Các câu hỏi lý thuyết lý sinh qua các năm | Lý sinh học | Trường Đại học Y Dược , Đại học Quốc gia Hà Nội
Trạng thái đặc trưng của cơ thể sống ? Xác định mức độ biến đổi entropy của cơ thể sống tiếp xúc với môi trường bên ngoài (Y1: 11-12(1), 09-10(1), 0506(1)).Cơ thể sống thuộc loại hệ nhiệt động nào? Vai trò của môi trường đối với hệ thóng sống thông qua việc xác định mức độ biến đổi entropy (Y1: 08-09(1), 07-08(1), 03-04(1).Trình bày phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp của Lavoissier-laplace, nêu các áp dụng cơ bản của nguyên lý nhiệt động với hệ thống sống? (Y1: 0809(đề 2)).Phát biểu nguyên lý 1 nhiệt động lực học. Giải thích sự cân bằng nhiệt trong nguyên lý thứ nhất áp dụng cho hệ thống sống (Y1: 06-07(1),02-03(1)). Tài liệu giúp bạn tham khảo,ôn tập và đạt kết quả cao.Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Lý sinh học
Trường: Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội
Thông tin:
Tác giả:
Thông tin :
Môn:
Trường:
Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội
Tác giả:
Tài liệu liên quan:
Preview text:
lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
CÁC CÂU HỎI LÝ THUYẾT LÝ SINH QUA CÁC NĂM
1. Trạng thái đặc trưng của cơ thể sống ? Xác định mức độ biến đổi entropy của
cơ thể sống tiếp xúc với môi trường bên ngoài (Y1: 11-12(1), 09-10(1), 0506(1)) Trả lời:
* Trạng thái đặc trưng của cơ thể sống:
_ Cơ thể sống hay hệ thống sống là 1 hệ mở do đó luôn xảy sự trao đổi chất và năng
lượng với môi trường xung quanh , có khả năng tự điều chỉnh , tự sinh sản.
_ Cơ thể sống do lượng vật chất đi vào, đi ra nên hệ thống sống không có trạng thái
cân bằng. Tuy nhiên hệ thống sống không phải đặc trưng bằng trạng thái không cân bằng
mà chỉ ở trạng thái mà tại đó các tính chất của hệ không thay đổi.
_ Các thông số lý hóa như gradien , các đặc trưng động học được bảo toàn không thay
đổi theo thời gian.Trạng thái đó là trạng thái dừng- trạng thái đặc trưng của hệ thống sống. So Sánh
Trạng thái cân bằng hóa học Trạng thái dừng
+ Hệ kín ,không có dòng vật chất ra
+Hệ mở, các dòng vật chất vào hệ vào.
và thải ra các sản phẩm.
+Năng lượng tự do F=0 (không có
+ F= const khác 0 , vẫn có khả năng
khả năng sinh công).S đạt giá trị cực
sinh ra công.S đạt giá trị xác định và
đại thì có độ mất trật tự cao nhất.
đạt giá trị nhỏ hơn giá trị cực đại.
+ Tốc độ phản ưng thuận bằng tốc
+ Tốc độ phản ứng thuận lớn hơn độ phản ứng nghịch (v
tốc độ phản ứng nghịch (do vật chất đưa 1=v2 =const)
+ Tốc độ phản ứng phụ thuộc nồng
vào và thải ra)(v1>v2).
độ ban đầu chất tham gia.
+ Tốc độ phản ứng không phụ thuộc
vào nồng độ ban đầu, nhưng đáng kể là
+Chất xúc tác không làm thay đổi
các nồng độ dừng liên tục được giữ
tỉ lệ chất phản ứng.
nguyên do dòng vật chất mới đi vào.
+ Chất xúc túc làm thay đổi nồng độ dừng
* Vai trò của entropy và sự biến đổi entropy trong hệ sinh vật
_Ta có: dSe: Phần thay đổi của entropy bởi sự tương tác với môi trường ngoài dSe có thể >,<,= 0
dSi : Phần biến đổi entropy bởi bên trong cơ thể sống
dSi > 0 do các phản ứng trong cơ thể là quá trình bất thuận nghịch
dS : Biến đổi entropy chung của cơ thể
_Entropy là hàm trạng thái và có tính chất cộng nên sự biến đổi entropy chung của cơ thể được tính: dS = dSe + dSi
+Nếu dSe = 0 (hệ cô lập) thì dS = dSi > 0 hay entropy tăng, trật tự của hệ ngày càng giảm, hệ khó tồn tại
+Nếu dSe > 0 thì dS >> 0 , entropy tăng mạnh, cơ thể đang trạng thái đau yếu, chúng ta
ăn rất ít nhưng năng lượng thải ra ngoài nhiều nghĩa là năng lượng đi vào cơ thể giảm (F ↓), v
năng lượng thải ra nhiều (Fr ↑) +Nếu dSe < 0 thì: lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
│dSe│ < │dSi│→ dS > 0: cơ thể phát triển không mạnh hay đau ốm, nghĩa là trật
tự không ổn định, hỗn loạn tăng nhanh, thức ăn đi vào cơ thể không hấp thụ ngay mà có hấp
thụ thì rất kém, nhưng cơ thể lại thải ra năng lượng lớn.
│dSe│ > │dSi│→ dS < 0: cơ thể khỏe mạnh, nghĩa là độ trật tự tăng, hỗn loạn
giảm, thức ăn đi vào cơ thể được hấp thụ hết, chỉ thải ra những chất cặn bã không cần thiết
│dSe│ = │dSi│ → dS = 0: tương ứng trạng thái dừng
_Ta có thể viết sự biến đổi entropy theo thời gian dS dSe dSi = + dt dt dt
Khi ứng với trạng thái dừng thì : dS dSe dSi = + = 0 dt dt dt dSe ─ dSi hay = # 0 dt dt
lúc này độ tăng entropy của cơ thể = tốc độ trao đổi entropy với môi trường xung quanh
Đây là biểu thức nguyên lý 1 nhiệt động học áp dụng vào cơ thể sông Như vậy:
+ Sự trao đổi vật chất và năng lượng của cơ thể với môi trường xung quanh là rất cần thiết
+ Cơ thể sống cũng phải tuân theo định luật 2 tức là entropy bao giờ cũng tăng hay
mức độ hỗn loạn bao giờ cũng tăng
+ Để chống lại sự tăng của entropy ta phải có chế độ ăn uống, luyện tập nghỉ ngơi
hợp lý…để cơ thể khỏe mạnh.
2. Cơ thể sống thuộc loại hệ nhiệt động nào? Vai trò của môi trường đối với hệ
thóng sống thông qua việc xác định mức độ biến đổi entropy (Y1: 08-09(1), 07-08(1), 03-04(1) Trả lời:
Cơ thể sống là một hệ mở do luôn xảy ra sự trao đổi vật chất và năng lượng với môi
trường xung quanh,có khả năng tự điều chỉnh, tự sinh sản….Như vậy cơ thể sống trong quá
trình sinh trưởng và phát triển đều có sử dụng năng lượng.
