Sinh học 10 - Những điều cơ bản

Chia sẻ: Đặng Hải Nam | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

602
lượt xem 126
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đây là kiến thức sinh học lớp 10 cơ bản gửi đến các bạn học sinh tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sinh học 10 - Những điều cơ bản

NH NG CƠ TH S NG CHƯA CÓ C U T O T BÀO Thu c nhóm này, có virut và th ăn khu n, là các cơ th s ng chưa có c u t o t bào (còn g i là cơ th trư c t bào). Tuy nhiên chúng v n có nh ng ñ c trưng cơ b n c a cơ th s ng. 1. Virut. Virut ñư c D.I Ivanôpski phát hi n l n ñ u tiên vào năm 1892, khi nghiên c u nguyên nhân gây b nh kh m thu c lá.Virut ch có th s ng và sinh s n ñư c trong t bào c a các sinh v t (k c con ngư i). Chúng gây ra nhi u b nh hi m nghèo, tác h i l n ñ n s c kho c a con ngư i. Như các b nh cúm, s i, ñ u mùa, b i li t tr em, b nh d i, b nh AIDS... Virut cũng gây thi t h i l n trong nông nghi p như gây b nh t l n; b nh l m m, long móng trâu, bò; b nh xoăn lá cà chua; b nh vàng l i lúa... Virut có kích thư c r t nh , t vài ch c ñ n vài trăm nanômet (nm) (1nm=10-6mm). Ví d , virut kh m thu c lá dài 30nm, virut b nh ñ u mùa là 125 – 200 nm, do ñó ph i dùng kính hi n vi ñi n t v i ñ phóng ñ i t 10 v n ñ n 1 tri u l n m i th y ñư c. Virut có d ng hình que (ña s cácvirut gây b nh cho cây), hình c u (virut gây b nh ñ u mùa) C u t o cơ th virut r t ñơn gi n, thư ng ch g m m t phân t axit nuclêic (là axit ñeôxiribônuclêic (ADN) ho c axit ribônuclêic (ARN)) và m t v b c prôtêin. M i lo i virut ch mang m t trong hai lo i axit nuclêic trên. Ví d , virut ñ u mùa là ADN, còn virut gây b nh cúm là ARN. Virut gây b nh ngư i va` ñ ng v t thì có c lo i mang ADN và c lo i mang ARN. M i lo i virut ch kí sinh trong m t cơ th nh t ñ nh. Chúng s ng trong t bào v t ch , sinh s n và phát tri n, cu i cùng phá hu t bào ñó. 2. Th ăn khu n. Ngoài các virut kí sinh trên ñ ng v t và th c v t, ngư i ta còn phát hi n ra các virut kí sinh trong t bào vi khu n. Chúng có tên chung là th ăn khu n. Th ăn khu n cũng như m i virut khác thư ng b t ñ u xâm nh p cơ th v t ch b ng cách bám trên màng t bào v t ch , ti t enzim ñ hoà tan màng r i tiêm nhân (phân t ADN) vào trong t bào, ñ v l i bên ngoài. Vào t bào vi khu n, axit nuclêic c a th ăn khu n sinh s n r t nhanh, còn chính vi khu n thì sinh t ng h p ra v prôtêin bao ngoài axit nuclêic t nguyên li u c a t bào v t ch , cho ñ n lúc nó b phá hu hoàn toàn. Khi ñó các th ăn khu n thoát ra ngoài và l i ti p t c xâm nh p vào các vi khu n khác. M i lo i th ăn khu n thư ng ch kí sinh trong m t lo i vi khu n nh t ñ nh. Do c u t o cơ th r t ñơn gi n và sinh s n r t nhanh nên virut và th ăn khu n ñư c dùng làm m t ñ i tư ng ñ nghiên c u s s ng (di truy n, sinh t ng h p prôtêin, lai ghép gen...). CÁC CƠ TH ðƠN BÀO ðây là nh ng cơ th ch c u t o b ng m t t bào như vi khu n, t o ñơn bào và nguyên sinh v t. Vì kích thư c cơ th r t nh nên chúng ñư c g i chung là vi sinh v t. 1. Vi khu n Vi khu n là nh ng cơ th ñơn bào nh nh t, trung bình t 1 ñ n 5 micrômet (µm) (1µm=10-3mm). Vi khu n r t ña d ng: hình que (tr c khu n), hình c u (c u khu n), hình xo n (xo n khu n). C u t o cơ th c a chúng r t ñơn gi n, ch g m ch t nguyên sinh và màng, chưa có nhân rõ r t. ADN t p trung ph n gi a t bào và chưa có màng ngăn cách v i ph n t bào ch t xung quanh. ða s vi khu n kí sinh gây b nh cho th c v t, ñ ng v t và ngư i. Ví d , tr c khu n gây b nh b ch h u, b nh thương hàn, b nh lao; c u khu n gây b nh l u; xo n khu n gây b nh giang mai, b nh t ... M t s ho i sinh, m t s có kh năng t t ng h p l y các ch t h u cơ ñ s ng nh năng lư ng c a quá trình phân gi i các ch t môi trư ng xung quanh, ho c s d ng năng lư ng c a ánh sáng m t tr i do chúng có m t ch t tư ng t di p l c cây xanh. Vi khu n sinh s n r t nhanh, kho ng 20 phút l i phân chia m t l n theo ki u tr c phân. V i t c ñ ñó, sau 6 gi , t 1 vi khu n s cho 250000 vi khu n m i trong nh ng ñi u ki n thu n l i v nhi t ñ va` ñ m. 2. Vi khu n lam. Vi khu n lam, cũng như vi khu n là lo i chưa có nhân rõ r t nên ñư c x p cùng v i vi khu n vào nhóm có nhân nguyên thu . Vi khu n lam là nhóm sinh v t nguyên thu nh t có ch a di p l c. chúng, ch t di p l c không t p trung trong l c l p mà t n t i dư i d ng nh ng h t nh n m r i rác trong t bào ch t. 3. T o ñơn bào. M t s t o ñơn bào như t o l c, t o v ñã có nhân rõ ràng. Nh có di p l c mà t o có kh năng t t ng h p các ch t h u cơ ñ s ng do s d ng ñư c năng lư ng c a ánh sáng m t tr i. 4. ð ng v t nguyên sinh. Các ñ ng v t nguyên sinh có hình d ng và kích thư c r t khác nhau; tuy cơ th cũng ch c u t o b ng m t t bào nhưng chúng có t ch c cơ th ph c t p hơn. Trong t bào, ngoài nhân còn có nhi u bào quan n m trong t bào ch t, gi nh ng nhi m v khác nhau, b o ñ m s tiêu hoá, bài ti t và v n ñ ng. ða s các ñ ng v t nguyên sinh s ng t do, ch có m t s ít kí sinh và gây b nh. G p ñi u ki n thu n l i, các ñ ng v t nguyên sinh sinh s n và phát tri n r t nhanh. Chúng sinh s n ch y u b ng cách phân ñôi (tr c phân). Khi g p nh ng ñi u ki n không thu n l i v ánh sáng, nhi t ñ , ñ m..., chúng k t thành bào xác, t m th i ng ng ho t ñ ng. Khi g p ñi u ki n thu n l i, bào xác
C U T O CHUNG C A T BÀO NHÂN TH C Cơ th ñ ng v t, th c v t và ngư i ñ u ñư c t o nên t nh ng ñơn v cơ s là t bào. T bào cũng ñ ng th i la` ñơn v ch c năng c a cơ th , vì m c ñ t bào cũng ñã có nh ng ho t ñ ng sinh lý quan tr ng như trao ñ i ch t, c m ng nên có th xem ho t ñ ng s ng c a cơ th ña bào cũng là k t qu t ng h p c a các ho t ñ ng c a t ng t bào riêng bi t. Nh kính hi n vi ñi n t v i ñ phóng ñ i t hàng ch c v n ñ n hàng tri u l n, cùng v i máy li tâm siêu t c có v n t c vòng quay t i 5 – 9 v n vòng/phút, ngư i ta ñã phát hi n ra nh ng c u trúc m i c a t bào m c ñ siêu hi n vi. Nh ng k t qu nghiên c u cho th y các t bào th c v t, hay vi sinh v t không ch gi ng nhau v c u t o ñ i th mà còn v c u t o siêu hi n vi c a các bào quan, ñi u ñó càng kh ng ñ nh v ngu n g c chung c a sinh gi i. ði m khác nhau cơ b n gi a t bào ñ ng v t và th c v t là t bào th c v t có màng xenlulô và các l p th , còn t bào ñ ng v t không có. CÁC THÀNH PH N C U T O C A T BÀO 1. Màng sinh ch t Màng sinh ch t ñư c c u t o b i nh ng phân t prôtêin n m gi a nh ng phân t lipit, dài kho ng 70 – 120Å (1Å=10-7mm). Màng không ch có nhi m v b o v kh i sinh ch t bên trong mà qua ñó còn th c hi n s trao ñ i ch t gi a t bào v i môi trư ng trong (quanh t bào). Ch t nguyên sinh n m trong màng ñư c phân hoá thành ch t nhân n m trong nhân và t bào ch t n m ngoài nhân. 2. T bào ch t ðây là nơi di n ra m i ho t ñ ng s ng c a t bào. t bào c a ñ ng v t và th c v t còn non, t bào ch t chi m ñ y khoang t bào. t bào th c v t trư ng thành, trong t bào ch t có nh ng không bào. Không bào là nh ng khoang l n ch a d ch bào, trong ñó có nh ng ch t h u cơ và vô cơ hoà tan. T bào ch t chia thành 2 l p: l p n i ch t g n nhân và l p ngo i ch t n m g n màng. Trong t bào ch t có nhi u bào quan th c hi n nh ng ch c năng khác nhau. a) Ti th Ti th là nh ng th hình s i, hình que hay hình h t. Các t bào có cư ng ñ trao ñ i ch t cao, ho t ñ ng sinh lí ph c t p thì có nhi u ti th (m i t bào có t i 2000 ti th ). Trong ti th có h enzim b o ñ m cho quá trình hô h p c a t bào, t o