Thayhienedu.com chia sẽ đến các em Lý Thuyết Sinh Học 10 thống nhất 1 bộ sách trên cả nước là Kết nối tri thức với cuộc sống.
BÀI 10. TRAO ĐỔI CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO
I. KHÁI NIỆM TRAO ĐỔI CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO
- Khái niệm: Là quá trình vận chuyển các chất (chất dinh dưỡng,
ion, nước, chất thải...) đi vào và đi ra khỏi tế bào qua màng sinh chất.
- Ý nghĩa:
+ Giúp tế bào thu
nhận các nguyên liệu cần thiết cho hoạt động sống.
+ Đào thải các sản
phẩm phụ, chất độc hại ra môi trường ngoài.
+ Giúp tế bào
truyền tin và tương tác với môi trường xung quanh.
- Đặc điểm: Màng tế bào có tính thấm chọn lọc (bán
thấm), chỉ cho phép những chất nhất định đi qua và kiểm soát sự trao đổi chất
này một cách nghiêm ngặt.
Ví dụ: Khi chúng ta vận động mạnh ra nhiều mồ hôi, cơ
thể bị mất nước và muối khoáng. Việc uống nước bù khoáng giúp các tế bào nhanh
chóng hấp thụ nước và các ion điện giải (Na⁺, K⁺) qua màng tế bào để nhanh
chóng phục hồi lại trạng thái cân bằng nội môi.
II. CÁC CƠ CHẾ TRAO ĐỔI CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO
1. Vận chuyển thụ động
- Khái niệm: Là phương thức vận chuyển các chất từ nơi có nồng độ
chất tan cao đến nơi có nồng độ chất tan thấp (xuôi
chiều gradient nồng độ), không tiêu tốn năng lượng (ATP) của
tế bào.
a) Khuếch tán
đơn giản
- Các chất đi trực
tiếp qua lớp kép phospholipid của màng tế bào.
- Chất vận
chuyển: Các chất không phân cực (kị
nước), có kích thước nhỏ như O₂, CO₂, acid béo, hormone steroid...
Ví dụ: Quá trình trao đổi khí ở phế nang phổi. Nồng độ
O₂ trong phế nang cao hơn trong máu nên O₂ tự động khuếch tán đơn giản qua màng
phospholipid vào tế bào máu mà không cần tiêu tốn năng lượng của cơ thể.
b) Khuếch tán
tăng cường
- Các chất được
vận chuyển nhờ các protein xuyên màng đóng vai trò là kênh dẫn
hoặc chất mang.
- Chất vận
chuyển: Các chất phân cực, tích điện
hoặc có kích thước lớn như các ion (Na⁺, K⁺, Cl⁻...), glucose, amino acid...
Lưu ý: Nước là phân cực nên khuếch tán qua màng rất
chậm, để vận chuyển nhanh nước phải đi qua kênh protein đặc biệt gọi là aquaporin.
Ví dụ: Các tế bào ống thận sử dụng các kênh aquaporin
để tái hấp thu nước cực nhanh từ nước tiểu đầu về lại máu, giúp cơ thể chúng ta
không bị mất nước quá nhanh sau mỗi lần bài tiết.
c) Thẩm thấu
- Là sự khuếch tán
của các phân tử nước qua màng bán thấm từ nơi có thế nước cao
(nồng độ chất tan thấp) sang nơi có thế nước thấp (nồng độ chất tan cao).
- Dựa vào nồng độ
chất tan của môi trường bên ngoài so với dịch tế bào, người ta chia làm 3 loại
môi trường:
|
Loại
môi trường |
So
sánh nồng độ chất tan |
Chiều
di chuyển của nước |
Hiện
tượng ở tế bào động vật (hồng cầu) |
Hiện
tượng ở tế bào thực vật |
|
Ưu trương |
Ngoại bào > Nội bào |
Từ trong tế
bào ra ngoài |
Co rúm lại |
Co nguyên
sinh (màng sinh chất tách khỏi thành tế bào) |
|
Đẳng trương |
Ngoại bào = Nội bào |
Đi vào và đi
ra bằng nhau |
Giữ nguyên
hình dạng |
Giữ nguyên
hình dạng |
|
Nhược trương |
Ngoại bào < Nội bào |
Từ ngoài tế
bào đi vào trong |
Trương nước
và bị vỡ |
Trương nước nhưng không vỡ (nhờ
thành tế bào bảo vệ) |
Ví dụ thực tế: Khi ta chẻ ngọn rau muống và ngâm vào nước lã
(môi trường nhược trương), nước sẽ thẩm thấu vào bên trong các tế bào rau muống
làm chúng trương nước lên căng cứng, làm cho sợi rau muống cong tròn lại rất
đẹp mắt.