Ta biết: Nhiệt động học hệ sinh vật là lĩnh vực nghiên cứu hiêu ứng năng lượng ,
sự chuyển hóa giữa các dạng năng lượng, khá năng tiến triển , chiều hướng và giới hạn
tụ diễn biến của các quá trình xảy ra trong hệ thống sống. Vậy cơ thể sống thuộc loại hệ
nhiệt động học sinh vật Vai trò của môi trường:
_Ta có: dSe: Phần thay đổi của entropy bởi sự tương tác với môi trường lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH ngoài dSe có thể >,<,= 0
dSi : Phần biến đổi entropy bởi bên trong cơ thể sống
dSi > 0 do các phản ứng trong cơ thể là quá trình bất thuận nghịch
dS : Biến đổi entropy chung của cơ thể
_Entropy là hàm trạng thái và có tính chất cộng nên sự biến đổi entropy chung của cơ thể được tính: dS = dSe + dSi
+Nếu dSe = 0 (hệ cô lập) thì dS = dSi > 0 hay entropy tăng, trật tự của hệ ngày càng giảm, hệ khó tồn tại
+Nếu dSe > 0 thì dS >> 0 , entropy tăng mạnh, cơ thể đang trạng thái đau yếu, chúng ta
ăn rất ít nhưng năng lượng thải ra ngoài nhiều nghĩa là năng lượng đi vào cơ thể giảm (F ↓), v
năng lượng thải ra nhiều (Fr ↑) +Nếu dSe < 0 thì:
│dSe│ < │dSi│→ dS > 0: cơ thể phát triển không mạnh hay đau ốm, nghĩa là trật
tự không ổn định, hỗn loạn tăng nhanh, thức ăn đi vào cơ thể không hấp thụ ngay mà có hấp
thụ thì rất kém, nhưng cơ thể lại thải ra năng lượng lớn.
│dSe│ > │dSi│→ dS < 0: cơ thể khỏe mạnh, nghĩa là độ trật tự tăng, hỗn loạn
giảm, thức ăn đi vào cơ thể được hấp thụ hết, chỉ thải ra những chất cặn bã không cần thiết
│dSe│ = │dSi│ → dS = 0: tương ứng trạng thái dừng
_Ta có thể viết sự biến đổi entropy theo thời gian dS dSe dSi = + dt dt dt
Khi ứng với trạng thái dừng thì : dS dSe dSi = + = 0 dt dt dt dSe ─ dSi hay = # 0 dt dt
lúc này độ tăng entropy của cơ thể = tốc độ trao đổi entropy với môi trường xung quanh
Đây là biểu thức nguyên lý 1 nhiệt động học áp dụng vào cơ thể sông Như vậy:
+ Sự trao đổi vật chất và năng lượng của cơ thể với môi trường xung quanh là rất cần thiết
+ Cơ thể sống cũng phải tuân theo định luật 2 tức là entropy bao giờ cũng tăng hay
mức độ hỗn loạn bao giờ cũng tăng
+ Để chống lại sự tăng của entropy ta phải có chế độ ăn uống, luyện tập nghỉ ngơi
hợp lý…để cơ thể khỏe mạnh. lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
3. Trình bày phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp của Lavoissier-laplace, nêu
các áp dụng cơ bản của nguyên lý nhiệt động với hệ thống sống? (Y1: 0809(đề 2)) Trả lời:
* Phương pháp đo nhiệt lượng của Lavoisies và laplace dùng trong thí nghiệm chứng
minh tính đúng đắn của định luật 1 nhiệt động học khi áp dụng vào hệ sinh vật, gọi là
phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp.
_ Nguyên lý 1 nhiệt động học: Trong quá trình biến đổi sự biến đổi nội năng
bằng tổng công và nhiệt mà hệ nhận được trong quá trình đó ∆U = ∆Q + ∆A Trong đó:
∆U: biến đổi nội năng của hệ
∆A: công mà hệ thực hiện hay nhận được
∆Q: nhiệt lượng mà hệ nhận được hay tỏa ra
_ Cơ sở của phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp: là dựa vào lượng khí oxy tiếu thụ
hoặc lượng khí CO2 do cơ thẻ thải ra ở động vật máu nóng (động vật có vú và người) có liên
quan chặt chẽ với nhiệt lượng chứa trong thức ăn.
_ Dựa vào phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp có thể: xác định được sự thải nhiệt
của bất kỳ động vậy máu nóng nào thông qua số lit O2 tiêu thụ, xác định được nhiệt lượng
giải phóng ra khi oxi hóa thức ăn
*Các áp dụng nguyên lý 1 NĐH cho hệ thống sống
_ Định luật Heccer: Do hàm nhiệt là hàm trạng thái hệ quả là định luật Heccer : Năng
lượng sinh ra bởi quá trình hóa học phức tạp không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian
mà chỉ phụ thuộc vào các trạng thái ban đầu và cuối của hệ hóa học. Mô tả định luật A1,A2 …. Chất ban đầu B …. Sản phẩm cuối 1,B2 Q 2 C D Q 1 Q 3 Q A 1, A 2 B 1, B 2 Q 4 Q 5 E Từ đó Q=Q1 +Q2+Q3 =Q4 +Q5
Định luật Heccer có ý nghĩa rất quan trọng đối với hệ sinh vật. Trong hệ sinh vật diễn ra
nhiều phản ứng phức tạp, cho đến nay vẫn còn nhiều phản ứng trung gian chưa có thể do trực
tiếp được hiệu ứng nhiệt. Dựa vào định luật Heccer có thể giải quyết được khó khăn này.
_ Cơ thể sống không phải là máy nhiệt
+ Thật vậy, hiệu suất của động cơ nhiệt: lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH η = (T2 – T1)/T2 (2)
với T : nhiệt độ ở trạng thái ban đầu 1
T : nhiệt độ ở trạng thái cuối 2 η : hiệu suất
Giả sử cơ thể sống hoạt động như 1 máy nhiệt, tức là cũng có hiệu suất sử dụng năng lượng 33% ≈ 1/3
Nhiệt độ ban đầu của cơ thể người là t1 = 370C nên ta có T1 = 37 + 273 = 3100K
Thay η ≈ 1/3 và T1 = 3100K vào công thức (2), ta có 1 T2 - 310 = 3 T2 T2 = 4650K t2 = 465 – 273 = 1920C
Kết quả trên cho thấy cơ thể sống không hoạt động giống như 1 máy nhiệt vì protein
bị biến tính ngay ở nhiệt độ từ 400C – 600C, còn ở 1920C thì không 1 sinh vật nhân chuẩn
nào có thể sống được
Vậy cơ thể sống không giống như 1 máy nhiệt mà hoạt động theo nguyên lý của các quá
trình sinh học hoặc sự thay đổi các yếu tố emtropy
_ Phương trình cân bằng nhiệt của cơ thể Q = ∆ E + ∆A+ ∆M
∆ A : công cơ thể sinh ra chống lại môi trường
∆E: năng lượng mất mát vào môi trường xq do truyền nhiệt
∆M năng lượng dự trữ dưới dạng hóa năng của cơ thể.
Suy ra đối với động vật và con người, nguồn gốc nhiệt lượng là thức ăn được cơ thể
sử dụng thông qua quá trình đồng hóa để cải tạo tổ chức, tạo thành chất dự trữ vật chất và
năng lượng cho cơ thể, phát sinh nhiệt để duy trì nhiệt độ cho cơ thể , sinh công trong các
hoạt động cơ học của cơ thể.
Năng lượng đi vào cơ thể gồm có 2 loại:
+ Nhiệt lượng sơ cấp: là nhiệt lượng tạo ra bởi những phản ứng hóa sinh bất thuận
nghịch ,tỏa ra ngay tức thì khi cơ thể oxi hóa thức ăn.