năng lư ng cho m i ho t ñ ng s ng c a chúng. b) L p th L p th ch có t bào th c v t, g m có l c l p, s c l p và b t l p. Trong ñó l c l p có c u trúc khá ph c t p và gi vai trò quan tr ng trong quang h p. c) Trung th Trung th n m g n nhân và có vai trò quan tr ng trong s phân chia t bào. d) B máy Gôngi B máy Gôngi g m nhi u t m màng x p song song hình cung và nh ng túi có kh năng t p trung các ch t ti t, ch t c n bã trong ho t ñ ng s ng c a t bào cũng như các ch t ñ c t ngoài ñ t nh p vào cơ th ñ lo i ra kh i t bào. e) Lư i n i ch t (màng n i nguyên sinh) ðây là m t h th ng ng và xoang phân nhánh, n i màng v i nhân và các bào quan v i nhau. Vách c a các xoang và ng có c u t o như màng sinh ch t. Trên b m t lư i n i ch t (v phía t bào ch t) có các ribôxôm (vi th ), là bào quan nh nh t, ñư ng kính ch kho ng 100 – 150Å , là nơi t ng h p nên các phân t prôtêin. Ngoài các bào quan trên, trong t bào ch t còn có th vùi là các h t ch t d tr và t bào ñ ng v t còn có th lizôxôm (th hoà tan), có ch c năng hoà tan (tiêu hoá) các ch t do t bào hút t ngoài vào ho c các bào quan trong t bào và ti t men ra b m t t bào ñ tiêu hoá các ch t xung quanh ho c tiêu hoá các t bào già. Các ch c năng trên liên quan ñ n h men thu phân có trong lizôxôm. 3. Nhân Nhân là trung tâm ñi u khi n m i ho t ñ ng s ng c a t bào, gi vai trò quan tr ng trong s di truy n. Nhân ñư c phân tách v i t bào ch t b ng màng nhân, là m t màng kép, có c u t o gi ng màng sinh ch t. Trên màng nhân có nhi u l nh , ñư ng kính 300 – 400 Å , qua ñó th c hi n s trao ñ i ch t gi a nhân v i t bào ch t. Trong nhân có các nhân con và ch t nhi m s c. Nhân con là nơi t ng h p nên ribôxôm cho t bào ch t. NST là v t ch t di truy n t n t i dư i d ng các s i m nh (s i nhi m s c). nh ng ch s i b xo n k t l i thì có d ng h t (h t nhi m s c), có th nhìn th y dư i kính hi n vi. Lúc s p phân chia t bào, nh ng s i này s co ng n l i và dày lên thành các NST v i s lư ng và hình thái nh t ñ nh, ñ c trưng cho t ng loài. Thành ph n c a NST là m t s k t h p ph c t p gi a prôtêin và axit nuclêic (ADN).
PHÂN BÀO T bào trong cơ th l n d n ñ n m t m c ñ nh t ñ nh thì b t ñ u phân chia. Có hai hình th c phân chia t bào (g i t t là phân bào) là tr c phân và gián phân. Tr c phân là hình th c phân bào r t ñơn gi n, trong ñó không có s hình thành tơ vô s c nên còn g i là phân bào không tơ. các cơ th ña bào, hình th c tr c phân ch xu t hi n tr ng thái b nh lí như các t bào ung thư ho c trong nh ng ñi u ki n b t l i, làm c n tr s hình thành tơ vô s c.Gián phân là hình th c phân bào ph c t p hơn, thư ng g p t bào c a cơ th ña bào. Trong quá trình gián phân có s hình thành tơ vô s c trong nhân nên còn g i là phân bào có tơ. Căn c vào s lư ng NST các t bào con b ng hay ít hơn so v i t bào m , ngư i ta chia gián phân thành hai ki u là nguyên phân hay gián phân nguyên nhi m và gi m phân hay gián phân gi m nhi m. NGUYÊN PHÂN T BÀO ð NG V T (K c ngư i) Tr i qua m t giai ño n chu n b (còn g i là kì trung gian) và 4 kì liên ti p là kì ñ u, kì gi a, kì sau và kì cu i. 1.Giai ño n chu n b . Giai ño n này di n ra trong m t th i gian dài kho ng 6 – 10 gi . ði u ñáng lưu ý trong giai ño n này là s t nhân ñôi c a NST và trung th . M i NST lúc này v n còn là các s i m nh nhưng là m t NST kép dính v i nhau tâm ñ ng. Ngoài ra, trong giai ño n này t bào còn tích thêm prôtêin, tăng thêm s lư ng các bào quan ñ ng th i tích lu năng lư ng chu n b bư c vào phân chia. 2.Kì ñ u Hai trung th tách nhau, ti n v hai c c c a t bào, xu t hi n thoi vô s c làm b ng các s i t bào ch t ñ c (tơ vô s c), n i gi a hai c c; ñ ng th i nhân ph ng lên, các NST xo n l i, co ng n và hi n rõ. Sau ñó màng nhân và nhân con bi n m t. 3. Kì gi a Các NST kép lúc ñ u n m l n x n, d n d n t p trung v m t ph ng xích ñ o c a thoi vô s c. Lúc này, NST xo n ch t và co l i ñ n m c ng n nh t và có hình ñ c trưng, ña s có d ng hình ch V. NST dính v i các s i c a thoi vô s c t i ch g p khúc (tâm ñ ng) và quay các ñ u t do ra ngoài. 4. Kì sau Các NST con trong t ng NST kép tách nhau ra tâm ñ ng, dàn thành hai nhóm tương ñương; sau ñó m i nhóm NST con này trư t v m t c c theo các s i c a thoi vô s c. 5. Kì cu i T i m i c c, các NST ti n l i g n nhau, tháo xo n và du i ra tr thành d ng s i m nh, khó phân bi t ñư c t ng NST riêng r như kì gi a.Thoi vô s c bi n ñi, màng nhân và nhân con l i xu t hi n t o thành hai nhân m i, có s NST b ng nhau và b ng s NST c a t bào m . cu i kì sau ho c ñ u kì cu i, cùng v i s hình thành các nhân m i, t bào ch t cũng b t ñ u phân chia b ng cách th t d n phân gi a c a t bào m cho ñ n lúc thành 2 t bào con m i hoàn toàn tách bi t nhau. Ý nghĩa sinh h c c a nguyên phân, gi m phân và th tinh - Qua nguyên phân, các t bào sinh dư ng c a cơ th duy trì ñư c s NST trong t bào con không ñ i so v i t bào m va` ñó là s NST ñ c trưng cho m i loài, ñ ng th i duy trì ñư c nh ng ñ c tình di truy n c a t ng loài. Nh có s phân chia liên t c c a các t bào mà cơ th l n lên. T c ñ phân chia r t nhanh các cơ th con non. mô phân sinh c a th c v t thì s phân chia ñã làm cho cây m c dài. - S phân bào c a các t bào sinh s n ñ u là gi m phân. T bào m lư ng b i trong cơ quan sinh s n s gi m phân ñ cho giao t ñơn b i. Khi di n ra quá trình th tinh s có s hoà h p làm m t n a c a 2 giao t ñơn b i. - Th tinh ph c h i l i b NST lư ng b i do s k t h p gi a giao t ñ c (n) v i giao t cái (n). M t khác trong th tinh do s ph i h p ng u nhiên c a các lo i giao t khác gi i tính mà cũng t o nên nhi u h p t khác nhau v ngu n g c và ch t lư ng b NST làm tăng t n s các lo i bi n d t h p. M i liên quan gi a nguyên phân, gi m phân và th tinh trong quá trình truy n ñ t thông tin di truy n - Nh nguyên phân mà các th h t bào khác nhau v n ch a ñ ng các thông tin di truy n gi ng nhau, ñ c trưng cho loài. - Nh gi m phân mà t o nên các giao t ñơn b i ñ khi th tinh s khôi ph c l i tr ng thái lư ng b i. - Nh th tinh ñã k t h p b NST ñơn b i trong tinh trùng v i b NST ñơn b i trong tr ng ñ hình thành b NST 2n, ñ m b o vi c truy n thông tin di truy n t b m cho con cái n ñ nh tương ñ i. - Nh s k t h p c a 3 quá trình trên mà t o ñi u ki n cho các ñ t bi n có th lan r ng ch m ch p trong loài ñ có d p bi u hi n thành ki u hình ñ t bi n. CÁC ð C TÍNH CƠ B N C A NST MÀ CÓ TH ðƯ C COI LÀ CƠ S V T CH T C A DI TRUY N C P ð T BÀO - NST là c u trúc mang gen: + NST ch a ADN, ADN mang thông tin di truy n, gen phân b trên NST, m i gen chi m m t v trí nh t ñ nh g i là locut. Ngư i ta ñã xây d ng ñư c b n ñ di truy n c a các gen trên t ng NST c a nhi u loài. + Nh ng bi n ñ i v s lư ng và c u trúc NST s gây ra nh ng bi n ñ i v các tính tr ng. ð i b ph n các tính tr ng ñư c di truy n b i các gen trên NST. - NST có kh năng t nhân ñôi: Th c ch t c a s nhân ñôi NST là nhân ñôi ADN vào kì trung gian gi a 2 l n phân bào ñ m b o n ñ nh v t ch t di truy n qua các th h . - S t nhân ñôi c a NST, k t h p v i s phân li t h p c a NST trong gi m phân và th tinh là cơ ch di truy n c p ñ t bào, ñ i v i các loài giao ph i. các loài sinh s n sinh dư ng nh cơ ch nhân ñôi, phân chia ñ ng ñ u các NST v 2 c c t bào là cơ ch n ñ nh v t ch t di truy n trong m t ñ i cá th c p ñ t bào. V i nh ng ñ c tính cơ b n trên c a NST, ngư i ta ñã xem chúng là cơ s v t ch t c a di truy n c p ñ t bào.