2. Vận chuyển chủ động
- Khái niệm: Là phương thức vận chuyển các chất từ nơi có nồng
độ thấp đến nơi có nồng độ cao (ngược chiều
gradient nồng độ).
- Đặc điểm: Bắt buộc phải có sự tham gia của protein vận
chuyển (bơm đặc hiệu) và tiêu tốn năng lượng dưới
dạng phân tử ATP.
- Ví dụ điển
hình: Bơm Na⁺ - K⁺ trên
màng tế bào thần kinh hoạt động liên tục tiêu tốn ATP để bơm 3 ion Na⁺ ra ngoài
và đưa 2 ion K⁺ vào trong tế bào, giữ thế điện thế nghỉ cho màng tế bào.
- Ví dụ thực
tế: Ở rễ cây, nồng độ các muối
khoáng trong đất thường thấp hơn nhiều so với dịch bào của tế bào lông hút. Tuy
nhiên, rễ cây vẫn liên tục tiêu tốn năng lượng ATP để chủ động bơm các ion
khoáng này vào trong rễ, phục vụ cho sự sinh trưởng của cây.
3. Vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào
Áp dụng đối với
các chất hoặc vật thể có kích thước rất lớn (protein, tinh bột, vi khuẩn...)
không thể đi qua lớp phospholipid hay kênh protein. Quá trình này tiêu
tốn năng lượng ATP.
a) Nhập bào
(Thực bào & Ẩm bào)
- Thực bào ("tế bào ăn"): Màng tế bào biến dạng lõm xuống, bao lấy chất rắn (như vi khuẩn, mảnh vỡ tế bào) rồi nuốt gọn vào bên trong tạo thành túi thực bào để tiêu hóa.
- Ẩm bào
("tế bào uống"): Tương tự
thực bào nhưng đối tượng vận chuyển là các giọt dịch chứa chất tan.
Ví dụ: Các tế bào bạch cầu trong hệ miễn dịch của cơ
thể người thực hiện quá trình thực bào để "nuốt chửng" và tiêu diệt
các vi khuẩn có hại xâm nhập vào máu.
b) Xuất bào
- Là quá trình bài
xuất các chất có kích thước lớn ra khỏi tế bào. Chất cần xuất được bao bọc
trong túi vận chuyển, túi này tiến đến sát màng, dung hợp với màng tế bào để
giải phóng chất ra ngoài.
Ví dụ: Các tế bào ở tuyến tụy đóng gói hormone insulin
vào trong các túi vận chuyển, sau đó đưa đến màng tế bào để xuất bào giải phóng
vào máu giúp điều hòa lượng đường huyết.
BẢNG PHÂN BIỆT CÁC CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN QUA MÀNG
|
Tiêu chí so sánh |
Vận chuyển thụ động |
Vận chuyển chủ động |
Nhập bào - Xuất bào |
|
Chiều vận chuyển |
Xuôi chiều gradient nồng độ (Cao → Thấp) |
Ngược chiều gradient nồng độ (Thấp → Cao) |
Không phụ thuộc vào gradient nồng độ |
|
Chất vận chuyển |
Các phân tử nhỏ, ion, nước |
Các ion, chất dinh dưỡng nhỏ |
Các phân tử cực lớn, đại thực bào, giọt dịch |
|
Thành phần tham gia |
Lớp phospholipid hoặc protein kênh/mang |
Protein vận chuyển đặc hiệu (Bơm) |
Sự biến dạng của màng sinh chất và các túi |