+ Nhiệt lượng thứ cấp khoảng 50% năng lượng đi vào cơ thể, được giữ trongcác liên kết
giàu năng lượng ATP .Khi các liên kết này đứt chúng giải phóng năng lượng để thực hiện
công và cuối cùng biến đổi thành nhiệt.
4. Phát biểu nguyên lý 1 nhiệt động lực học. Giải thích sự cân bằng nhiệt
trong nguyên lý thứ nhất áp dụng cho hệ thống sống (Y1: 06-07(1),02-03(1)) Trả lời:
* Nguyên lý 1 nhiệt động học: _ Cách phát biểu: lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH 1.
Trong 1 quá trình, nếu năng lượng ở dạng này biến đi thì năng lượng ở dạng
khácsẽ xuất hiện với lượng hoàn toàn tương đương với giá trị của năng lượng dạng ban đầu 2.
Nhiệt lượng truyền cho hệ, dùng làm tăng nội năng của hệ và biến thành
công thực hiện bởi lực của hệ đặt lên môi trường ngoài 3.
Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại I, đó là loại động cơ không
cần cung cấp nhiệt lượng nhưng vẫn có khả năng sinh công
_ Nguyên lý 1 NĐH gồm 2 phần
+ Phần định tính khẳng định năng lượng không mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác
+ Phần định lượng khẳng định giá trị năng lượng vẫn được bảo toàn khi chuyển từ
dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác
_ Biểu thức toán học: 1 hệ cô lập ở trạng thái ban đầu có nội năng U , nếu cung cấp cho 1
hệ 1 nhiệt lượng Q thì 1 phần nhiệt lượng hệ sử dụng để thực hiện công A, phần còn lại
làm thay đổi trạng thái của hệ từ trạng thái ban đầu có nội năng U1 sang trạng hái mới có nội năng U
), từ nhận xét trên ta có biểu thức: 2 (U2 > U1
Q = ∆U + A ( trong đó ∆U = U – 2 U1)
Công thức trên có thể viết dưới dạng
∆U = U2 – U1 = Q – A (1)
Đối với quá trình biến đổi vô cùng nhỏ thì (1) có thể viết dưới dạng: dU = δQ – δA
trong đó dU: chỉ sự biến đổi của nội năng, là hàm trạng thái
δQ và δA: chỉ sự biến đổi nhiệt lượng Q và công A, là hàm số của quá trình _ Hệ quả:
+Nếu hệ biến đổi theo 1 chu kì khép kín có trạng thái đầu trùng trạng thái
cuối thì nội năng của hệ không đổi tức là U1 =U2 ∆U =0
+Khi cung cấp cho hệ 1 nhiệt lượng ,nếu hệ không thực hiện công thì toàn
bộ nhiệt lượng mà hệ nhận được làm tăng nội năng của hệ
∆U =U2 –U1 =Q –A với A=0 U2- U1 =Q >0 U2 >U1.
+Khi không cung cấp nhiệt lượng cho hệ mà nếu muốn hệ thực hiện công thì
phải giảm nội năng của hệ.
Q =∆ U + ∆ A =0 với Q = 0 ∆ U= - A U2 –U1 = -A U1 > U2.
+Trong 1 chu trình kín, nếu không cung cấp nhiệt cho hệ thì hệ không có khả
năng sinh công, tức là Q =∆U+A Với Q =0 , ∆U =0 A = 0
*Áp dụng nguyên lý 1 NĐH cho hệ thống sống
_ Định luật Heccer: Do hàm nhiệt là hàm trạng thái hệ quả là định luật Heccer : Năng
lượng sinh ra bởi quá trình hóa học phức tạp không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian
mà chỉ phụ thuộc vào các trạng thái ban đầu và cuối của hệ hóa học. Mô tả định luật A1,A2 …. Chất ban đầu B …. Sản phẩm cuối 1,B2 lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH Q 2 C D Q 1 Q 3 Q A 1, A 2 B 1, B 2 Q 4 Q 5 E Từ đó Q=Q1 +Q2+Q3 =Q4 +Q5
Định luật Heccer có ý nghĩa rất quan trọng đối với hệ sinh vật. Trong hệ sinh vật diễn ra
nhiều phản ứng phức tạp, cho đến nay vẫn còn nhiều phản ứng trung gian chưa có thể đo trực
tiếp được hiệu ứng nhiệt. Dựa vào định luật Heccer có thể giải quyết được khó khăn này.
_ Cơ thể sống không phải là máy nhiệt
+ Thật vậy, hiệu suất của động cơ nhiệt: η = (T2 – T1)/T2 (2)
với T : nhiệt độ ở trạng thái ban đầu 1
T : nhiệt độ ở trạng thái cuối 2 η : hiệu suất
Giả sử cơ thể sống hoạt động như 1 máy nhiệt, tức là cũng có hiệu suất sử dụng năng lượng 33% ≈ 1/3
Nhiệt độ ban đầu của cơ thể người là t1 = 370C nên ta có T1 = 37 + 273 = 3100K
Thay η ≈ 1/3 và T1 = 3100K vào công thức (2), ta có 1 T2 - 310 = 3 T2 T2 = 4650K t2 = 465 – 273 = 1920C
Kết quả trên cho thấy cơ thể sống không hoạt động giống như 1 máy nhiệt vì protein
bị biến tính ngay ở nhiệt độ từ 400C – 600C, còn ở 1920C thì không 1 sinh vật nhân chuẩn
nào có thể sống được
Vậy cơ thể sống không giống như 1 máy nhiệt mà hoạt động theo nguyên lý của các quá
trình sinh học hoặc sự thay đổi các yếu tố emtropy
_ Phương trình cân bằng nhiệt của cơ thể Q = ∆ E + ∆A+ ∆M
∆ A : công cơ thể sinh ra chống lại môi trường
∆E: năng lượng mất mát vào môi trường xq do truyền nhiệt
∆M năng lượng dự trữ dưới dạng hóa năng của cơ thể. lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
Suy ra đối với động vật và con người, nguồn gốc nhiệt lượng là thức ăn được cơ thể
sử dụng thông qua quá trình đồng hóa để cải tạo tổ chức, tạo thành chất dự trữ vật chất và
năng lượng cho cơ thể, phát sinh nhiệt để duy trì nhiệt độ cho cơ thể , sinh công trong các
hoạt động cơ học của cơ thể.
Năng lượng đi vào cơ thể gồm có 2 loại:
+ Nhiệt lượng sơ cấp: là nhiệt lượng tạo ra bởi những phản ứng hóa sinh bất thuận
nghịch ,tỏa ra ngay tức thì khi cơ thể oxi hóa thức ăn.
+ Nhiệt lượng thứ cấp khoảng 50% năng lượng đi vào cơ thể, được giữ trongcác liên kết
giàu năng lượng ATP .Khi các liên kết này đứt chúng giải phóng năng lượng để thực hiện
công và cuối cùng biến đổi thành nhiệt.
