Kiến thức về Trao đổi chất và năng lượng sinh học

Mỗi cơ thể sống đều tồn tại trong môi trường và liên hệ mật thiết với môi trường đó. Hiện tượng cơ thể lấy một số chất từ môi trường kiến tạo nên sinh chất của mình và thải ra ngoài những chất cặn bã được gọi là sự trao đổi chất. Sự trao đổi chất ở giới vô sinh khác với giới hữu sinh. Ở giới vô sinh, trao đổi chất làm cho các chất hữu cơ và vô cơ bị phân huỷ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kiến thức về Trao đổi chất và năng lượng sinh học Trao đổi chất vànăng lượng sinh họcChương 1 Trao đổi chất và năng lượng sinh học 1.1. Khái niệm chung về trao đổi chất Mỗi cơ thể sống đều tồn tại trong môi trường và liên hệ mật thiết vớimôi trường đó. Hiện tượng cơ thể lấy một số chất từ môi trường kiến tạonên sinh chất của mình và thải ra ngoài những chất cặn bã được gọi là sựtrao đổi chất. Sự trao đổi chất ở giới vô sinh khác với giới hữu sinh. Ở giới vôsinh, trao đổi chất làm cho các chất hữu cơ và vô cơ bị phân huỷ. Ví dụ, đávôi (canxi carbonate) bị xói mòn vì H2CO3 có trong nước tác dụng với đávôi thành canxi bicarbonate, mỡ bị ôi hoá thành một số chất khác là do tácdụng với oxy. Ở thế giới sinh vật, mỗi cơ thể sống luôn luôn trao đổi chất với môitrường, lấy thức ăn vào chuyển hoá thành các chất sử dụng cho cơ thể vàthải ra ngoài các chất cặn bã. Quá trình đó được thực hiện là do các biếnđổi hoá học liên tục xảy ra trong cơ thể. Toàn bộ các biến đổi hoá học đóđược gọi là sự trao đổi chất. Quá trình trao đổi chất gồm nhiều khâu chuyển hoá trung gian. Mỗichuyển hoá là một mắt xích của một trong hai quá trình cơ bản: đồng hoávà dị hoá. Đồng hoá và dị hoá là hai quá trình đối lập, nhưng lại thống nhất vớinhau trong một cơ thể: chúng xảy ra đồng thời và liên quan mật thiết vớinhau. Các chất được tổng hợp nên trong quá trình đồng hoá là nguyên liệucho qúa trình dị hoá (ví dụ gluxit là sản phẩm của quá trình quang hợp, lànguyên liệu cho qúa trình hô hấp). Năng lượng giải phóng ra trong quátrình dị hoá được sử dụng một phần cho quá trình tổng hợp. 1.2 Năng lượng sinh học Hệ thống sống cần năng lượng để chuyển động, lớn lên, tổng hợpcác phân tử sinh học, sự vận chuyển ion và phân tử qua màng. Tất cả đòihỏi năng lượng đưa vào. Các cơ thể lấy năng lượng từ môi trường sống và sử dụng nănglượng đó để thực hiện các quá trình sống có hiệu quả. Để nghiên cứu năng lượng sinh học đòi hỏi phải có hiểu biết vềnhiệt động học, một số định luật, nguyên lý mô tả nguồn, trao đổi nhiệt,năng lượng và vật chất trong hệ thống nghiên cứu. 1 Nhiệt động học cho chúng ta xác định quá trình hoá học và phản ứngcó thể tự xảy ra hay không. Mặc dù nhiệt động học là khái niệm phức tạp, nhưng nó dựa trên bađịnh luật tương đối đơn giản và dễ hiểu. Một vài nguyên lý của nhiệt động học cơ bản được đưa ra trongchương này bao gồm phân tích nguồn nhiệt, sản sinh entropy, hàm nănglượng tự do và mối liên quan giữa entropy và thông tin. Chương này cũng đề cập đến ATP và những hợp chất cao năngkhác. Khái niệm về nhiệt động học cơ bản Bất kỳ một sự quan tâm nào của nhiệt động học phải phân biệt giữahệ thống và môi trường. Hệ thống là một phần của vũ trụ mà chúng ta quan tâm, trong khi đómôi trường là gồm tất cả những gì còn lại. Có ba trạng thái cơ bản: hệthống cô lập, hệ thống đóng và hệ thống mở. Hệ thống cô lập: Không có sự trao đổi chất và năng lượng với môitrường. Hệ thống đóng: Có trao đổi năng lượng, nhưng không có trao đổichất với môi trường. Hệ thống mở: Có trao đổi chất và năng lượng với môi trường. Cơ thể sống là hệ thống mở điển hình mà trao đổi chất (dinh dưỡngvà sản phẩm thải ra) và năng lượng (nhiệt từ trao đổi chất) với môi trường. Định luật 1: Nhiệt, công và các dạng năng lượng khác Trước đây trong sự phát triển của nhiệt động học người ta cho rằngnhiệt độ có thể biến đổi thành những dạng năng lượng khác và hơn nữa tấtcả các dạng năng lượng một cách cơ bản có thể biến đổi thành một sốdạng khác. Định luật 1 nói rằng: tổng năng lượng của một hệ thống cô lập làkhông thay đổi. Các nhà nhiệt động học đã mô phỏng thành một hàm toán học đểnghiên cứu sự biến đổi nhiệt và sử dụng công trong những hệ thống nhiệtđộng học. Hàm này được gọi là năng lượng nội năng, thường ký hiệu là Ehoặc U. Năng lượng này chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại của một hệthống và vì vậy được coi là hàm trạng thái. Năng lượng nội năng khôngphụ thuộc vào hệ thống xảy ra như thế nào và vì vậy không phụ thuộc vàođường hướng. Một cách mở rộng suy nghĩ này là chúng ta có thể thay đổihệ thống bằng bất cứ con đường nào và cho đến khi nào hệ thống trở vềtrạng thái ban đầu năng lượng nội năng sẽ không thay đổi. 2 Năng lượng nội năng, E của bất kỳ hệ thống nào có thể thay đổi nếunguồn năng lượng vào hoặc ra khỏi hệ thống ở dạng nhiệt hoặc công chobất kỳ qúa trình nào biến đổi một trạng thái (1) sang một trạng thái khác(2) thay đổi năng lượng nội năng là: ΔE = E2 - E1 = q + w (1.1) q là lượng nhiệt được hệ thống hấp thụ từ môi trường w là công thực hiện trên hệ thống do môi trường Công cơ học được định nghĩa là sự chuyển động từ chỗ này đến chỗ ...