Ôn tập Sinh học 12 - Chuyên đề: Hô hấp ở thực vật

Nội dung tài liệu: Ôn tập Sinh học 12 - Chuyên đề: Hô hấp ở thực vật

1. CHỦ ĐỀ 4: HÔ HẤP Ở THỰC VẬT A- HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM I. Khái niệm về hô hấp - Hô hấp ở thực vật là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ( đặc biệt là glucozo) của tế bào sống,đồng thời giải phóng năng lượng và một phần NL đó được tích lũy trong ATP- dạng NL cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể. * Phư¬ng tr×nh tæng qu¸t qu¸ tr×nh ph©n gi¶i hoµn toµn ph©n tö Gluc«z¬: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Q (năng lượng : ATP + nhiệt) * Bản chất hô hấp: + Về mặt năng lượng: Hô hấp là quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống, qua đó năng lượng hóa năng trong các hợp chất hữu cơ => hóa năng trong ATP, dạng năng lượng dễ sử dụng nhất cho TB và cơ thể. + Về mặt hóa học: Hô hấp là một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử sinh học( chuỗi phản ứng enzim) phân giải dần dần các phân tử chất hữu cơ và năng lượng không giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau. II.Vai trò của quá trình hô hấp - NL được thải ra ở dạng nhiệt cần thiết để duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các hoạt động sống của cơ thể. - Năng lượng được tích luỹ trong ATP được sử dụng cho rất nhiều hoạt động sống quan trong của cây như:: vận chuyển vật chất trong cây, sinh trưởng,sinh sản tổng hợp chất hữu cơ, sửa chữa những hư hại của tế bào - Trong quá trình hô hấp nhiều sản phẩm trung gian được hình thành, các sản phẩm trung gian này là nguyên liệu của các quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể. VD. + axit piruvic là nguyên liệu để tổng hợp a.a alanin; + axetyl coenzimA được sử dụng để tổng hợp axit béo III.Bộ máy hô hấp của TV; * Thực vật không có cơ quan hô hấp chuyên trách như động vật=> Hô hấp diễn ra tất cả các cơ quan của cơ thể, đặc biệt xảy ra mạnh ở các cơ quan đang sinh trưởng, đang sinh sản và ở rễ. Hô hấp của TV chính là quá trình hô hấp TB! *Bào quan hô hấp: Ti thể Cấu trúc của ti thể gồm 2 thành phần chính: - Lớp màng kép bao bọc: màng ngoài trơn, màng trong gấp nếp ăn sâu vào khoang ti thể mào , trên đó có nhiều loại enzim hô hấp và chuỗi truyền electron - Chất nền: + Có chứa nhiều các chất vô cơ, hữu cơ. Đặc biệt có hệ enzim cacboxyl-oxi hóa xúc tác phản ứng trong chu trình Crep(hô hấp TB) + Có chứa ADN(dạng vòng), ARN enzim và ribôxôm riêng nên ti thể có khả năng tự tổng hợp cho mình 1 số loại prôtêin cần thiết cho mình . Ti thể có khả năng tự nhân đôi Số lượng, kích thước,vị trí của ti thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện môi trường và trạng thái sinh lí của tế bào
2. IV. Cơ chế hô hấp ( Đối với quá trình phân giải nhóm chất cacbonhdrat) Hô hấp gồm 2 giai đoạn chính : + Đường phân ( Pha phân giải kị khí) + Lên men( nếu không có oxi); hoặc hô hấp hiếu khí/ hô hấp ti thể( nếu có oxi  có 2 con đường hô hấp: phân giải hiếu khí( có sự tham gia của oxi) và phân giải kị khí( không có sự tham gia của oxi) 1.Giai đoạn1: Đường phân( con đường EMP)- pha phân giải kị khí: Mọi quá trình hô hấp ở sinh vật đều có giai đoạn này - Nơi xảy ra: Tế bào chất. - Nguyên liệu: glucozo - Diễn biến: Trong giai đoạn này, 1 phân tử đường glucozo bị phân cắt thành 2 phân tử axit piruvic(A.P) * Phương trình tổng quát của giai đoạn đường phân: + C6H12O6 + 2ATP + 2 NAD + 4 ADP + 4Pi -> 2 Axit pyruvic + 2 NADH + 4 ATP Hiệu quả NL: Thực tế tạo ra 4 ATP, 2 NADH nhưng để hoạt hóa phân tử glucozo cần sử dụng mất 2 ATP => Hiệu quả năng lượng tạo ra sau giai đoạn đường phân là 2ATP và 2NADH 2. Giai đoạn 2: lên men hoặc hô hấp hiếu khí trong ti thể 2.1.Hô hấp hiếu khí( hô hấp ti thể). + ĐK : Xảy ra trong điều kiện có oxi( O2 là nhận điện tử cuối cùng trong quá trình phân giải cơ chất) + Nơi xảy ra: Ti thể + Diễn biến: Gồm 2 giai đoạn: Chu trình Crep( Krebs) và chuỗi truyền electron * Chu trình Crep(diễn ra ở chất nền của ti thể) : khi có oxi, axit piruvic từ tế bào chất vào ti thể . Tại ti thể, axit piruvic chuyển hoá theo chu trình Crep và bị oxi hoá hoàn toàn đến CO2: + + 2 AP + 2 NAD -> 2 axetyl- CoA + 2NADH + 2 CO2 + + + + 2Axetyl- CoA + 6NAD + 2 FAD + 2ADP + 2Pi + 6H2O -> 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 + 2ATP KQ : 2 AP bị phân giải đến sản phẩm cuối cùng là CO2, đồng thời tạo ra 2 ATP; 8 NADH, 2 FADH2 Hiệu quả NL của chu trình Crep: 2 ATP; 8 NADH, 2 FADH2 * Chuỗi truyền electron( diễn ra ở màng trong của ti thể) : Trong giai đoạn này,hidro tách ra từ axit piruvic trong chu trình Crep được chuyển đến chuỗi truyền electron trên màng trong của ti thể( dưới dạng các phân tử NADH, FADH2), qua một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử đến phản ứng cuối cùng=> khử oxi thành H2O và tích lũy được 34 ATP( nhờ quá trình photphoryl hóa tại kênh ATP –synteaza) - Nguyên tắc: + 1 NADH khi truyền e cho chuỗi truyền điện tử sẽ tổng hợp được khoảng 3 ATP + 1 FADH2 khi truyền e cho chuỗi truyền điện tử sẽ tổng hợp được khoảng 2 ATP Hiệu quả NL của chuỗi truyền e: 34 ATP => Kết quả toàn bộ quá trình phân giải hiếu khí: 38 ATP( có 2 ATP được sử dụng cho quá trình vận chuyển các chất qua màng=> hiệu quả thu được 36 ATP gần 50 % năng lượng có trong 1 phân tử glucozo 2.2 Lên men: - Điều kiện: xảy ra khi cây ở trong điều kiện thiếu oxi( rễ bị ngập úng, hạt bị ngâm vào trong nước ) - Nơi xảy ra: Tế bào chất; không có sự tham gia của ti thể - Diễn biến: Là quá trình phân giải AP trong điều kiện kị khí, không có sự tham gia của chất nhận điện tử bên ngoài. Chất cho và nhận e đều là chất hữu cơ. Sản phẩm cuối cùng là rượu etylic hoặc a.lactic, không tích lũy thêm năng lượng. + AP -> Rượu etylic + CO2 + AP -> A. lactic
3. V. Hệ số hô hấp (RQ) - Hệ số hô hấp- kí hiệu là RQ - là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử O2 hút vào khi hô hấp. RQ của nhóm hydrat cacbon bằng 1. Ví dụ : C6H12O6 + 6 O2 = 6CO2 + 6H2O => RQ = 6/6 = 1 RQ của nhóm lipit,protein thường 1 - Ý nghĩa của hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) đang hô hấp là nhóm chất gì và trên cơ sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng của cây. VI. Hô hấp sáng - Khái niệm: Hô hấp sáng là hô hấp xảy ra ngoài ánh sáng. Thực chất là quá trình hấp thụ O 2 và giải phóng CO2 ngoài sáng, xảy ra đồng thời với quang hợp. - Điều kiện xảy ra: Cường độ ánh sáng cao, lượng CO 2 cạn kiệt, O 2 tích lũy nhiều trong lục lạp (O 2/ CO2 = 10) - Nơi xảy ra: ở 3 bào quan bắt đầu là lục lạp, peroxixom và kết thúc tại ty thể. Hô hấp sáng chỉ xảy ra ở nhóm TV C3 : - Diễn biễn: trong điều kiện trên, E.Rubisco chuyển từ hoạt tính cacboxyl hóa( E.RiDP cacboxilaza) sang hoạt tính oxy hóa( E.RiDP oxigenaza): Khi đó trong pha cacboxi hoá của chu trinh Canvin xảy ra quá trình oxi hoá RiDP thành Axit glycolic. Axit glycolic chính là bản thể của hô hấp sáng. => Ảnh hưởng: + Hô hấp sáng không có ý nghĩa về mặt năng lượng (không giải phóng ATP), nhưng lại tiêu tốn 30-50% sản phẩm quang hợp=> gây lãng phí sản phẩm quang hợp. + Thông qua hô hấp sáng đã hình thành 1 số axit amin cho cây ( glixerin, serin ) VII. Hô hấp và các điều kiện môi trường a. Hô hấp và nhiệt độ - Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với sự xúc tác của các ezim do đó phụ thuộc chặt chẽ vào T0 + Nhiệt độ thấp nhất mà cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng - 100C-> 00C tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau. + Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 35 - 40C + Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 45 - 55C . Trên nhiệt độ tối đa, bộ máy hô hấp sẽ bị phá huỷ. *Trong giíi h¹n nhiÖt ®é sống cña TB (0 – 400C) - H« hÊp tu©n theo ®Þnh lËt vanh«p ( Q10 = 2-3) b. Hô hấp và hàm lượng nước - Nước vừa là dung môi vừa là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. - Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hoá nguyên liệu hô hấp=> ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hô hấp. Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) của cơ thể, cơ quan hô hấp. + Hàm lượng nước trong cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại. c. Hô hấp và nồng độ các khí O2, CO2 trong không khí * O2 là nguyên liệu trực tiếp của hô hấp hiếu khí. Cã oxi míi cã h« hÊp hiÕu khÝ ( là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi truyền điện tử ) đảm bảo phân giải hoàn toàn nguyên liệu hô hấp=> tích lũy nhiều NL hơn so với phân giải kị khí.
4. - Khi nồng độ O2 trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang hô hấp kị khí - dạng hô hấp không có hiệu quả năng lượng rất bất lợi cho cây trồng. * CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp. Nếu hàm lượng CO 2 trong môi trường cao(( 40%) =>hô hấp bị ức chế. => Ứng dụng: VIII. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản thực a. Mục tiêu của bảo quản: Giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản. b. Ảnh hưởng của hô hấp trong quá trình bảo quản: - Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của đối tượng bảo quản, do đó làm giảm số lượng và chất lượng trong quá trình bảo quản. - Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. - Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. - Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng O2 sẽ giảm, CO2 sẽ tăng và khi O2 giảm quá mức, CO2 tăng quá mức thì hô hấp ở đối tượng bảo quản sẽ chuyển sang dạng hô hấp yếm khí và đối tượng bảo quản sẽ bị phân huỷ nhanh chóng. c. Các biện pháp bảo quản: - Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo từng loại hạt. - Bảo quản lạnh: Phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng phương pháp này. Chúng đợc giữ trong các kho lạnh, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: khoai tây ở 4, cải bắp ở 1, cam, chanh ở 6oC. - Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO 2 cao: Đây là biện pháp bảo quản hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao. Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO 2 cao hoặc đơn giản hơn là các túi polietilen. Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO 2 thích hợp là điều hết sức quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản. IX. Mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp IX.Mối quan hệ giữa QH và HH. *QH và HH là 2 quá trình có MQH mật thiết trong cơ thể TV vì: - Sản phẩm của quang hợp là nguyên liệu của hô hấp; sản phẩm của hô hấp là nguyên liệu cho quá trình quang hợp. -QH và hô hấp là 2 quá trình kế tiếp nhau giúp dòng NL được chuyển hoá từ dạng không sử dụng được =>dạng NL phổ biến của mọi TB sóng
5. B. HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 41. ( Đề thi HSG Chuyên Hà am- 2010) 1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật là gì? 2. Bản chất của quá trình hô hấp? 3. Trình bày cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp ở tế bào? Trả lời: 1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật. - Ti thể là bào quan làm nhiệm vụ hô hấp ở tế bào. Nó được xem là “trạm biến thế năng lượng” của tế bào. - Bản chất của quá trình hô hấp Bản chất của quá trình hô hấp: Khác với quá trình đốt cháy chất hữu cơ ngoài cơ thể, quá trình ôxi hoá trong cơ thể phải trải qua nhiều chặng, bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh để cuối cùng giải phóng CO 2, H2O và năng lượng dưới dạng ATP. - Các giai đoạn của quá trình hô hấp trong cơ thể thực vật gồm: - Giai đoạn đường phân xảy ra ở chất tế bào là pha phân giải kị khí chung cho cả hô hấp kị khí(lên men) và hô hấp hiếu khí. Đó là quá trình phân giải phân tử glucôzơ đến axit piruvic( từ một phân tử glucôzơ hình thành nên 2 phân tử axit piruvic). - Nếu không có ôxi, axit piruvic chuyển hoá theo con đường hô hấp kị khí ( lên men) tạo rượu êtilic kèm theo sự giải phóng CO 2, cũng có thể lên men lactic, xuất hiện sản phẩm lên men là axit lactic, không giải phóng ôxi. Hô hấp kị khí không tích luỹ thên năng lượng ngoài 2 phân tử ATP được hình thành ở chặng đường phân. - Khi có ôxi, sản phẩm của đường phân là axit piruvic di chuyển vào cơ chất của ti thể, tại đó nó bị ôxi hoá và loại CO2 , hình thành nên axêtin côenzimA. + Chất này di chuyển vào chu trình Crep trong cơ chất của ti thể. Qua chu trình Crep thêm 2 phân tử CO2 bị loại, như vậy phân tử axit piruvic( 1/2 phân tử glucôzơ) đã bị ôxi hoá hoàn toàn qua 1 vòng của chu trình Crep. + Các H+ và e- được tách ra khỏi cơ chất hô hấp và truyền đến chuỗi truyền điện tử hô hấp( NAD, FAD, ) phân bố trong màng trong ti thể. Như vậy, chu trình Crep khung các bon từ nguyên liệu hô hấp(axit piruvic) bị bẻ gãy hoàn toàn, giải + phóng 3 phân tử CO 2; chuỗi truyền điện tử H tách ra khỏi axit piruvic trong chu trình Crep được truyền đến chuỗi truyền điện tử trong màng trong ti thể đến ôxi để tạo phân tử H 2O và tích luỹ được 36 ATP. Câu 42. ( Đề thi HSG Hà Tĩnh-2013) Chứng minh mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ. Con người đã vận dụng những hiểu biết về mối quan hệ này vào trong thực tiễn trồng trọt như thế nào? Trả lời: - Mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ: + Hô hấp giải phóng năng lượng dưới dạng ATP, tạo ra các hợp chất trung gian như các axit hữu cơ. + ATP và các hợp chất này đều liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ trong cây. - Ứng dụng thực tiễn: + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí. + Hiện nay người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây trong dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây trong không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí của bộ rễ. Câu 43. Trình bày về năng lượng hô hấp ở thực vật? Đáp án: - Khái niệm hô hấp ở thực vật. - Ý nghĩa của hô hấp: Năng lượng hô hấp được tạo ra dưới dạng ATP và nhiệt. + Hô hấp hiếu khí: là con đường chủ yếu cung cấp năng lượng cho thực vật
6. Có 2 quá trình tạo năng lượng ATP: photphorin hóa trực tiếp cơ chất (đường phân và chu trình Crebs) và qua chuỗi vận chuyển electron hô hấp. + Lên men: là phản ứng thích nghi của TV trong điều kiện thiếu oxi, tạo ra ít năng lượng ATP. - Năng lượng dưới dạng nhiệt được tạo ra để giữ nhiệt cho cơ thể, tạo điều kiện cho các phản ứng. Một phần thải ra môi trường. Câu 44: a. Hệ số hô hấp là gì? Có nhận xét gì về hệ số hô hấp của hạt cây họ lúa và hạt hướng dương trong quá trình nảy mầm? b. Tính năng lượng thu được trong các giai đoạn của quá trình hô hấp khi oxi hóa hết 18g Glucozo? Trả lời: a.- Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử oxi cây lấy vào khi hô hấp. - Trong quá trình nảy mầm của cây họ lúa, chất dự trữ chủ yếu là đường thì hệ số hô hấp gần bằng 1. + Ở hạt cây hướng dương giàu chất béo, sự biến đổi của hệ số hô hấp phức tạp: ở giai đoạn đầu hệ số hô hấp xấp xỉ bằng 1 do hạt sử dụng đường để hô hấp, sau đó hệ số hô hấp giảm xuống còn 0,3 – 0,4 do hạt sử dung nguyên liệu là chất béo, tiếp theo đó hệ số hô hấp lại tăng lên gần bằng 1 do đường bắt đầu được tích lũy. b. Tính hệ số hô hấp 18g glucozo ứng với 0,1mol => có 0,1 * 6,02.1023 phân tử - Đường phân từ 1 phân tử glucozo tạo ra 2 ATP - Nếu không có oxi thì từ 1 glucozo tạo 2ATP - Nếu có oxi thì ở chu trình Creps tạo ra 2 ATP - Chuỗi chuyền electron tạo ra 34 ATP (HS nhân kết quả trên với số phân tử Glucozo là được)