5. Giải thích mô hình của bruce albert. Viết biểu thức mô tả các giai đoạn
biến đổi (Y1: 12-13(1), 10-11(1), 08-09(2), RHM: 12-13(1)) Trả lời:
Theo Bruce Alberts thì protein xuyên màng là ATPase có 2 miền: miền nhận Na+ và
miền nhận K+, được chia làm 6 giai đoạn:
3 giai đoạn đầu: nhận Na+ và nhả K+
3 giai đoạn sau: nhận K+ và nhả Na+
Nhờ phản ứng thủy phân của ATP mà gốc photphat từ ATP đã được chuyển sang
protein xuyên màng, làm cho protein xuyên màng thay đổi hình thù (tức mặt trong của nó
mở ra) để cho Na+ gắn vào miên A. Sau đó mặt trong đóng lại mặt ngoài lại mở ra để giải
phóng Na+ đồng thời K+ lại được gắn vào miền B. Tiếp theo ATPase loại bỏ gốc photphat
dể trở về hình thù ban đầu (tức mặt ngoài đóng lại còn mặt trong mở ra) để giải phóng K+
vào trong tế bào. Phân tử ATPase ở trạng thái tự do lại tham gia vào quá trình vận chuyển ion tiếp theo. [Na+] luôn luôn lớn hơn [Na+ ngoài
]trong khoảng từ 10-30 lần [K+] luôn luôn nhỏ hơn [K+ khoảng từ 30 ngoài ]trong -50 lần
Sự vận chuyển các ion Na+, K+ theo chiều ngược lại gradien điên hóa, sự vận chuyển
này chỉ xảy ra khi có mặt ATP với các ion Mg++, đồng thời khi ấy ATP thủy phân giải phóng năng lượng
Cơ chế vận chuyển các ion Na+, K+ có thể giải thích = sơ đồ
1. M1 + Na+ + MgATP NaM1~PMg++ + ADP 2. NaM1~P ←x→ NaM2~P 3. NaM2~P M2~P + Na+ 4. M2~P + K+ KM2~P 5. Km ~P ←Y→ KM 2 1~P 6.KM1~p M1 + P + K+
Ở giai đoạn 1 , Na+ gắn vào chất mang M , chất mang này xuất hiện cùng với MgATP 1
ở mặt trong của tế bào. Quá trình photphoryl hóa xảy ra, cung cấp năng lượng cho phức
hợp “Na-chất mang” là NaM ~P lọt qua màng tế bào. Do tác dụng của hợp chất x ở mặt 1
ngoài màng tế bào, cấu trúc của phức hợp NaM1~P bị biến đổi thành phức hợp NaM2~P
trong giai đoạn 2 tức là M . Do chất mang m 1 bị biến thành m2
2 gắn rất yếu vào Na+ nên
phức hợp này bị phân ly trong giai đoạn 3 và Na+ đi ra môi trường ngoài. Ở giai đoạn 4 chất mang M ~P, phức hợp này
2 gắn với K+ ở ngoài màng tế bào tạo thành phức hợp KM2
đi vào phía trong tế bào. Trong giai đoạn 5, ở mặt trong tế bào, do tác dụng của chất y,
phức hợp KM ~P bị biến thành KM ~P, tức là M . Do ái lực hóa học 2 1 2 bị biến đổi thành M1 lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
của m1 đối với K+ nhỏ (lớn đối vớ Na+) nên phức hợp phân ly trong giai đoạn 6 giải
phóng K+ và P vào trong tế bào. Quá trình sau đó được tiếp diễn lại từ đầu.
Như vậy quá trình vận chuyển tích cực Na+ và K+ luôn xảy ra đồng thời với sự
thủy phân của ATP và cần có men đặc hiệu là adenosin triphotphatase
6. Vận chuyển thụ động và vận chuyển tích cực vật chất diễn ra qua màng tế
bào như thế nào? So sánh 2 loại vận chuyển trên theo động lực, cơ chế và
hiệu quả nồng độ. Xác định chiều chuyển động của các ion theo hình bên
(Y1: 11-12(1), 09-10(1), 06-07(1),02-03(1)) Trả lời:
_ Vận chuyển thụ động là quá trình xâm nhập của các chất theo tổng đại số vectơ của
các loại gradien và không hao tổn năng lượng của quá trình trao đổi chất. Vận chuyển thụ
động các chất qua màng tế bào có thể thực hiện bằng nhiều cơ chế khác nhau ,trong đó cơ
chế khuếch tán là cơ chế chủ yếu,và ta có 3 loại cơ chế khuếch tán: - Khuếch tán đơn giản - Khuếch tán liên hợp - Khuếch tán trao đổi
_ Vận chuyển chủ động là quá trình vận chuyển các chất ngược hướng tổng
gradien và có tiêu tốn năng lượng, đồng thời có sự tham gia của chất mang Gồm 3 cơ chế: - Chuyển dịch nhóm -
Vận chuyển tích cực tiên phát -
Vận chuyển tích cực thứ phát So sánh :
+ Giống nhau: đều là vận chuyển vật chất qua màng + Khác nhau: Đặc Vận chuyển thụ động Vận chuyển tích cực điểm Động
Hai bên màng xuất hiện nhiều loại gradien Có sự tham gia của các lực
khác nhau: grad C, gradien thẩm thấu, gradien
chất mang, ATP, enzim. Do tb
màng, gradien độ hòa tan, gradien điện thế.
có tính bán thấm nên dẫn tới
sự phân bố không đồng đều
của 1 số ion giữa bên trong và bên ngoài màng. lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH Cơ chế
Chủ yếu là khuếch tán.Có 3 loại: Gồm 3 cơ chế .
-Khuếch tán đơn giản : là quá trình vận -Chuyển dịch nhóm: Ở
chuyển theo hướng grad C, các phân tử nước à
đây cơ chất được vận chuyển
cation thường khuếch tán theo cơ chế này. Theo
bị thay đổi qua sự tạo thành định luật Fick ta có:
những liên kết đồng hóa trị ∆n = -D.S. (∆C/l). ∆t
mới , năng lượng cần thiết để
-Khuếch tán liên hợp : là quá trình vận tạo ra cơ chất.
chuyển chất qua màng tế bào theo grad C vàphân
tử vật chất chỉ lọt qua màng khi đc gắn vs 1ptử
-Vận chuyển tích cực tiên
khác gọi là chất mang .Các chất glucoza,
phát là tạo ra những liên kết
glyxerin, axit amin…..Vận chuyển theo cơ chế
đồng hóa trị mới trong chất
này phụ thuộc các sự kết hợp và phân ly phức
mang, năng lượng để vận
chất . Tuân theo định luật Colerder_Berland:
chuyển diễn ra bằng năng m = -D/l .([SC]
lượng cần thiết để làm thay ngoài- [SC]trong) = P . ∆[SC] -
đổi hình dáng chất mang. Khuếch tán trao đổi :
-Vận chuyển tích cực thứ
phát : ở đây cơ chất được vận
Là quá trình vận chuyển các chất có sự tham
chuyển 1 cách tích cực. Theo
gia của chất mang .Ví dụ quá trình trao đổi ion
kết quả nghiên cứu cơ chế vận
Na+ ở tế bào hồng cầu. Đầu tiên chất mang liên
chuyển ion Na+, K+ có thể trải
kết với Na+ ở trong tế bào, sau đó đưa ra ngoài qua 6 giai đoạn:
màng. Ở ngoài màng Na được giải phóng, còn Na 1. M1 + Na +
có sẵn từ mt bên ngoài kết hợp vs chất mang và MgATP
đc đưa vào nội bào.Trong tế bào Na được giải NaM
phóng , chất mang được giải phóng thực hiện quá 1~PMg++ + ADP 2. NaM
trình mới.Từ đó làm cho nồng độ ion Na 1~P x + 2 bên MaM màng không đổi 2~P 3. NaM2~P M2~P + Na+ 4. M2~P + K+ KM2~P 5. KM2~P y KM1~P 6. KM1~P M1 + P + K+ Hiệu
Các chất bên trong cơ thể dưới dạng dung Vận chuyển tích cực quả nồng
dịch được xem như 1 hệ gồm 2 phase không trộn
không phụ thuộc vào nồng độ độ
lẫn vào nhau, đó có thể là phase lipit protein trong mà chỉ phụ thuộc vào chất nước muối,… mang và năng lượng.
Sự phân bố các chất hòa tan cả trong lipit và
Hiện tượng vận chuyển
trong nước tuân theo sự phân bố của Nerst .
luôn xảy ra theo hướng ngược C1/C2 =k=const
chiều grad C hoặc ngược
C1,C2 là nồng độ các chất ở phase 1 ,2 phụ
chiều gradien điện hóa khi cơ
thuộc vào sự chênh lệch nồng độ giữa trong và chất là ion. lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH ngoài màng.
Chiều vận chuyển phụ thuộc vào tương quan
giữa các gradient ở vùng màng, mức độ trao đổi
chất , tương quan giữa các quá trình tổng hợp và
phân hủy các đại phân tử.
7. Giải thích cơ chế hoạt động của bơm natri-kali theo giả thuyết của Hodkin,
Katz và Scou. Biểu diễn sớ đồ tương đương với mô hình dưới đây (Y1: 0809(1)) Trả lời:
Năm 1954, hodgkin, katz và scou thống nhất cho rằng mang có một bộ máy là bơm na
kali, bơm này có khả năng bơm K+ từ môi trường vào nội bào và bơm Na+ từ nội bào ra môi
trường. hodgkin tính toán 1 mol ATP đủ vận chuyển 3 mol Na+ và 2 mol K+.
Để vận chuyện chủ động Na K, thì chính 2 ion này đã hoạt hóa enzyme ATPase để
xúc tác quá trình phản ứng phân hủy ATP giải phóng năng lượng cung cấp cho quá trình vận chuyển Na K.
Các giai đoạn vận chuyển chủ động theo sơ đồ trên là: -
GĐ 1: xảy ra phản ứng photphorin hóa ( chuyển gốc photphat cho chất
chuyển trung gian). Phản ứng chỉ có thể xảy ra khi enzyme ATPase được hoạt hóa Na+ xúc tác phân hủy
ATP giải phóng năng lượng
Kết quả: Na+ và gốc photphat được gắn vào chất chuyển trung gian và phản ứng xảy ra bên trong tb
ATP + photphoprotein + Na –ATPase- Na+ photphoprotein-p+ ADP - GĐ 2:
Phức chất Na+-photphoprotein-P xuyên qua màng tb ra mt ngoài. ở bên ngoài, xảy
ra phản ứng trao đổi ion Na+-photphoprotein-P + K+ K+-photphoprotein-P + Na+ - GĐ 3:
Phức chất K+-photphoprotein-p lại xuyên qua màng vào trong nội bào. ở trong tb,
xảy ra phản ứng dephotphat (loại bỏ gốc photphat) và giải phóng K+-photphoprotein-p K+ + photphoprotein + P.
Theo thuyết Edenman, các chất vận chuyển trung gian có điện tích âm khi nó thay đổi
nhóm mang điện tích âm sẽ thay đổi lực hút tĩnh điện. do vậy chất chuyển trung gian có khả
năng khi hút Na+ khi thì hút K+.
8. Cân bằng Donnan được thiết lập như thế nào? Hệ quả của cân bằng Donnan
đối với áp suất thẩm thấu của tế bào là gì? Trả lời:
* Cân bằng Donnan được thiết lập:
Trong cơ thể có đại phân tử ở dạng muối (muối protein), chúng không lọt qua màng
nhưng tạo áp suất thẩm thấu lên màng
Do sự phân bố lại các ion nên sau khi trạng thái cân bằng được hình thành, 2 màng có
sự chênh lệch nồng độ ion. Cân bằng này gọi là cân bằng Donnan. Cân bằng này phụ
thuộc vào bản chất tính thấm chọn lọc, kích thước, bản chất các ion trong hệ lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
Ví dụ: khảo sát 1 bình chứa dung dịch protein RCl trong đó R là đại phân tử protein
mang điện tích (+) không lọt được qua màng. Bình này được ngăn cách bởi màng bán
thấm với bình 2 chứa dung dịch muối NaCl RCl Nacl R+ C1 Na+ C2 Cl- C2 Cl- C2
---------------------------------
---------------------------------
------------------------------------ RCl-------------Nacl-----
---------------------------------
---------------------------------
C1--------------------------C2 Trạng thái đầu [R+]1 = [Cl-]1 = C1 [Na+]2 = [Cl-]2 = C2 lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
Trạng thái cuối: gọi x là số cặp ion Na+Cl- di chuyển qua màng từ b2 → b1 RCl NaCl [R+]1 = C1 R+ C1 [Na+] = x [Cl-]1 = C1 + x Na+ x Na+ C2 - x [Na+]2 = [Cl-]2 = C2 - x Cl- C + x 1 2 Cl - C - x Nếu để sau 1
thời gian nó sẽ tiến đến trạng thái cân bằng
Dựa vào phương trình cân bằng Donnan, khi sự dịch chuyển của các ion dừng thì [Na+]1.[Cl-]1 = [Na+]2.[Cl-]2
=> x.(C1 + x) = (C2 – x)2 xC 2 1 + 2C2.x = C2 C 2 2
=> x = ────── (1) C1 + 2C2
Ta xét những trường hợp đặc biệt
_C1 << C2 tức là [R+] ở trạng thái đầu rất nhỏ thì ta có thể bỏ qua lượng C1 ở mẫu số trong biểu thức (1): X = C 2 2 / (2C2) = C2 / 2
Có nghía khi đạt tới trạng thái cân bằng động đã có 1 nửa số phân tử chất điện ly
NaCl từ ngoài vào trong màng
_ C1 >> C2 tức là [R+] rất lớn thì theo (1) x ≈ 0 tức là NaCl ở ngoài hầu như
không thấm được vào trong màng _ C1 = C2 thì x = C1/3
Có nghía là đã có 1/3 số phân tử chất điện ly ở ngoài màng chuyển vào trong khi đạt cân bằng động Hệ quả:
Khi cho tế bào tiếp xúc với chất điện ly có cùng loại ion với muối protein trong tế bào
thì trong mọi trường hợp đều có 1 lượng chất điện ly đi vào trong tế bào do đó có sự thay
đổi áp suất thẩm thấu của môi trường. Và đó chính là động lực gây nên dòng chảy về tế bào sống
9. Điện thế hoạt dộng xuất hiện như thế nào? Giải thích các giai đoạn hình
thành bằng thuyết ion màng. Xác định chiều chuyển động của các ion lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
màng qua màng tế bào? (Y1: 07-08(1),05-06(1),03-04(1). RHM: 10-11(1)) Trả lời:
* Điện thế hoạt động là sự dao động nhanh của điện thế màng dưới tác nhân kích
thích lan truyền đến. Dao động điện màng xuất hiện trong các tế bào thần kinh, cơ và 1 số
tế bào khác khi có sóng hưng phấn truyền qua. Do đó dòng điện làm xuất hiện điện thế
này còn được gọi là dòng điện hưng phấn. Tất cả các tế bào sống đều có đặc tính là dễ bị
kích thích, tức là có khả năng chuyển từ trạng thái sinh lý bình thường ở trạng thái tĩnh
sáng trạng thái hoạt động. Dưới ảnh hưởng của tác nhân kích thích nào đó, tế bào sẽ dễ
dàng thay đổi tính chất hóa lý của màng.
