1.1. Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng trong sinh giới

– Quá trình chuyển hóa năng lượng trong sinh giới bao gồm ba giai đoạn: tổng hợp, phân giải và huy động năng lượng.

+ Giai đoạn phân giải: Trong cơ thể sinh vật, quá trình phân giải làm biến đổi các chất hữu cơ lớn thành các phân tử nhỏ hơn, đồng thời, hóa năng tích lũy trong các chất hữu cơ lớn chuyển sang hóa năng dễ chuyển đổi và sử dụng trong ATP.

+ Giai đoạn tổng hợp: Sinh vật quang tự dưỡng chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tích lũy trong các chất hữu cơ.

+ Giai đoạn huy động năng lượng: Các liên kết giữa các gốc phosphate trong phân tử ATP sẽ bị phá vỡ, giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của sinh vật. Một lượng lớn năng lượng trong các giai đoạn được giải phóng dưới dạng nhiệt tỏa ra môi trường.

Hình 1. Các giai đoạn của quá trình chuyển hóa năng lượng trong sinh giới

– Các phương thức trao đổi và chuyển hóa năng lượng:

+ Tự dưỡng: Quang tự dưỡng (là phương thức sinh vật sử dụng chất vô cơ, nước, CO₂ và năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ và tích lũy năng lượng) và hóa tự dưỡng (là hình thức sinh vật sử dụng nguồn cacbon là chủ yếu để tổng hợp nên các chất vô cơ và tích lũy năng lượng).

+ Dị dưỡng: là phương thức sinh vật lấy chất hữu cơ trực tiếp từ sinh vật tự dưỡng hoặc động vật khác để tích lũy và sử dụng cho mọi hoạt động sống.

– Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở cấp tế bào và cấp cơ thể không diễn ra riêng biệt mà có mối liên hệ mật thiết với nhau, cấp độ này là tiền đề của cấp độ kia và ngược lại. 

+ Ở sinh vật đơn bào, quá trình trao đổi chất, chuyển hoá năng lượng chỉ diễn ra ở cấp độ tế bào (giữa tế bảo với môi trường và trong tế bào). 

+ Ở sinh vật đa bào, quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng diễn ra ở cả cấp độ cơ thể và cấp độ tế bảo thông qua ba giai đoạn: (1) giữa môi trường ngoài và cơ thể. (2) giữa môi trường trong cơ thể và tế bào, (3) trong từng tế bào.

Hình 2. Mối quan hệ giữa trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở cấp tế bào và cấp cơ thể

– Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở sinh vật thể hiện qua các dấu hiệu đặc trưng: 

+ Thu nhận các chất từ môi trường.

+ Vận chuyển các chất.

+ Biến đổi các chất.

+ Tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng.

+ Phân giải các chất và giải phóng năng lượng.

+ Đào thải các chất ra môi trường, điều hoà.

– Cung cấp cho quá trình tạo chất sống của cơ thể, hình thành tế bào, cơ quan, cơ thể.

– Tích lũy và giải phóng năng lượng phục vụ cho các hoạt động sống.

– Thải các chất độc, cặn bã dư thừa ra khỏi cơ thể.

⇒ Cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho cơ thể sinh vật.

– Ví dụ: Cơ thể người lấy từ môi trường không khí, nước và thức ăn, chuyển hóa chúng thành năng lượng đi nuôi cơ thể, trả lại môi trường CO₂ và các chất thải khác.

Hình 3. Sơ đồ mô tả quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở người

– Sinh vật tự dưỡng là sinh vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ. Sinh vật tự dưỡng cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho các sinh vật khác trong sinh giới. – Sinh vật dị dưỡng là sinh vật chỉ có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ những chất hữu cơ có sẵn. – Năng lượng ánh sáng là nguồn năng lượng chủ yếu của sinh giới, nguồn năng lượng này được chuyển hoá thành năng lượng tích luỹ trong các hợp chất hữu cơ và được tất cả các sinh vật sử dụng. – Quá trình chuyển hoá năng lượng trong sinh giới bao gồm ba giai đoạn: tổng hợp, phân giải và huy động năng lượng. – Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở cấp tế bào và cấp cơ thể không diễn ra riêng biệt mà có mối liên hệ mật thiết với nhau, cấp độ này là tiền đề của cấp độ kia và ngược lại. – Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở sinh vật thể hiện qua các dấu hiệu đặc trưng: thu nhận các chất từ môi trường, vận chuyển các chất, biến đổi các chất, tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng, phân giải các chất và giải phóng năng lượng, đào thải các chất ra môi trường, điều hoà. – Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng luôn diễn ra đồng thời và gắn bó mật thiết với nhau. Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng cung cấp nguyên liệu, năng lượng cho cơ thể sinh vật.