CÁC CÔNG TH C T NG QUÁT S D NG ð GI I BÀI T P 1. S lư ng NST ñơn m i cung c p cho nguyên phân. - Nguyên li u cung c p tương ñương:(2k – 1)2n (1) - Nguyên li u cung c p t o nên các NST ñơn có nguyên li u m i hoàn toàn:(2k – 2)2n (2) 2. S lư ng thoi tơ vô s c ñư c hình thành (ho c b phá hu ) ñ t o ra các t bào con sau k ñ t nguyên phân: (2k – 1) (3) 3. S lư ng NST ñơn môi trư ng cung c p cho 2k t bào sinh tinh ho c sinh tr ng qua gi m phân ñ t o ra tinh trùng ho c tr ng: 2k.2n (4) 4. S lư ng thoi tơ vô s c hình thành (ho c phá hu ) ñ cho 2k t bào sinh d c th c hi n gi m phân: 2k.3 (5) 5. S tinh trùng hình thành khi k t thúc gi m phân c a 2k t bào sinh tinh trùng: 2k.4 (6) 6. S lư ng tr ng hình thành khi k t thúc gi m phân c a 2k t bào sinh tr ng là: 2k (7) 7. S lo i tr ng (ho c s lo i tinh trùng) t o ra khác nhau v ngu n g c NST: 2n (n là s c p NST) (8) 8. S cách s p x p NST kỳ gi a I c a gi m phân: Có 1 c p NST → có 1 cách s p x p Có 2 c p NST → có 2 cách s p x p Có 3 c p NST → có 4 cách s p x p (9) n V y n u có n c p NST s có 2 /2 cách s p x p NST kì gi a I. 9. S lo i giao t t o ra khi có trao ñ i ño n. - Trư ng h p 1: loài có n c p NST mà m i c p NST có c u trúc khác nhau trong ñó có k c p NST mà m i c p có trao ñ i ño n t i m t ñi m v i ñi u ki n n>k: S lo i giao t = 2n + k (10) - Trư ng h p 2: Loài có n c p NST, có Q c p NST mà m i c p có 2 trao ñ i ño n không x y ra cùng lúc v i n > Q: S lo i giao t = 2n.3Q (11) - Trư ng h p 3: loài có n c p NST, có m c p NST mà m i c p có 2 trao ñ i ño n không cùng lúc và 2 trao ñ i ño n S lo i giao t : 2n + 2m cùng lúc: (12) 10. S lo i giao t th c t ñư c t o ra t m t t bào sinh tinh ho c m t t bào sinh tr ng: - T m t t bào sinh tinh trùng: + Không có trao ñ i ño n: 2 lo i tinh trùng trong t ng s 2n lo i (13) + Có trao ñ i ño n 1 ch trên k c p NST c a loài: có 4 lo i tinh trùng trong t ng s 2n + k lo i (14) +Có trao ñ i ño n 2 ch không cùng lúc trên Q c p NST c a loài: có 4 lo i tinh trùng trong t ng s nn.3Q (15) n + 2m + Có trao ñ i ño n 2 ch cùng lúc và 2 ch không cùng lúc: có 4 lo i tinh trùng trong t ng s 2 (16) - T m t t bào sinh tr ng: Th c t ch t o ra m t lo i tr ng trong t ng s lo i tr ng ñư c hình thành trong m i trư ng h p:1/2n, 1/2n+k, 1/23.3Q, ½ n+2m, 16. S lư ng t bào con ñơn b i ñư c t o ra sau gi m phân. - t bào sinh tinh và sinh tr ng, m i t bào sau khi k t thúc gi m phân t o ñư c 4 t bào ñơn b i. V y n u có 2k t bào bư c vào gi m phân thì ñ ng v t s t o ra: 2k x 4 t bào ñơn b i (22) - th c v t m i t bào sinh h t ph n, khi k t thúc gi m phân t o ra ñư c 4 t bào ñơn b i, m i t bào này ti p t c nguyên phân 2 l n ch t o nên 3 t bào ñơn b i, hình thành nên h t ph n chín. V y s lư ng t bào ñơn b i t o ra t 2k t bào thành h t ph n b ng: 2k x 4 x 3 = 2k x 12 (23) ð i v i t bào sinh noãn c u, m i t bào sau khi k t thúc gi m phân t o ra 4 t bào ñơn b i trong ñó có m t t bào kích thư c l n l i ti p t c nguyên phân liên ti p 3 ñ t v a ñ t o ra 8 t bào con ñơn b i, trong ñó có 1 t bào tr ng chín. V y n u có 2k t bào sinh noãn khi k t thúc quá trình t o giao t s t o ñư c m t s lư ng t bào ñơn b i b ng: 2k x 3 + 2k x 8 = 2k x 11 (24)
TRAO ð I CH T VÀ NĂNG LƯ NG VAI TRÒ C A TRAO ð I CH T VÀ NĂNG LƯ NG S t n t i và phát tri n c a các cơ th , t lúc sinh ra ñ n lúc b hu di t, có 4 ñ c trưng cơ b n là trao ñ i ch t và năng lư ng v i môi trư ng, sinh trư ng và phát tri n, sinh s n, c m ng và v n ñ ng. Các ñ c trưng ñó liên quan m t thi t v i nhau 1. S l thu c c a sinh trư ng và phát tri n vào trao ñ i ch t và năng lư ng. Kh i ñi m c a m t ñ ng v t ho c th c v t ña bào sinh s n theo ki u h u tính ch là m t h p t nh bé. Ví d , ngư i, h p t là m t kh i hình c u có ñư ng kính kho ng 0,13 mm , nhưng khi ñ a bé sinh ra ñã n ng 3kg va` ñ n lúc trư ng thành n ng t i 45 – 55 kg; cây mít lúc m i m c ch cao vài centimet, sau 5 – 7 năm ñã cao 7 – 8 m. Như v y, m i sinh v t, khi m i sinh ñ u có kích thư c và kh i lư ng bé, nhưng ñ n lúc trư ng thành thì to, n ng hơn nhi u l n. Chính nh có quá trình trao ñ i ch t và năng lư ng v i môi trư ng mà cơ th sinh v t l n lên. Trong cơ th ngư i, m i giây ñ ng có kho ng 10 tri u h ng c u già b hu gan va` ñư c thay th b ng 10 tri u h ng c u tr sinh ra t tu xương. M i ngư i có th ñ i m i m t n a s h ng c u c a mình sau kho ng 27 ngày. Hàng năm nh ng cây như cây phư ng, cây bàng ñ u r ng tr i lá v mùa ñông, sang mùa xuân, lá non l i m c. V y ngay ñ i v i nh ng cơ th ñã ng ng tăng trư ng v n có s phân hu và t ng h p liên t c ch t s ng, ñòi h i cơ th ph i trao ñ i ch t và năng lư ng v i môi trư ng. Rõ ràng là nh quá trình trao ñ i ch t và năng lư ng v i môi trư ng, sinh v t m i sinh trư ng và phát tri n ñư c. 2. S l thu c c a sinh s n vào trao ñ i ch t và năng lư ng Gà Lơgo ñ 260 – 280 tr ng trong m t năm, m i tr ng n ng kho ng 40g. T ng c ng m i năm, gà Lơgo ñ g n 11 kg tr ng, trong khi b n thân nó ch n ng kho ng 3 kg. Nhưng n u ta ng ng cung c p th c ăn thì s ñ tr ng c a gà s b r i lo n, gà ng ng ñ . chu t cũng v y, n u khi mang thai mà thi u vitamin E, thai s thoái hoá. V y ho t ñ ng sinh s n c a sinh v t cũng l thu c vào quá trình trao ñ i ch t và năng lư ng. 3. S l thu c c a kh năng c m ng - v n ñ ng vào trao ñ i ch t và năng lư ng ð ng v t có xương s ng ăn thi u vitamin A, s m c ch ng “quáng gà” vì thi u nguyên li u t ng h p s c t rêtinen trong các t bào c m quang c a m t. Ngư i không ăn ñ ch t ñư ng, b t ñ b o ñ m m c 1,2g glucô trong m t lít máu thì s m t kh năng v n ñ ng cơ th th c hi n các ph n x tr l i kích thích c a môi trư ng. Tóm l i, trao ñ i ch t và năng lư ng la` ñi u ki n t n t i và phát tri n bình thư ng c a cơ th s ng. ð C ðI M TRAO ð I CH T VÀ NĂNG LƯ NG SINH V T 1. Tính t t y u c a trao ñ i ch t và năng lư ng sinh v t Trong gi i vô sinh cũng có hi n tư ng trao ñ i ch t và năng lư ng. M t c c s t không ph sơn ch ng g ho c không m k n, s thu nh n ôxi c a không khí và hơi nư c bi n d n thành g s t. Vôi s ng ñ t nơi m ư t, s hút hơi nư c c a môi trư ng và tr thành vôi tôi. Năm 1780, nhà hoá h c Pháp Lavoazie ñ t trong 2 chuông thu tinh úp kín m t cây n n ñang cháy và m t con chu t. N n cháy và chu t th . C hai ñ u l y ôxi t không khí và th i khí cacbonic vào không khí. Khi ôxi trong 2 chuông h t thì n n t t và chu t cũng ch t. Như v y, c v t vô sinh (cây n n) và sinh v t (con chu t) ñ u có s trao ñ i ch t và năng lư ng. Tuy nhiên, s trao ñ i ch t và năng lư ng y có m t ñi m khác nhau căn b n: S trao ñ i ch t ñã làm cho v t vô sinh (s t, vôi, n n...) b bi n ch t, cu i cùng b hu ho i. Trái l i, chính nh trao ñ i ch t v i môi trư ng mà sinh v t m i t n t i và phát tri n, n u trao ñ i ch t ng ng thì sinh v t s không t n t i n a. 2. Tính ch n l c c a trao ñ i ch t và năng lư ng sinh v t Qua quá trình ti n hoá, trong m t môi trư ng xác ñ nh, m i sinh v t ñ u thích nghi v i m t ki u trao ñ i ch t và năng lư ng xác ñ nh (v i m t s ch t và d ng xác ñ nh). Ví d , bo ch ăn c ; h , báo ch ăn th t; m t ch ăn g . Ngay ñ i v i các ch t ñã ñư c sinh v t l y vào ng tiêu hoá, v n có s ch n l c cu i cùng qua màng t bào ru t. Ví d , khi màng nhày ng tiêu hoá không b xây xát ho c hu ho i, n u ta u ng ph i n c r n ñ c v n không ch t, vì màng ru t không h p th n c r n vào máu. V y trao ñ i ch t và năng lư ng mang tính ch t ch n l c ñ i v i t ng lo i th c ăn và tuỳ t ng lo i sinh v t.
S TRAO ðÔI CH T MÀNG T BÀO S TRAO ð I NƯ C VÀ CÁC CH T HOÀ TAN TRONG NƯ C Nh ng ch t trao ñ i gi a t bào và môi trư ng thư ng hoà tan trong dung môi (nư c). Dung môi và các ch t tan ñư c th m qua màng t bào nh hi n tư ng th m th u (ñ i v i dung môi) và th m tách (ñ i v i ch t tan). Ta l y m t ph u thu tinh có cu ng dài, b t kín mi ng ph u b ng m t t gi y keo, ñ vào trong ph u dung d ch CuSO4 20%, úp ngư c ph u trong m t ch u nư c c t. Quan sát ta s th y: Th i gian M c nư c dâng lên Màu nư c thí nghi m trong ng (cm) trong ch u 3h30' 3 Xanh nh t 4 ngày 20,5 Xanh như trong ph u 10 ngày 10 Xanh như trong ph u 12 ngày 0 Xanh như trong ph u V y nư c c t trong ch u ñã th m qua màng keo ñ vào ph u, do b ch t CuSO4 thu hút. Sau ñó, ñ n CuSO4 cũng th m qua màng keo ñ ra ngoài, cu i cùng phân ph i ñ u trong c kh i nư c trong ph u và ngoài ch u. Thí nghi m này có th l p l i v i nhi u dung d ch khác, như mu i ho c ñư ng. Ta cũng s th y, tho t ñ u mu i ho c ñư ng s thu nư c qua màng vào ph u. V sau mu i ho c ñư ng (ch t hoà tan) s l t d n qua màng ñ ra ngoài. S th m th u x y ra khi có s chênh l ch v n ng ñ gi a dung d ch trong và ngoài màng. Nư c bao gi cũng th m t nơi loãng (như c trương) sang nơi ñ m (ưu trương). S TRAO ð I KHÔNG KHÍ Các ch t khí ñư c trao ñ i qua màng t bào dư i d ng hoà tan trong nư c.Ví d , t bào da ư t c a giun ñ t và ch ñ u h p thu ñư c O2 và th i CO2; g p ti t tr i nóng và hanh, da khô l i, hô h p s ng ng. S trao ñ i khí qua màng t bào c a ph bào và t bào thành m ch máu cũng th c hi n nh s chênh l ch n ng ñ , t c t l hoà tan. Ví d , t l hoà tan c a O2 trong nư c ph bào là 14 – 15%, trong máu ñ n ph i là 10 – 12% nên O2 th m tách t ph bào vào máu; t l hoà tan c a CO2 trong nư c ph bào là 5 – 6%, trong máu ñ n ph i là 55 – 57%, nên CO2 th m tách t máu ra ph bào. ð C TÍNH C A MÀNG T BÀO 1. Tính ch n l c c a màng Màng c a m i lo i t bào ch cho l t qua m t s ch t xác ñ nh. ðó là tính ch n l c c a màng t bào. Nguyên nhân ch y u c a tính ch n l c là do tương quan gi a ñư ng kính các l màng c a m i lo i t bào so v i ñư ng kính c a các phân t ch t hoà tan. Ví d , ñư ng kính các l màng c a t bào qu n c u th n các loài thú là 18 - 50Å, nên không ñ l t t máu vào nư c ti u các phân t prôtêin có kh i lư ng phân t quá 40000. Nhưng l màng t bào qu n c u các loài chu t ñ ng l n t i 60 - 70Å, nên ñã ñ l t vào nư c ti u các phân t prôtêin có kh i lư ng phân t 60000. Ngoài ra màng còn là ch t s ng nên có th có kh năng “l a ch n” gi a nh ng ch t, cho ho c không cho chúng l t qua. 2. Kh năng ho t t i c a màng t bào Trong s khu ch tán lí h c, chi u ñi c a các ch t hoà tan là t nơi n ng ñ cao ñ n nơi n ng ñ th p. ð i v i các t bào s ng, s h p th và th i m t s ch t có th ngư c d c n ng ñ . Ví d , t i qu n c u th n, urê trong nư c ti u ñ m ñ c g p 65 l n trong máu; các phôtphat g p 16 l n và các sunphat g p 90 l n nhưng các ch t y v n th m qua màng t máu vào nư c ti u; t i ng th n, tuy n ng ñ glucô trong nư c ti u th p hơn trong máu (1,2g/l) nhưng glucô trong nư c ti u v n ñư c thu h i tr v máu. Như v y là màng t bào s ng có th ch ñ ng v n chuy n m t s ch t ngư c v i s khu ch tán lí h c. ðó là kh năng ho t t i c a màng t bào. 3. Kh năng bi n d ng c a màng t bào ð i v i m t s ch t có kích thư c l n, không l t qua l màng ñư c, s trao ñ i ch t có th th c hi n ñư c nh s bi n d ng tích c c c a màng. Tho t ñ u, màng lõm xu ng ch ti p xúc v i th c ăn. Ch lõm sâu d n thành túi và tách thành không bào ch a ch t l y vào. N u ch t l y vào không bào ch là d ch c a môi trư ng s ng, thì ñó là s m bào (u ng).
S CHUY N HOÁ NĂNG LƯ NG S CHUY N HOÁ NĂNG LƯ NG TRONG T BÀO 1. Khái ni m cơ b n v s chuy n hoá năng lư ng Năng lư ng t n t i dư i 2 tr ng thái: tr ng thái n d u, g i là th năng và tr ng thái b c l tác d ng g i là ho t năng. Ví d , năng lư ng v n có trong c i là th năng; khi c i cháy làm cho nư c nóng lên, th năng bi n thành ho t năng. 2. Quá trình chuy n hoá năng lư ng trong t bào a. S ñ ng hoá Mu n t ng h p m t ch t h u cơ ph c t p t nh ng phân t ñơn gi n, t bào c n có năng lư ng ñ liên k t các ph n t ñơn gi n ñó l i v i nhau. Ch ng nào ch t h u cơ y còn t n t i thì năng lư ng ñã l y vào cũng còn t n t i ngay trong lòng ch t h u cơ ñã ñư c t ng h p. Do ñó, m i liên k t hoá h c d u ch a th năng. Như v y, ñ ng hoá là quá trình t ng h p t các ch t ñơn gi n thành các ch t h u cơ ñ c trưng cho t ng lo i t bào c a cơ th , th c hi n ñ ng th i v i quá trình tích lu th năng b. S d hoá Ngư c l i, khi phân hu m t ch t h u cơ ph c t p thành nh ng phân t ñơn gi n, các liên k t hoá h c nói trên s b phá v . Lúc ñó, th năng c n ñ b o ñ m m i liên k t các phân t hoá h c; bây gi các liên k t y b phá v nên th năng ñư c gi i phóng thành ho t năng. Do ñó, m i quá trình phân gi i ch t h u cơ trong t bào ñ u t o ho t năng. Như v y, d hoá là quá trình phân gi i các ch t h u cơ ñ c trưng c a cơ th (th c hi n trong t ng t bào) thành các ch t ñơn gi n, th c hi n ñ ng th i v i quá trình chuy n hoá th năng thành ho t năng. S CHUY N HOÁ NĂNG LƯ NG TRONG SINH GI I S chuy n hoá năng lư ng trong sinh gi i có th chia làm 3 giai ño n: 1. Quang h p Ngu n năng lư ng kh i ñ u c a sinh gi i là năng lư ng m t tr i (quang năng). Cây xanh nh có ch t di p l c trong lá thu nh n quang năng trong quá trình quang h p ñã t ng h p nên ch t s ng (ch y u là gluxit) t các phân t CO2 và H2O.Như v y, cây xanh ñã chuy n hoá ho t năng c a m t tr i thành th năng c a các liên k t hoá h c trong phân t gluxit. ð ng v t không có kh năng nh n năng lư ng tr c ti p c a m t tr i. Chúng l y năng lư ng (hoá năng) s n có trong th c ăn. 2. H ô h p M i liên k t trong sinh ch t ñ u ch a th năng, nhưng nh quá trình hô h p mà th năng này bi n thành năng lư ng ho t ñ ng (ho t năng), vì th nên trong quá trình ti n hoá, cơ th sinh v t ñã hoàn ch nh d n ch c năng hô h p. Nhìn b ngoài, hô h p là s l y O2 và th i CO2, nhưng v th c ch t, ñó là m t chu i dài các ph n ng n i bào ñ chuy n hoá các sinh ch t thành m t s n ph m d phân hu và cho nhi u năng lư ng, g i là añenôzin triphôtphat (ATP). ATP ñư c ch t o trong ti th c a m i t bào. 3. Huy ñ ng năng lư ng Trong ho t ñ ng s ng, cơ th c n huy ñ ng năng lư ng liên t c ñ b o ñ m các quá trình t ng h p ch t m i va` ñ sinh công. Trong ATP, có 3 phân t P (photphat). ð liên k t m i phân t P, cơ th ñã tiêu dùng 7 kcal. Do ñó khi chuy n hoá ATP thành añenôzinñiphotphat (ADP) ch a 2 phân t P, cơ th ñã phá v m t liên k t P, nên thu h i ñư c 7 kcal, ñ sinh ra công. Nhưng công ñó là: công hoá h c khi t ng h p ch t s ng, công cơ h c trong co cơ, công ho t t i các phân t hoà tan qua màng t bào khi ñi ngư c chi u n ng ñ . Cu i cùng hoá năng ñư c bi n thành nhi t năng và to vào môi trư ng. S chuy n hoá năng lư ng trong sinh gi i có th tóm t t theo sơ ñ dư i ñây. M t tr i ↓ Quang h p Quang h p cây xanh ↓ Hoá năng trong các liên k t h u cơ Hô h p n i bào ↓ Hoá năng trong các liên k t ATP Ho t ñ ng s ng c n năng lư ng ( T ng h p các ch t v à sinh công) ↓ Nhi t n ăng Môi trư ng
ENZIM TÁC D NG C A ENZIM TRONG S CHUY N HOÁ CÁC CH T Enzim là nh ng ch t xúc tác sinh h c có hi u qu cao, tác ñ ng trong nh ng ñi u ki n phù h p v i s s ng. CƠ CH HO T ð NG C A ENZIM Tho t ñ u, enzim liên k t v i cơ ch t ñ t o thành m t h p ch t trung gian g i là “enzim – cơ ch t”. Cu i ph n ng, h p ch t ñó s cho phân hu ñ cho s n ph m c a ph n ng và gi i phóng enzim nguyên v n. Enzim ñư c gi i phóng l i có th xúc tác ph n ng trên cơ ch t m i. Ví d , Mikêlic tách t c c i ñen lo i enzim peñôxiñaza màu nâu, ñem tr n v i cơ ch t là perôxi hiñrô (ch t ñ c ñư c t o thành trong ho t ñ ng s ng c a t bào), thì thu ñư c m t enzim-cơ ch t màu l c, v sau chuy n sang màu ñ nh t. Cu i ph n ng, enzim-cơ ch t l i phân gi i thành enzim perôxiñaza màu nâu như cũ và s n ph m c a ph n ng. ð C TÍNH C A ENZIM 1. Ho t tính m nh Ch t ñ c perôxi hiñrô trong t bào ñ u b phân hu khi dùng s t ho c enzim catalaza làm ch t xúc tác. Tuy nhiên, n u dùng s t thì ph i m t 300 năm 1 phân t s t m i phân hu ñư c m t lư ng perôxi hiñrô b ng 1 phân t enzim catalaza (chi t t gan bò) phân hu trong 1 giây ñ ng h .Bình thư ng, 0oC, trong m t phút 1 phân t enzim catalaza có th phân hu ñư c 5 tri u phân t cơ ch t perôxi hiñrô. 2. Tính chuyên hoá cao Các enzim khác nhau v tính chuyên hoá, t c là v cơ ch t ch u tác d ng c a enzim. ða s enzim chuyên hoá tuy t ñ i. Ví d , enzim urêaza ch phân hu urê trong nư c ti u, mà không tác d ng lên b t c ch t nào khác.M t s enzim khác chuyên hoá tương ñ i, nghĩa là có th tác d ng lên nhi u ch t có c u trúc hoá h c g n gi ng nhau. Ví d , trong quá trình s ng, nhi u t bào trong cơ th ñ ng v t và th c v t ñ u s n xu t ch t ñ c perôxi hiñrô, v i nh ng d ng khác nhau, tuỳ loài. Tuy nhiên, ta có th nghi n m t ít khoai tây, c c i ho c c c i ñư ng r i thêm vào m i th m t ít enzim perôxiñaza. Trong c 3 trư ng h p, perôxi hiñrô ñ u ñư c enzim bi n ñ i thành H2O và CO2. 3. S ph i h p ho t ñ ng gi a các enzim Các enzim thư ng tác d ng ph i h p: s n ph m c a ph n ng enzim trư c s là cơ ch t cho ph n ng enzim sau. Có th hình dung t bào như m t nhà máy có nhi u dây truy n l p ráp và tháo d , ho t ñ ng ñ ng th i. Ví d , ta có th chi t t h t lúa m ch ñang n y m m hai lo i enzim là amilaza, chuy n hoá tinh b t mantô (m ch nha), và mantaza, chuy n hoá mantô v a t o ra thành glucô.Trong quá trình bi n ñ i glucô thành axit lactic c n t i 11 lo i enzim tác d ng l n lư t theo m t trình t xác ñ nh. Trong t bào c a cơ th ñ ng v t và th c v t có ñ 11 lo i enzim ñó. 4. Các d ng t n t i c a enzim trong t bào. a. D ng hoà tan Nhi u enzim ch ñơn gi n hoà tan trong t bào ch t. Ví d , t các t bào gan nghi n nát, có th chi t ñư c m t ch t d ch hoà tan ñ c 11 enzim xúc tác cho s chuy n hoá glucô thành axit lactic. b. D ng liên k t M t s enzim liên k t ch t ch v i nh ng bào quan xác ñ nh c a các t bào.Ví d ,các enzim hô h p xúc tác cho s phân gi i axit lactic thành CO2 ñ u liên k t v i các ti th ; các enzim xúc tác cho s t ng h p prôtêin liên k t v i các ribôxôm. CÁC NHÂN T NH HƯ NG ð N HO T ð NG C A ENZIM 1. Nhi t ñ gi i h n nhi t ñ c a cơ th s ng, nói chung tác d ng c a enzim tuân theo ñ nh lu t Van Hôp, nghĩa là n u nhi t ñ tăng 10oC thì v n t c ph n ng s tăng g p ñôi.ða s enzim c a cơ th ñ ng v t ñ ng nhi t ho t ñ ng t i ưu trong ñi u ki n nhi t ñ bình thư ng c a cơ th (kho ng 37oC). N u b ñun nóng t i 50oC – 60oC thì enzim m t h n ho t tính và ch t.Riêng enzim các lo i vi khu n lam s ng trong các su i nư c nóng M , Ôxtrâylia, thì ch u ñư c nhi t ñ t i 100oC. Enzim b làm l nh thì không m t h n ho t tính, mà ch gi m ho c ng ng tác ñ ng. Khi nhi t ñ m lên, enzim l i ho t ñ ng. 2. ð pH M i enzim ho t ñ ng trong gi i h n pH xác ñ nh. Ví d , enzim pepxin tiêu hoá prôtêin trong d dày, ch ho t ñ ng trong môi trư ng ch t chua (pH=2), trái l i, enzim tripxin do tuy n t y ti t ra, cũng phân gi i prôtêin nhưng trong môi trư ng ki m (pH=8,5). 3. N ng ñ enzim và cơ ch t V n t c ph n ng t l thu n v i n ng ñ enzim trong ñi u ki n pH và nhi t ñ không ñ i và cơ ch t dư th a. Enzim càng ñ m ñ c, ph n ng càng ti n hành nhanh chóng. Nhưng trong ñi u ki n pH, nhi t ñ và n ng ñ enzim không ñ i thì v n t c ban ñ u c a ph n ng t l v i n ng ñ cơ ch t ñ n m t gi i h n nh t ñ nh thì gi m d n. 4. Nhu c u năng lư ng V lý thuy t, các ph n ng do enzim ki m soát là thu n - ngh ch (phân gi i và t ng h p). Bình thư ng enzim ch làm tăng v n t c ph n ng nhưng không quy t ñ nh chi u ph n ng. Tuy nhiên, mu n ph n ng th c hi n theo chi u ngh ch (t ng h p), ch c n cung c p năng lư ng thích ñáng. Trong quá trình enzim chuy n hoá th c ăn trong ng tiêu hoá, không có s cung c p năng lư ng nên m i ph n ng do enzim ñi u khi n ñ u thu n. Ví d , enzim lipaza ch phân hu ch t béo trong th c ăn thành glixêrin và axit béo, ch không tái t ng h p ñư c ch t béo t glixêrin và axit béo v a m i hình thành, khi th c ăn ñã ñư c tiêu hoá.
CÁC PHƯƠNG TH C TRAO ð I CH T S TI N HÓA THÍCH NGHI C A CÁC PHƯƠNG TH C TRAO ð I CH T 1. S thích nghi c a c u t o cơ th ð i v i các cơ th ñơn bào và các t bào t do c a nh ng cơ th ña bào (như b ch c u) thì s trao ñ i ch t gi a cơ th và môi trư ng là tr c ti p, th c hi n qua màng nh hi n tư ng th m th u, th m tách và v n chuy n có tiêu dùng năng lư ng. M t s cơ th l y th c ăn nh v n ñ ng, qua hi n tư ng m bào ho c th c bào. ð i v i các sinh v t ña bào, do có nh ng t bào n m sâu bên trong, m t liên l c v i môi trư ng nên s trao ñ i ch t tr thành gián ti p. nh ng cơ th này ñã hình thành m t h th ng cơ quan chuyên trách vi c trao ñ i ch t và năng lư ng, như các cơ quan tiêu hoá, hô h p, bài ti t, n i ti t... Trong cơ th th c v t, lá gi vi c thu nh n CO2 và th i O2 (quang h p), ho c ngư c l i (hô h p) ; h r hút nư c và các ch t hoà tan. Như v y, các phương th c trao ñ i ch t và năng lư ng t cơ th ñơn bào ñ n ña bào ñã tr nên hoàn ch nh hơn nh s chuyên hoá cao c a các cơ quan dinh dư ng. 2. S thích nghi v i môi trư ng. Nh ng sinh v t ñ u tiên phát sinh trong nư c có hoà tan mu i khoáng. Khi các cơ th ña bào hình thành, s trao ñ i ch t và năng lư ng v n th c hi n ch y u trong các t bào. Môi trư ng s ng c a m i t bào v n là nh ng dung d ch mu i khoáng. cơ th ñ ng v t, các d ch ñó là nư c mô, b ch huy t, máu và th c v t là nh a cây, các quá trình chuy n hoá n i bào ít thay ñ i.Hư ng ti n hoá thích nghi môi trư ng th hi n rõ nét nh t các phương th c trao ñ i ch t v i môi trư ng. Ví d , lá m c trên cành cây theo l i xen k , nh ñó b m t lá nh n ñư c ánh sáng M t Tr i m c t i ña. Lá cây nh ng vùng khô c n, thi u nư c như sa m c, bi n thành gai nên h n ch di n tích b c hơi nư c vào không khí. H tiêu hoá c a m i lo i ñ ng v t cũng thích nghi d n v i m t lo i th c ăn. Ví d , mu i có vòi châm dài và nh n nên hút ñư c máu; bò có d dày 4 túi nh ñó mà ch a và tiêu hoá c t t; th có manh tràng phát tri n nên t n d ng ñư c th c ăn th c v t. Phương th c trao ñ i khí c a th c v t cũng bi n ñ i theo hư ng thích nghi v i môi trư ng. Ví d , ñ ng v t nư c th b ng mang ; các loài ch, nhái lúc nh nư c th b ng mang, sau lên trên c n thì th b ng da và ph i; chim và thú th b ng ph i. S PHÂN HOÁ C A CÁC PHƯƠNG TH C TRAO ð I CÁC PHƯƠNG TH C TRAO ð I CH T Như ta ñã bi t, ngu n năng lư ng kh i ñ u duy nh t c a toàn b sinh gi i là năng lư ng M t Tr i. M i năm, M t Tr i to xu ng Trái ð t ch ng1024Kcal năng lư ng, dư i d ng ánh sáng (quang năng). Quang h p là phương th c ti p nh n quang năng ñ chuy n hoá thành hoá năng, d tr trong các liên k t hoá h c c a ch t s ng. C th là kh năng t ng h p t các phân t ñơn gi n như CO2, H2O và m t s ch t vô cơ hoà tan trong nư c thành nh ng ch t ph c t p hơn, ñ c trưng cho t ng loài sinh v t. 1. Sinh v t t dư ng a. Cây xanh T t c các cây xanh, nh có m t s c t ñ c bi t trong lá là di p l c nên ñã s d ng ñư c quang năng ñ phân hu CO2 và H2O, r i gi l i C, O và H ñ t ñó t ng h p nh ng ch t h u cơ ph c t p, ch y u là gluxit. Theo tính toán hi n nay, m i năm toàn b cây xanh trên trái ñ t (k c trên c n và dư i nư c) có th t ng h p ñư c g n 200 t t n gluxit (trên c n: 20 t t n; dư i nư c, ch y u là t o bi n: 180 t t n). D ng gluxit ph bi n nh t trong cây xanh là glucô. ð t o thành 180g glucô, cây c n kho ng 674Kcal quang năng. Như v y m i năm cây xanh ñã tiêu th t i 1019 kcal năng lư ng m t tr i ñ t o ra toàn b sinh kh i có ngu n g c th c v t. Th c ra, s năng lư ng ñó m i ch chi m 10-5 t ng s năng lư ng m t tr i to xu ng trái ñ t hàng năm. b. Vi khu n Ngay t năm 1883, Engenman ñã phát hi n ra vi khu n tía cũng có kh năng quang h p ñ t o ra ch t h u cơ b ng m t phương th c ñ c bi t. Năm 1887, Vinôgratxki phát hi n ra vi khu n hoá h p cũng t o ra ñư c ch t h u cơ t CO2 mà không c n năng lư ng ánh sáng m t tr i. 2. Sinh v t d dư ng Ngoài sinh v t t dư ng, các sinh v t còn l i, ch y u là các ñ ng v t, ñ u không có kh năng s d ng quang năng ñ ch t o ch t h u cơ t các h p ch t ñơn gi n như CO2 và H2O. Toàn b ch t s ng c a chúng ñ u l y t cây xanh. Do ñó, cây xanh ñư c g i là “sinh v t ch t o” hay “sinh v t s n xu t”, còn ñ ng v t thì g i là “sinh v t tiêu th ”. Sinh v t tiêu th g m 2 nhóm: - Nhóm ăn tr c ti p cây xanh như bò ăn c , t m ăn dâu, cá tr m c ăn rong, bèo... - Nhóm ăn gián ti p cây xanh b ng cách ăn nh ng ñ ng v t v n ñã t ng ăn cây xanh. Nhóm này bao g m t t c nh ng loài ăn th t như h , báo ăn hươu, nai; cá qu ăn cá mè con. Gi a 2 nhóm ñó, còn có nhóm ăn t p, nghĩa là ăn c th c ăn ñ ng v t l n th c ăn th c v t. Ví d , ngư i ăn cơm, bánh mỳ...(th c v t); tôm, cá, th t bò... (ñ ng v t).
S TRAO ð I CH T SINH V T T DƯ NG S TRAO ð I NƯ C, MU I KHOÁNG VÀ NITƠ A. S hút nư c và thoát nư c 1. Vai trò c a nư c ñ i v i cây Cây thi u nư c s héo r i ch t. Nư c trong cây có 3 ch c năng chính: - Nư c là thành ph n cơ b n c a ch t s ng chi m kho ng ¾ kh i lư ng cơ th ( cây thu sinh t i 90%) - Nư c là dung môi c a các mu i khoáng và m t s l n ch t h u cơ trong cây. Nh hoà tan trong nư c, nên cây m i h p th ñư c các mu i khoáng và v n chuy n các ch t h u cơ ñi kh p cơ th . - S dĩ cây t dư ng ñư c là nh ñã dùng quang năng ñ t ng h p ch t h u cơ t nh ng nguyên li u kh i ñ u là CO2 và H2O. 2.S hút nư c a. Cơ quan hút nư c Cây xanh trên c n hút ñư c nư c t ñ t, qua b m t các t bào bi u bì c a r , ñ c bi t là các t bào ñã phát tri n thành lông hút. Ví d , lúa là cây ưa nư c, sau khi c y 4 tu n l ñã ñ t chi u cao 50cm, có m t h r v i t ng chi u dài g n 625km và t ng di n tích kho ng 285m2. Riêng h lông hút (kho ng 14 t ) ñ t chi u dài kho ng 10500km, v i t ng di n tích là 480m2. Cây thu sinh nh n tr c ti p nư c qua kh p b m t bi u bì c a c r , thân và lá. b. Cơ ch hút nư c vào r Ta ñã bi t, nư c th m qua màng t bào ch y u nh cơ ch th m th u. S hút nư c t ñ t vào các t bào bi u bì và các t bào lông hút c a r , cũng như t các t bào ngoài vào t bào trong, nói chung v n th c hi n theo cơ ch ñó. c. Áp su t r Dòng nư c liên t c d n t ñ t vào t bào bi u bì c a r , r i vào các t bào trong (n m sâu hơn), cu i cùng t o nên m t l c d n nén g i là áp su t r , ñ y c t nư c trong m ch g lên cao.N u c t thân cây cà chua, s th y nư c trào ra và n u ta n i thân ñã c t v i m t áp k s bi t ñư c áp su t r , có khi ñ t t i 3 – 10 atm. 3. S thoát nư c Cây có 2 cơ ch thoát nư c: a. S b c hơi nư c Cây thoát nư c ch y u dư i d ng b c hơi qua các l khí. L khí là khe h hình thoi, do 2 t bào hình h t ñ u có m t lõm ñ i di n nhau làm thành. Khi cây nh n ñ nư c, 2 t bào này trương lên làm 2 m t lõm ñó cong l i, l khí m r ng ñ hơi nư c thoát ra nhi u hơn. Ngư c l i, khi cây thi u nư c, 2 t bào b t trương, l khí khép l i, làm nư c b c hơi ch m. Trên 1mm2 m t lá, có kho ng 100 – 300 l khí, t p trung ch y u m t dư i lá. L khí tuy bé nhưng vì có nhi u nên v n ñ thoát m t lư ng nư c l n. Ngoài n ng, 1m2 di n tích lá trong 1 gi b c hơi kho ng 50cm3 nư c. Lư ng nư c b c hơi qua lá còn thay ñ i tuỳ loài và tuỳ môi trư ng s ng. Ví d , 1ha ngô ñ thoát kho ng 3500000 lít nư c trong su t th i kỳ sinh trư ng; còn 1ha xương r ng vùng Arizôna (Mĩ) khô c n, m i năm ch ñ thoát kho ng 2750 lít nư c. Nư c b c hơi qua lá s t o m t s c hút khá m nh. Như v y, s c hút nư c c a tán lá là nh s b c hơi nư c lá t o nên. b. S thoát nư c thành gi t Khi ñ t và không khí ñ u m làm ngăn c n s b c hơi c a nư c, thì nư c trong cây s thoát ra ngoài dư i d ng gi t nư c t l i trên mép lá. c. L i ích c a s thoát nư c qua lá - Nh s ph i h p gi a áp su t r và s c hút nư c c a tán lá, và s c k t dính gi a các phân t nư c, nư c l y t ñ t m i có th theo thân lên lá, là nơi nư c c n cho s quang h p. - Lá h p th g n 75% ánh sáng m t tr i chi u lên lá, nhưng ch có 3% là th c s ñư c dùng cho quang h p. Ph n còn l i bi n thành nhi t năng, làm lá nóng lên r t nhanh. M i lít nư c b c hơi trên m t lá s l y ñi 540kcal, nh ñó mà lá không b ñ t nóng ngoài n ng và kh i b khô héo. - Khi nư c b c hơi qua lá làm cho các dung d ch loãng t r lên tr thành ñ m ñ c hơn và ch t h u cơ d ñư c t ng h p hơn, cũng như làm cho các dung d ch ch t h u cơ do lá quang h p cô ñ c hơn. B. S dinh dư ng khoáng Khi quang h p, v i các nguyên li u là H2O và CO2, cây ch t ng h p ñư c các gluxit là ch y u. Mu n t ng h p ñư c prôtêin và axit nuclêic, cây c n l y thêm các nguyên t : nitơ (dư i d ng nitrat và amôn), phôtpho (dư i d ng các phôtphat), kali, s t, lưu huỳnh, magiê...Ngoài ra, cây còn c n m t lư ng r t ít các nguyên t bo, mangan, ñ ng, k m, môlipñen, côban, natri và clo (dư i d ng clorit)... ðó là các nguyên t vi lư ng.Thi u các ch t k trên, cây s không phát tri n bình thư ng. Ví d , thi u canxi, cây v n xanh, nhưng lá bi n d ng; thi u magiê lá úa vàng; thi u phôtpho lá chóng già và d úa vàng; thi u lưu huỳnh, lá non cũng úa vàng, n u thi u 3 ch t quan tr ng nh t là nitơ (ñ m), phôtpho (lân) và kali, cây có th ch t. T t c các ch t cây c n, ñ u do r l y t ñ t, dư i d ng hoà tan trong nư c. C. S dinh dư ng nitơ Trong ch t s ng c a cây, thành ph n quan tr ng nh t là các prôtêin. Trong ñ t, các h p ch t ch a nitơ t n t i ch y u dư i d ng “mùn”, g m lá r ng, xác th c v t, ñ ng v t và các ch t th i c a sinh v t. Ph n ch a nitơ c a mùn, nh vi sinh v t trong ñ t, thư ng ph i qua 3 bi n ñ i trư c khi cây h p th . Ví d , urê ñư c bi n ñ i thành amôniac: CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 → CO2 + H2O + 2NH3 Amôniac ñư c ôxi hoá thành axit nitrơ Axit nitrơ g p các bazơ trong ñ t, s thành các nitrit. Cu i cùng, nitrit thành nitrat, là d ng mà cây h p th ñư c
QUANG H P A. Ch t di p l c Cây xanh quang h p ñư c là nh ch t di p l c ch a trong các l c l p c a t bào, ch y u là lá. L c l p là nh ng th hình c u ho c hình tr ng, ñư ng kính 4 – 6µm, màng có 3 l p. L c l p ch a 1 ch t gi ng như th ch g i là strôma hay ch t n n, trong ñó ngâm r t nhi u túi d t x p ch ng lên nhau, g i là grana. Các h t di p l c ñ u dính bên ngoài các túi c a grana.V c u trúc, di p l c gi ng huy t c u ñ trong máu ñ ng v t, ch khác là trung tâm di p l c là nguyên t magie ñã thay cho s t. Lá cây xanh ñư c chi u sáng 4 – 5 gi tr lên, s t ng h p ñư c tinh b t. Có th phát hi n tinh b t b ng cách ñun sôi lá trong c n, ñ còn hoà tan di p l c và làm lá m t màu. R a s ch lá r i ngâm trong nư c iôt; iôt s nhu m xanh tinh b t. Lá xanh ñ lâu trong t i s m t màu d n, do di p l c b phân hu nên cũng m t luôn kh năng quang h p. B. Cơ ch quang h p Quang h p là m t chu i dài ph n ng ph c t p, có th tóm t t m t cách t ng quát như sau: 6CO2 + 6H2O + năng lư ng ánh sáng → C6H12O6 + 6O2 Như v y là nh l y NLAS (kho ng 674kcal), cây ñã t ng h p ñư c 1 phân t glucô t 6 phân t H2O và 6 phân t CO2. Th c ra quá trình quang h p g m 2 chu i ph n ng: ph n ng sáng, x y ra trong grana và ph n ng t i, x y ra trong strôma. 1. Chu i ph n ng sáng (c n ánh sáng và nư c) Năng lư ng ánh sáng làm m t s ñi n t c a di p l c b b t ra kh i quĩ ñ o quen thu c, ñ b t ñ u m t chu i di chuy n qua m t lo t ch t truy n ñi n t . S di chuy n ñó s t o th năng (cũng như m t v t n ng ñư c nâng cao s ñ t kh năng rơi xu ng và t o công). M t ph n th năng ñư c dùng ñ t ng h p các phân t ATP.Các ñi n t b b t ra kh i di p l c m t cách liên t c, ñư c l n lư t thay th b ng các ñi n t l y t nư c ñã b ánh sáng “quang phân”. 2. Chu i ph n ng t i ( c n khí CO2) ðó là các “ph n ng enzim” nh m s d ng năng lư ngdo ATP cung c p ñ t ng h p glucô (ho c tinh b t) t CO2 l y trong khí tr i qua m t chu trình g i là “chu trình Canvin”. C. Các y u t nh hư ng t i s quang h p 1. Ánh sáng Cây xanh ñ t ch t i trên 5 gi , lá s không b nhu m xanh b i nư c iôt, vì s quang h p ng ng l i do thi u ánh sáng, ch t di p l c b hu .Cây xanh ti n hành quang h p m nh nh t lúc ñư c chi u các b c x ñ (là nh ng tia cây hút ñư c nhi u nh t và giàu năng lư ng nh t). Thư ng bu i sáng s m và chi u, ánh sáng giàu tia ñ hơn, còn bu i trưa t l các b c x bư c sóng ng n (tia xanh tím) tăng hơn 2. Hàm lư ng CO2 không khí Cư ng ñ quang h p tăng khi hàm lư ng CO2 trong không khí tăng. 3. Nhi t ñ Nhi t ñ không khí tăng 10oC, ph n ng quang h p (tính b ng mm3 CO2 h p th ) s tăng g p ñôi. Nhi t ñ thích h p cho quang h p là 25 – 30oC. N u nhi t ñ lên quá 46 – 50oC, quang h p s gi m r i ng ng h n. D. K t qu c a s quang h p Ngoài sáng, nh quang h p mà lư ng ch t h u cơ ñư c ch t o trong lá cây xanh nhi u g p 20 l n nhu c u c a cây trong th i gian ñó.Ngư c l i, ban ñêm, cũng như trong mùa ñông giá rét, nhu c u dinh dư ng c a cây vư t kh năng quang h p. Vì v y, cây ph i d tr ch t nuôi dư ng ñ s ng qua các th i kỳ quang h p y u. Ch t d tr tích t trong lá, thân và nh t là r . M t ph n glucô ñư c t o thành s ñư c chuy n ngay t i các b ph n khác c a c ytong m ch rây. Còn ph n l n glucô t o ra trong quang h p không chuy n ñi k p, ñư c chuy n hoá thành tinh b t và t m d tr trong lá, sau ñó bi n ñ i tr l i thành glucô ñ chuy n theo các m ch rây xu ng thân và r , v i v n t c trung bình 100cm/h. ð n r , glucô l i ñư c chuy n thành tinh b t ñ d tr .Quang h p không ch l i cho cây mà còn nh quang h p, lư ng O2 và CO2 c a trái ñ t cũng ñư c n ñ nh. HOÁ T NG H P 1. Vi khu n chuy n hoá các h p ch t nitơ ðây là nhóm ñông nh t, g m 3 lo i ch y u: - Các vi khu n phân gi i ch t mùn trong ñ t (xác th c v t, ñ ng v t và s n ph m th i lo i c a chúng) thành amôniac. - Các vi khu n nitrit hoá, như vi khu n Nitrôzômônat, ôxi hoá amôniac thành axit nitrơ ñ l y năng lư ng: 2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + 158kcal Axit nitrơ g p các bazơ trong ñ t s cho các mu i nitrit - Các vi khu n nitrat hoá, như Nitrôbacte, ôxi hoá nitrit thành các mu i nitrat hoà tan, là d ng th c v t có th h p th ñư c NaNO2 + ½O2 → NaNO3 + 38 kcal Nh ho t ñ ng n i ti p c a 3 lo i vi khu n này,các h p ch t nitơ ph c t p trong ñ t ñã bi n ñ i thành các mu i nitrat hoà tan mà r cây có th h p th ñư c ñ ch t o các axit amin.ð phì nhiêu c a ñ t tăng m t ph n nh ho t ñ ng c a nhóm vi khu n này. 2. Vi khu n chuy n hoá các h p ch t ch a s t: Vi khu n s t Vi khu n s t l y năng lư ng t ph n ng ôxi hoá s t hoá tr II thành s t hoá tr III. 3. Vi khu n chuy n hoá các h p ch t lưu huỳnh: Vi khu n lưu huỳnh Vi khu n lưu huỳnh ôxi hoá sunfua hiñrô thành axit sunfuric, r i thành các mu i sunfat. 2H2S + O2 → 2H2O + 2S + 115 kcal 2S + 2H2O + 3O2 → 2H2SO4
HÔ H P CÂY XANH VÀ S LÊN MEN VI SINH V T Y M KHÍ HÔ H P CÂY XANH S trao ñ i khí cây xanh (cũng như ñ ng v t) là k t qu c a các quá trình chuy n hoá, thu O2 và th i CO2, x y ra trong các t bào, g i chung là hô h p trong hay hô h p n i bào. 1. Cơ ch hô h p Hô h p n i bào là m t chu i ph n ng ph c t p th c hi n ñư c nh vai trò xúc tác c a m t lo i enzim g i là enzim hô h p. Các ch t h u cơ tham gia các ph n ng hô h p, ch y u là glucô, s m t ñi nhi u phân t CO2 (v sau b th i ra kh i cơ th ) và nhi u nguyên t hiñrô. Th c ch t c a các ph n ng hô h plà vi c chuy n các nguyên t hiñrô y t nh ng phân t g i là ch t cho hiñrô sang nh ng phân t g i là ch t nh n hiñrô. Sau m t chu i dài ph n ng cho và nh n hiñrô, nguyên t H s ñư c chuy n dư i d ng ion ñ n ch t nh n H cu i cùng là O2 trong ph n ng sinh ra nư c. 2. Tương quan gi a hô h p và quang h p - Chu i ph n ng ph c t p c a quang h p có th tóm t t trong ph n ng t ng quát: 6CO2 + 6H2O + 674kcal → C6H12O6 + 6O2 - Chu i ph n ng ph c t p c a hô h p có th tóm t t trong ph n ng: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 674kcal Như v y, quá trình hô h p và quá trình quang h p là 2 quá trình ngư c chi u nhau. ði m khác nhau n a là quang h p thì thu ñư c 674kcal quang năng, còn hô h p thì tr l i 674kcal (trên th c t ch tr l i kho ng 365 kcal) hoá năng dư i d ng ATP ñ dùng cho các ho t ñ ng s ng khác M t ph n hoá năng to ra ngoài dư i d ng nhi t năng. S to nhi t d nh n th y các h t ñang n y m m (nóng hơn xung quanh vài ñ ). Tóm l i, hô h p ñã chuy n hoá quang năng do cây xanh tích lu dư i d ng hoá năng trong gluxit thành m t d ng hoá năng d s d ng hơn và ph c p trong toàn sinh gi i, là ATP. S LÊN MEN VI SINH V T Y M KHÍ Trong quá trình hô h p c a cây xanh, nguyên li u là glucô và c n có O2 m i chuy n hoá ñư c ñ sinh năng lư ng c n cho s s ng (hi u khí). Trong quá trình lên men c a m t s vi sinh v t, nguyên li u cũng là glucô, nhưng không c n O2 v n chuy n hoá ñư c ñ sinh năng lư ng (y m khí hay k khí). Ta thư ng chia chúng làm 3 nhóm: vi sinh v t lên men th i, vi sinh v t lên men rư u và vi sinh v t lên men lactic (hay lên men chua). Dư i ñây, ta ch xét quá trình lên men rư u và lên men lactic. 1. Quá trình lên men rư u Có m t nhóm vi sinh v t gây s lên men rư u t ñư ng. Khi có ñ ôxi, vi sinh v t ôxi hoá glucô thành CO2 và H2O như trong hô h p, nh ñó, thu ñư c nhi u năng lư ng ñ ñ y m nh s t ng h p ch t s ng. Trái l i, khi thi u ôxi (trong môi trư ng y m khí) vi sinh v t ch chuy n hoá ñư ng thành rư u êtylic và CO2 theo phương trình t ng quát: C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH + 25kcal (rư u) Năng lư ng thu ñư c ch b ng 1/20 so v i ôxi hoá ñư ng. T lâu loài ngư i ñã bi t l i d ng kh năng này c a vi sinh v t ñ lên men rư u ñ rư u t nhi u d ch ng t c a trái cây. 2. Quá trình lên men lactic M t nhóm vi sinh v t khác có th chuy n hoá glucô thành 2 phân t axit lactic trong ñi u ki n y m khí và gi i phóng 38kcal. Loài ngư i ñã s d ng nhóm vi sinh v t này ñ làm dưa chua.