SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HÔ HẤP TẾ BÀO
Hô hấp tế bào là quá trình chuyển đổi năng lượng. Trong đó, các phân tử
cacbohiđrat bị phân giải để tạo CO2 và H2O giải phóng và chuyển hóa năng lượng
đó thành năng lượng dự trữ dưới dạng ATP. Nơi xảy ra hô hấp tế bào là ti thể
Gồm 3 giai đoạn chính: đường phân, chu trình Crep và chu ỗi truy ền electron hô
hấp.
Ti thể kích thước gần bằng tế bào vi khuẩn, số lượng 1- 100000, trung bình
1000 ti thể ( tế bào gan người ). Cấu tạo gồm 2 lớp màng : màng ngoài thường
nhẵn có chức năng bảo vệ, màng trong là chất nền giữa 2 lớp màng chứa
ribosome, DNA mã hóa protein của quá trình hô hấp, màng trong tạo n ếp gấp ăn
sâu vào trong dịch ti thể làm tăng diện tích tiếp xúc , chứa enzyme phân hủy
nhanh chóng và hiệu quả các vật chất để tạo năng lượng.
Chức năng của ti thể biến các chất hữu cơ thành năng lượng cho tế bào có thể
sử dụng dưới dạng ATP, ty thể còn đóng một số vai trò quan trọng khác trong
nhiều quá trình chuyển hóa
Đầu tiên con người ăn bánh và bắt đầu tiêu hóa → bánh mì được chuyển hóa
thành các phân tử carbohydrate → tiếp tục được phân hủy thành các phân tử
glucose → các phân tử glucose (cộng oxy từ hơi thở) được chuyển đổi trong các
tế bào thành năng lượng (ATP).


1. Đường phân
Đường phân xảy ra trong bào tương. Kết thúc quá trình đường phân, phân tử
glucose (6 cacbon) bị tách thành 2 phân tử axit piruvic (3 cacbon). Trong quá
trình này tế bào thu được 2 phân tử ATP và 2 phân tử NADH (nicôtinamit ađênin
đinuclêôtit). Thực ra, đường phân tạo được 4 phân tử ATP, nhưng do có 2 phân
tử ATP được sử dụng để hoạt hoá glucôzơ trong giai đoạn đầu của đường phân
nên tế bào chỉ thu được 2 phân tử ATP
2. Chu trình Crep
Sau khi được tạo thành từ quá trình đường phân. 2 phân tử axit piruvic sẽ được
chuyển vào chất nền của ti thể. Ở đó, chúng được biến đổi thành những phân tử

nhỏ hơn gọi là acetyl-CoA. Chính phân tử acetyl-CoA này sẽ đi vào chu trình Crep.
Ngoài ra, quá trình biến đổi 2 phân tử axit piruvic còn tạo ra 2 phân tử NADH và
giải phóng 2 phân tử CO2 .Kết thúc chu trình Crep, các phân tử acetyl-CoA sẽ bị
phân giải hoàn toàn tới CO2 . Ngoài CO2 , chu trình Crep còn tạo ra được các phân
tử NADH,FADH2, (flavin ađênin đinuclêôtit) và ATP

3. Chuỗi chuyền electron hô hấp
Chuỗi chuyền electron hô hấp diễn ra ở màng trong của ti thể. Trong giai đoạn
này, các phân tử NADH và FADH2 được tạo ra trong những giai đoạn trước sẽ bị
oxy hóa thông qua một chuỗi các phản ứng oxy hoá khử. Trong phản ứng cuối
cùng, oxy sẽ bị khử tạo ra nước.
Năng lượng được giải phóng từ quá trình oxy hoá các phân tử NADH
và FADH2 này sẽ được sử dụng để tổng hợp các phân tử ATP. Đây chính là giai
đoạn giúp tế bào thu được nhiều ATP nhất (36 ATP ).
Tổng cộng số phân tử ATP là 38 phân tử, nhưng ở tế bao nhân thực 2 ATP tiêu
tốn trong quá trình vận chuyển xuyên qua màng ti thể nên tồng năng lượng ATP
sau cùng chỉ còn 36 phân tử

Phương trình tổng quát :
C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP (ENERGY)
Carbohydrate + oxygen = carbon dioxide + nước + năng lượng ATP


2.

MỐI QUAN HỆ GIỮA HÔ HẤP TẾ BÀO VÀ QUANG HỢP
Khái niệm:
Quang hợp ở thực vật là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng mặt tr ời đã
được diệp lục hấp thụ để tổng hợp cacbohidrat và giải phóng O2 từ khí CO2 và
H2O.

