Chắc hẳn ai cũng biết rằng hô hấp là quá trình oxi hóa sinh học của tế bào sống, chuyển hóa từ O2 (oxy) sang CO2 (cacbonic) và H2O (nước). Cùng tìm hiểu bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn hô hấp là gì? Các giai đoạn mà tế bào trải qua trong quá trình hô hấp?
Tóm tắt
Hô hấp là gì?
Trong sinh lý học, hô hấp được hiểu là quá trình vận chuyển oxy (O2) từ không khí bên ngoài môi trường vào các tế bào trong mô, sau đó vận chuyển cacbon dioxide (CO2)theo hướng ngược lại . Định nghĩa này khác với cách giải thích hóa sinh về hô hấp, trong đó có đề cập đến hô hấp tế bào.
Hô hấp là gì? Tìm hiểu về quá trình hô hấp
Quá trình hô hấp là việc không ngừng cung cấp O2 cho các tế bào trong cơ thể, loại bỏ khí CO2 do các tế bào thải ra khỏi cơ thể, đồng thời giải phóng năng lượng và một phần trong có được tích lũy từ ATP. Tóm lại, bạn có thể hiểu hô hấp là lấy O2 ngoài môi trường và thải CO2 ra ngoài.
Phương trình tổng quát:
C6H12O6 + 6O2 ⇒ 6CO2 + 6H2O + năng lượng (nhiệt + ATP)
Thực chất, hooh ấp là một hệ thống oxy hóa - khử phức tạp, trong đó diễn ra các phản ứng khử tách điện từ, hydro từ nguyên liệu hô hấp chuyển tới oxy không khí và tạo ra nước. Năng lượng giải phóng ra trong các phản ứng oxy hóa - khử sẽ được cố định lại trong các mối liên kết giàu năng lượng.
Các dạng hô hấp
Hô hấp ở mức độ tế bào
Hô hấp tế bào là gì? Hô hấp tế bào được định nghĩa là một tập hợp các phản ứng và quá trình trao đổi diễn ra trong các tế bào của sinh vật. Quá trình này nhằm chuyển đổi năng lượng hóa học có trong chất dinh dưỡng thành ATP (adenosine triphosphate), một trong các phương thức chính của tế bào giải phóng năng lượng cho hoạt động tế bào. Sau đó se giải phóng các chất thải này ra ngoài môi trường.
Hô hấp tế bào được xem là phản ứng oxy hóa - khử và giải phóng nhiệt. Phản ứng tổng thể sẽ được thực hiện qua nhiều bước khác nhau, tuy nhiên hầu hết đều là phản ứng oxi hóa - khử.
Các tế bào ở thực vật hoặc động vật đều sử dụng chất dinh dưỡng cho quá trình hô hấp, có thể kể đến như đường, axit amin, axit béo, và chất oxy hóa (chất nhận điện tử) phổ biến nhất là oxy phân tử (O2). Lúc này, nhóm Phosphate thứ ba trong ATP liên kết yếu với phần còn lại của phân tử và bị phá vỡ một cách dễ dàng, cho phép hình thành nên liên kết mạnh hơn, truyền năng lực cho tế bào sử dụng.
Năng lượng hóa học được lưu trữ này có thể được sử dụng để thức đẩy các quá trình đòi hỏi năng lượng, bao gồm cả sinh tổng hợp, vận động hay vận chuyển các phân tử qua màng tế bào.
Phương trình của hô hấp tế bào:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + năng lượng (nhiệt + ATP)
Hô hấp ở mức độ cơ thể
Hô hấp cơ thể là tập hợp các quá trình, trong đó cơ thể sẽ lấy oxy từ ngoài môi trường cào để oxy hóa các chất trong tế bào. Sau đó giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống, đồng thời thải khí CO2 ra bên ngoài. Quá trình này bao gồm hô hấp ngoài và hô hấp trong.
Hô hấp ở cây xanh là gì?
Khi nhắc đến hô hấp ở thực vật, chúng ta thường liên tưởng đến quá trình quang hợp của cây xanh để duy trì sự sống. Tuy nhiên, giống như động vật, các loài thực vật cũng phải trải qua quá trình hô hấp mỗi ngày.
Hô hấp ở thực vật là quá trình oxy hóa sinh học, dưới dạng tác dụng của enzim để nuôi tế bào. Nguyên liệu của quá trình hô hấp là Glucose của tế bào sống. Trong đó, các phân tử hữu cơ bị oxy hóa, phân giải hoàn toàn với sự tham gia của oxy, tạo thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng là CO2 và H2O.
Hô hấp ở thực vật là lấy khí O2 và thải khí CO2
Đồng thời, một phần năng lượng được giải phóng tích lũy dưới dạng dễ sử dụng ATP, một trong những hợp chất căn bản của sự sống, có vai trò chủ chốt ở hầu như các quá trình chuyển hóa năng lượng. Sau đó, phần năng lượng này cung cấp cho tất cả hoạt động sống của cơ thể.
Phương trình tổng quát:
C6H12O6 + 6O2 ⇒ 6CO2 + 6H2O + Năng lượng (nhiệt + ATP)
Quá trình hô hấp ở thực vật xảy ra vào ban đêm, cây hô hấp sẽ lấy đi O2 trong không khí và thải ra nhiều khí CO2. Vì thế, bạn không nên đặt cây trong phòng và đóng kín cửa vào buổi đêm, không khí trong phòng sẽ bị thiếu O2 khiến người ngủ có thể bị ngạt.
Con đường hô hấp
Hô hấp hiếu khí
Đây là quá trình oxy hóa các phân tử hữu cơ và chất nhận electron cuối cùng là oxy phân tử (O2). Con đường hô hấp này thường xảy ra ở các loại vi sinh vật nhỏ bé. Với vi sinh vật nhân thực, chuỗi truyền electron ở màng trong ti thể, còn ở sinh vật nhân sơ thường sẽ diễn ra ngay trên màng sinh chất.
Hô hấp hiếu khí thường xảy ra ở các loài vi sinh vật
Vi sinh vật là những loài có kích thước vô cùng nhỏ, bạn chỉ có thể nhìn rõ chúng bằng kính hiển vi. Các loài vi sinh vật sinh trưởng, sinh sản nhờ việc hấp thụ và chuyển hóa chất dinh dưỡng với tốc độ nhanh chóng. Trong môi trường có O2, một số loại sẽ tiến hành hô hấp hiếu khí. Ngược lại, khi môi trường không có oxy, vi sinh vật sẽ tiến hành lên men, một số vẫn hô hấp kị khí.
Sản phẩm cuối cùng trong quá trình phân giải đường là Co2 và H2O. Khi phân giải một phân tử Glucozo, tế bào của vi khuẩn sẽ tích lũy được 38 ATP, chiếm 40% năng lượng trong phân tử nguyên liệu.
Ở một số vi sinh vật hiếu khí, khi môi trường thiếu đi một số nguyên tố vi lượng khiến quá trình trao đổi chất bị rối loạn ở giai đoạn kế tiếp chu trình Crep. Có nghĩa là loại vi sinh vật đã thực hiện hô hấp không hoàn toàn.
Chung quy lại, hô hấp hiếu khí là quá trình phân giải nguyên liệu đường đơn để sinh năng lượng, cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể. Trải qua giai đoạn đường phân, sản phẩm cuối cùng được phân giải là O2 để thực hiện quá trình hô hấp.
Phương trình tổng hợp: Glucose (C6H12O6) + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Hô hấp kị khí
Hô hấp kị khí khác gì so với hiếu khí? Hô hấp kị khí được định nghĩa là quá trình hô hấp sử dụng chất oxy hóa khác không phải oxy. Mặc dù không được sử dụng trong quá trình này nhưng vẫn được dùng như một chuỗi chuyền electron, được gọi là Physiomer.
Trong quá trình hô hấp kị khí, electron sẽ được gắn kết chặt chẽ vào chuỗi chuyền electron và oxy chính là chất oxy hóa cuối cùng. Đồng thời phân tử oxy cũng được xem là chất có tính oxy hóa cao và là chất nhận electron vô cùng xuất sắc.
Bên cạnh đó, quá trình hô hấp hiếm khí còn có các chất oxy hóa khác được sử dụng phổ biến, như sunfat (SO42-), nitrat (NO3-) và fumarat. Tuy nhiên, các chất này mang lại hiệu quả không cao so với hô hấp hiếu khí.
Hô hấp kị khí được sử dụng chủ yếu ở các loại vi khuẩn cũng như cổ khuẩn tồn tại trong môi trường ít khí O2. Do vậy, nhiều sinh vật thuộc dạng kị khí bắt buộc chỉ có thể thực hiện quá trình hô hấp được với những chất kỵ khí, nếu có sự xuất hiện của O2, chúng sẽ nhanh chóng bị diệt.
Phương trình tổng hợp: Glucose → Rượu + 2CO2 + 2ATP
Giai đoạn của quá trình hô hấp
Trong quá trình hô hấp của tế bào, có 3 giai đoạn chính để phân giải đường bao gồm đường phân, chu trình Crep, chuỗi truyền electron hô hấp. Khi quá trình diễn ra xong thì cơ thể sẽ có một nguồn năng lượng nhất định, cung cấp cho các hoạt động của tế bào.
Đường phân
Đây là giai đoạn đầu tiên trong chu trình hô hấp của tế bào, đường phân sẽ xảy ra trong bào tương. Sau khi kết thúc giai đoạn này, các phân tử glucozo (6 cacbon) sẽ được phân tách ra thành 2 phân tử axit piruvic (3 cacbon).
Theo lý thuyết, khi đường phân hoàn tất, tế bào sẽ thu được 4ATP, tuy nhiên có 2 ATP đã được điều đi để hoạt hóa đường Glucose. VÌ thế, khi đường phần hoàn toàn, 2 phân tử ATP và 2 phân tử NADH (nicotinamit adenin dinucleotit) sẽ được tế bào nạp lại.
Sơ đồ chuyển hóa của giai đoạn đường phân diễn ra như sau:
Chu trình Crep
Sau khi kết thúc giai đoạn 1, 2 phân tử axit piruvic từ giai đoạn đường phân sẽ bắt đầu di chuyển vào chất nền của ti thể. Tại đây, các phân tử này sẽ được biến đổi thành acetyl-CoA. Đây chính là nguyên liệu để thực hiện chu trình Crep.
Chu trình Crep
Trong quá trình biến đổi phân tử axit piruvic, sản phẩm được ra là 2 phân tử NADH, đồng thời giải phóng 2 phân tử CO2. Kết quả của chu trình Crep là tạo ra thêm 2 phân tử NADH, FADH2 (flavin adenin dinucleotit) và ATP.
Chuỗi truyền electron
Sau khi hoàn thành chu trình Crep, quá trình chuyền electron sẽ xảy ra trong tế bào. Đối với tế bào nhân thực, quá trình diễn ra ở màng trong ti thể, còn với tế bào nhân sơ sẽ diễn ra tại màng tế bào chất.
Nguyên liệu cần thiết để thực hiện chuỗi truyền electron là NADH, FADH2 và O2 được sản sinh từ chu trình Crep. Kết quả của chuỗi truyền điện tử là tạo ra ATP và H2O.
Kết thúc cả quá trình hô hấp ở tế bào, từ một phân tử đường Glucozo sẽ biến thành sản phẩm của hô hấp bao gồm CO2, H2O và ATP.
Hô hấp sáng là gì?
Hô hấp sáng còn được gọi là quang hô hấp. Đây là quá trình hô hấp xảy ra trong điều kiện có ánh sáng, khi cây thiếu CO2 và thừa O2 trong lá.
Quá trình này không tạo ra ATP, tiêu tốn đến 50% sản phẩm quang hợp, tuy nhiên hô hấp sáng sẽ tạo ra một vài axit amin như Serin, Glixin. Thực tế, quá trình hô hấp sáng thường diễn ra ở thực vật C3, có sự tham gia đồng thời của cả 3 bào quan là lục lạp, peroxixom và cả ti thể.
Quá trình hô hấp sáng là hô hấp liên quan trực tiếp đến ánh sáng, xảy ra ở các loại thực vật C3 khi nồng độ CO2 trong lá thấp do bị oxy hóa RiDP thành APG (axit diphotpho glixeric) và AG (axit glycolic).
APG sau đó sẽ tiếp tục đi vào chu trình Canvin, còn AG là bản thể của hô hấp sáng, bị oxy hóa ở peroxisome và giải phóng CO2 trong ti thể.
Bài viết trên cung cấp thông tin về hô hấp là gì, các giai đoạn của quá trình hô hấp. Hy vọng, bài viết đã đem lại những thông tin hữu ích cho bạn đọc về khái niệm này. Hãy bình luận câu hỏi bên dưới để sansosanh có thể giải đáp giúp bạn nhé!