Khi có sóng hưng phấn truyền đến, dấu hiệu điện tích ở 2 phía màng tế bào bị đảo
ngược hẳn lại so với giá trị điện thế nghỉ lúc đầu. Hiệu điện thế này xuấy hiện là do sự
chênh lệch về giá trị điện thế giữa 2 phía màng. Lúc này giá trị điện thế ở mặt ngoài sẽ
âm hơn so với giá trị điện thế ở mặt bên trong của nó. Đó là sự hình thành của điện thế hoạt động.
*Giải thich = thuyêt ion màng:
Màng tế bào có tính thấm chọn lọc đối với các ion nên ở trạng thái tĩnh tạo ra 1 hiệu
điện thế được tính theo công thức Goldmann
RT PK.[K+]ng + PNa.[Na+]ng + PCl.[Cl-]tr U = . ln
F PK.[K+]tr + PNa.[Na+]tr + PCl.[Cl-]ng Trong đó: P
lần lượt là hệ số thấm đối với các ion K,Na,Cl K,PNa,PCl
_ Giai đoạn khử cực: khi tế bào ở trạng thái hưng phấn tính thấm chọn lọc của màng thay đổi (P
= 1 : 20 : 0,45). Cụ thể ở giai đoạn đầu của điện thế hoạt động tính K : PNa : PCl
thấm đối của màng đối với các ion Na sẽ tăng vọt lên, sau đó tính thấm lại tăng chậm đối
với các ion K+, sự thay đổi không xảy ra cùng lúc và lệch pha nhau. Do sự thay đổi tính
thấm, các ion Na+ sẽ thấm qua màng tế bào. Dòng điện do các ion này tạo càng lớn thì màng
tế bào bị khử cực càng mạnh
_ Giai đoạn quá khử cực: Khi tế bào ở trạng thái hưng phấn thì sẽ làm giảm giá trị
điện thế nghỉ tạo điều kiện cho các ion Na+ bị ảnh hưởng của gradien nồng độ mạnh mẽ
hơn. Quá trình khử tiếp diễn cho tới khi hạt mang vượt giá trị u=0mV, tiến tới giá trị xấp
xỉ với điện thế do sự chênh lệch nồng độ ion Na+ giữa 2 phía của màng: RT [Na+]n UNa= . ln
_ Giai đoạn phân cực lại: độ dẫn điện của Na F [Na+]t+ lớn hơn của K+ chỉ trong 1 phần nhỏ
thời gian. Tiếp đến tính thấm của ion này tác động ion Na+ bị ức chế, tính thấm lại tăng
đối với ion K+. Dòng các ion K+ đi từ trong ra ngoài theo gradien nồng độ được tăng
cường làm cho điện tích phía trong màng ngày càng âm hơn, nghĩa là màng phân cực lại .
Đồng thời sự hoạt động của bơm Na-K đã đưa màng trở về trạng thái ban đầu lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
_ Giai đoạn quá phân cực: Dòng các ion K+ đi từ trong ra ngoài tế bào theo gradien nồng
độ được được tăng cường làm cho phân cực của màng càng manh hơn so với bình
thường. Hiệu điện thế màng sẽ tăng về giá trị trên hiệu điện thế nghỉ 1 chút
* Xác định chiểu chuyển động
10. Trình bày cơ chế, đặc điểm của sự di chuyển năng lượng trong hệ sinh vật
(Y1: 11-12, 09-10(1), 06-07(1) ,02-03(1) Trả lời:
Trong hệ sinh vật có 2 lượng tử A và B (A nằm ngoài so với B). Chiếu ánh sáng kích
thích vào ta thấy phổ hấp thụ của hệ trùng với phổ hấp thụ của A. Sau đó đến phổ phát
quang, phổ phát quang của hệ trùng với phổ phát quang của B. Nếu cắt nguồn ánh sáng kích
thích thì hệ không phát quang nữa. Chứng tỏ phân tử A hấp thụ năng lượng rồi di chuyển
năng lượng sáng B rồi B mới phát quang. Cơ chế cộng hưởng:
_ Khi phân tử A nhận được năng lượng thì nó sẽ dao động như 1 lưỡng cực điện (2
cực điện trái dấu) phát ra tần số xác định
_ 1 phân tử B có năng lượng thấp hơn, năng lượng riêng của B (B cách A 1 khoảng
không nhận được ánh sáng kích thích). Nếu năng lượng riêng này nhỏ hơn hoặc bằng
năng lượng kích thích mà A nhận được thì sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, năng
lượng bên A sẽ qua B, từ B qua C…hay năng lượng truyền từ ngoài vào trong: A +
B + hv → A* + B → A + B*… + Đặc điểm:
Hiệu suất của quá trình di chuyển năng lượng trong phạm vi tương đối rộng (1% - 100%)
Khoảng cách dịch chuyển năng lượng tương đối lớn
Trong quá trình dịch chuyển năng lượng không va chạm điện tích, không
truyền nhiệt, không phát quang, không tỏa nhiệt.
Trong cơ chế này không xảy ra sự phân chia điện tích + Điều kiện:
Phân tử cho năng lượng và phân tử nhận năng lượng phải phát quang được
Phổ hấp thụ và phổ phát quang chồng lên nhau thì xác suất xảy ra càng lớn
Năng lượng truyền khoảng cách tương đối lớn nhưng khoảng cách các phân tử phải đủ gần. Cơ chế Exiton:
Giải thích các hiện tượng tạo sắc tố màu, biến đổi ánh sáng ở võng mạc
Trong 1 số vật chất có cấu trúc giống tinh thể, các điện tử dưới tác dụng của ánh
sáng chuyển lên mức năng lượng cao hơn rồi chúng có thể di chuyển từ phân tử này sang
phân tử khác mà vẫn ở mức năng lượng ấy, sự di chuyển điên tử tạo nên lỗ trống.
Trong quá trình dịch chuyển, điện tử có thể tìm thấy cái “bẫy” mà ở đó chúng có
mức năng lượng ổn định. Nếu chưa rơi vào bấy thì lỗ trống sẽ luôn theo sát điện tử tạo
thành cặp điện lỗ trống gọi là exiton. Sự di chuyển năng lượng đó gọi là sự di chuyển năng lượng exiton
Nếu điện tử rơi vào bẫy có mức năng lượng ổn định thì 1 phấn năng lượng biến
thành nhiệt, còn cặp e lõ trống có thể bị phá vỡ xác suất xác định vị trí điện tử tồn tại ở bẫy
khá lâu. Như vậy năng lượng do phần đầu tiên hấp thụ đã được exiton mang phân tử có bẫy
Dạng di chuyển năng lượng exiton có thể thực hiện trên những khoảng cách lớn.
Chúng chuyển động trong những môi trường khác nhau và tạo điều kiện cho sự xuất hiện
những quá trinh oxy hóa khử lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
11. Trình bày cơ chế, đặc điểm của sự di chuyển năng lượng trong hệ thống sống
dưới tác dụng của lượng tử ánh sáng và bức xạ ion hóa? (Y1: 08-09(1),
0708(1), RHM: 12-13(1) , 10-11(1)) Trả lời:
Năng lượng có thể đưa vào cơ thể không chỉ bằng thức ăn mà được đưa vào qua sự
tác dụng của lượng tử ánh sáng và bức xạ ion hóa
* Sự di chuyển năng lượng dưới tác dụng của lượng tử ánh sáng:
Trong hệ sinh vật có 2 loại lượng tử A và B (A nằm ngoài hơn so với B) , khi chiếu
ánh sáng kích thích vào ta thấy phân tử A hấp thụ năng lượng nhưng phân tử B không
phát quang. Cắt nguồn kích thích thì A không hấp thụ, B không phát quang. Như vậy có
sự di chuyển năng lượng trong hệ thống sống. Có 2 cơ chế di chuyển năng lượng:
Thuyết cộng hưởng về sự di chuyển năng lượng:
-Phân tử bị kích thích (A) là 1 lưỡng cực dao động , ở đấy e- dao động với tần số xác định.
-Khi mức năng lượng của e- của phân tử B( không bị kích thích) trùng hay
nằm thấp hơn 1 chút so với mức năng lượng của các e- A thì có sự cộng hưởng của 2
phân tử : năng lượng của phân tử bị kích thích (A) chuyển hết cho (B).
A+ B+hv A* +B A +B* + Đặc điểm : -
Sự di chuyển năng lượng xảy ra trên một khoảng cách khá xa so với khoảng cách nguyên tử. -
Không phát quang , không hao phí vì nhiệt, không có sự phân chia điện
tích, không có sự va chạm phân tử giữa chất cho và nhận. - Hiệu suất ở khoảng 1%-100% + Điều kiện:
-Phân tử cho có khả năng phát quang.
-Phổ phát quang của chất cho và phổ hấp thụ của chất nhận phải chồng lên nhau
( giao nhau càng lớn thì hiệu suất lớn).
-Các phân tử phải đủ gần.Hiệu suất di chuyển tỉ lệ nghịch với khoảng cách.
Thuyết exiton về di chuyển năng lượng :
-Một số chất cấu trúc đặc biệt giống tinh thể.
- Các e- dưới tác dụng của ánh sáng chuyển lên mức năng lượng cao hơn
rồi chúng có thể chuyển từ phân tử này qua phân tử khác mà vẫn ở mức năng lượng ấy.
-Sự di chuyển e- sẽ tạo nên nhiều lỗ trống.
- Cặp e- -lỗ trống dịch chuyển như vậy là exiton.
- Nếu e- rơi vào “bẫy “ có mức năng lượng ổn định thì 1 phần năng lượng
biến thành nhiệt, còn cặp e- -lỗ trống bị phá vỡ.
-Như vậy năng lượng do phân tử đầu tiên hấp thụ đã được Exiton mang
đến phân tử có bẫy. Dạng di chuyển này có thể thực hiện được khoảng cách lớn.
* Sự di chuyển năng lượng dưới tác dụng của bức xạ ion hóa:
Có 2 cơ chế: cơ chế tác dụng trực tiếp và cơ chế tác dụng gián tiếp
_ Cơ chế tác dụng trực tiếp
Năng lượng của bức xạ trực tiếp chuyển giao cho các phân tử cấu tạo tổ chức sinh học
mà chủ yếu là các đại phân tử hữu cơ. Năng lượng đó gây nên quá trình kích thích và ion hóa lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
các phân tử, nguyên tử. Tiếp theo là các phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử tạo thành
sau kích thích và ion hóa các phân tử hữu cơ quan trọng bị tổn thương → tổn thương sinh học
tiếp theo như tổn thương chức năng hoạt động, gây đột biến gen, hủy diệt tế bào
~~~ ~~~ ~~~~~ → AB → AB* → AB + hv ( năng lượng tia)
~~~ ~~~~~~~~ → AB → A*B A* + B’ A’ + B*
Các phân tử bị ion hóa theo sơ đồ:
~~~~~~ ~~~ → AB → [AB]+ + e─ A+,B’ A’,B+
Và AB + e → [AB]─ A─,B’ A’,B─
Các quá trình kích thích và ion hóa có thể gây nên các tổn thương tại đó và sau đó có thể
lan truyền đến các phân tử xung quanh
Thuyết điểm nóng (Deseaues): năng lượng bức xạ được hấp thụ tập trung vào những
điểm rất nhỏ trong phân tử → nhiệt độ tăng → cấu trúc liên kết bị phá hủy (liên kết C-C, liên kết C-H) VD:….
_ Cơ chế tác động gián tiếp:
Thực nghiệm cho thấy : tác dụng sinh học còn phụ thuộc vào độ linh động của phóng xạ, hàm lượng nước.
Kích thích H O: ~~~ ~~ → H O → H 2 2 2O* → H* OH*
Ion hóa H O: ~~ ~~~ → H O → [H 2 2 2O]+ + e─ H+ OH*
Hoặc H2O + e─ → [H2O]─ OH─ H+ H* + H* → H * 2 OH* + H* → H2O* OH* + OH* → H2O2 (oxi già)
Phần lớn các phân tử hữu cơ (RH) trong tổ chức bị phá hủy bởi phân tử H2O2
Như vậy 2 lý thuyết tác dụng trực tiếp và gián tiếp đều có giá trị quan trọng của nó.
Cả 2 cơ chế đều tồn tại nhưng tùy thuộc vào môi trường.
12. Phân loại các phản ứng quang sinh trên cơ sở hiệu ứng sinh vật (Y1:
1213(1), 10-11(1), 08-09(2), YHDP:09-10(1)) Trả lời:
Phản ứng quang sinh là phản ứng xảy ra trong hệ sinh vật khi có sự hấp thụ lượng tử ánh
sáng các phản ứng hóa học và hóa sinh các phản ứng sinh lý hóa sinh, các phản ứng phá hủy biến tính lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
Phản ứng quang sinh được chia thành 2 nhóm:
-các pư sinh lý chức năng
-các pư phá hủy, biến tính
1/Các phản ứng sinh lý chức năng
Định nghĩa- các phản ứng sinh lý chức năng là các phản ứng xảy ra trong hệ sinh vật với
sự tham gia của lượng tử ánh sáng, mà sản phẩm của nó làm cho tế bào của cơ thể sống thực
hiện các chức năng sinh lý bình thường.
a/ Phản ứng tạo năng lượng.
_ Là phản ứng quang hợp: là 1 hiệu ứng gây ra do ánh sáng trong đó có sự
khử CO2, tạo O2 và hydratcarbon. Quá trình quang hợp gồm 2 chuỗi phản ứng kế tiếp nhau:
+ Phản ứng sáng xảy ra nhanh : CO 0 +hγ 2+ 2H2 (CH2)O +O2+ H2O
+ Phản ứng tối xảy ra chậm hơn: 6CO O +hγ 2 +6H2 C6H12O6 (gluco) +6O2
_ Là quá trình truyền e- .Phản ứng cơ bản nhất là sự di chuyển nguyên tử H
từ phân tử H O tới phân tử CO 2 2 tạo thành (CH2)O
_Số photon tối thiểu để khử 1 phân tử CO2 cho tới khi tạo thành hydrat carbon là 3 photon
_Hiệu suất lượng tử của quá trình quang hợp : 1/8÷ 1/4; n =(3hγ(lt))/(8hγ(tt)) = 37%
_Vai trò của chất diệp lục
_Quá trình quang hợp làm tăng năng lượng tự do và giảm tương đối S (entropi)
_Quá trình quang hợp do tính dự trữ năng lượng (khử CO ,giải phó 2 ng O2) mà
quá trình này đã trở thành 1 khâu cực kì quan trọng của toàn bộ sự sống trên trái đất.
b/ Sinh tổng hợp sắc tố và vitamin
_Trong những phản ứng sinh tổng hợp dẫn đến sự tạo thành trong tb sắc tố và
vitamin, nếu ko có lượng tử ánh sáng các chất này không tổng hợp được.
