I. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng trong tế bào

1. Khái niệm phân giải:

Phân giải là quá trình phá vỡ các liên kết trong các phân tử sinh học để tạo ra các phân tử nhỏ hơn đồng thời giải phóng năng lượng (một phần tích lũy trong ATP, một phần biến thành nhiệt năng giải phóng ra môi trường). 

Carbohydrate là nguyên liệu chính được tế bào sử dụng để phân giải.

Có 3 con đường phân giải đường: (1) Hô hấp tế bào (hô hấp hiếu khí); (2) Hô hấp kị khí; (3) Lên men.

2. Hô hấp tế bào:

Là quá trình phân giải hoàn toàn phân tử đường thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước với sự tham gia của O2, đồng thời giải phóng năng lượng cho các hoạt động của tế bào. 

Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp tế bào: 

Hô hấp tế bào được chia thành 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs, chuỗi truyền electron như hình vẽ:

Trong điều kiện thực nghiệm tối ưu, một phân tử glucose qua hô hấp hiếu khí có thể tạo được 36 - 38 phân tử ATP.

3. Lên men:

Là quá trình phân giải không hoàn toàn phân tử đường để tạo năng lượng mà không có sự tham gia của O2 và không có chuỗi truyền electron.

Gồm 2 giai đoạn: đường phân và lên men.

Tế bào vi khuẩn có nhiều kiểu lên men, tế bào nhân thực có 2 kiểu lên men chính là lên men lactate và lên men etanol. Ở động vật và người chỉ có kiểu lên men lactate. 

Kết quả lên men chỉ tạo ra 2 ATP, ít hơn rất nhiều so với hô hấp hiếu khí.

II. Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng trong tế bào

1. Khái quát:

Là sự hình thành hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng. Quá trình tổng hợp giúp xây dựng tế bào và cơ thể. 

Tổng hợp các chất chính là quá trình tích lũy năng lượng trong các liên kết hóa học của sản phẩm mới được tổng hợp.

2. Vai trò của quang hợp:

Quang hợp là quá trình tổng hợp quan trọng nhất đối với hệ thống sống. Đây là quá trình thực vật và các sinh vật tự dưỡng chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ nhờ có lục lạp. 

Phương trình khái quát của quá trình quang hợp:

Gồm 2 giai đoạn: pha sáng và pha tối.

3. Vai trò của quang khử trong tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng ở vi khuẩn:

Một số vi khuẩn màu lục và màu tía dùng năng lượng ánh sáng để khử Co2, không dùng H2O mà dùng H2S, H2 để làm nguồn H+. Quá trình quang hợp không giải phóng O2 và gọi là quang khử.

4. Vai trò của hóa tổng hợp trong tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng ở vi khuẩn:

Quá trình cố định CO2 thành các chất hữu cơ nhờ sử dụng năng lượng sinh ra từ các phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ gọi là hóa tổng hợp. Các loại sinh vật thực hiện được quá trình này gọi là sinh vật hóa tổng hợp (sinh vật hóa tự dưỡng). Phương trình tổng quát:

Một số nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp và vai trò của chúng:

5. Mối quan hệ giữa quá trình phân giải và quá trình tổng hợp trong tế bào:

Quá trình tổng hợp sử dụng năng lượng để tạo nên phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản và tích lũy năng lượng. Quá trình phân giải phá vỡ các phân tử phức tạp thành phân tử đơn giản để giải phóng năng lượng. 

Hai quá trình này trái ngược nhau nhưng lại thống nhất và liên quan mật thiết với nhau.

Sơ đồ tư duy tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào: