HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO VỚI NGUYÊN LIỆU LÀ AXIT BÉO 1. Con đường chung của quá trình phân giải các chất hữu cơ trong tế bào Các chất hữu cơ được dùng để thu năng lượng bao gồm: protein, lipit và polisacarit. Con đường phân giải các chất theo sơ đồ sau: Như vậy, các con đường phân giải các chất chung nhau ở giai đoạn chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển electron. Do đó, nếu biết được cơ chế chuyển hóa các chất khác nhau thành Acetyl CoA thì hoàn toàn có thể tính được hiệu quả năng lượng của quá trình phân giải protein hay lipit. Hiệu quả năng lượng của hô hấp tế bào khi phân giải hoàn toàn 1 phân tử Acetyl coA: Một phân tử Acetyl CoA khi đi vào chu trình Krebs sẽ tạo được 3 NADH , 1 FADH 2 và 1 ATP. Khi vào chuỗi chuyền electron, một NADH sẽ tạo được 3 ATP còn 1 FADH 2 chỉ tạo được 2 ATP. Vì thế, một phân tử Acetyl CoA khi bị phân giải hoàn toàn sẽ cho tổng cộng: 3NADH x 3 + 1 FADH 2 x 2 + 1 = 12 ATP 2. Cơ chế phân giải axit béo trong tế bào Axit béo trong tế bào được phân giải theo con đường β oxi hóa. Nghĩa là một phân tử axit béo mạch dài sẽ được cắt dần mạch Cacbon qua nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn, axit béo bị cắt ngắn một mẫu 2 Cacbon Quá trình này có 2 bước: Hoạt hóa axit béo và β oxi hóa Bước 1 xảy ra ở xoang giữa hai màng ty thể, phân tử axit béo được hoạt hóa tạo thành phân tử Acyl CoA sau đó được vận chuyển vào chất nền ty thể R - CH 2 - CH 2 - COOH + CoASH + ATP → R - CH 2 - CH 2 - COSCoA + AMP + 2Pi Bước 2: β oxi hóa xảy ra trong chất nền ty thể. Giai đoạn này trải qua 4 phản ứng sau đây: Phản ứng 1: R - CH 2 - CH 2 - CH 2 - COSCoA + FAD → R - CH 2 - CH = CH - COSCoA + FADH 2 Phản ứng 2: R - CH 2 - CH = CH - COSCoA + H 2 O → R - CH 2 - CHOH - CH 2 - COSCoA Phản ứng 3: R - CH 2 - CHOH - CH 2 - COSCoA + NAD + → R - CH 2 - CO - CH 2 - COSCoA + NADH Phản ứng 4: R - CH 2 - CO - CH 2 - COSCoA + CoA-SH → R - CH 2 - COSCoA + CH 3 - COSCoA Phương trình tổng quát cho một vòng β oxi hóa: R - CH 2 - CH 2 - CH 2 - COSCoA + FAD + H 2 O + NAD + + CoA-SH → R - CH 2 - COSCoA + CH 3 - COSCoA + FADH 2 + NADH Chú ý: + Như vậy, khi cắt một mẫu 2 C của axit béo thì tạo ra 1 Acetyl CoA, 1 NADH và 1 FADH 2 + Phân tử R - CH 2 - COSCoA sau khi được tạo ra sẽ tiếp tục thực hiện các phản ứng βoxi hóa để cắt lần lượt các mẫu 2 Cacbon. Số lần β oxi hóa sẽ phụ thuộc vào số nguyên tử C của axit béo và số phân tử FADH 2 tạo thành phụ thuộc vào số liên kết đôi có trong phân tử axit béo. 3. Hiệu quả năng lượng khi phân giải các axit béo bão hòa có số C chẵn Theo cơ chế β oxi hóa thì 1 axit amin bão hòa có số C chẵn (2n) sau khi oxi hóa sẽ tạo ra: + n phân tử Acetyl CoA + (n -1) phân tử NADH + (n -1) phân tử FADH 2 Sở dĩ chỉ có n-1 phân tử NADH và FADH2 là vì mẫu 2C cuối cùng không cần phải thực hiện các phản ứng β oxi hóa nữa Các sản phẩm này đi vào chuỗi hô hấp tế bào sẽ tạo ra số phân tử ATP là: n x 12 + (n -1) x 3 + + (n -1) x 2 = (17n - 5) ATP Protein Polisacari t Lipit Đường đơn Axit Pyruvic Axêtyl CoA Chu trình Krebs ATP H 2 O CO 2 O 2 -NH 2 axit amin Glyxerol, axit béo Vận chuyển electron ATP Do giai đoạn hoạt hóa tiêu dùng mất 2 ATP nên tính chung số phân tử ATP tạo ra là: 17n - 7 (xét về mặt vật chất thì giai đoạn hoạt hóa chỉ tiêu tốn 1 ATP nhưng xét về mặt năng lượng thì 1 ATP khi phân giải thành AMP đã mất đi 2 liên kết cao năng đồng nghĩa với mất 2 ATP) Vậy khi phân giải hoàn toàn một axit béo bão hòa có 2n C trong phân tử thì sẽ tạo ra tối đa (17n - 7) ATP 4. Hiệu quả năng lượng khi phân giải các axit béo bão hòa có số C lẻ Quá trình phân giải axit béo bão hòa có số C lẻ cũng diễn ra theo cơ chế β oxi hóa. Tuy nhiên, khi cắt mạch C đến còn 5 C cuối cùng thì sẽ phân giải thành 1 Acetly CoA và 1 phân tử propionyl CoA (3C). Sau đó phân tử này được nhận thêm 1 CO 2 để tạo thành Succinyl CoA (4C) đi vào chu trình Krebs. Phương trình như sau: CH 3 - CH 2 - CO-SCoA + CO 2 + ATP → HOOC - CH 2 - CH 2 - CO - SCoA + AMP + 2Pi Như vậy, sau quá trình oxi hóa, 1 axit béo bão hòa có (2n+1) C sẽ tạo ra: + (n-1) phân tử Acetyl CoA + (n -1) phân tử NADH + (n -1) phân tử FADH 2 + 1 phân tử Succinyl CoA Succinyl CoA khi đi vào chu trình Krebs sẽ tạo ra: 1 ATP, 1NADH và 1 FADH 2 Vậy, tổng số ATP tạo ra là: 12 x (n-1) + 3 x n + 2 x n) + 1 = (17n - 11) ATP Giai đoạn hoạt hóa và hình thành Succinyl CoA tiêu tốn mất 4 ATP Từ đó suy ra: Hiệu quả năng lượng khi phân giải hoàn toàn một phân tử axit béo bão hòa có (2n + 1) C là: 17n - 11 - 4 = 17n - 15 5. Phân giải axit béo không bão hòa Các axit béo không bão hòa cũng được phân giải nhờ quá trình β oxi hóa. Tuy nhiên, khi cắt đến C có chứa liên kết đôi thì phản ứng 1 trong giai đoạn β oxi hóa không cần diễn ra, do đó số phân tử FADH 2 tạo ra sẽ giảm đi. Hiệu quả năng lượng: + Với axit béo có số C là 2n, có m liên kết đôi trong gốc R: 17n - 7 - 2m + Với axit béo có số C là 2n + 1, có m liên kết đôi trong gốc R: 17n - 15 – 2 BT: Đường và axit béo là các hợp chất cung cấp năng lượng cho phần lớn các hệ thống sống. Giả sử một người sử dụng axit palmitic (A) và Glucose (B) là các hợp chất sinh học cung cấp năng lượng cho cơ thể Hãy viết phương trình phân giải axit palmitic và glucôzơ để trả lời các câu hỏi sau: a. Hiệu suất ATP (tính theo mol) tương ứng với một oxi trong phản ứng A là bao nhiêu? b. Hiệu suất ATP (tính theo mol) tương ứng với một oxi trong phản ứng B là bao nhiêu? c. Hiệu suất ATP (tính theo mol) tương ứng với một gam chất cho năng lượng trong phản ứng A là bao nhiêu? d. Hiệu suất ATP (tính theo mol) tương ứng với một gam chất cho năng lượng trong phản ứng B là bao nhiêu? Đáp án chính thức: - Hiệu suất ATP tính theo mol tương ứng với 1 mol oxi trong phản ứng A là: 129 : 23 = 5,6522 - Hiệu suất ATP tính theo mol tương ứng với 1 mol oxi trong phản ứng B là: 38 : 6 = 6,3333 - Hiệu suất ATP tính theo mol tương ứng với 1 gam chất cho năng lượng trong phản ứng A là 129 : (12x16 + 32 + 16x2) = 0,5039 - Hiệu suất ATP tính theo mol tương ứng với 1 gam chất cho năng lượng trong phản ứng B là 38 : (12x6 + 12 + 16x6) = 0,2111 (A) C 15 H 31 COOH + 23 O 2 16 CO 2 + 16 H 2 O 129 Pi + 129ADP 129 ATP (B) C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O 38 Pi + 129ADP 38 ATP 2009 – Quãng Ninh Bài 1: Ở một loài thực vật, xét hai locut gen có các alen lần lượt là (A, a, a 1 ) và (B, b, b 1 , b 2 ), gen nằm trên nhiễm sắc thường, mỗi gen qui định một tính trạng, tính trội hoàn toàn theo trật tự A > a > a 1 ; B > b > b 1 > b 2 (dấu “>” thể hiện tính trội hoàn toàn). Cho các cá thể của loài giao phấn ngẫu nhiên, thống kê trên số lượng cá thể trong quần thể thì tối đa có bao nhiêu loại kiểu gen, loại kiểu hình được tạo ra? Cho biết cấu trúc nhiễm sắc thể không thay đổi trong giảm phân và không xảy ra đột biến. Bài 2: Theo dõi quá trình nguyên phân của hai nhóm tế bào lưỡng bội trong một cơ thể động vật đa bào bậc cao, đơn tính, tổng số tế bào của hai nhóm bằng số nhiễm sắc thể đơn trong bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài. Các tế bào trong mỗi nhóm đều có số lần nguyên phân bằng nhau. Tổng số tế bào con được tạo ra từ hai nhóm là 864 và trong quá trình nguyên phân của các tế bào này môi trường nội bào đã cung cấp tất cả 10224 nhiễm sắc thể đơn. Cho biết ở loài trên cặp nhiễm sắc thể của con đực là XY, của con cái là XX; không xảy ra đột biến; số lần nguyên phân của mỗi tế bào thuộc nhóm thứ nhất bằng số tế bào của nhóm thứ hai và số lần nguyên phân của mỗi tế bào thuộc nhóm thứ hai bằng số tế bào của nhóm thứ nhất. Hãy xác định: a. Bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài. b. Tổng số tế bào của mỗi nhóm. c. Số lượng nhiễm sắc thể giới tính X do môi trường nội bào cung cấp cho quá trình nguyên phân của các tế bào thuộc hai nhóm trên khi số tế bào con được tạo ra từ nhóm thứ nhất ít hơn nhóm thứ hai. Bài 3: Một Bác sĩ tiến hành theo dõi chu kì tim của 5 người và thu được số liệu theo bảng sau: Người Thời gian 1 chu kì tim (giây) Khối lượng máu trong tim ở cuối tâm trương (ml) Khối lượng máu trong tim ở cuối tâm thu (ml) A 4/5 110 70 B 18/15 110 60 C 1 115 60 D 3/4 120 70 E 5/6 115 75 Tính lượng máu bơm trong một phút ra khỏi tim của mỗi người? Cho biết lượng máu bơm trong một phút ra khỏi tim được tính bằng lượng máu tâm thất bơm khỏi tim. Bài 4: a. Một loài thực vật sống ở cạn có sức căng trương nước ở rễ là 3,8 atm được trồng trong đất. Giả sử nhiệt độ trung bình của môi trường là 27 0 C và nồng độ trung bình của dịch tế bào rễ là 0,25 mol/lít. Tính sức hút nước của rễ cây? Nếu nhiệt độ môi trường hạ thấp xuống còn 15 0 C, nồng độ tối đa của dịch tế bào rễ là 0,14 mol/lít thì cây có sống được ở môi trường này hay không? Giải thích? b. Viết phương trình phản ứng và tính hệ số hô hấp (RQ) của: - Đường glucôzơ C 6 H 12 O 6 - Axit stêaric C 18 H 36 O 2 - Axit malic C 4 H 6 O 5 - Glyxêrin C 3 H 8 O 3 Bài 5: Cho biết ở ngô (bắp), khi cho giao phấn giữa hai thứ ngô đều thuần chủng khác biệt nhau về hai cặp tính trạng tương phản thu được F 1 đồng loạt giống nhau. Cho F 1 tự thụ phấn thu được F 2 gồm 4 loại kiểu hình trong đó có 16% số cây thân thấp, hạt đỏ. Cho biết: mỗi tính trạng do 1 gen qui định; trội - lặn hoàn toàn; tương phản với thân thấp, hạt đỏ là thân cao, hạt trắng; gen nằm trên nhiễm sắc thể thường. Mọi diễn biến của nhiễm sắc thể trong quá trình sinh hạt phấn và sinh noãn là như nhau, không xảy ra đột biến. Xác định tần số hoán vị gen đã xảy ra và kiểu gen của F 1 ? Bài 6: Một nhà nghiên cứu sinh học muốn tính số cá trong một hồ nước ngọt đã tiến hành đánh bắt ngẫu nhiên một mẫu gồm 450 con cá, sau đó đánh dấu cho chúng mà không làm ảnh hưởng gì đến sức sống của chúng rồi thả lại hết số cá đó xuống hồ. Sau hai ngày nhà nghiên cứu lại đánh mẻ thứ hai được 540 con cá trong đó có 90 con cá được đánh dấu. Giả sử không có sự thay đổi số lượng cá trong hồ sau hai ngày thì theo lý thuyết trong hồ này có khoảng bao nhiêu con cá? Bài 7: Bộ NST lưỡng bội của một loài động vật sinh sản hữu tính là 2n = 46. a. Trong một cơ thể sinh vật thuộc loài trên: Một tế bào sinh dục có tốc độ nguyên phân gấp ba lần tốc độ nguyên phân của một tế bào sinh dưỡng, quá trình nguyên phân xảy ra bình thường. Trong các tế bào con được tạo ra từ hai tế bào trên chứa 189152 nhiễm sắc thể đơn. Xác định số lần nguyên phân của mỗi tế bào trên? b. Khả năng xuất hiện một hợp tử mang hai nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ bà ngoại và ba nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ bà nội là bao nhiêu %? Cho biết các cặp nhiễm sắc thể đều có cấu trúc khác nhau, không có trao đổi chéo và đột biến. Bài 8: Quá trình phân giải axit palimitic và glucôzơ để cung cấp năng lượng cho cơ thể: + Phản ứng A +Phản ứng B a. Cân bằng các phản ứng . b. Hiệu suất ATP (tính theo mol) tương ứng với một mol ôxi trong phản ứng A là bao nhiêu. c. Hiệu suất ATP (tính theo mol) tương ứng mới một gam chất cho năng lượng trong phản ứng B là bao nhiêu. (Biết rằng khối lượng nguyên tử của H = 1, C = 12, O = 16) Bài 9: Các alen I A , I B , I O qui định nhóm máu hệ ABO ở người nằm trên nhiễm sắc thể thường. Một quần thể người xem như các cá thể giao phối ngẫu nhiên, cân bằng di truyền có 4% số người nhóm máu O; 30% số người máu nhóm AB và không xảy ra đột biến. a. Tính tần số tương đối của mỗi alen? b. Xác suất để trong quần thể người này tìm trong số những người máu B được một cặp vợ chồng đều có kiểu gen I B I O và họ sinh ra được con trai đầu lòng có máu O là bao nhiêu %? Bài 10: a. Một phân tử ARN m trưởng thành được tổng hợp từ phân tử ADN mạch kép của một loài sinh vật nhân chuẩn, có vùng mã hóa liên tục dài 4080 A 0 . Trong quá trình dịch mã, trên phân tử ARN m này có một số ribôxôm cách đều nhau 71,4 A 0 , trượt với vận tốc như nhau để tổng hợp các chuỗi pôlipeptit. Khi các ribôxôm đều hoạt động trên ARN m thì môi trường đã cung cấp tất cả 3135 axit amin, trong đó cung cấp cho ribôxôm thứ 4 là 324 axit amin. Tính số lượng ribôxôm đang tham gia dịch mã trên ARN m ? b. Cho giao phấn giữa hai thứ ngô có kiểu hình thân cao với thân thấp thu được F 1 đều có thân cao. Tiếp tục cho F 1 giao phấn với nhau thu được F 2 . Từ F 2 đến F 8 người ta tiến hành tự thụ phấn bắt buộc. Cho biết tính trạng chiều cao cây do một gen qui định, không xảy ra đột biến, khả năng sống của các kiểu hình là đồng đều. Thống kê trên số lượng lớn cá thể thì theo lý thuyết tỉ lệ % kiểu gen dị hợp ở F 8 là bao nhiêu? C 15 H 31 COOH + O 2 130 P i + 130 ADP 130ATP CO 2 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 38 P i + 38 ADP 38 ATP CO 2 + H 2 O . HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO VỚI NGUYÊN LIỆU LÀ AXIT BÉO 1. Con đường chung của quá trình phân giải các chất hữu cơ trong tế bào Các chất hữu cơ được dùng để thu năng lượng bao. thể của con đực là XY, của con cái là XX; không xảy ra đột biến; số lần nguyên phân của mỗi tế bào thuộc nhóm thứ nhất bằng số tế bào của nhóm thứ hai và số lần nguyên phân của mỗi tế bào thuộc. thành Acetyl CoA thì hoàn toàn có thể tính được hiệu quả năng lượng của quá trình phân giải protein hay lipit. Hiệu quả năng lượng của hô hấp tế bào khi phân giải hoàn toàn 1 phân tử Acetyl coA: Một