BÀI 13

KHÁI QUÁT VỀ CHUYỂN HÓA
VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Hoạt động vận động như các cầu thủ
bóng đá trong hình bên cần tiêu tốn
rất nhiều năng lượng. Vậy nguồn
năng lượng đó đã được lấy từ đâu và
chuyển đổi thành dạng nào để tế bào
và cơ thể có thể sử dụng ngay khi cần
thiết như vậy?

I. KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG
VÀ SỰ CHUYỂN HÓA

II. ENZYME

I. KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ
CHUYỂN HÓA

1. Các dạng năng lượng trong tế bào

Năng lượng là khả năng sinh công hay khả
năng tạo nên sự chuyển động của vật chất

1. Các dạng năng lượng trong tế bào
NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO

ĐỘNG NĂNG

THẾ NĂNG

ĐỘNG NĂNG
Năng lượng làm vật di chuyển hay thay đổi trạng thái

Sự co cơ

Nhiệt độ cơ thể

Xung thần kinh

Cơ năng

Nhiệt năng

Điện năng

THẾ NĂNG
Năng lượng tiềm ẩn do vị trí hoặc trạng thái của vật chất tạo ra

Năng lượng trong
các liên kết hóa học

Chênh lệch điện thế
và nồng độ các
chất

Câu hỏi

Kể tên các dạng năng lượng tồn tại trong
tế bào sinh vật?

Trả lời
Một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật là:
- Động năng: nhiệt năng, cơ năng, điện năng.
- Thế năng: năng lượng trong các liên kết hóa học, sự
chênh lệch về điện thế và nồng độ các chất giữa bên
trong và bên ngoài tế bào.

2. ATP- “đồng tiền” năng lượng của tế bào

ATP
Adenosine triphosphate
Nguồn năng lượng phổ biến cho các
phản ứng hóa học tồn tại trong phân tử

2. ATP- “đồng tiền” năng lượng của tế bào

Hoạt động
của ATP

Năng lượng được dữ trữ ở các liên kết hóa học

Pin sạc

ATP
Trong tế bào, ATP thường xuyên được sinh ra và được
sử dụng cho mọi hoạt động sống của tế bào (tổng hợp
và vận chuyển các chất, co cơ,…)

ATP là đồng tiền năng lượng của tế bào

Phân tử adenine

ATP

Phân tử đường Ribose

3 gốc phosphate

Liên kết giữa các
gốc phosphate
Giải phóng năng lượng

ATP
Liên kết ngoài cùng bị
phá vỡ

ADP
Adenosine diphosphate

AMP
Cả 2 liên kết cao
năng đều bị phá vỡ

Giải phóng năng lượng
gấp đôi

Adenosine monophosphate

Câu hỏi
Đọc thông tin mục 1.2 kết hợp quan sát hình
13.1, nêu cấu tạo và chức năng của ATP. Phân
tử ATP mang năng lượng loại nào? Vì sao nói
ATP là đồng tiền năng lượng của tế bào?

Trả lời
Cấu tạo ATP:
ATP gồm 3 thành phần cơ bản là:
- Phân tử adenine: một cấu trúc vòng bao gồm các nguyên tử C, H và N.
- Phân tử đường ribose: một phân tử đường có 5 Carbon.
- Phần đuôi với 3 gốc phosphate. Khi liên kết giữa các gốc phosphate bị
phá vỡ sẽ giải phóng năng lượng.
Chức năng của ATP:
ATP dự trữ năng lượng ngắn hạn để cung cấp cho các hoạt động sống
của tế bào ngay khi cần. Các hoạt động sống cần năng lượng ATP như:
- Tổng hợp nên các chất hóa học mới cần thiết cho tế bào
- Vận chuyển các chất qua màng
- Sinh công cơ học
ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào bởi vì:
- ATP có các liên kết phosphate cao năng dễ bị phá vỡ để giải phóng năng
lượng → Điều đó giúp ATP đáp ứng được việc cung cấp năng lượng một
cách nhanh chóng, kịp thời cho tế bào.
- Trong tế bào, ATP thường xuyên được sinh ra và ngay lập tức được sử
dụng cho mọi hoạt động sống của tế bào như tổng hợp và vận chuyển
các chất, co cơ,…

3. Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào
Chuyển hóa vật chất
Là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào làm chuyển đổi chất
này thành chất khác

Chuyển hóa năng lượng
Là sự chuyển đổi của năng lượng từ dạng này sang dạng khác và luôn tuân theo các
quy luật vật lí cơ bản về nhiệt động học

3. Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào

Chuyển
hóa vật
chất

Chuyển
hóa năng
lượng

ATP
Năng lượng thay đổi

Thành phần cấu trúc
thay đổi

Các phản ứng hóa học trong tế bào và cơ
thể sống cũng luôn có sự biến đổi về vật
chất kèm theo biến đổi về năng lượng
PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Tổng hợp

Phân giải

Đọc thông tin mục 1.3 và cho biết thế nào là chuyển hóa
năng lượng trong tế bào. Vì sao nói chuyển hóa vật chất
luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng?

