Bài giảng lý sinh

BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC §1. Một số khái niệm: 1.1. Hệ nhiệt động: - Khái niệm: Là tập hợp các vật thể , các phântử,… giớihạn trong một không gian nhất định. - Ví dụ: Một thể tích nước trong bình, một khối khí trong xy lanh, một cơ thể sinh vật, một tế bào sống,... BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.1. Hệ nhiệt động: - Phân loại: 3 loại: + Hệ nhiệt động cô lập: Không trao đổi vật chất và năng lượng với bên ngoài (nước trong một phích kín, cách nhiệt tốt) + Hệ nhiệt động kín (hệ đóng): Chỉ trao đổi năng lượng mà không trao đổi vật chất với bên ngoài (nước trong phích kín nhưng cách nhiệt kém). + Hệ nhiệt động mở: Trao đổi cả vật chất và năng lượng với bên ngoài (nước trong phích hở, cơ thể sống của sinh vật,... BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.2. Thông số trạng thái: - Khái niệm: Là các đại lượng đặc trưng cho trạng thái của một hệ nhiệt động + Với hệ nhiệt động vật lý (như hệ khí,…) thì các thông số trạng thái của hệ có thể là N (số phân tử), V (thể tích), P (áp suất), T (nhiệt độ), U (nội năng), S (entropy),… + Với hệ nhiệt động là tế bào sống thì thông số trạng thái có thể là nồng độ chất, nồng độ ion, độ pH , áp suất thẩm thấu,… BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.2. Thông số trạng thái: Khi hệ thay đổi trạng thái thì các thông số của hệ cũng thay đổi theo những quy luật nhất định (quy luật nhiệt động). BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.2. Thông số trạng thái: - Trạng thái của hệ mà các thông số trạng thái không thay đổi theo thời gian là trạng thái cân bằng; Khi đó đạo hàm các thông số trạng thái của hệ theo thời gian sẽ bằng không. - Một quá trình biến đổi của hệ gồm một chuỗi liên tiếp các trạng thái cân bằng gọi là quá trình cân bằng. Một quá trình cân bằng là quá trình thuận nghịch Ví dụ: Các quá trình lý tưởng như dãn nở khí đẳng áp, đẳng nhiệt, … BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.2. Thông số trạng thái: Một quá trình biến đổi mà quá trình ngược lại không thể tự sảy ra hoặc nếu sảy ra thì làm môi trường xung quanh có thay đổi, được gọi là quá trình bất thuận nghịch hay không cân bằng. Ví dụ: Quá trình truyền nhiệt, biến đổi công thành nhiệt,…. Các quá trình xảy ra trong tự nhiên thường là bất thuân nghịch. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.3. Gradien (grad): - Khái niệm: Gradien của một đại lượng vật lý là đại lượng có trị số bằng độ biến thiên của đại lượng đó trên một đơn vị dài: gradU = Dạng véc tơ: với là véc tơ đơn vị theo chiều U tăng. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.3. Gradien (grad): Ví dụ: + Gradien của nồng độ: gradC = + Gradien của điện thế: gradV = - Trong tế bào sống luôn tồn tại nhiều loại gradien, nó là một đặc trưng cho tế bào sống: + Gradien nồng độ hình thành do sự phân bố không đồng đều của các chất hữu cơ và vô cơ giữa các phần của tế bào hoặc trong và ngoài tế bào BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.3. Gradien (grad): + Gradien thẩm thấu hình thành do chênh lệch áp suất thẩm thấu, đặc biệt là áp suất thẩm thấu keo giữa bên trong và ngoài tế bào. + Gradien màng tạo ra do phân bố không đồng đều các chất có phân tử lượng khác nhau ở hai phía màng tế bào mà nguyên nhân là do màng tế bào có tính bán thấm, chúng cho các phân tử nhỏ đi qua dễ dàng, nhưng các phân tử có phân tử lượng lớn thì rất khó thấm vào hoặc giải phóng ra khỏi tế bào. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 1.3. Gradien (grad): + Gradien độ hòa tan xuất hiện ở hai pha không trộn lẫn, do sự hòa tan các chất của hai pha khác nhau (như pha lipit và protein trong tế bào,…) + Gradien điện thế xuất hiện do sự chênh lệch về điện thế ở hai phía màng tế bào, khi có phân bố không đều các ion như Na+, K+,… + Gradien điện hóa gồm tổng gradien nồng độ và gradien điện thế, xuất hiện khi có sự phân bố không đều các hạt mang điện ở trong và ngoài tế bào. Nói chung, khi tế bào chết thì gradien mất đi. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC §2. Nguyên lý I nhiệt động học với hệ sinh vật: 2.1. Nội năng, công, nhiệt lượng: 2.1.1. Nội năng: Nội năng (U) của một hệ nhiệt động là toàn bộ năng lượng chứa trong hệ. Năng lượng chứa trong hệ gồm năng lượng chuyển động nhiệt, năng lượng dao động của các phân tử, nguyên tử, năng lượng chuyển động của các electrron, năng lượng hạt nhân,… Như vậy, năng lượng tương tác của hệ với bên ngoài và động năng chuyển dộng của cả hệ không được tính vào nội năng. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 2.1.1. Nội năng: Mỗi trạng thái của hệ tương ứng có một nội năng xác định, khi hệ thay đổi trạng thái thì nội năng thay đổi; Nói cách khác nội năng là hàm trạng thái của hệ. Nếu hệ thực hiện một quá trình kín và trở về trạng thái ban đầu thi độ biến thiên nội năng ΔU = 0. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 2.1.2. Công: Công (A) là số đo phần năng lượng trao đổi giữa hai hệ sau quá trình tương tác mà kết quả là làm thay đổi mức độ chuyển động định hướng của một hệ nào đó. Ví dụ: Hệ khí trong xy lanh dãn nở đẩy pit tông chuyển động thì hệ khí đã truyền cho pít tông năng lượng dưới dạng công, Khi đá một quả bóng làm nó chuyển động thì quả bóng đã nhận được năng lượng dưới dạng công. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 2.1.2. Công: Công phụ thuộc vào quá trình biến đổi, nếu hệ ở một trạng thái xác định không có trao đổi năng lượng thì công bằng không. Trong hệ sinh học cũng luôn tồn tại các quá trình thực hiện công. Công sinh học là công mà cơ thể sinh vật sinh ra trong quá trình sống của chúng. Công sinh học có nhiều dạng BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC Công sinh học - Do cơ thể sinh ra khi có sự dịch chuyển các bộ phận, các cơ quan trong nội bộ cơ thể sinh vật hoặc toàn bộ cơ thể sinh vật. Ví dụ: + Công sinh ra khi hô hấp là công được thực hiện bởi các cơ hô hấp để thắng tất cả các lực cản khi thông khí. Công của tim thực hiện khi đẩy máu vào mạch và đẩy máu chuyển động theo một chiều xác định,… + Công sinh ra khi động vật chạy, khi côn trùng bay,… BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC Công sinh học: Ví dụ: Công tổng hợp các chất cao phân tử sinh vật từ các phân tử có phân tử lượng thấp hơn như tổng hợp protein, axit amin, axit nucleic từ mononucleotit hay tổng hợp gluxit từ monosacarit,… - Công điện sinh ra khi xuất hiện điện thế sinh vật, khi dẫn truyền xung thần kinh,… - Công vận chuyển các chất ngược chiều gradien nồng độ, công vận chuyển các ion ngược chiều grdien điện thế,… BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 2.1.3. Nhiệt lượng Nhiệt lượng (Q) là số đo phần năng lượng trao đổi giữa hai hệ sau quá trình tương tác thông qua sự trao đổi trực tiếp năng lượng giữa các phân tử chuyển động hỗn loạn trong các hệ đó. Ví dụ: Phần năng lượng truyền từ vật nóng cho vật lạnh khi tiếp xúc nhau là nhiệt lượng. Nhiệt lượng cũng phụ thuộc quá trình biến đổi. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 2.2. Nguyên lý I nhiệt động học: Nguyên lý I nhiệt động học là định luật bảo toàn năng lượng áp dụng cho quá trình nhiệt Phát biểu: Nhiệt lượng mà hệ nhận được trong một quá trình bằng tổng công mà hệ sinh ra cộng với độ biến thiên nội năng của hệ Biểu thức: Q = A + Δ U Quá trình biến đổi vô cùng nhỏ: ƏQ = ƏA + dU BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 2.2. Nguyên lý I nhiệt động học: Nếu một hệ không nhận nhiệt lượng (Q = 0) mà liên tuc sinh công (A > 0) hoặc liên tục sinh công lớn hơn nhiệt lượng nhận vào (A > Q) thì ΔU = Q - A 0 với quá trình bất thuận nghịch và ΔS = 0 với quá trình thuận nghịch). BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 3.2. Nguyên lý II nhiệt động học: Nguyên lý II cho phép xác định chiều diễn biến của quá trình nhiệt, đồng thời cũng cho thấy mọi quá trình biến đổi nhiệt lượng thành công (trong động cơ nhiệt) thì chỉ được một phần và luôn kèm theo hao phí một phần dưới dạng nhiệt lượng truyền cho các vật khác và môi trường. Như vậy quá trình biến đổi nhiệt lượng thành công là bất thuận nghịch và hao phí năng lượng càng lớn nếu quá trình đó có tính bất thuận nghịch càng cao, hiệu suất càng nhỏ hơn 100%. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 3.3. Năng lượng tự do: Từ nguyên lý I có: dU = ƏQ - ƏA ; Mặt khác: dS = Nên: dU = TdS - ƏA ƏA = dU – TdS Trong điều kiện đẳng nhiệt (T= const) Công mà hệ thực hiện: - ƏA = dU – d(TS) = d(U- TS) Đại lượng: U-TS = F gọi là năng lượng tự do. F cũng là thông số trạng thái, là hàm phụ thuộc vào trạng thái của hệ. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 3.3. Năng lượng tự do: Từ trên ta có : U = F + TS. Như vậy: + Năng lượng tự do F chính là phần nội năng của hệ được dùng để sinh công có ích + TS là năng lượng liên kết, là phần nội năng sẽ bị hao phí dưới dạng nhiệt. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 3.3. Năng lượng tự do: Ta có độ biến đổi của năng lượng tự do là: ΔF = Δ U – T. Δ S Ở điều kiện đẳng nhiệt, hệ có nội năng xác định, quá trình tự diễn biến trong hệ cô lập sảy ra theo chiều entropi tăng ΔS> 0 nên tương ứng với ΔF 0, thành phần có thể dương, âm hoặc bằng 0. + Nếu > 0 thì = + > 0 và entropi của hệ tăng theo đúng nguyên lý II. + Nếu = 0 thì = > 0 tức là entropi của hệ tăng khi trong hệ sảy ra các quá trình bất thuận nghịch. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 3.5. Trạng thái dừng của hệ mở: Nếu 0 tức là entropi của hệ tăng còn 0 thì quá trình không tự xảy ra; muốn quá trình xảy ra thì phải đi kèm với một quá trình khác có độ giảm năng lượng tự do Δ Z 0 Δ Z < 0 và quá trình sẽ tự diễn biến theo chiều hướng oxy hóa hệ B. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC Tìm độ biến đổi entanpi H: Do hiệu ứng nhiệt của phản ứng : ΔQ = - Δ H nên xác định trực tiếp hiệu ứng nhiệt Δ Q của phản ứng sẽ suy ra Δ H. Ngoài ra có thể tìm sự phụ thuộc của hằng số cân bằng của phản ứng vào nhiệt độ và dựa vào phương trình đẳng áp để tìm Δ Q: = - Và có thể tìm Δ S theo phương trình: Δ Z = Δ H – T. Δ S. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Trong hóa sinh thì năng lượng tự do của quá trình tạo chất trong đó có sự làm đứt mối liên kết cũ để tạo các liên kết mới không quan trọng bằng loại năng lượng tự do của phản ứng trong đó có sự chuyển nhóm nguyên tử giữa các hợp chất theo kiểu phản ứng trao đổi. Phản ứng thủy phân là một kiểu phản ứng trong đó có sự chuyển nhóm nguyên tử giữa phân tử của chất bị thủy phân và phân tử H2O. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Ví dụ: Phản ứng thủy phân glixin – glixin: NH2 – CH2 – CO –– NH – CH2 –COOH + HOH 2NH2 – CH2 - COOH (I) (II) nhóm (I) được vận chuyển đến hydroxyl của phân tử H2O, còn H của phân tử H2O được chuyển đến nhóm (II) của phân tử glixin – glixin. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Những hợp chất mà khi thủy phân giải phóng ra năng lượng tự do từ 7 đến 10 kcal/mol được gọi là các hợp chất giàu năng lượng. Một hợp chất giàu năng lượng điển hình, tồn tại trong thế giới sinh vật, từ cơ thể đơn bào đến động thực vật bậc cao là ATP (adenozin triphotphat). BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Cấu tạo phân tử ATP có thể biểu diễn tóm tắt: O O O ademin – riboza – P – O ~ P – O ~ P – OH OH OH OH BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Các liên kết P – O gọi là liên kết thường, khi thủy phân chỉ cho ΔZ = - 2,5 kcal/mol. Liên kết O ~ P là liên kết giàu năng lượng. Khi thủy phân thì nhóm photphat cuối cùng của ATP được chuyển đến nhóm OH của H2O để tạo axit photphoric và ADP (adenozin – diphotphat). Trong điều kiện chuẩn pH = 7,0 ,nhiệt độ t = 37 0C, nồng độ các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng là 0,1M với sự có mặt của ion Mg2+ thì phản ứng thủy phân ATP tự diễn biến, cho ΔZ = - 7,3 kcal/mol. Phản ứng xảy ra trong nội bào cho ΔZ đạt tới -12 kcal/mol. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Khi nghiên cứu sự phân bố các п- (electron п) của phân tử ATP người ta thấy mạch chính mang điện (+) là : - +P - +O - +P - +O và chính lực đẩy tĩnh điện giữa các điện tích (+) sẽ làm tăng năng lượng được giải phóng khi ATP bị thủy phân, còn 4 nhóm hudroxyl do bị phân ly mạnh nên quanh mạch chính sẽ tích điện (-) là: P- O ~ P – O ~ P – O – O- O- O- BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 4.2. Năng lượng tự do trong quá trình thủy phân Vì lớp điện tích âm có tác dụng bảo vệ, nhờ đó mặc dù ATP có ΔZ với giá trị âm cao, nhưng nó vẫn khá bền vững trong dung dịch nước. Qua nghiên cứu năng lượng tự do trong quá trình thủy phân ta thấy: Về phương diện nhiệt động học, ΔZ mới là chỉ tiêu cần mà chưa đủ, nó cho phép đánh giá khả năng tự diễn biến của một quá trình, song phản ứng có tự sảy ra được hay không còn phụ thuộc vào các điều kiện cấu trúc, điều kiện nhiệt động,… BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC §5. Chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh vật: 5.1. Nhu cầu năng lượng: Năng lượng là nhu cầu tuyệt đối cúa sự sống, mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể động thực vật đều cần năng lượng: - Năng lượng tiêu tốn cho quá trình tổng hợp chất, cho quá trình vận chuyển các nội chất trong tế bào, vận chuyển các chất ngược chiều gradien qua màng sinh học hay các kiểu vận động của tế bào, của cơ thể sinh vật. - Năng lượng cần thiết để sản xuất nhiệt lượng cho cơ thể. - Năng lượng cần thiết cho các quá trình điện của tế bào và cơ thể, như tạo ra sự tích điện trên màng sinh chất, thậm chí gây phóng điện đẻ bảo vệ cơ thể trước kẻ thù (ở một số loài lươn, cá),… - Năng lượng để tạo ra sự phát quang (ở một số loài cá biển, đom đóm,…) BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.2. Chuyển giao năng lượng trong tế bào: Tế bào là đơn vị nhỏ nhất của sự sống. Quá trình trao đổi chất ở tế bào gồm hai quá trình ngược nhau cùng song song tồn tại, đó là quá trình đồng hóa và dị hóa. Xét hai quá trình đó về mặt năng lượng: - Quá trình dị hóa gồm một loạt các phản ứng men phân hủy các cao phân tử chất hữu cơ như gluxit, lipit, protein hay các chất đơn giản hơn như axit pyruvic, axit axetic, CO2, amoniac, H2O, urê,…Quá trình dị hóa giải phóng ra năng lượng. Xét về entropi thì quá trình dị hóa có entropi tăng; Chẳng hạn phản ứng oxy hóa glucoza chuyển một phân tử có mức trật tự cao, S bé thành các sản phẩm CO2 và H2O có S lớn hơn. - Quá trình đồng hóa là quá trình tổng hợp các chất của tế bào như gluxit, prrotein, lipit, axit nucleic từ các chất đơn giản hơn. Quá trình tổng hợp này dẫn đến tăng kích thước, tính trật tự của phân tử, nên có entropi giảm và tiêu tốn năng lượng. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.2. Chuyển giao năng lượng trong tế bào: Quá trình chuyển giao năng lượng trong tế bào thực hiện như sau: Năng lượng được giải phóng ra trong quá trình dị hóa không được tế bào sử dụng trực tiếp, mà trước hết được cất giữ trong các liên kết giàu năng lượng của ATP. Phân tử ATP sau đó có thể khuếch tán đến nơi mà tế bào cần năng lượng; Tại đây, nhóm photphat của ATP được vận chuyển đến phân tử chất nhận là phân tử H2O, đồng thời năng lượng đã cất giữ sẽ được giải phóng, cung cấp cho tế bào để thực hiện các công sinh học có ích. Do vậy ATP được gọi là nguồn năng lượng di động của tế bào. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.2. Chuyển giao năng lượng trong tế bào: Trong tế bào còn có một hình thức chuyển giao năng lượng khác: Từ các phản ứng oxy hóa khử trong quá trình dị hóa đến các phản ứng tổng hợp chất trong quá trình đồng hóa, đó là quá trình vận chuyển electron giàu năng lượng (ký hiệu là ẽ ). Khi cần tổng hợp các phân tử giàu hydro (như axit béo và colesteron) thì cần phải có hydro và ẽ để khử liên kết đôi. Các ẽ được bứt ra từ các phản ứng oxy hóa trong quá trình dị hóa sẽ được chuyển giao cho các nhóm khử là các nhóm có liên kết đôi C = C hoặc C = O với sự giúp đỡ của một số cophecmen, trong đó quan trọng nhất là NAD.P (nicotinamit-ademin-dinucleic photphat). Như vậy NAD.P đóng vai trò chất vận chuyển các ẽ giàu năng lượng sinh ra trong các phản ứng của quá trình dị hóa đến phản ứng cần ẽ trong quá trình đồng hóa. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.3. Sự trao đổi năng lượng trong hệ sinh vật: Nguồn năng lượng cho thế giới sinh vật trên trái đất là mặt trời. Mặt trời phát năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ với các bước sóng khác nhau nhưng chỉ khoảng 30% năng lượng của bức xạ đến được trái đất còn lai bị lớp khí quyển bao quanh trái đất hấp thụ. Với 30 % năng lượng đến được trái đất thì phần lớn số đó biến thành nhiệt, một phần biến thành năng lượng bức xạ phát trở lại vào vũ trụ dưới dạng bức xạ hồng ngọai, một phần làm bốc hơi nước, tạo ra các đám mây và chỉ có 0,02 % trong 30% là được các thực vật quang hợp hấp thụ. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.3. Sự trao đổi năng lượng trong hệ sinh vật: Tảo và cây xanh là những sinh vật sử dụng trực tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời.Tảo và cây xanh nhờ các lục lạp, trong quá trình quang hợp đã sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng để tổng hợp cacbonhydrat từ CO2 và H2O có sẵn trong môi trường; Ngoài ra chúng còn có thể tổng hợp các chất hữu cơ khác như protein, lipit khi có sự tham gia của các muối khoáng. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.3. Sự trao đổi năng lượng trong hệ sinh vật: Động vật sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời một cách gián tiếp thông qua việc ăn các sản phẩm quang hợp hoặc ăn các động vật khác. Tế bào phân hủy thức ăn, giải phóng năng lượng có trong thức ăn và dự trữ năng lượng này dưới dạng ATP để dùng cho các quá trình sinh công sinh học của tế bào. Trong các loại thức ăn thì gluxit là nguồn năng lượng quan trọng nhất; Được thực vật dự trữ dưới dạng tinh bột còn động vật dự trữ dưới dạng glucogen trong tế bào. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 5.3. Sự trao đổi năng lượng trong hệ sinh vật: Ta có thể biểu diễn sự trao đổi năng lượng trong thế giới sinh vật như sơ đồ ở hình 1: BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC §6. Các quá trình vận chuyển vật chất qua màng tế bào: 6.1. Màng tế bào: 6.1.1. Thành phần cấu tạo màng: Khi quan sát trên kính hiển vi điện tử, người ta xác định được bề dày màng tế bào khoảng 60 đến 130 A0 , trên màng có nhiều lỗ nhỏ, kích thước từ 3,5 đến 8 A0 (gọi là các siêu lỗ) với mật độ rất dày, khoảng 1010 lỗ/cm2. Đặc điểm chung của màng là cho nước và các hợp chất không phân cực thấm qua dễ dàng nhưng rất khó thấm đối với các hợp chất phân cực và hầu như không cho các ion vô cơ thấm qua. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 6.1.1. Thành phần cấu tạo màng: Thành phần chủ yếu của màng là lipit, protein, gluxit, nước và các ion vô cơ. Thành phần lipit: Tùy loại và loài sinh vật mà tỷ lệ trọng lượng giữa thành phần lipit và protein trong màng thay đổi từ 4:1 đến 1: 3. Thường lipit chiếm khoảng 40% trọng lượng khô của màng và tồn tại dưới 2 dạng là lipit có cực và lipit trung tính. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 6.1.1. Thành phần cấu tạo màng: Thành phần lipit: + Loại lipit có cực đặc trưng là photpho-lipit và fingo-lipit, chúng chiếm khoảng 80% trọng lượng lipit tổng cộng và tỷ lệ này có thay đổi tùy theo từng loại màng. Hai loại lipit này có vai trò tạo khung của cấu trúc màng và quyết định nhiều tính chất quan trọng, như tính khuyếch tán, tính hoạt động của các loại men nằm trong màng. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 6.1.1. Thành phần cấu tạo màng: Thành phần lipit: + Lipit trung tính đáng chú ý là choresterin và axit béo tự do. Axit béo tự do có vai trò ức chế các quá trình trao đổi chất mà có khả năng dẫn đến phá hủy mức độ ổn định của cấu trúc màng. Choresterin có tác dụng làm giảm tính di động của axit béo tự do, hạn chế sự tham gia của photpho-lipit trong các quá trình chuyển hóa và cũng giữ vai trò ổn định cấu trúc màng. Lượng choresterin quyết định tính chặt chẽ của các phân tử lipit. BÀI GIẢNG LÝ SINHCHƯƠNG I: NHIỆT SINH HỌC 6.1.1. Thành phần cấu tạo màng: Thành phần protein: + Đóng vai trò xác định tính chất và chức năng của màng. Lượng protein thay đổi tùy theo loại màng. Ví dụ: Ở màng tế bào gan, chiếm tới 85 %, nhưng lại rất ít ở màng mielin + Protein trong màng tế bào có cấu trúc dạng sợi hoặc cầu. Dạng sợi giữ vai trò chủ yếu đối với việc tạo khung của màng (như