Hô hấp tế bào là quá trình chuyển đổi năng lượng. Trong đó, các phân tử
cacbohiđrat bị phân giải đến CO2 và H2O giải phóng năng lượng và chuy ển hóa
năng lượng đó thành năng lượng dự trữ dưới dạng ATP.
Mối quan hệ giữa hô hấp và quang hợp giúp cho sinh vật sinh trưởng và phát
triển. Quá trình hô hấp tế bào là sự đối nghịch trực tiếp của quang hợp:
•

Hô hấp tế bào: C6H 12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

•

Quang hợp:

6CO2 + 6H2O → C6H12O 6 + 6O2


Thực vật hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời, nhờ quá trình quang hợp tổng
hợp glucose được sử dụng trong hô hấp tế bào tạo ATP. Sau đó, glucose quay tr ở
lại thành CO2, được sử dụng trong quá trình quang hợp và nước bị phá vỡ để
hình thành O2.
Trong hô hấp tế bào O2 được kết hợp với H2 tạo H2O. Trong khi quang hợp đòi
hỏi khí CO2 và giải phóng O2, hô hấp tế bào cần oxy và giải phóng CO2.
O2 được giải phóng để hầu hết các sinh vật khác sử dụng hô hấp tế bào. Chúng
ta hít thở oxy, được vận chuyển qua máu đến tất cả các tế bào. Trong tế bào, hô
hấp tế bào hoạt động tốt nhất với sự có mặt của oxy.
Hô hấp tế bào và quang hợp là những phần quan trọng của chu trình carbon.
Chu trình carbon là con đường mà qua đó carbon được sử dụng lại trong sinh
quyển. Trong khi hít thở, tế bào thải ra khí CO2 vào môi trường, sự quang hợp sử
dụng CO2 trong khí quyển. Việc trao đổi CO2 và O2 trong suốt quá trình quang
hợp và hô hấp tế bào trên toàn trái đất giúp giữ O2 và CO2 trong khí quy ển ở

mức ổn định.
3.


Chuyển đổi ATP sang ADP giải phóng năng lượng
ATP: là đơn vị tiền tệ năng lượng của tế bào, là một hợp chất cao năng, có chức
năng vận chuyển năng lượng đến các nơi cần thiết cho tế bào sử dụng. Chỉ
thông qua ATP tế bào mới sử dụng được thế năng hóa học cất giấu trong cấu
trúc phân tử hữu cơ. ATP cung cấp năng lượng cho tất cả mọi hoạt động sống
của tế bào (trao đổi chất, vận chuyển các chất, sinh công cơ học, các quá trình
hấp thụ...)
Cấu tạo ATP, ADP
ATP: Adenosin Triphosphat. Phân tử này có 3 phần: Adenin (gồm một cấu trúc
vòng có các nguyên tử C, H và N) + Ribose (một phân tử đường 5 carbon) và 3
nhóm phosphat vô cơ liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.
Adenin gắn với Ribose gọi là Adenosine. Adenosine + 2 phosphat vô c ơ = ADP.
Adenosine + 3 phosphat vô cơ = ATP.
Sự chuyển đổi năng lượng
- Quá trình giải phóng năng lượng: Khi tế bào cần năng lượng để sử dụng, dưới
tác dụng của nước sẽ bị phân giải, bẻ gãy liên kết cộng hóa trị của nhóm
phosphat ngoài cùng có mức năng lượng cao nhất để giải phóng ra 7,3 kcal/mol,
(ADP + PI), năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.
- ATP giải phóng ra nguồn năng lượng lớn là do: 3 nhóm phosphate đều mang
điện tích âm nên chúng đẩy nhau, làm cấu trúc 3 nhóm phosphate không ổn
định. Để duy trì được cấu trúc ATP phải cần năng lượng khá lớn. Nên khi bị thuỷ
phân ATP sẽ giải phóng ra 1 lượng năng lượng lớn, lớn hơn năng lượng mà các
phân tử khác cung cấp.
- Phân tử ATP không ổn định trong nước trung tính, vì vậy, nếu ATP và ADP dạng
cân bằng hóa học trong nước, gần như toàn bộ ATP sẽ dần chuyển thành ADP.
- Năng lượng được thực hiện quay vòng trong tế bào, qua ATP. Một phân tử ATP

chỉ tồn tại vài giây thì năng lượng của nó đã chuyển sang phân tử khác, và ATP
trở thành ADP.
- Tuy phân tử ATP chứa năng lượng trong cấu trúc nhưng chức năng của nó là
vận chuyển năng lượng hơn là chứa năng lượng. Tổng năng lượng chứa trong
toàn bộ các phân tử ATP một tế bào cũng chỉ đủ dùng cho tế bào đó trong vài
giây.


4.

Sơ đồ tổng quan về cấu tạo của ty thể và sự hô hấp hiếu khí của tế bào.
Tên sơ đồ: tổng quan về cấu tạo của ty thể và sự hô hấp hi ếu khí của t ế bào.


Ti thể: Là bào quan phổ biến ở các tế bào nhân chuẩn.Có l ớp màng kép và h ệ
gen riêng.Dù chức năng cơ bản của ty thể là trung tâm năng lượng: bi ến các ch ất
hữu cơ thành năng lượng cho tế bào có thể sử dụng dưới dạng ATP, ty thể còn
đóng một số vai trò quan trọng khác trong nhiều quá trình chuy ển hóa, như là:
-

Apoptosis, quá trình tế bào chết được lập trình

-

Tổn thương tế bào thần kinh do thoát các chất trung gian Glutamate

-

Tăng sinh tế bào


Điều hòa trạng thái oxi hóa khử của tế bào (redox có nghĩa là quá trình oxi
hóa khử)
-

Tổnh hợp nhân Heme

-

Tổng hợp Steroid

-

Tạo nhiệt (giúp giữ ấm cho có thể)

Một vài chức năng của ty thể chỉ được thực hiện ở một số loại tế bào đặc hi ệu
nào đó. Chẳng hạn như ty thể của tế bào gan chứa các enzyme cho phép loại bỏ
độc tính của ammoniac, đây là chất thải của quá trình chuyển hóa protein. M ột
sự đột biến các gen điều hòa bất cứ các chức năng này đều có thể gây ra nhi ều
bệnh ty thể khác nhau.
Sự hô hấp hiếu khí của tế bào
Hô hấp hiếu khí là quá trình hô hấp có sự tham gia của O2, xảy ra tại bào quan
ty thể của tế bào ở tất cả các tế bào sinh vật.Hô hấp theo con đường này x ảy ra
qua 3 giai đoạn chính:
1.
Đường phân:Xảy ra ở tế bào chất, bên ngoài ty thể, trong dịch tế bào và
không cần sự tham gia của oxi. Đường phân được chia làm 2 giai đoạn, m ỗi giai
đoạn xảy ra nhiều phản ứng phức tạp:
Giai đoạn đầu tiên là biến đổi đường glucose thành phân tử fructose-1,6diphosphat, tiếp đó sẽ phân tách thành 2 phân tử có 3C là G3P
Giai đoạn hai là biến đổi các đường 3C thành Pyruvate (C3H4O3), đồng
thời giải phóng ATP và NADH. Sản phẩm của đường phân là: 2 ATP, 2 NADH, 2

pyruvate.
2.
Chu trình kreb: Quá trình phân huỷ pyruvate qua chu trình Krebs xảy ra
trong dịch ty thể nhờ sự xúc tác nhiều hệ enzyme.


Giai đoạn Decarboxyl-oxy hóa pyruvate
- Pyruvate thâm nhập vào màng ty thể. Màng ty thể là lớp màng kép, màng ngoài
là màng thấm không chọn lọc, pyruvate có thể đi vào dễ dàng. Màng trong là
màng thấm chọn lọc, nên cần có kênh protein vận chuyển để pyruvate đi vào
bên trong ty thể.
- Khi vào bên trong ty thể, pyruvate 3C bị cắt thành CO2 và acid acetic 2C, sau đó
acid acetic sẽ gắn với Coenzyme A tạo thành hợp chất Acetyl coA. Sản ph ẩm của
oxi hóa pyruvate là: 2 CO2, 2 NADH,
- NADH và FADH2 được sinh ra từ quá trình đường phân và chu trình Krebs gi ải
phóng các điện tử electron, các điện tử này tiếp tục tham gia vào chu ỗi truyền
điện tử.
3.

Chuỗi chuyển điện tử và cơ chế hóa thẩm thấu tạo ATP:

- Ở chuỗi truyền điện tử là quá trình kết hợp sự chuyển e giữa chất cho đi ện tử
(NADH, FADH2) và chất nhận điện tử (oxy). NADH, FADH2 bị oxi hóa tạo thành
NAD+, FAD+, H+ và các điện tử(electron).
- Các electron đi xuyên qua các chuỗi truyền điện tử sơ cấp, chuỗi truy ền đi ện
tử thứ cấp, tác dụng với O2,, H+ tạo ra H2O. Oxy là chất nhận e- sau cùng. X ảy ra
ở màng trong của ty thể. ½ O2 + 2H+ + 2e- -> H2O.
- Năng lượng sinh ra từ sự chuyển các điện tử theo chuỗi chuyển đi ện tử được
dùng để bơm proton từ chất nền ty thể vào không gian giữa lớp màng kép của ty
thể. Việc này khiến tính acid và độ dương điện của chất nền ty thể giảm xuống,

tạo ra một sự chênh pH và thế điện màng sinh chất giữa hai môi trường ngăn
cách bởi lớp màng ty thể, hai sự chênh lệch này tạo nên một thế proton đi ện hóa
giữa hai không gian đó. Thế điện hóa này thực thi một lực vận động proton
nhằm kéo proton H+ về chất nền. Các proton H+ này đi xuyên qua enzyme ATP
synthease.
- Enzyme ATP-Synthetase (vừa là bơm proton, vừa là enzyme xúc tác) đã kích
hoạt quá trình phosphoryl hóa để ADP + P vô cơ tạo thành ATP. Ở chu ỗi truy ền
điện tử, có khoảng 32 đến 34 ATP được giải phóng tùy vào từng loại tế bào.
Kết thúc quá trình hô hấp oxi hóa của tế bào, tổng cộng có 36 đ ến 38 ATP,
cung cấp cho các hoạt động của tế bào.
5


Sự

biến đổi thuận nghịch của ATP và ADP để chuyển đổi năng lượng
ATP: là đơn vị tiền tệ năng lượng của tế bào, là một hợp chất cao năng, có chức
năng vận chuyển năng lượng đến các nơi cần thiết cho tế bào sử dụng. Chỉ
thông qua ATP tế bào mới sử dụng được thế năng hóa học cất giấu trong cấu
trúc phân tử hữu cơ. ATP cung cấp năng lượng cho tất cả mọi hoạt động sống
của tế bào (trao đổi chất, vận chuyển các chất, sinh công cơ học, các quá trình
hấp thụ...)
Cấu tạo ATP, ADP
ATP: Adenosin Triphosphat. Phân tử này có 3 phần: Adenin (gồm một cấu trúc
vòng có các nguyên tử C, H và N) + Ribose (một phân tử đường 5 carbon) và 3
nhóm phosphat vô cơ liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.
- Adenin gắn với Ribose gọi là Adenosine. Adenosine + 2 phosphat vô cơ = ADP.
Adenosine + 3 phosphat vô cơ = ATP.
Sự chuyển đổi năng lượng
- ATP dễ biến đổi thuận nghịch, nên dễ giải phóng và tích trữ năng lượng.

- Quá trình giải phóng năng lượng: Khi tế bào cần năng lượng để sử dụng, dưới
tác dụng của nước sẽ bị phân giải, bẻ gãy liên kết cộng hóa trị của nhóm


phosphat ngoài cùng có mức năng lượng cao nhất để giải phóng ra 7,3 kcal/mol,
(ADP + PI), năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.
- ATP giải phóng ra nguồn năng lượng lớn là do: 3 nhóm phosphate đều mang
điện tích âm nên chúng đẩy nhau, làm cấu trúc 3 nhóm phosphate không ổn
định. Để duy trì được cấu trúc ATP phải cần năng lượng khá lớn. Nên khi bị thuỷ
phân ATP sẽ giải phóng ra 1 lượng năng lượng lớn, lớn hơn năng lượng mà các
phân tử khác cung cấp.
- Quá trình trích trữ năng lượng: ngược lại với quá trình giải phóng năng lượng
khi ADP sẽ gắn với 1 phosphat vô cơ để tạo thành ATP.
- Phân tử ATP không ổn định trong nước trung tính, vì vậy, nếu ATP và ADP dạng
cân bằng hóa học trong nước, gần như toàn bộ ATP sẽ dần chuyển thành ADP.
- Một ATP mới được hình thành từ ADP và Pi nếu được cung cấp một nguồn
năng lượng đủ để thành lập cầu nối phosphat và ADP. Nguồn năng lượng này có
thể lấy từ ánh sáng hoặc thức ăn.
- Năng lượng được thực hiện quay vòng trong tế bào, qua ATP. Một phân tử ATP
chỉ tồn tại vài giây thì năng lượng của nó đã chuyển sang phân tử khác, và ATP
trở thành ADP, phân tử ADP mới được tạo thành này lại nhanh chóng được
chuyển trở thành ATP do được ghép song hành với các phản ứng giải phóng
năng lượng.
- Tuy phân tử ATP chứa năng lượng trong cấu trúc của mình nhưng chức năng
của nó là vận chuyển năng lượng hơn là kho chứa năng lượng. Tổng năng lượng
chứa trong toàn bộ các phân tử ATP một tế bào cũng chỉ đủ dùng cho tế bào đó
trong vài giây.