- Chuyển hóa năng lượng là sự chuyển đổi của năng lượng từ dạng này sang dạng khác
và luôn tuân theo các quy luật vật lí cơ bản về nhiệt động học.
- Quá trình chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với sự chuyển đổi năng lượng là bởi vì:
+ Trong tế bào, năng lượng được tích lũy chủ yếu trong các liên kết hóa học của các
chất (vật chất). Khi năng lượng thay đổi thì thành phần cấu trúc của vật chất cũng thay
đổi và ngược lại.
+ Các phản ứng hóa học trong tế bào và cơ thể cũng luôn có sự biến đổi về vật chất kèm
theo sự biến đổi về năng lượng. Các phản ứng chuyển hóa vật chất trong có thể gồm:
tổng hợp và phân giải: đồng hóa và dị hóa

II. ENZYME
1. Khái niệm, cấu trúc và cơ chế hoạt
động của enzyme
Là chất xúc tác sinh học được tổng
hợp trong tế bào sống, có tác dụng
làm tang tốc độ phản ứng trong điều
kiện sinh lí bình thường của cơ thể,
không bị biến đổi sau phản ứng

Fe2+

Cu2+

ENZYME

Mg2+

PROTEIN

Ion kim loại

Heme

Biotin
FAD
NAD

Các phân tử
hữu cơ

Vitamin

Mỗi enzyme thường có
một trung tâm hoạt động
và thường chỉ liên kết với
một hay một số chất có
cấu hình không gian
tương ứng và chỉ xúc tác
cho một hoặc một nhóm
phản ứng nhất định

2. Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa

Tổng năng lượng

Năng lượng hoạt hóa khi
không có enzyme xúc tác

Chất A

Năng lượng hoạt hóa khi có
enzyme xúc tác
Chất B

Enzyme có chức năng
xúc tác
Enzyme làm giảm năng
lượng hoạt hóa cần thiết
cho các phản ứng xảy ra
xuống mức thấp

Chất C

Tăng tốc độ phản ứng
Tiến trình phản ứng

Đọc thông tin mục II.1,2, kết
hợp quan sát hình 13.2 và cho
biết enzyme là gì, nêu cấu trúc,
cơ chế tác động và vai trò của
enzyme trong quá trình chuyển
hóa năng lượng?

Trả lời
- Enzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng
tốc độ phản ứng trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể nhưng không bị biến đổi sau
phản ứng.
- Cấu trúc của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
⮚ Thành phần enzyme có thể là protein hoặc protein kết hợp với cofactor (ion kim loại như
Fe2+, Mg2+, Cu2+) , các phân tử hữu cơ (nhân heme, biotin, FAD, NAD, các vitamin).
⮚ Mỗi enzyme thường có một trung tâm hoạt động, là một vùng cấu trúc không gian đặc biệt
có khả năng liên kết đặc hiệu với cơ chất.
- Quá trình enzyme tác động tới cơ chất tạo thành sản phẩm là chuỗi biến đổi liên tục.
Trải qua 3 giai đoạn:
⮚ Enzyme kết hợp với cơ chất sự liên kết đặc hiệu (trung tâm hoạt động của enzyme có cấu
hình không gian phù hợp với cơ chất) tạo nên phức hợp enzyme – cơ chất.
⮚ Enzyme xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất: Cơ chất bị biến đổi để tạo thành sản phẩm
dưới sự xúc tác của enzyme.
⮚ Sản phẩm được tạo thành tách khỏi enzyme: Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành
sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu.

Trả lời
- Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
⮚ Xúc tác phản ứng sinh hóa trong điều kiện nhiệt độ, áp suất, độ pH bình
thường của tế bào và cơ thể.
⮚ Làm giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết cho các phản ứng xảy ra xuống
mức độ thấp, nhờ đó làm tăng tốc độ phản ứng lên nhiều lần.
→ Nếu tế bào không có các enzyme thì không thể duy trì các hoạt động sống.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

Hoạt tính enzyme chỉ tốc độ
phản ứng xúc tác bởi enzyme và
được đo bằng lượng cơ chất bị
chuyển đổi trong một phút ở
những điều kiện tiêu chuẩn

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

Nồng độ enzyme
và cơ chất

Nhiệt độ

ENZYME
Độ PH

Chất điều hòa
enzyme

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme
a) Nồng độ enzyme và cơ chất
Nồng độ cơ
chất không đổi

ENZYME

Hiệu suất của
phản ứng

Hiệu suất chỉ đạt ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử
dụng tối đa lượng cơ chất

Nồng độ
cơ chất

Lượng
ENZYME
không đổi

Hiệu suất của
phản ứng

Ánh sáng
(Đơn vị ánh sáng tương đối)

5 * 105
4 * 105

Ví dụ

3 * 105

Khi phân tử D-luciferin bị phân
hủy do sự xúc tác của enzyme
luciferase với nguồn năng lượng
cung cấp từ ATP sẽ giải phóng ra
năng lượng dạng ánh sáng. Khi
thay đổi lượng D-luciferin, giữ
nguyên lượng ATP và enzyme
thì lượng ánh sáng phát ra cũng
thay đổi

2 * 105
1 * 105

D- Luciferin (mM)

1

2

3

4

Hoạt tính của enzyme luciferase thay đổi theo
nồng độ cơ chất D- Luciferin

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme
b) Độ PH

Trypsin

Arginase

Hiệu suất phản ứng

Pepsin

PH

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Ảnh hưởng của PH tới hoạt tính của enzyme pepsin,
trypsin và arginase ở người

Mỗi loại enzyme
thường có khoảng
PH phù hợp nhất
để hoạt động hiệu
quả. Ngoài khoảng
PH này, enzyme có
thể bị giảm hoạt
tính hoặc bất hoạt

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

c) Nhiệt độ
Hiệu suất phản ứng

Mỗi loại enzyme chỉ
hoạt động hiệu quả
trong một khoảng
nhiệt độ nhất định.
Ngoài khoảng nhiệt
độ đó, hoạt tính
enzyme sẽ giảm
hoặc mất hoàn toàn

Trypsin bỏ
Trypsin cá tuyết

20 22

24

26

28 30

32 34

36

Nhiệt độ (oC)

38

40

42

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme

d) Chất điều hòa enzyme
Phân tử

Enzyme

Hoạt tính
Enzyme

Chất hoạt hóa
Phân tử

Enzyme
Chất ức chế

Hoạt tính
Enzyme

CÂU HỎI
Đọc thông tin mục II.3 và cho biết hoạt tính của
enzyme chịu ảnh hưởng của những yếu tố nào
và chúng có tác động như thế nào đến hoạt
tính của enzyme?

Trả lời
- Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố như
nồng độ enzyme và cơ chất, độ pH, nhiệt độ, chất điều hòa
enzyme.
- Tác động của các yếu tố đến hoạt tính của enzyme:
⮚  Nồng độ cơ chất: Với một lượng enzyme không đổi, nếu tăng
dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của
enzyme tăng dần, nhưng đến một lúc đó thì sự gia tăng về
nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính của enzyme
do lượng enzyme có trong môi trường đã hoạt động tối đa.
⮚ Nồng độ enzyme: Với một lượng cơ chất không đổi, khi nồng
độ enzyme càng cao thì hoạt tính của enzyme càng tăng
nhưng chỉ đạt ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử dụng tối
đa lượng cơ chất.

Trả lời
⮚ Độ pH: Mỗi enzyme có một pH thích hợp, ngoài khoảng pH
này enzyme có thể bị giảm hoạt tính hoặc bất hoạt.
⮚ Nhiệt độ: Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối ưu, tại đó enzyme có
hoạt tính tối đa làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất.
Ngoài khoảng nhiệt độ đó, hoạt tính enzyme sẽ giảm, thậm chí
mất hoàn toàn.
⮚ Chất điều hòa enzyme: Một số chất hóa học có thể ức chế sự
hoạt động của enzyme. Một số chất khác khi liên kết với
enzyme làm tăng hoạt tính của enzyme.

4. Điều hòa quá trình chuyển hóa vật
chất và năng lượng thông qua enzyme
Ức chế ngược

Enzyme
Tùy thuộc vào giai đoạn phát
triển, trạng thái của cơ thể
Tăng tốc độ phản ứng hóa
học trong cơ thể

4. Điều hòa quá trình chuyển hóa vật
chất và năng lượng thông qua enzyme

Ức chế ngược

Là một kiểu điều hòa, trong đó sản phẩm chuyển hóa được tạo ra
một khi đã đủ nhu cầu của tế bào, sẽ quay lại ức chế enzyme xúc tác
cho phản ứng ở đầu choổi chuyển hóa để dừng tổng hợp sản phẩm

Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa
vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của
enzyme bằng những yếu tố nào? Giải thích?

Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông
qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng những yếu tố:
- Điều chỉnh bằng các chất hoạt hóa (những loại phân tử khi liên
kết sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme) hoặc chất ức chế (những
loại phân tử khi liên kết sẽ làm giảm hoặc mất hoạt tính của
enzyme).
- Điều chỉnh bằng ức chế ngược: Ức chế ngược là kiểu điều hòa,
trong đó sản phẩm của con đường chuyển hóa khi đã đủ nhu cầu
của tế bào sẽ quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt
enzyme xúc tác cho phản ứng ở đầu con đường chuyển hóa để
dùng tổng hợp sản phẩm.

Giải thích vì sao khi tăng nhiệt độ lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một
enzyme thì hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính?

Hoạt tính
Enzyme

Khi nhiệt độ tăng lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzyme thì hoạt tính
của enzyme đó bị giảm hoặc bị mất hoàn toàn là do: Enzyme có bản chất là protein.
Mà protein là hợp chất dễ bị biến tính (biến đổi cấu trúc không gian) dưới tác động
của nhiệt độ cao. Khi cấu trúc không gian bị biến đổi, trung tâm hoạt động của
enzyme không thể liên kết với cơ chế khiến cho enzyme không thể xúc tác biến đổi
cơ chất - hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính.

Hoạt tính
Enzyme

KIẾN THỨC CỐT LÕI
Năng lượng trong tế bào tồn
tại ở nhiều dạng khác nhau
trong đó hóa năng là dạng
năng lượng chính được tích
lũy và sử dụng cho các hoạt
động sống của tế bào

Sự chuyển hóa năng lượng
trong tế bào là sự chuyển đổi
năng lượng từ dạng này sang
dạng khác và luôn đi kèm với
chuyển đổi vật chất

ATP được cấu tạo từ 3 thành
phần: phân tử adenine, đường
ribose, và 3 gốc phosphate. ATP
dự trữ năng lượng ngắn hạn để
cung cấp cho các hoạt động
sống của tế bào ngay khi cần

Enzyme là chất xúc tác sinh học
được tổng hợp trong các tế bào
sống, có tác dụng làm giảm năng
lượng hoạt hóa giúp các phản
ứng xảy ra được trong điều kiện
sinh lí bình thường của cơ thể

KIẾN THỨC CỐT LÕI

Mỗi enzyme thường có một trung
tâm hoạt động và thường chỉ liên
kết với một hay một số chất có
cấu hình không gian tương ứng
và chỉ xúc tác cho một hoặc một
nhóm phản ứng nhất định

Hoạt tính enzyme chịu ảnh
hưởng của một số yếu tố chủ yếu
như nhiệt độ, độ PH, nồng độ cơ
chất và nồng độ enzyme cũng
như các chất điều hòa enzyme

LUYỆN TẬP

Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phân tử ATP?

A

Phân tử ATP có cấu tạo từ 3 thành phần cơ bản:
adenine, đường deoxyribose và muối phosphate

B

Trong phân tử ATP, các gốc phosphate liên kết rất
chặt chẽ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị

C

Mỗi phân tử ATP có 3 gốc phosphate liên kết với
nhau tạo nên 3 liên kết cao năng

D

Mỗi phân tử ATP có 3 gốc phosphate liên kết với
nhau tạo nên 3 liên kết cao năng

Phân tích sự phù hợp giữa cấu tạo và chức
năng của ATP?
Tế bào nhân thực được chia thành nhiều xoang tách
biệt bởi hệ thống nội mạng và các bào quan có màng
bao bọc, điều này có ý nghĩa gì trong hoạt động của
enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế
bào? Giải thích?
Dựa vào thành phần cấu tạo và cơ chế điều hòa quá trình
chuyển hóa vật chất và năng lượng của enzyme, giải thích vì
sao trong trồng trọt, chăn nuôi, muốn thu được năng suất cao,
con người phải chú ý bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng vi
lượng, vitamin vào chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi

Cảm ơn các em đã lắng nghe