– Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng rất quan trọng cho sinh vật sống.

– 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.

– Ví dụ: Nhờ có quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng mà cây khoai tây hay chú gà con có thể phát triển.

Hình 1. Vai trò của trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng

a. Tiếp nhận các chất từ môi trường và vận chuyển các chất

– Sinh vật thu nhận các chất từ môi trường và vận chuyển chúng đến các bộ phận trong cơ thể.

– Ví dụ về quá trình này là ở thực vật và động vật có xương sống.

+ Ở động vật có xương sống, thức ăn và nước uống được đưa vào hệ tiêu hoá, O2 được hấp thụ nhờ hệ hô hấp và các chất dinh dưỡng được vận chuyển đến tế bào bằng hệ tuần hoàn.

+ Ở thực vật, lá hấp thụ khí CO₂, nước và muối khoáng, sử dụng năng lượng ánh sáng để quang hợp, và các chất hữu cơ được vận chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây bằng mạch rây.

Hình 2. Qúa trình trao đổi khí ở thực vật

 

b. Biến đổi các chất kèm theo chuyển hóa năng lượng ở tế bào

– Các chất trong cơ thể sinh vật trải qua quá trình tổng hợp và phân giải để tích luỹ và giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống.

– Ví dụ:

+ Thực vật tích luỹ năng lượng từ ánh sáng trong quá trình quang hợp và phân giải chúng trong quá trình hô hấp.

+ Động vật hấp thụ và tổng hợp các chất dinh dưỡng từ quá trình tiêu hoá và tích luỹ năng lượng.

 

c. Thải các chất vào môi trường

– Các chất không cần thiết, dư thừa và chất độc hại được bài tiết ra khỏi cơ thể trong quá trình trao đổi chất.

– Ví dụ:

+ Thực vật ngập mặn thải lượng muối thừa qua các mô tiết ở lá.

+ Động vật thải nước tiểu, phân ra khỏi cơ thể qua cơ quan tiêu hoá.

 

d. Điều hòa

– Quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng được điều chỉnh phù hợp với nhu cầu của cơ thể thông qua hệ thần kinh hoặc hormone.

– Ví dụ về điều này là cơ thể thực vật tổng hợp abscisic acid để gây ức chế trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng khi gặp điều kiện khô hạn, và hệ thần kinh sinh dưỡng chi phối quá trình tiêu hoá, hấp thụ thức ăn ở người.

Chuyển hóa năng lượng trong sinh giới gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn tổng hợp; Giai đoạn phân giải và Huy động năng lượng.

Hình 2. Sơ đồ chuyển hóa năng lượng trong sinh giới

– Giai đoạn tổng hợp

+ Thực vật quang hợp chuyển hoá quang năng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ. 

+ Cơ thể động vật tạo ra các chất hữu cơ đặc trưng từ các chất đơn giản hoặc sản phẩm dị hoá, cùng với việc tích lũy năng lượng trong các liên kết hoá học.

– Giai đoạn phân giải

+ Các hợp chất hữu cơ phức tạp (protein, lipid, carbohydrate,..) phân giải thành các hợp chất đơn giản thông qua quá trình dị hoá.

+ Năng lượng chứa trong liên kết hoá học của các hợp chất hữu cơ phức tạp được giải phóng tích luỹ trong ATP.

+ Năng lượng giải phóng được thoát ra ngoài dưới dạng nhiệt năng.

– Huy động năng lượng: Năng lượng trong ATP được sử dụng trong các quá trình sinh lý của cơ thể như trao đổi chất, vận động, cảm ứng, sinh trưởng, phát triển, sinh sản,…

– Trao đổi chất liên quan đến chuyển hoá năng lượng ở cấp cơ thể và tế bào.

– Cơ thể lấy các chất cần thiết từ môi trường và thải các chất bài tiết ra ngoài.

– Tế bào tiến hành đồng hoá và dị hoá, tạo ra các chất bài tiết.

– Năng lượng được giải phóng, tích luỹ và huy động để cung cấp cho các hoạt động của tế bào và cơ thể.

Hình 3. Mối quan hệ giữa chuyển hoá vật chất và năng lượng ở cấp tế bào và cơ thể

– 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.

+ 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.

– Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng có vai trò quan trọng đảm bảo cho sinh vật tồn tại và phát triển (cung cấp nguyên liệu để xây dựng cơ thể, cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống và bài tiết các chất thải ra môi trường). – Các dấu hiệu đặc trưng của trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở sinh vật gồm: thu nhận các chất từ môi trường và vận chuyển các chất trong cơ thể, biến đổi các chất và chuyển hoá năng lượng, thải các chất ra môi trường, được điều hoà thông qua hormone hoặc hệ thần kinh. – Quá trình chuyển hoá năng lượng trong sinh giới gồm ba giai đoạn: tổng hợp, phân giải và huy động năng lượng. – Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở cấp độ tế bào và cơ thể có mối quan hệ tác động qua lại, hỗ trợ lẫn nhau, đảm bảo cho cơ thể sinh vật tồn tại, phát triển và thống nhất với môi trường. – Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng được thực hiện theo các phương thức: tự dưỡng (quang tự dưỡng và hoả tự dưỡng); dị dưỡng (quang dị dưỡng và hoá dị dưỡng). – Sinh vật tự dưỡng có vai trò cung cấp thức ăn, O2 cho các sinh vật dị dưỡng; hấp thụ CO2, giải phóng O2 góp phần điều hoà khí hậu, bảo vệ môi trường.