_Trong phản ứng loại này, năng lượng ánh sáng cần thiết cung cấp năng
lượng cho phản ứng chứ không phải dự trữ năng lượng trong các sản phẩm của phản ứng như trong quang hợp
_ Tổng hợp vitamin D (tắm nắng, ăn tôm cua…) xương cứng, sắc
_ Tổng hợp vitamin B (gan, trứng…) bỗ não và thần kinh
_ Tổng hợp vitamin C (chanh, rau…) tăng sức đề kháng
_ Tổng hợp vitamin A (trái cây, dầu cá…) bổ mắt
_ Tổng hợp vitamin E (dầu thực vật, cá…) da trẻ, vitamin E chống oxy hóa c/ phản ứng thông tin:
_ Ánh sáng mang thông tin về môi trường ngoài
_ Thụ cảm ánh sáng ở mắt (động vật)
_ Hướng quang ở thực vật
2/ các phản ứng phá hủy biến tính: lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
Định nghĩa: “các phản ứng phá hủy,biến tính là phản ứng xảy ra với sự tham
gia của lượng tử ánh sáng. Kết quả là gây nên các tác hại ảnh hưởng đến hoạt động của tb”
a/ phân loại tia tử ngoại: khoảng 10%, có 3 loại:
_ Tử ngoại sóng ngắn (0,18 ÷ 0,27um) làm thay đổi cấu trúc protein, lipit…
và có tác dụng diệt trùng (ở phòng mổ)
_ Tử ngoại sóng trung (0,27 ÷ 0,32um), chống còi xương, tạo sắc tố, thúc đẩy
tạo thành biểu mô, làm tốt hơn quá trình tái sinh
_ Tử ngoại sóng dài (0,32 ÷ 0,45) có tác dụng sinh vật yếu, gây phát quang 1
số chất hữu cơ (kính hiển vi huỳnh quang)
b/ tác dụng quang động lực:
Định nghĩa: “là sự tổn thương không phục hồi một số chức năng sinh lý và cấu trúc của
đối tượg sinh vật dưới tác dụng của ánh sáng với sự có mặt của oxy và chất hoạt hóa”
_ Chất hoạt hóa (chất màu), đó vai trò là chất xúc tác không thết thiếu, động
lực thúc đẩy sự tiến triển của phản ứng (là những chất có ái lực hóa học lớn với oxy) chúng
có cấu trúc vòng; liên kết đôi và có khả năng lân quang -> chất màu
_Tham gia trực tiếp các phản ứng quang hóa thứ cấp là trạng thái triplet. _Có các cơ chế sau: Cơ chế I: S * o + hv S1 T1 T1 +RH2 So +RH2* RH * 2 + O2
P ( cơ chất bị oxy hóa ) Cơ chế II: So +hv S1* T1 T1 +RH2 SoH2 +R SoH2 +O2 So +H2O2 Cơ chế III:
So +hv S1* T1 ; T1+O2 So + O2* RH2 + O2* P Cơ chế IV:
So +hv S1* T1 ; T1 +O2 SoOO RH2 +SoOO So +P Cơ chế V : So + RH2 SoRH2 SoRH2 +hv S1*RH2* T1RH2 T1RH2 +O2 So +P Nhận xét :
_ Tác dụng quang động lực xảy ra khi có sự tham gia liên hợp của các chất màu , ôxy trong ánh sáng
_ Chất màu tham gia phản ứng ở trạng thái triplet ( có khả năng lân quang)
_ Chất màu đóng vai trò xúc tác nne được tạo ra cuối phản ứng
_ Trong tác dụng quang động lực có sự di chuyển năng lượng từ chất màu đến cơ chất
_ Bằng con đường tác dụng quang động lực cơ chất bị ôxy hóa
c/ Tác dụng quang động lực cụ thể ( đối tượng chịu ảnh hưởng nhất)
_Tác dụng của quang động lực lên protein và axit nucleic
_Tác dụng của quang động lực lên dược chất lO M oARcPSD| 47669111 Khúc Thừa Minh-YH
_Tác dụng của quang động lực lên hoạt động của cơ và hệ thần kinh
_Tác dụng của quang động lực lên cơ thể sinh vật.
d/ Tác dụng của tia tử ngoại lên hệ thống song có các giai đoạn
_Giai đoạn tích cực: hấp thu as kt của phân tử a.a (AH) AH+ hγ1 AH* AH* AH +hγ2 (γ2 <γ1) _Giai đoạn quang ion hóa: AH +hγ AH* AH* AH+ +e- AH+ A +H+
_Giai đoạn phản ứng của gốc tự do và điện tử solvat A* +O2 AOO*
Các gốc tự do tương tác với các nhóm protein bên cạnh. Kết quả tạo nên NH3 và
gốc của a.a khác, đó là sự tăng độ nhạy. es- + H+ + NH2-R NH3* +R*
Giá trị đặc biệt của tia tử ngoại là ở quá trình tạo vitamin D. Vitamin D là một trong
những chất hữu cơ rất quan trọng đối với cơ thể. Sự hạn chế tổng hợp vitamin D sẽ dẫn đến
phá hủy trao đổi phosphor , canxi
Do vậy chiếu tia tử ngoại còn được ứng dụng trong điều trị bệnh còi xương, làm vết
thương chóng lên sẹo, xương gãy chóng liền.
_Giai đoạn phản ứng hóa học phá hủy acid amin : các gốc oxyd của các acide tham gia
hàng loạt phản ứng tạo nên những sản phẩm có tác dụng độc. Các phản ứng được tăng nhạy
với các nhóm lân cận của các phân tử protid gây nene sự thay đổi cấu hình của các đại phân
tử protid và làm mất hoạt tính men.
Tia tử ngoại có liều lượng có tác dụng diệt khuẩn cao do khống chế khả năng sinh sản
của vi khuẩn tổn thương AND.
13. Phổ hấp thụ, phổ quang là gì. Vẽ đồ thì và nêu các đặc điểm (Y1:05- 06(1),0304(1)) Trả lời:
a/ Phổ hấp thụ : các đại lượng đặc trưng cho khả năng hấp thụ ánh sáng đều phụ thuộc
vào các bước sóng ánh sáng . Phổ hấp thụ biểu diễn sự phụ thuộc của 1 trong các đại lượng
(như cường độ hấp thụ , hệ số hấp thụ…)vào bước sóng ánh sáng.
Đặc điểm : ở đk bình thường nguyên tử ở mức năng lượng thấp nhất(mức cơ bản) khi
nguyên tử nhận as kt thì điện tử chuyển lên mức năng lượng cao hơn( trạng thái kích thích). Đó là sự hấp thụ as.
Trên phổ hấp thụ, phần đường cong ABC có đỉnh B gọi là dải hấp thụ, bề rộng dải
hấp thụ liên quan tới sự phức tạp của cấu trúc vật chất.
Dải hấp thụ cho biết môi trường vật chất có khả năng hấp thụ 1 miền nào đó của phổ
ánh sáng tác dụng lên mt.
Tại B ta thấy bước sóng đạt tới gtrị cực đại và khả năng hấp thụ ánh sáng của mt tại đây
là mạnh nhất, B gọi là cực độ hấp thụ. Mỗi chất đều có cực đại hấp thụ điển hình, do đó số λ
max chính là số chất trong hỗn hợp. b/ Phổ phát quang: