ ể ế
M i quá trình sinh công trong c th do đó c n các quá trình t ng h p ATP và quá trình th y phân ọ ơ ể ầ ổ ợ ủ
ATP.
Vì các ph n ng hóa sinh có hi u su t h u ích nh h n 100%, nên luôn có kèm th t thóat nhi t vô ích ả ứ ệ ấ ữ ỏ ơ ấ ệ
g i là ọnhi t l ng s c pệ ượ ơ ấ . Nhi t l ng này trên s đ đc kí hi u là ệ ượ ơ ồ ượ ệ Q1
Năng l ng, tr c ti p đc dùng đ th c hi n các lo i công h u ích ượ ự ế ượ ể ự ệ ạ ữ bên trong c th , cu i cùng r i ơ ể ố ồ
cũng bi n thành nhi t. Thí d : năng l ng đc tim s d ng trong vi c v n chuy n máu trong h ế ệ ụ ượ ượ ử ụ ệ ậ ể ệ
m ch (th c hi n công c h c) đc tiêu hao vào vi c th ng s c c n do ma sát cu i cùng s bi n ạ ự ệ ơ ọ ượ ệ ắ ứ ả ố ẽ ế
thành nhi t t a ra. Nhi t có b n ch t nh th g i là ệ ỏ ệ ả ấ ư ế ọ nhi t l ng th c pệ ượ ứ ấ kí hi u trên s đ là ệ ơ ồ Q2
N u nh c th th c hi n th c hi n công trong các ho t đng nh nâng, di chuy n v t,… thì m t ế ư ơ ể ự ệ ự ệ ạ ộ ư ể ậ ộ
ph n công h u ích th c hi n trong c th , m t ph n là công c h c th c hi n lên môi tr ng ngoài làầ ữ ự ệ ơ ể ộ ầ ơ ọ ự ệ ườ
A
Tóm l i – nhi t l ng s c p là s th t thoát tr c ti p năng l ng t các ph n ng hóa sinh trong cạ ệ ượ ơ ấ ự ấ ự ế ượ ừ ả ứ ơ
thể
– nhi t l ng th c p là k t qu s bi n đi thành nhi t c a ph n năng l ng mà ban đu ệ ượ ứ ấ ế ả ự ế ổ ệ ủ ầ ượ ầ
tiêu hao đ th c hi n công h u ích bên trong c thể ự ệ ữ ơ ể
2
Các chất hấp thụ vào máu
Thức ăn đưa vào
Các chất
được cơ thể sử dụng
Công thực hiện trong cơ thể
Vận động bên ngoài
ATP
Q
2
A
Q
2
Q
1
Q
1
Q
1
Xây dựng
+ tích trữ
Thải ra ngoài
Đc thêmọ
S xoay vòng ATP ự
•T ng s l ng ATP + ADP trong c th ng i ổ ố ượ ơ ể ườ ~ 0.1 mole. T i m i th i đi m t ng s ATP + ạ ọ ờ ể ổ ố
ADP t ng đi n đnh. Nhìn chung ATP không đc t ng h p “m i”, mà đc tái t o t ươ ố ổ ị ượ ổ ợ ớ ượ ạ ừ
ADP.
•Năng l ng mà các t bào trong c th dùng đòi h i th y phân 100 – 150ượ ế ơ ể ỏ ủ mole ATP hàng ngày
( 50 – 75 kg).
• Đi u này có nghĩa là m i phân t ATP đc tái t o 1000 – 1500 l n m i ngày. ề ỗ ử ượ ạ ầ ỗ
•ATP không th d tr đc, do đó s tiêu hao nó g n li n v i s t ng h p l i t ADP ể ự ữ ượ ự ắ ề ớ ự ổ ợ ạ ừ
s ự
hô h p t bào di n ra liên t c.ấ ế ễ ụ
Glycogen
•Glycogen có trong nhi u lo i t bào, đóng vai trò quan tr ng trong vòng quay glucose. ề ạ ế ọ
glucose
glycogen
glucose
•Glycogen t o m t d ng d tr năng l ng (trong gan, trong c ) có th nhanh chóng đc huy ạ ộ ạ ự ữ ượ ơ ể ượ
đng đ th a mãn nhu c u glucose tăng đt ng t. ộ ể ỏ ầ ộ ộ
•S v n chuy n glucose t ngoài vào trong t bào và s t ng h p glycogen c n hormone là ự ậ ể ừ ế ự ổ ợ ầ
insulin
•D ng d tr glycogen r t “linh ho t”d dàng nhanh chóng gi i phóng thành glucose.ạ ự ữ ấ ạ ễ ả
Đnh lu t Hessị ậ
•Nhi t t a ra hay thu vào trong m t quá trình hóa h c không ph thu c vào các b c di n ra ệ ỏ ộ ọ ụ ộ ướ ễ
(t c là ch ph thu c s n ph m đu và s n ph m cu i c a ph n ng)ứ ỉ ụ ộ ả ẩ ầ ả ẩ ố ủ ả ứ
Năng l ng c a th c ăn = ?ượ ủ ứ
•Trong c th : th c ăn ơ ể ứ
glucose
glucose b oxi hóa thành COị2 + n c và gi i phóng ra ướ ả
năng l ngượ đ t ng h p ATPể ổ ợ
•d a trên s ki n đó, áp d ng đnh lu t Hess, đu th k 20 ng i ta đa ra k t lu n thi u ự ự ệ ụ ị ậ ầ ế ỷ ườ ư ế ậ ế
thuy t ph c r ng: th c ăn mang l i cho c th ế ụ ằ ứ ạ ơ ể năng l ng ượ đúng b ng ằnhi t l ngệ ượ t a ra ỏ
khi đt cháy th c ăn đó trong oxy ố ứ ???
3
•T c s đó ng i ta ch t o ra bu ng đt th c ăn đ xác đnh năng l ng th c ăn g i là ừ ơ ở ườ ế ạ ồ ố ứ ể ị ượ ứ ọ
calori k (calorimeter). Th c ăn ho c đ u ng đc s y khô?, đt trong h p tr kim lo i kín ế ứ ặ ồ ố ượ ấ ố ộ ụ ạ
đng oxi và khi cháy s t a nhi t làm nóng n c mà h p kín đc ngâm trong đóự ẽ ỏ ệ ướ ộ ượ ???
•Ngày nay trong khoa h c dinh d ng ng i ta quan tâm không ph i là “l ng calories” trong ọ ưỡ ườ ả ượ
th c ăn mà quan tâm ch y u đn kh năng t o ATP c a th c ăn đó. L u ý r ng tr c khi ứ ủ ế ế ả ạ ủ ứ ư ằ ướ
thành glucose thì th c ăn ph i tr i qua quá trình tiêu hóa ph c t p tiêu t n năng l ng t c là ứ ả ả ứ ạ ố ượ ứ
tiêu th ATP, nhi u ch t vô ích ho c có h i trong th c ăn ph i đc th i tr cũng tiêu t n ụ ề ấ ặ ạ ứ ả ượ ả ừ ố
ATP.
•Do đó xét kh năng t o ATP c a th c ăn ph i tính đn s l ng ATP th ng d t ng c ng thu ả ạ ủ ứ ả ế ố ượ ặ ư ổ ộ
đc (s l ng NET ) t c là hi u c a l ng ATP t o ra tr đi l ng ATP tiêu thượ ố ượ ứ ệ ủ ượ ạ ừ ượ ụ
•Nh v y nhi u th mà đc g i là th c ph m th c ch t không có giá tri dinh d ng vì không ư ậ ề ứ ượ ọ ự ẩ ự ấ ưỡ
sinh ATP ho c r t ít mà tiêu t n nhi u ATP c a c th đ tiêu hóa, th i tr các ch t ra kh i ặ ấ ố ề ủ ơ ể ể ả ừ ấ ỏ
c th . Thí d rõ r t nh t là ng i b b nh Gút (Gout) c ăn th t cá vào thì l i b s ng đau ơ ể ụ ệ ấ ườ ị ệ ứ ị ạ ị ư
kh p n ng vì th c ăn đó sinh ra nhi u acid uric có h i mà c th không th i ra h t đc vì ớ ặ ứ ề ạ ơ ể ả ế ượ
ch c năng th n đã y u. ứ ậ ế
•Th c ăn quá nhi u ch t nh ng c th không dùng đn thì cũng thành ch t có h i ph i t ng ra.ứ ề ấ ư ơ ể ế ấ ạ ả ố
Làm tiêu t n năng l ng và b t các c quan thanh th i nh gan , th n làm vi c nhi u.ố ượ ắ ơ ả ư ậ ệ ề
•Các tr ng phái dinh d ng t nhiên thì quan tâm đn năng l ng sinh h c, d ng năng l ng ườ ưỡ ự ế ượ ọ ạ ượ
tr u t ng không đo đm đc c a th c ph m, đc bi t là th c ph m thiên nhiên. R t nhi u ừ ượ ế ượ ủ ự ẩ ặ ệ ự ẩ ấ ề
b ng ch ng cho th y ý nghĩa quan tr ng c a năng l ng này đi v i S C KH Eằ ứ ấ ọ ủ ượ ố ớ Ứ Ỏ
•“One-quarter of what you eat keeps you alive. The other three-quarters keeps
your doctor alive.”
•“M t ph n t nh ng gì b n ăn duy trì b n s ng. Ba ph n t còn l i duy trì ộ ầ ư ữ ạ ạ ố ầ ư ạ
bác sĩ c a b n s ng” ủ ạ ố
N i dung m t dòng ch t ng hình tìm th y trên m t lăng m Ai ộ ộ ữ ượ ấ ộ ộ
c p cậ ổ
•“Let food be thy medicine, and let thy medicine be food.”
•“Hãy làm sao đ th c ăn là thu c c a b n và làm sao đ thu c ể ứ ố ủ ạ ể ố
c a b n là th c ăn”ủ ạ ứ
Hippocrates
Suy ng m c a tôi: “ ngày nay, th c ăn là ch t đc và thu c còn là ch t đc h n ẫ ủ ứ ấ ộ ố ấ ộ ơ
n a, v y chúng ta suy tôn Hippocrates đ làm gì n u ta ch làm ng c l i l i ông?”ữ ậ ể ế ỉ ượ ạ ờ
S ĐI U HÒA THÂN NHI T C A C THỰ Ề Ệ Ủ Ơ Ể
3 c ch trao đi nhi t trong t nhiênơ ế ổ ệ ự
4
Dẫn nhiệt
l
TT
Sk
dx
dT
Sk
dt
dQ 21
..
l
T
1
T
2
T
x
S
S – di n tích ti p xúc hai v t th nhi t đ khác nhauệ ế ậ ể ệ ộ
TRUY N NHI T = ĐI L UỀ Ệ Ố Ư
Đi l u là s truy n nhi t nh s chuy n đng c a v t ch tố ư ự ề ệ ờ ự ể ộ ủ ậ ấ
Đ s đi l u nhi t x y ra c n m t s đi u ki n sauể ự ố ư ệ ả ầ ộ ố ề ệ
V t ch t có th chuy n đng thành dòng, đó là các ch t l u, nói chung đó là ch t l ng ậ ấ ể ể ộ ấ ư ấ ỏ
và ch t khíấ
Ch t l u ph i thay đi m t đ khi nhi t đ c a nó thay điấ ư ả ổ ậ ộ ệ ộ ủ ổ
Có l c tr ng tr ng và ngu n nhi t v trí thích h p đ ch t l u có m t đ th p h n ự ọ ườ ồ ệ ở ị ợ ể ấ ư ậ ộ ấ ơ
chuy n đng lên trên và ra xa ngu n nhi t ể ộ ồ ệ
• Lượng nhiệt trao đổi trong thời gian dt sẽ tỷ lệ thuận với
độ chênh lệch giữa nhiệt độ nguồn (T) và nhiệt độ chất
lưu (T
A
) , với diện tích tiếp xúc:
• Độ dẫn nhiệt K
C
phụ thuộc bản chất chất lưu và hình
thức đối lưu : đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức. K
C
tăng đáng kể trong trường hợp đối lưu cưỡng bức.
)(
Ac
TTSK
dt
dQ
1000100Nước
505Khí
Đối l uưcưỡng bứcĐối l uưthường
K
C
(W/m
2
.K)
TRUY N NHI T = B C XỀ Ệ Ứ Ạ
•Các vật đều có thể phát xạ sóng điện từ. Nếu nhiệt độ không quá cao chỉ phát bức xạ hồng
ngoại. Nhiệt độ rất cao sẽ phát sáng.
5