Khái Quát Về Trao Đổi Chất Và Chuyển Hoá Năng Lượng
Vai trò, 4 dấu hiệu đặc trưng, 3 giai đoạn chuyển hoá năng lượng và phương thức tự dưỡng – dị dưỡng
Mọi sinh vật, từ vi khuẩn nhỏ bé đến cây cổ thụ hay con người, đều phải liên tục thực hiện trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng với môi trường. Đây chính là điều kiện tiên quyết giúp cơ thể tồn tại, sinh trưởng và phát triển.
▸ Hai nhiệm vụ chính
Cơ thể sinh vật liên tục lấy các chất từ môi trường bên ngoài (nước, khoáng chất, khí, chất dinh dưỡng…) để thực hiện hai nhiệm vụ:
- Tạo ra chất sống, xây dựng tế bào, mô và các cơ quan.
- Tích luỹ và giải phóng năng lượng phục vụ cho mọi hoạt động sống: vận động, sinh sản, cảm ứng, sinh trưởng, phát triển.
▸ Hậu quả khi trao đổi chất bị gián đoạn
Trong quá trình chuyển hoá, cơ thể tạo ra các chất thải, chất độc hại hoặc chất dư thừa. Những chất này bắt buộc phải được đào thải ra môi trường. Nếu tích tụ lại, chúng sẽ gây rối loạn nghiêm trọng các hoạt động sống, thậm chí dẫn đến tử vong. Tương tự, nếu không lấy đủ chất cần thiết, sinh vật cũng không thể tồn tại.
Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở sinh vật được nhận biết qua 4 dấu hiệu đặc trưng sau:
▸ Dấu hiệu 1 – Thu nhận và vận chuyển các chất
• Lá hấp thụ $CO_2$ từ không khí và năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ (quang hợp).
• Mạch gỗ: vận chuyển nước + khoáng từ rễ lên lá.
• Mạch rây: vận chuyển chất hữu cơ từ lá đến các bộ phận.
• Hệ hô hấp: lấy $O_2$ từ không khí.
• Hệ tuần hoàn: vận chuyển chất dinh dưỡng và $O_2$ đến từng tế bào trong cơ thể.
▸ Dấu hiệu 2 – Biến đổi các chất kèm chuyển hoá năng lượng
Khi các chất từ môi trường được vận chuyển đến tế bào, chúng tham gia vào hai quá trình ngược chiều nhau:
| Đồng hoá | Dị hoá |
|---|---|
| Tổng hợp chất hữu cơ phức tạp từ những chất đơn giản hơn. → TÍCH LUỸ năng lượng vào liên kết hoá học. |
Phân giải chất hữu cơ phức tạp thành chất đơn giản hơn. → GIẢI PHÓNG năng lượng từ liên kết hoá học. |
▸ Dấu hiệu 3 – Thải các chất ra môi trường
Những chất cơ thể không sử dụng được, các chất dư thừa hay chất độc hại sinh ra từ chuyển hoá đều được đào thải ra môi trường bên ngoài qua các cơ quan bài tiết (rễ, lá ở thực vật; hệ bài tiết, hệ hô hấp ở động vật).
▸ Dấu hiệu 4 – Điều hoà
Quá trình trao đổi chất luôn được điều chỉnh phù hợp với nhu cầu của cơ thể, không diễn ra tự phát.
- Ở thực vật: điều hoà bằng các hormone thực vật (ví dụ: abscisic acid điều hoà khi cây gặp khô hạn).
- Ở động vật: phức tạp hơn — điều hoà bằng cả hormone và hệ thần kinh.
Quá trình chuyển hoá năng lượng trong sinh giới diễn ra qua 3 giai đoạn nối tiếp nhau, bắt đầu từ năng lượng ánh sáng mặt trời.
▸ Giai đoạn 1 – Tổng hợp
Nguồn năng lượng khởi đầu cho toàn bộ sinh giới là năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng). Chất diệp lục trong lá cây xanh thu nhận quang năng để tổng hợp chất hữu cơ từ $CO_2$ và $H_2O$.
- Cây xanh đã biến đổi quang năng → hoá năng và tích luỹ trong liên kết hoá học của phân tử hữu cơ.
- Đây là lý do vì sao sinh vật quang tự dưỡng đóng vai trò nền tảng trong sinh giới.
- Động vật không có khả năng nhận năng lượng trực tiếp từ ánh sáng → phải lấy hoá năng có sẵn trong thức ăn.
▸ Giai đoạn 2 – Phân giải
Năng lượng trong liên kết hoá học tồn tại ở dạng thế năng. Thông qua hô hấp tế bào, thế năng được biến đổi thành động năng.
▸ Giai đoạn 3 – Huy động năng lượng
Năng lượng từ hô hấp tế bào (chủ yếu là ATP) được dùng cho mọi hoạt động sống: tổng hợp chất sống mới, vận động cơ học, sinh sản, cảm ứng, sinh trưởng…
- Khi cần năng lượng → liên kết giữa các gốc phosphate trong ATP bị phá vỡ để giải phóng năng lượng.
- Cuối cùng, tất cả các dạng năng lượng đều chuyển thành nhiệt năng và toả ra môi trường.
▸ Quá trình diễn ra như thế nào?
| Bước | Diễn biến |
|---|---|
| ① Lấy vào | Cơ thể lấy chất dinh dưỡng, $O_2$ từ môi trường. |
| ② Vận chuyển | Chất dinh dưỡng được vận chuyển đến từng tế bào. |
| ③ Đồng hoá ở tế bào | Tổng hợp chất hữu cơ xây dựng cơ thể + dự trữ năng lượng. |
| ④ Dị hoá ở tế bào | Phân giải chất hữu cơ → giải phóng năng lượng cho hoạt động sống. |
| ⑤ Thải chất thải | Chất thải từ dị hoá ở tế bào → đưa ra ngoài qua các cơ quan bài tiết. |
▸ Bảng so sánh chất trao đổi ở thực vật và động vật
| Đối tượng | Chất lấy vào | Chất thải ra |
|---|---|---|
| 🌿 Thực vật | $H_2O$, chất khoáng, $CO_2$, $O_2$ | $H_2O$, $O_2$ (quang hợp), $CO_2$ (hô hấp) |
| 🐾 Động vật | Thức ăn, $H_2O$, $O_2$ | Phân, nước tiểu, $CO_2$ |
Sinh vật có 2 phương thức trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng:
▸ Tự dưỡng
Sinh vật tự dưỡng là những sinh vật có khả năng tự tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản. Chia thành 2 loại:
| Loại | Nguồn năng lượng | Đại diện |
|---|---|---|
| Quang tự dưỡng | Năng lượng ÁNH SÁNG (quang năng) Nguyên liệu: $CO_2$, $H_2O$ | Thực vật, tảo, vi khuẩn lam |
| Hoá tự dưỡng | Năng lượng từ oxy hoá chất vô cơ ($H_2S$, $NO_2^-$, $NH_4^+$) | Một số vi khuẩn |
• Cung cấp khí $O_2$ đảm bảo cho hô hấp của hầu hết sinh vật trên Trái Đất.
• Cung cấp thức ăn, nơi ở, nơi sinh sản cho động vật.
• Điều hoà khí hậu bằng cách tạo ra nhiệt độ và độ ẩm thuận lợi.
▸ Dị dưỡng
Sinh vật dị dưỡng là những sinh vật không có khả năng tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ. Chúng phải lấy chất hữu cơ có sẵn từ sinh vật tự dưỡng hoặc từ động vật khác.
| Phân loại | Đặc điểm | Đại diện |
|---|---|---|
| Sinh vật tiêu thụ | Lấy chất hữu cơ bằng cách ăn các sinh vật khác | Động vật |
| Sinh vật phân giải | Sử dụng xác sinh vật khác làm nguồn dinh dưỡng | Nấm, nhiều loại vi khuẩn |
Để xem lý thuyết đầy đủ với sơ đồ tư duy, các sai lầm thường gặp, mẹo ghi nhớ và phương pháp giải đầy đủ các dạng bài tập, hãy đọc bài viết bên dưới:
Toàn bộ lý thuyết, sơ đồ tư duy, các sai lầm thường gặp, phương pháp giải bài tập và mẹo ghi nhớ.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Luyện tập Bài 1 – Trao đổi chất!
25 câu: 20 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú