Nguồn: Trung tâm dinh dưỡng thể thao Olympic
Năng lượng không thể tự nhiên xuất hiện hay biến mất vào hư không, nó chỉ có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.
Tất cả năng lượng trên Trái đất đều đến từ Mặt trời. Thực vật có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học (quang hợp).
Con người không thể sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời nhưng chúng ta có thể lấy năng lượng từ thực vật. Chúng ta ăn chính thực vật hoặc thịt của động vật ăn thực vật. Một người lấy toàn bộ năng lượng của mình từ thức ăn và đồ uống.
Nguồn năng lượng thực phẩm
Một người nhận được tất cả năng lượng cần thiết cho cuộc sống thông qua thực phẩm. Đơn vị đo năng lượng là calo. Một calo là lượng nhiệt cần thiết để làm nóng 1 kg nước lên 1°C. Chúng ta nhận được phần lớn năng lượng từ các chất dinh dưỡng sau:
Carbohydrate - 4kcal (17kJ) mỗi 1g
Protein (protein) - 4 kcal (17 kJ) trên 1 g
Chất béo - 9kcal (37kJ) mỗi 1g
Carbohydrate (đường và tinh bột) là nguồn năng lượng quan trọng nhất, hầu hết chúng được tìm thấy trong bánh mì, gạo và mì ống. Nguồn protein tốt bao gồm thịt, cá và trứng. Bơ, dầu thực vật và bơ thực vật bao gồm hầu hết các axit béo. Thực phẩm dạng sợi, cũng như rượu, cũng cung cấp năng lượng cho cơ thể, nhưng mức độ tiêu thụ ở mỗi người rất khác nhau.
Bản thân vitamin và khoáng chất không cung cấp năng lượng cho cơ thể nhưng chúng tham gia vào các quá trình trao đổi năng lượng quan trọng nhất trong cơ thể.
Giá trị năng lượng của các loại thực phẩm khác nhau rất khác nhau. Những người khỏe mạnh đạt được một chế độ ăn uống cân bằng bằng cách tiêu thụ nhiều loại thực phẩm. Rõ ràng, một người càng năng động thì càng cần nhiều thức ăn hoặc càng tiêu tốn nhiều năng lượng.
Nguồn năng lượng quan trọng nhất của con người là carbohydrate. Một chế độ ăn uống cân bằng sẽ cung cấp cho cơ thể nhiều loại carbohydrate khác nhau, nhưng phần lớn năng lượng nên đến từ tinh bột. Trong những năm gần đây, người ta chú ý nhiều đến việc nghiên cứu mối quan hệ giữa các thành phần dinh dưỡng của con người và các bệnh khác nhau. Các nhà nghiên cứu đồng ý rằng mọi người cần giảm lượng thức ăn béo để có lợi cho carbohydrate.
Làm thế nào chúng ta có được năng lượng từ thực phẩm?
Thức ăn sau khi nuốt vào sẽ đọng lại trong dạ dày một thời gian. Ở đó, dưới tác động của dịch tiêu hóa, quá trình tiêu hóa của nó bắt đầu. Quá trình này tiếp tục diễn ra ở ruột non, khiến các thành phần thức ăn bị chia nhỏ thành các đơn vị nhỏ hơn để có thể hấp thụ qua thành ruột vào máu. Cơ thể sau đó có thể sử dụng các chất dinh dưỡng để tạo ra năng lượng, được sản xuất và lưu trữ dưới dạng adenosine triphosphate (ATP).
Phân tử ATP gồm adenosine và ba nhóm photphat nối liền nhau. Dự trữ năng lượng được “tập trung” vào các liên kết hóa học giữa các nhóm phốt phát. Để giải phóng thế năng này, một nhóm photphat phải được tách ra, tức là ATP phân hủy thành ADP (adenosine diphosphate) giải phóng năng lượng.
Adenosine triphosphate (viết tắt ATP, tiếng Anh ATP) là một nucleotide có vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình chuyển hóa năng lượng và các chất trong cơ thể sinh vật; Trước hết, hợp chất này được biết đến như một nguồn năng lượng phổ quát cho tất cả các quá trình sinh hóa xảy ra trong hệ thống sống. ATP là chất mang năng lượng chính trong tế bào.
Mỗi tế bào chứa một lượng ATP rất hạn chế, thường được sử dụng hết trong vài giây. Việc khử ADP thành ATP đòi hỏi năng lượng, năng lượng thu được trong quá trình oxy hóa carbohydrate, protein và axit béo trong tế bào.
Dự trữ năng lượng trong cơ thể.
Sau khi các chất dinh dưỡng được hấp thụ vào cơ thể, một số chất dinh dưỡng sẽ được lưu trữ làm nhiên liệu dự trữ dưới dạng glycogen hoặc chất béo.
Glycogen cũng thuộc nhóm carbohydrate. Dự trữ của nó trong cơ thể bị hạn chế và được lưu trữ trong gan và mô cơ. Trong quá trình hoạt động thể chất, glycogen phân hủy thành glucose, cùng với chất béo và glucose lưu thông trong máu, nó cung cấp năng lượng cho cơ bắp hoạt động. Tỷ lệ chất dinh dưỡng tiêu thụ phụ thuộc vào loại hình và thời gian tập luyện.
Glycogen bao gồm các phân tử glucose được kết nối thành chuỗi dài. Nếu lượng glycogen dự trữ trong cơ thể ở mức bình thường thì lượng carbohydrate dư thừa vào cơ thể sẽ chuyển hóa thành chất béo.
Protein và axit amin thường không được cơ thể sử dụng làm nguồn năng lượng. Tuy nhiên, với sự thiếu hụt dinh dưỡng cùng với việc tiêu hao năng lượng tăng lên, các axit amin có trong mô cơ cũng có thể được sử dụng làm năng lượng. Protein được cung cấp trong thực phẩm có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng và được chuyển hóa thành chất béo nếu nhu cầu về nó, với tư cách là vật liệu xây dựng, được đáp ứng đầy đủ.
Năng lượng được sử dụng như thế nào trong quá trình tập luyện?
Bắt đầu đào tạo
Khi mới bắt đầu luyện tập, hoặc khi năng lượng tiêu hao tăng mạnh (chạy nước rút), nhu cầu năng lượng sẽ lớn hơn tốc độ tổng hợp ATP thông qua quá trình oxy hóa carbohydrate. Đầu tiên, carbohydrate được “đốt cháy” trong điều kiện kỵ khí (không có sự tham gia của oxy), quá trình này đi kèm với việc giải phóng axit lactic (lactate). Kết quả là, một lượng ATP nhất định được giải phóng - ít hơn trong phản ứng hiếu khí (có sự tham gia của oxy), nhưng nhanh hơn.
Một nguồn năng lượng “nhanh” khác được sử dụng để tổng hợp ATP là creatine phosphate. Một lượng nhỏ chất này được tìm thấy trong mô cơ. Sự phân hủy creatine phosphate sẽ giải phóng năng lượng cần thiết để khử ADP thành ATP. Quá trình này diễn ra rất nhanh và lượng creatine phosphate dự trữ trong cơ thể chỉ đủ cho 10-15 giây hoạt động “bùng nổ”, tức là. Creatine phosphate là một loại chất đệm giúp bù đắp sự thiếu hụt ATP trong thời gian ngắn.
Thời gian đào tạo ban đầu
Lúc này, quá trình chuyển hóa hiếu khí của carbohydrate bắt đầu hoạt động trong cơ thể, việc sử dụng creatine phosphate và sự hình thành lactate (axit lactic) dừng lại. Axit béo dự trữ được huy động và cung cấp làm nguồn năng lượng cho cơ bắp hoạt động, đồng thời mức độ khử ADP thành ATP do quá trình oxy hóa chất béo tăng lên.
Thời gian đào tạo chính
Từ phút thứ năm đến phút thứ mười lăm sau khi bắt đầu tập luyện, nhu cầu ATP tăng lên trong cơ thể sẽ ổn định. Trong thời gian dài tập luyện với cường độ tương đối đồng đều, quá trình tổng hợp ATP được hỗ trợ bởi quá trình oxy hóa carbohydrate (glycogen và glucose) và axit béo. Dự trữ creatine phosphate đang dần được phục hồi vào thời điểm này.
Creatine là một axit amin được tổng hợp ở gan từ arginine và glycine. Đó là creatine cho phép các vận động viên chịu được tải trọng cao nhất một cách dễ dàng hơn. Nhờ tác dụng của nó, việc giải phóng axit lactic trong cơ bắp của con người bị trì hoãn, gây ra nhiều cơn đau cơ. Mặt khác, creatine cho phép bạn thực hiện các hoạt động thể chất mạnh mẽ do giải phóng một lượng lớn năng lượng trong cơ thể.
Khi tải trọng tăng lên (ví dụ: khi chạy lên dốc), mức tiêu thụ ATP tăng lên và nếu mức tăng này là đáng kể, cơ thể lại chuyển sang quá trình oxy hóa kỵ khí carbohydrate với sự hình thành lactate và sử dụng creatine phosphate. Nếu cơ thể không có thời gian để khôi phục mức ATP, trạng thái mệt mỏi có thể nhanh chóng xuất hiện.
Những nguồn năng lượng nào được sử dụng trong quá trình đào tạo?
Carbohydrate là nguồn năng lượng quan trọng và khan hiếm nhất để cơ bắp hoạt động. Chúng cần thiết cho bất kỳ loại hoạt động thể chất nào. Trong cơ thể con người, carbohydrate được lưu trữ với số lượng nhỏ dưới dạng glycogen trong gan và cơ. Trong quá trình tập luyện, glycogen được tiêu thụ và cùng với axit béo và glucose lưu thông trong máu, được sử dụng làm nguồn năng lượng cho cơ. Tỷ lệ các nguồn năng lượng khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào loại hình và thời gian tập luyện.
Mặc dù chất béo chứa nhiều năng lượng hơn nhưng quá trình sử dụng nó diễn ra chậm hơn và quá trình tổng hợp ATP thông qua quá trình oxy hóa axit béo được hỗ trợ bởi việc sử dụng carbohydrate và creatine phosphate. Khi lượng carbohydrate dự trữ cạn kiệt, cơ thể sẽ không thể chịu đựng được lượng carbohydrate cao. Vì vậy, carbohydrate là nguồn năng lượng hạn chế mức độ tải trong quá trình tập luyện.
Các yếu tố hạn chế khả năng dự trữ năng lượng của cơ thể khi tập luyện
1. Nguồn năng lượng được sử dụng trong các loại hoạt động thể chất khác nhau
Cường độ thấp (chạy bộ)
Mức độ phục hồi ATP cần thiết từ ADP tương đối thấp và đạt được bằng quá trình oxy hóa chất béo, glucose và glycogen. Khi nguồn dự trữ glycogen cạn kiệt, vai trò của chất béo như một nguồn năng lượng sẽ tăng lên. Vì axit béo oxy hóa khá chậm để bổ sung năng lượng tiêu hao nên khả năng tiếp tục tập luyện như vậy trong thời gian dài phụ thuộc vào lượng glycogen trong cơ thể.
Cường độ trung bình (chạy nhanh)
Khi hoạt động thể chất đạt đến mức tối đa để tiếp tục quá trình oxy hóa hiếu khí, cần phải nhanh chóng khôi phục lại lượng ATP dự trữ. Carbohydrate trở thành nhiên liệu chính của cơ thể. Tuy nhiên, mức ATP cần thiết không thể được duy trì chỉ bằng quá trình oxy hóa carbohydrate, do đó quá trình oxy hóa chất béo và hình thành lactate xảy ra song song.
Cường độ tối đa (chạy nước rút)
Quá trình tổng hợp ATP được hỗ trợ chủ yếu bằng cách sử dụng creatine phosphate và sự hình thành lactate, vì quá trình chuyển hóa carbohydrate và oxy hóa chất béo không thể được duy trì ở tốc độ cao như vậy.
2. Thời gian đào tạo
Loại nguồn năng lượng phụ thuộc vào thời gian tập luyện. Đầu tiên, năng lượng được giải phóng thông qua việc sử dụng creatine phosphate. Sau đó, cơ thể chuyển sang sử dụng chủ yếu glycogen, cung cấp năng lượng cho khoảng 50-60% quá trình tổng hợp ATP. Cơ thể nhận phần năng lượng còn lại để tổng hợp ATP thông qua quá trình oxy hóa axit béo tự do và glucose. Khi kho glycogen cạn kiệt, chất béo trở thành nguồn năng lượng chính, trong khi glucose bắt đầu được sử dụng nhiều hơn từ carbohydrate.
3. Loại hình tập luyện
Trong những môn thể thao mà thời gian tải tương đối thấp được thay thế bằng hoạt động tăng mạnh (bóng đá, khúc côn cầu, bóng rổ), có sự thay thế trong việc sử dụng creatine phosphate (trong thời gian tải cao điểm) và glycogen làm nguồn năng lượng chính cho quá trình tổng hợp ATP. . Trong giai đoạn “im lặng”, lượng creatine phosphate dự trữ được phục hồi trong cơ thể.
4. Thể lực của cơ thể
Một người càng được đào tạo nhiều thì khả năng chuyển hóa oxy hóa của cơ thể càng cao (lượng glycogen được chuyển hóa thành lactose càng ít) và năng lượng dự trữ được sử dụng càng tiết kiệm. Nghĩa là, một người được đào tạo sẽ thực hiện bất kỳ bài tập nào với mức tiêu thụ năng lượng ít hơn một người chưa được đào tạo.
5. Ăn kiêng
Mức glycogen trong cơ thể càng cao trước khi bắt đầu tập luyện thì sự mệt mỏi sẽ xuất hiện sau đó. Để tăng lượng glycogen dự trữ, bạn cần tăng lượng thức ăn giàu carbohydrate. Các chuyên gia trong lĩnh vực dinh dưỡng thể thao khuyên bạn nên tuân thủ chế độ ăn kiêng trong đó có tới 70% giá trị năng lượng là carbohydrate.
Mì ống (mì ống)
Ngũ cốc
Rễ
Lon đậu 45
Phần lớn cơm 60
Phần lớn khoai tây vỏ 45
Hai lát bánh mì trắng 30
Phần lớn spaghetti 90
Đưa thêm carbohydrate vào kế hoạch bữa ăn của bạn để duy trì nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể;
1-4 giờ trước khi tập, ăn 75-100 g carbohydrate;
Trong nửa giờ đầu tập, khi khả năng phục hồi của cơ đạt tối đa, hãy ăn 50-100 carbohydrate;
Sau khi tập luyện, cần tiếp tục tiêu thụ carbohydrate để nhanh chóng khôi phục lượng glycogen dự trữ.
Sự tồn tại của bất kỳ sinh vật sống nào đều gắn liền với sự trao đổi liên tục về vật chất, năng lượng và thông tin với môi trường. Năng lượng đi vào hệ thống được dành cho việc tổng hợp các hợp chất năng lượng sinh học để duy trì tiềm năng hóa học, hen suyễn và điện, cũng như độ dốc của chúng. Trong quá trình sống, có sự biến đổi liên tục của một số loại năng lượng này sang các loại năng lượng khác. Cần phải sử dụng nhiệt động lực học như một môn khoa học nghiên cứu các mô hình biến đổi tổng quát nhất của các loại năng lượng khác nhau.
Hệ nhiệt động gọi là một phần không gian có nội dung vật chất, bị giới hạn bởi một lớp vỏ nhất định. Trạng thái của hệ thống được đặc trưng bởi các tham số.
Tùy chọn mở rộng phụ thuộc vào tổng hàm lượng chất (khối lượng hoặc thể tích của hệ).
Thông số chuyên sâu không phụ thuộc vào lượng chất trong hệ và có xu hướng cân bằng (nhiệt độ, áp suất).
Có 3 loại hệ thống nhiệt động lực học có thể: bị cô lập, đóng và mở.
Bị cô lập không thể trao đổi năng lượng hoặc vật chất với môi trường. Theo thời gian, hệ thống như vậy đạt đến trạng thái cân bằng trong đó tất cả các tham số đều có cùng giá trị. Trạng thái này tương ứng với giá trị thấp nhất của thế nhiệt động và giá trị lớn nhất của entropy.
Hệ thống khép kín có thể trao đổi vật chất và thông tin với môi trường.
Trong một hệ thống mở có sự trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin với môi trường. Cô ấy có thể đang ở trạng thái đứng yên. Gọi là cố định trạng thái trong đó các tham số hệ thống
có thể nhận các giá trị khác nhau tại các điểm khác nhau trong hệ thống và không thay đổi theo thời gian. Thay đổi bất kỳ tham số nào cũng dẫn đến thay đổi trạng thái của hệ thống. Sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác là một quá trình. Quá trình này được gọi là thuận nghịch , nếu hệ thống trở về trạng thái ban đầu thông qua các trạng thái tương tự như hướng thuận. Một quá trình được gọi là cần thiết , chỉ chảy theo một hướng. Trạng thái của hệ thống được đặc trưng bởi thế năng nhiệt động. Năng lượng bên trong bằng tổng của tất cả các loại năng lượng của các hạt tạo nên hệ thống, ngoại trừ động năng và thế năng của toàn bộ hệ thống. Năng lượng bên trong là một hàm của trạng thái và được xác định bởi các tham số của hệ thống.
Hãy xem xét sự tương tác của hệ thống với môi trường. Trao đổi năng lượng có thể xảy ra do lượng nhiệt và cải thiện hoạt động của hệ thống. Lượng nhiệt - trao đổi nhiệt.
Quá trình biến đổi năng lượng phụ thuộc vào loại quá trình, vào phương pháp thực hiện công hoặc truyền nhiệt. Có những cách sau để thực hiện công việc:
1. Công cơ học khi chuyển động của vật. 
2. Công cơ khí trong quá trình giãn nở khí. 
3. Thực hiện công việc truyền điện tích. 
4. Làm việc với các phản ứng hóa học. 
Tóm tắt: 
Nếu có nhiều lực tác dụng lên một hệ thì theo định luật 1 nhiệt động lực học: 
Công việc liên quan đến việc chuyển đổi các loại năng lượng khác nhau. Một số loại năng lượng được chia theo khả năng chuyển hóa thành các loại khác:
1. A - năng lượng hiệu quả tối đa. Chúng bao gồm: hấp dẫn, ánh sáng, hạt nhân.
2. B - Hoá năng có thể chuyển hoá thành nhiệt năng và điện năng.
3. C - nhiệt năng. Sự phân hủy các dạng năng lượng cao hơn thành các dạng năng lượng thấp hơn là đặc tính tiến hóa chính của các hệ thống biệt lập.
Năng lượng nhiệt - đây là loại năng lượng đặc biệt có chất lượng kém hơn, không thể chuyển hóa thành loại năng lượng khác mà không bị tổn thất, bởi vì năng lượng nhiệt gắn liền với sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Các sinh vật sống không phải là nguồn năng lượng mới. Quá trình oxy hóa các chất đi vào cơ thể sống dẫn đến việc giải phóng trong đó một lượng năng lượng tuần hoàn tương đương liên quan đến dạng hóa học hoặc một số loại năng lượng khác. Một đặc tính quan trọng của hệ thống là thế năng nhiệt động. Có 4 tiềm năng:
Các hàm trạng thái, sự thay đổi của chúng giúp xác định hiệu suất của công có ích và lượng nhiệt đi vào hệ thống trong quá trình trao đổi nhiệt, bằng dấu và độ lớn của điện thế, có thể được theo dõi theo hướng của quá trình; khi trạng thái cân bằng đạt tới thì thế năng nhiệt động có xu hướng đạt giá trị nhỏ nhất.
1) 
2) 
3) 
Sự thay đổi Entanpi có tính đến hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học.
4) Tiềm năng Gibbs nhiệt động lực học.
Cái đó. sự thay đổi điện thế đặc trưng cho công của tất cả các loại lực trong hệ đạo hàm và lượng nhiệt mà hệ trao đổi với môi trường. Có 4 phương pháp trao đổi nhiệt:
1. Độ dẫn nhiệt liên quan đến sự truyền nhiệt qua các mô cơ thể theo định luật Fourier:
2. Đối lưu, lượng nhiệt được truyền bởi các dòng có mật độ khác nhau và nhiệt độ khác nhau. .
3. Bức xạ, xuất hiện ở ranh giới của hệ dưới dạng sóng điện từ, định luật Stefan-Boltzmann:
Ti - nhiệt độ riêng
Tc - nhiệt độ trung bình
4. Sự bay hơi gắn liền với sự biến đổi một chất từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí.
Có tính đến tất cả các hình thức truyền nhiệt, chúng ta có thể viết phương trình cân bằng nhiệt:
Các quá trình truyền nhiệt có thể làm tăng hoặc giảm nhiệt lượng, ngoại trừ năng lượng bay hơi luôn làm giảm lượng nhiệt trong hệ thống. Vì cơ thể là một hệ thống điều nhiệt nên để duy trì nhiệt độ ổn định bên trong cơ thể không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài, cơ thể có rất nhiều hệ thống điều hòa.
Quy định hóa học xảy ra do những thay đổi trong quá trình oxy hóa bên trong cơ thể. Tuy nhiên, những thay đổi về tốc độ trao đổi chất dẫn đến sự gián đoạn nghiêm trọng trong hoạt động của cơ thể.
Điều chỉnh nhiệt vật lý cho phép bạn thay đổi cường độ dẫn nhiệt, đối lưu và bay hơi. Quá trình điều nhiệt của các cơ quan nội tạng, trong đó nhiệt được giải phóng chủ yếu, được cải thiện nhờ lưu lượng máu có tính dẫn nhiệt cao. Cường độ của quá trình trao đổi nhiệt được điều chỉnh bằng cách tăng hoặc giảm lượng máu chảy ra và có liên quan đến sự giãn nở hoặc co lại của mạch máu và là phản ứng với những thay đổi của điều kiện bên ngoài. Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ cơ thể thì việc điều chỉnh nhiệt độ bổ sung sẽ đạt được bằng cách tăng sự bốc hơi từ bề mặt cơ thể. Ngoài việc điều hòa nhiệt độ tự nhiên, điều hòa nhiệt độ nhân tạo có tầm quan trọng rất lớn, gắn liền với việc cách ly cơ thể khỏi những điều kiện môi trường không thuận lợi. Cân bằng nhiệt có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm để xác định năng lượng cơ thể giải phóng và năng lượng của chất dinh dưỡng đi vào cơ thể. Năng lượng được giải phóng khỏi cơ thể tương đương với năng lượng được ăn vào. Cái đó. mọi quá trình sống đều tuân theo định luật 1 nhiệt động lực học.
Định luật nhiệt động thứ hai áp dụng cho hệ sinh học:
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học chỉ ra sự khác biệt về chất trong các dạng năng lượng. Năng lượng nhiệt được hình thành trong cơ thể và là một dạng năng lượng liên kết nhất định, tức là trong quá trình hoạt động sống nó không thể và không thể chuyển hóa hoàn toàn thành loài khác. Khái niệm entropy được sử dụng để mô tả năng lượng liên kết. 
Sự hỗn loạn là một hàm trạng thái và được xác định theo một hằng số tùy ý. Đối với các hệ cô lập, entropy không giảm, tức là Khi các quá trình không thuận nghịch xảy ra bên trong hệ thống, entropy tăng lên, nhưng khi thuận nghịch nó không thay đổi. Họ nói về sự dự trữ năng lượng trong hệ thống; điều quan trọng nhất là phải biết nó có thể thực hiện công gì đối với các vật thể bên ngoài hoặc bên trong chính hệ thống. Để làm điều này, năng lượng tự do hoặc năng lượng Gibbs được sử dụng. Đối với các hệ thống sinh học, các quá trình xảy ra ở nhiệt độ không đổi và mật độ và thể tích ít thay đổi. Cái đó. trong điều kiện bình thường, một phần nội năng của hệ được chuyển hóa tự do, trong hệ cũng giống như năng lượng tự do và năng lượng Gibbs. Cái đó. Để đánh giá khả năng hoạt động của cơ thể sống, cần tính đến sự thay đổi năng lượng tự do hoặc thế năng Gibbs. Có nhiều phương pháp tính toán sự thay đổi thế Gibbs của các phản ứng hóa học.
Tuy nhiên, đối với các hệ sinh học, định luật entropy tăng dần không được tuân thủ, điều này gây ra nghi ngờ về khả năng áp dụng định luật nhiệt động thứ 2 cho hệ động vật. Theo cách xây dựng định luật này, sự tái sinh của entropy quyết định hướng đi của hầu hết các quá trình tự nhiên trong tự nhiên. Tuy nhiên, định luật tái sinh entropy chỉ có hiệu lực trong một hệ cô lập và không thể áp dụng cho sinh vật sống vì đó là một hệ mở. Đối với một hệ cô lập ở trạng thái cân bằng, entropy là cực đại và tất cả các thế nhiệt động, bao gồm cả năng lượng bản thân và năng lượng Gibbs, hóa ra là tối thiểu. Trong một hệ mở ở trạng thái dừng, sự thay đổi entropy có thể âm và giá trị của F hoặc G có thể không thay đổi chút nào.
Đối với hệ cô lập 
:
Đối với hệ thống mở: 
Định luật nhiệt động thứ 2 cho các hệ mở lần đầu tiên được Prigozhin xây dựng.
Sự thay đổi entropy của hệ thống mở có thể được biểu diễn thành hai phần.
Số hạng đầu tiên xác định sự thay đổi entropy do các quá trình bên ngoài gây ra. Số hạng thứ hai xác định sự thay đổi entropy do các quá trình xảy ra trong hệ thống.
Điều này là do tính không thể đảo ngược của các quá trình phân hủy chất dinh dưỡng, sự cân bằng độ dốc, luôn đi kèm với sự gia tăng entropy. Thế năng Gibbs có thể được phân chia tương tự như entropy.
Các quá trình nội bộ đi kèm với việc tiêu thụ và giảm tiềm năng Gibbs, do trao đổi với môi trường, có thể tăng hoặc giảm. Trong trường hợp tổng quát, dấu và độ lớn của sự thay đổi entropy thay đổi theo các khoảng thời gian khác nhau, vì vậy sẽ thuận tiện khi xem xét tốc độ thay đổi entropy trong một hệ mở.
Để duy trì các chức năng quan trọng, việc cung cấp năng lượng tự do liên tục vào cơ thể từ môi trường là cần thiết để bù đắp cho sự mất mát năng lượng tự do do các quá trình bên trong. Sự giảm entropy trong hệ thống động vật trong quá trình tiêu thụ thức ăn và năng lượng mặt trời đồng thời dẫn đến sự gia tăng năng lượng tự do của hệ thống. Những thứ kia. dòng năng lượng tiêu cực không liên quan đến trật tự của các cấu trúc sống. Sự suy thoái các chất dinh dưỡng dẫn đến giải phóng năng lượng tự do cần thiết cho cơ thể. Dòng entropy âm cần thiết để bù đắp cho sự tăng entropy và sự giảm năng lượng tự do xảy ra bên trong tế bào do các quá trình sống tự phát. Cái đó. một hệ thống mở là một quá trình lưu thông và biến đổi năng lượng tự do. Nếu đạt được trạng thái cân bằng nhiệt độ bên trong một hệ mở thì quá trình trao đổi với môi trường sẽ diễn ra ở trạng thái cân bằng. Trạng thái ổn định của hệ thống mở là trạng thái ổn định. Các điều kiện nhiệt động để xuất hiện trạng thái dừng là sự cân bằng giữa độ biến thiên entropy bên trong cơ thể và dòng entropy ra môi trường. Những thứ kia. Đối với hệ mở, điều kiện để đạt trạng thái ổn định là: 
Hằng số entropy không có nghĩa là cân bằng nhiệt động với môi trường. Sự cân bằng của sinh vật với môi trường đồng nghĩa với cái chết sinh học. Đối với một hệ thống mở, hằng số entropy thiết lập trạng thái dừng của hệ thống và đặc trưng không phải là không có các quá trình thuận nghịch, như trong trường hợp cân bằng trong một môi trường cô lập, mà là sự tương tác với môi trường ở dạng tối ưu nhất. Cái đó. Định luật nhiệt động thứ 2 đối với hệ hở giúp chỉ ra sự phù hợp về trạng thái đứng yên của hệ. Nguyên lý này lần đầu tiên được Prigozhyn xây dựng dưới dạng một định lý:
Ở trạng thái ổn định, việc tạo ra entropy trong hệ thống là không đổi và tốc độ thấp nhất có thể có.
Định lý chỉ ra rằng trạng thái dừng làm mất năng lượng tự do ít nhất. Ở trạng thái này, cơ thể hoạt động hiệu quả nhất.
Tất cả các sinh vật sống trên Trái đất, theo quan điểm nhiệt động lực học, đều là những hệ thống mở có khả năng tổ chức tích cực việc cung cấp năng lượng và các chất từ bên ngoài. Năng lượng cần thiết cho mọi quá trình sống, nhưng trước hết là cho quá trình tổng hợp hóa học các chất được sử dụng để xây dựng và phục hồi cấu trúc của tế bào và cơ thể. Sinh vật sống lấy năng lượng từ đâu? Sinh vật chỉ có khả năng sử dụng hai loại năng lượng - ánh sáng(năng lượng bức xạ mặt trời) và hóa chất(năng lượng liên kết của các hợp chất hóa học) - và trên cơ sở này chúng được chia thành hai nhóm: sinh vật quang dưỡng Và hóa dưỡng.
Để tổng hợp các thành phần của cơ thể, cần phải tiêu thụ các nguyên tố hóa học từ bên ngoài, được sử dụng làm khối xây dựng. Thành phần cấu trúc chính của các phân tử hữu cơ là cacbon. Tùy thuộc vào nguồn carbon
Ai thế nào - sinh vật quang dưỡng(thực vật) sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời, dị dưỡng(nấm, động vật) – năng lượng của liên kết hóa học của các chất cung cấp cho thực phẩm. Năng lượng thu được tiếp tục được sử dụng để tổng hợp các phân tử hữu cơ, thành phần cấu trúc chính của nó là cacbon. Tùy thuộc vào nguồn carbon, các sinh vật sống được chia thành hai nhóm lớn: sinh vật tự dưỡng Và dị dưỡng. Sinh vật tự dưỡng chuyên về nguồn cacbon vô cơ (không khí), còn sinh vật dị dưỡng thì phải... ăn thứ gì đó. Hầu hết các sinh vật sống đều thuộc quang tự dưỡng hoặc hóa dị dưỡng. Tuy nhiên, một số sinh vật (euglena xanh, chlamydomonas), tùy thuộc vào điều kiện sống, hoạt động như tự dưỡng hoặc dị dưỡng và tạo thành một nhóm đặc biệt. hỗn dưỡng sinh vật (tự dị dưỡng).
Quá trình tiêu thụ năng lượng và vật chất được gọi là đồ ăn. Hai loại sức mạnh được biết đến: toàn sinh – bằng cách bẫy các hạt thức ăn bên trong cơ thể, g lời nói tục tĩu– không bị thu giữ, thông qua sự hấp thụ các chất hòa tan qua cấu trúc bề mặt của cơ thể. Các chất dinh dưỡng đi vào cơ thể bằng cách này hay cách khác đều tham gia sâu hơn vào quá trình trao đổi chất.
Sự trao đổi chất, hoặc sự trao đổi chất đại diện một tập hợp các quá trình cân bằng và liên kết với nhau, bao gồm các biến đổi hóa học khác nhau của các chất trong cơ thể.Điều kiện bắt buộc của nó là sự kết nối của sinh vật sống với môi trường bên ngoài. Các sinh vật sống nhận chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài - nước, oxy, v.v. Chúng giải phóng các sản phẩm của hoạt động sống của mình ra môi trường bên ngoài. Sự trao đổi như vậy quyết định sự sống của các sinh vật: chúng lớn lên, phát triển, cấu trúc và tính chất của chúng thay đổi, nhưng phẩm chất chính không thay đổi - chúng vẫn sống!
Các cơ thể có tính chất vô cơ cũng chịu tác động của môi trường bên ngoài, đồng thời mất đi những phẩm chất đặc trưng, có được những phẩm chất mới và trải qua những biến đổi: sắt biến thành rỉ sét, đá thành đá dăm, cát, bụi; oxit biến thành axit, v.v.
Nhân dịp này, triết gia F. Engels đã viết: “Một tảng đá đã bị phong hóa không còn là đá nữa, kim loại sẽ bị rỉ sét do quá trình oxy hóa. Nhưng nguyên nhân của sự hủy diệt ở những cơ thể vô tri là gì? điều kiện cơ bản để tồn tại».
Hấp thu chất dinh dưỡng và bài tiết chất thải;
Tổng hợp, sử dụng và phân hủy các đại phân tử.
Tất cả các quá trình hóa học khác nhau tạo nên quá trình trao đổi chất được chia thành hai nhóm - quá trình đồng hóa và quá trình hòa tan.
Điều cơ bản sự đồng hóa (sự đồng hóa, hoặc trao đổi nhựa) tạo thành các phản ứng tổng hợp xảy ra khi tiêu thụ năng lượng - tiêu thụ và chuyển hóa các chất đi vào cơ thể thành cơ thể của chính nó (các thành phần tế bào và sự lắng đọng dự trữ, do đó xảy ra sự tích lũy năng lượng). Quá trình trao đổi chất ở sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng được đặc trưng bởi các đặc điểm liên quan đến phương pháp xây dựng các thành phần cấu trúc của các phân tử hữu cơ.
Sinh vật tự dưỡng có khả năng tổng hợp hoàn toàn độc lập các chất hữu cơ từ các phân tử vô cơ được tiêu thụ từ môi trường bên ngoài:
Các chất vô cơ (CO 2, H 2 O) quang hợp tổng hợp sinh học
Các sinh vật dị dưỡng tự tạo ra các chất hữu cơ từ các thành phần thực phẩm hữu cơ:
Các chất thực phẩm hữu cơ (protein, chất béo, carbohydrate) tiêu hóa các phân tử hữu cơ đơn giản (axit amin, axit béo, monosacarit) tổng hợp sinh học các đại phân tử của cơ thể (protein, chất béo, carbohydrate).
Điều cơ bản sự dị hóa (sự tiêu tán, hoặc sự chuyển hoá năng lượng) bao gồm các phản ứng phân tách kèm theo giải phóng năng lượng - quá trình oxi hóa khử phân hủy các chất hữu cơ và biến đổi chúng thành các hợp chất đơn giản hơn, nhờ đó năng lượng tích lũy trước đó trong quá trình đồng hóa được giải phóng, cần thiết cho các hoạt động sống (một phần năng lượng bị tiêu tán trong dạng nhiệt và phần còn lại tích lũy trong các liên kết vĩ mô của ATP); đồng thời, các nguồn tài nguyên của cơ thể (enzim, v.v.) được giải phóng cho quá trình đồng hóa.
Các quá trình đồng hóa và dị hóa có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Tất cả các quá trình tổng hợp đều cần năng lượng được cung cấp bởi các phản ứng đồng hóa. Bản thân các phản ứng phân cắt chỉ xảy ra khi có sự tham gia của các enzyme được tổng hợp trong quá trình đồng hóa. Tuy nhiên, cả hai khía cạnh này của quá trình trao đổi chất và năng lượng không phải lúc nào cũng cân bằng: quá trình đồng hóa chiếm ưu thế ở cơ thể đang phát triển và quá trình tiêu hóa chiếm ưu thế khi hoạt động thể chất cường độ cao và ở tuổi già. Như vậy, trao đổi chất có thể được định nghĩa là quá trình tiêu dùng, biến đổi, sử dụng, tích lũy, mất đi các chất, năng lượng của cơ thể sống trong suốt cuộc đời, quyết định quá trình tự đổi mới, tự sinh sản và tự điều chỉnh, sinh trưởng và phát triển trong một môi trường không ngừng thay đổi. và cho phép thích ứng trong đó. Quá trình trao đổi chất được điều hòa bởi cơ chế nội bào, nội tiết tố được điều phối bởi hệ thần kinh.
Hãy nhớ trong sách giáo khoa “Con người và sức khỏe của anh ta” ở đâu và dưới ảnh hưởng của các enzyme carbohydrate, chất béo và protein bị phân hủy trong quá trình tiêu hóa. Quá trình oxy hóa, đốt cháy, hô hấp là gì?
Mọi sinh vật đều cần năng lượng trong quá trình sống. Vận động, tăng trưởng, phát triển, sinh sản - tất cả các quá trình này đều gắn liền với việc tiêu hao năng lượng. Các sinh vật tự dưỡng có khả năng tích lũy năng lượng mặt trời và nhờ nó tổng hợp các chất hữu cơ trong cơ thể chúng. Làm thế nào để các sinh vật dị dưỡng có được năng lượng?
Tiêu hóa và chuyển hóa năng lượng. Các sinh vật dị dưỡng thu được các chất hữu cơ từ thức ăn. Sự phân hủy ban đầu của các chất xảy ra trong đường tiêu hóa của chúng và sự phân hủy cuối cùng xảy ra ở cấp độ tế bào. Các chất thực phẩm hữu cơ có phân tử cao không thể được tế bào và mô hấp thụ ngay lập tức. Trước hết, chúng phải được chia nhỏ thành các chất có trọng lượng phân tử thấp để dễ dàng đồng hóa trong tế bào hơn. Là kết quả của quá trình phân hủy nhiều giai đoạn phức tạp, năng lượng được giải phóng, một phần được tiêu thụ dưới dạng nhiệt, một phần được chuyển hóa và lưu trữ trong các phân tử ATP.
Chúng ta hãy xem xét các giai đoạn chính của các quá trình này ở động vật và con người.
Ở giai đoạn chuẩn bị, còn gọi là tiêu hóa, quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra dưới tác động của các enzyme trong đường tiêu hóa. Như vậy, protein bị phân hủy ở dạ dày và ruột non dưới tác dụng của các enzyme - pepsin, trypsin thành axit amin. Sự phân hủy polysaccharides bắt đầu trong khoang miệng với sự hiện diện của enzyme amylase trong nước bọt, sau đó tiếp tục ở tá tràng. Chất béo cũng bị phân hủy ở đó nhờ hoạt động của lipase. Các chất có trọng lượng phân tử thấp thu được sẽ được hấp thụ vào máu và đưa đến tất cả các cơ quan, mô và tế bào của cơ thể.
Tất cả năng lượng giải phóng trong giai đoạn chuẩn bị sẽ bị tiêu tán dưới dạng nhiệt.
Giai đoạn chuẩn bị (trong đó Q là năng lượng nhiệt): Protein + H20 >> axit amin + Q
Chất béo + H2O >> glycerol + (axit béo cao hơn) + Q Carbohydrate + H2O >> glucose + Q
Sự phân hủy glucose. Các giai đoạn tiếp theo của quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp xảy ra ở cấp độ tế bào. Hãy xem xét việc sử dụng glucose làm ví dụ (Hình 59). Chất này đóng vai trò là nguồn năng lượng chính cho hầu hết các sinh vật.
Cơm. 59. Sơ đồ chung về phân hủy glucose
Glucose trong tế bào có thể được phân hủy theo hai cách - kỵ khí và hiếu khí. Quá trình phân cắt không có oxy xảy ra trong tế bào chất của tế bào. Tùy thuộc vào loại tế bào và sinh vật, axit pyruvic, axit lactic, rượu etylic, axit axetic hoặc các chất hữu cơ trọng lượng phân tử thấp khác có thể được hình thành từ glucose. Năng lượng giải phóng trong trường hợp này được lưu trữ trong hai phân tử ATP và bị tiêu tán một phần dưới dạng nhiệt. Một số quá trình phân hủy glucose không có oxy được gọi là quá trình lên men. Chúng là đặc trưng của vi sinh vật kỵ khí, ví dụ như vi khuẩn axit lactic và nấm men.
Quá trình lên men axit lactic cũng được quan sát thấy ở các sinh vật hiếu khí bị thiếu oxy trong các mô. Ví dụ, một người chưa được huấn luyện sau khi hoạt động thể chất cường độ cao sẽ cảm thấy đau cơ (Hình 60). Axit lactic hình thành ở đó sẽ kích thích các đầu dây thần kinh. Sau khoảng hai ngày, cơn đau giảm dần và axit lactic bị oxy hóa nhiều hơn.
Cơm. 60. Trong quá trình hoạt động thể chất cường độ cao và thiếu oxy, axit lactic được hình thành và tích tụ trong cơ bắp
Ở sinh vật hiếu khí, tất cả các chất trung gian được hình thành từ glucose trong quá trình phân hủy không có oxy đều bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành carbon dioxide và nước. Giai đoạn đồng hóa cuối cùng này được gọi là quá trình oxy hóa sinh học hoặc hô hấp tế bào. Nó xảy ra trong ty thể. Trong các phản ứng phân tách oxy của glucose, nhiều năng lượng được giải phóng hơn, phần lớn năng lượng được lưu trữ trong 38 phân tử ATP.
Phân hủy glucose hiếu khí có lợi về mặt năng lượng gấp 19 lần so với phân hủy kỵ khí. Trong quá trình này, chỉ những chất vô cơ nghèo năng lượng được hình thành và tế bào dự trữ lượng năng lượng tối đa dưới dạng phân tử ATP.
Kết quả cuối cùng của quá trình hô hấp tế bào cũng tương tự như quá trình đốt cháy. Ví dụ, nếu bạn đốt đường (Hình 61), bạn cũng thu được carbon dioxide và nước. Nhưng các quá trình này khác nhau đáng kể về tiết kiệm năng lượng. Trong quá trình đốt cháy, toàn bộ năng lượng được chuyển hóa thành ánh sáng và nhiệt, không có gì được lưu trữ. Trong quá trình hô hấp tế bào, năng lượng được lưu trữ trong các phân tử ATP, sau đó được tiêu thụ trong mọi quá trình sống: tổng hợp các chất hữu cơ, sinh trưởng, phát triển, vận động, v.v.
Hình 61. Đốt đường
Bài tập dựa trên tài liệu được đề cập
- Các phản ứng chuyển hóa protein, chất béo và carbohydrate trong đường tiêu hóa của con người có điểm gì chung? Những phản ứng này được gọi là gì?
- Cơ thể sử dụng năng lượng được giải phóng trong giai đoạn chuẩn bị tiêu hóa như thế nào?
- Khí CO2 và nước được hình thành trong cơ thể là kết quả của quá trình nào? Các phản ứng này xảy ra ở đâu trong tế bào?
- Oxy đi vào cơ thể trong quá trình thở được sử dụng ở đâu và như thế nào?
- ATP được tổng hợp bởi ty thể và lục lạp. Giải thích những điểm giống và khác nhau giữa các quá trình dẫn đến sự tổng hợp các phân tử ATP.
Chất năng lượng dự trữ chính của thực vật là tinh bột, chiếm nhiều không gian trong các cơ quan của chúng. Tuy nhiên, đây không phải là trở ngại vì thực vật không chủ động di chuyển. Ngược lại, hầu hết các loài động vật buộc phải di chuyển nhanh chóng, điều này dẫn đến việc tích trữ chất béo, có cùng khối lượng như carbohydrate, dự trữ năng lượng gấp hai lần rưỡi.
Thực vật, giống như tất cả các sinh vật sống, hô hấp liên tục (vi sinh vật hiếu khí). Để làm được điều này họ cần oxy. Nó cần thiết cho cả thực vật đơn bào và đa bào. Oxy tham gia vào quá trình sống của tế bào, mô và cơ quan thực vật.
Hầu hết thực vật nhận oxy từ không khí qua khí khổng và đậu lăng. Thực vật thủy sinh tiêu thụ nó từ nước trên toàn bộ bề mặt cơ thể. Một số cây trồng ở vùng đất ngập nước có rễ hô hấp đặc biệt hấp thụ oxy từ không khí.
Hô hấp là một quá trình phức tạp xảy ra trong tế bào của cơ thể sống, trong đó sự phân hủy các chất hữu cơ sẽ giải phóng năng lượng cần thiết cho các quá trình quan trọng của cơ thể. Chất hữu cơ chính tham gia vào quá trình hô hấp là carbohydrate, chủ yếu là đường (đặc biệt là glucose). Cường độ hô hấp ở thực vật phụ thuộc vào lượng cacbohydrat mà chồi tích lũy dưới ánh sáng.
Toàn bộ quá trình hô hấp diễn ra trong tế bào của cơ thể thực vật. Nó bao gồm hai giai đoạn, trong đó các chất hữu cơ phức tạp được phân hủy thành các chất vô cơ đơn giản hơn - carbon dioxide và nước. Ở giai đoạn đầu tiên, với sự tham gia của các protein đặc biệt giúp đẩy nhanh quá trình (enzym), sự phân hủy các phân tử glucose xảy ra. Kết quả là các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn được hình thành từ glucose và một ít năng lượng được giải phóng (2 ATP). Giai đoạn này của quá trình hô hấp xảy ra trong tế bào chất.
Ở giai đoạn thứ hai, các chất hữu cơ đơn giản được hình thành ở giai đoạn đầu tiên, tương tác với oxy, bị oxy hóa - tạo thành carbon dioxide và nước. Điều này giải phóng rất nhiều năng lượng (38 ATP). Giai đoạn thứ hai của quá trình hô hấp chỉ xảy ra khi có sự tham gia của oxy trong các bào quan tế bào đặc biệt - ty thể.
Hô hấp là quá trình phân hủy các chất dinh dưỡng hữu cơ thành các chất vô cơ (carbon dioxide và nước), xảy ra với sự tham gia của oxy, kèm theo sự giải phóng năng lượng mà cây sử dụng cho các quá trình quan trọng.
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6CO 2 + 6 H 2 O + Năng lượng (38 ATP)
Hô hấp là quá trình ngược lại của quang hợp
| quang hợp | Hơi thở |
| 1. Hấp thụ carbon dioxide 2. Giải phóng oxy. 3. Sự hình thành các chất hữu cơ phức tạp (chủ yếu là đường) từ các chất vô cơ đơn giản. 4. Hấp thụ nước. 5. Hấp thụ năng lượng mặt trời với sự trợ giúp của chất diệp lục và sự tích tụ của nó trong các chất hữu cơ. b. Chỉ xảy ra trong ánh sáng. 7. Xảy ra ở lục lạp. 8. Chỉ xảy ra ở những phần còn xanh của cây, chủ yếu ở lá. | 1. Hấp thụ oxy. 2. Giải phóng carbon dioxide. 3. Sự phân hủy các chất hữu cơ phức tạp (chủ yếu là đường) thành các chất vô cơ đơn giản. 4. Xả nước. 5. Giải phóng năng lượng hóa học trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ 6. Xảy ra liên tục trong ánh sáng và trong bóng tối. 7. Xảy ra trong tế bào chất và ty thể. 8. Xảy ra trong tế bào của tất cả các cơ quan thực vật (xanh và không xanh) |
Quá trình hô hấp liên quan đến việc tiêu thụ oxy liên tục cả ngày lẫn đêm. Quá trình hô hấp đặc biệt diễn ra mạnh mẽ ở các mô và cơ quan non của cây. Cường độ hô hấp được quyết định bởi nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây. Cần rất nhiều oxy trong các lĩnh vực phân chia và phát triển tế bào. Sự hình thành hoa và quả, cũng như sự hư hỏng và đặc biệt là làm rách các cơ quan, đi kèm với quá trình hô hấp ở thực vật tăng lên. Vào cuối thời kỳ sinh trưởng, khi lá bị vàng và đặc biệt là vào mùa đông, cường độ hô hấp giảm đi rõ rệt nhưng không dừng lại.
Hơi thở, giống như dinh dưỡng, là điều kiện cần thiết cho quá trình trao đổi chất và do đó cho sự sống của cơ thể.
Ø C1. Trong những căn phòng nhỏ có nhiều cây trồng trong nhà, nồng độ oxy sẽ giảm vào ban đêm. Giải thích vì sao. 1) vào ban đêm, khi quá trình quang hợp ngừng giải phóng oxy; 2) Trong quá trình hô hấp của thực vật (thở liên tục) nồng độ O 2 giảm và nồng độ CO 2 tăng
Ø C1. Được biết, rất khó để phát hiện bằng thực nghiệm quá trình hô hấp của thực vật dưới ánh sáng. Giải thích vì sao.
1) trong ánh sáng ở cây, cùng với quá trình hô hấp, quá trình quang hợp xảy ra, trong đó carbon dioxide được sử dụng; 2) do quá trình quang hợp, lượng oxy được tạo ra nhiều hơn lượng oxy được sử dụng trong quá trình hô hấp của thực vật.
Ø C1. Tại sao thực vật không thể sống nếu không thở? 1) trong quá trình hô hấp, tế bào thực vật hấp thụ oxy, phân hủy các chất hữu cơ phức tạp (carbohydrate, chất béo, protein) thành những chất ít phức tạp hơn; 2) quá trình này giải phóng năng lượng, dự trữ trong ATP và được sử dụng cho các quá trình quan trọng: dinh dưỡng, tăng trưởng, phát triển, sinh sản và vv.
Ø C4. Thành phần khí của khí quyển được duy trì ở mức tương đối ổn định. Giải thích vai trò của sinh vật trong việc này. 1) quang hợp, hô hấp, lên men điều hòa nồng độ O2, CO2; 2) Thoát hơi nước, đổ mồ hôi, thở điều hòa nồng độ hơi nước; 3) hoạt động của một số vi khuẩn điều chỉnh hàm lượng nitơ trong khí quyển.
Tầm quan trọng của nước đối với đời sống thực vật
Nước cần thiết cho sự sống của bất kỳ loại cây nào. Nó chiếm 70-95% trọng lượng cơ thể ướt của cây. Ở thực vật, mọi quá trình sống đều diễn ra bằng nước.
Quá trình trao đổi chất trong cơ thể thực vật chỉ xảy ra khi có đủ lượng nước. Với nước, muối khoáng từ đất đi vào cây. Nó đảm bảo dòng chất dinh dưỡng liên tục thông qua hệ thống dẫn điện. Không có nước, hạt không thể nảy mầm và lá xanh sẽ không có quá trình quang hợp. Nước ở dạng dung dịch lấp đầy các tế bào và mô của cây mang lại cho cây tính đàn hồi và bảo toàn hình dạng nhất định.
- Hấp thụ nước từ môi trường bên ngoài là điều kiện tiên quyết cho sự tồn tại của sinh vật thực vật.
Cây lấy nước chủ yếu từ đất qua các sợi lông của rễ. Các bộ phận trên mặt đất của cây, chủ yếu là lá, bốc hơi một lượng nước đáng kể qua khí khổng. Những mất mát về độ ẩm này được bổ sung thường xuyên vì rễ cây liên tục hút nước.
Điều xảy ra là vào những giờ nóng nhất trong ngày, lượng nước tiêu thụ do bay hơi vượt quá nguồn cung cấp. Sau đó lá của cây sẽ khô héo, đặc biệt là những lá phía dưới. Vào ban đêm, khi rễ tiếp tục hút nước và khả năng thoát hơi nước của cây giảm đi, hàm lượng nước trong tế bào được phục hồi trở lại và các tế bào cũng như cơ quan của cây lại đạt được trạng thái đàn hồi. Khi cấy cây con nên loại bỏ những lá phía dưới để giảm sự thoát hơi nước.
Cách chính mà nước đi vào tế bào sống là sự hấp thụ thẩm thấu của nó. Thẩm thấu - đây là khả năng dung môi (nước) đi vào dung dịch tế bào. Trong trường hợp này, việc uống nước dẫn đến tăng thể tích chất lỏng trong tế bào. Lực thẩm thấu của nước đi vào tế bào gọi là lực thẩm thấu lực hút .
Sự hấp thụ nước từ đất và sự mất nước do bốc hơi tạo ra một hằng số trao đổi nước tại nhà máy. Trao đổi nước được thực hiện với dòng nước chảy qua tất cả các cơ quan của cây.
Nó bao gồm ba giai đoạn:
sự hấp thụ nước của rễ,
chuyển động của nó xuyên qua các thùng gỗ,
· Sự bốc hơi nước qua lá.
Thông thường, với việc trao đổi nước bình thường, lượng nước vào cây sẽ bốc hơi càng nhiều.
Dòng nước trong nhà máy đi theo hướng đi lên: từ dưới lên trên. Nó phụ thuộc vào cường độ hấp thụ nước của các tế bào lông rễ bên dưới và cường độ bốc hơi nước ở bên trên.
Áp suất rễ là động lực cơ bản của dòng nước
sức hút của lá là ở đỉnh cao.
Dòng nước liên tục từ hệ thống rễ đến các bộ phận trên mặt đất của cây đóng vai trò là phương tiện vận chuyển và tích lũy các khoáng chất và các hợp chất hóa học khác nhau đến từ rễ trong các cơ quan của cơ thể. Nó hợp nhất tất cả các cơ quan của cây thành một tổng thể duy nhất. Ngoài ra, dòng nước đi lên trong cây là cần thiết để cung cấp nước bình thường cho tất cả các tế bào. Nó đặc biệt quan trọng đối với quá trình quang hợp ở lá.
ü C1. Thực vật hấp thụ một lượng nước đáng kể trong suốt cuộc đời của chúng. Hai quá trình chính là gì?
Hoạt động sống có tiêu thụ phần lớn lượng nước tiêu thụ không? Giải thich câu trả lơi của bạn. 1) bay hơi, đảm bảo sự chuyển động của nước và các chất hòa tan và bảo vệ khỏi quá nhiệt; 2) quang hợp, trong đó các chất hữu cơ được hình thành và oxy được giải phóng
Sự dư thừa hay thiếu độ ẩm trong tế bào ảnh hưởng đến tất cả các quá trình quan trọng của cây.
Liên quan đến nước, thực vật được chia thành nhóm môi trường
Ø Thực vật thủy sinh(từ tiếng Hy Lạp hydatos- "Nước", Phyton- “thực vật”) - thảo dược thủy sinh (cây Elodea, hoa sen, hoa súng). Hydatophytes chìm hoàn toàn trong nước. Thân cây hầu như không có mô cơ học và được hỗ trợ bởi nước. Mô thực vật chứa nhiều khoảng gian bào lớn chứa đầy không khí.
Ø Thực vật thủy sinh(từ tiếng Hy Lạp g idros- "thủy sinh") - cây ngâm một phần trong nước (lá mũi tên, lau sậy, đuôi mèo, lau sậy, calamus). Chúng thường sống dọc theo bờ các vùng nước trên đồng cỏ ẩm ướt.
Ø Thực vật hút ẩm(từ tiếng Hy Lạp gigra- “độ ẩm”) - cây trồng ở nơi ẩm ướt, có độ ẩm không khí cao (cúc vạn thọ, cói). 1) thực vật sống ở môi trường ẩm ướt; 2) lá to trần; 3) khí khổng không đóng; 4) có khí khổng nước đặc biệt - hydothodes; 5) có ít tàu.
Ø tế bào trung mô(từ tiếng Hy Lạp mesos - "trung bình") - cây sống trong điều kiện có độ ẩm vừa phải và dinh dưỡng khoáng chất tốt (nivberry, huệ tây, dâu tây, cây táo, vân sam, sồi). Chúng mọc trong rừng, đồng cỏ và cánh đồng. Hầu hết các cây nông nghiệp đều là thực vật trung sinh. Chúng phát triển tốt hơn khi được tưới nước bổ sung. 1) cây có đủ độ ẩm; 2) mọc chủ yếu ở đồng cỏ và rừng; 3) mùa sinh trưởng ngắn, không quá 6 tuần; 4) chúng tồn tại trong thời gian khô hạn ở dạng hạt hoặc củ, củ, thân rễ.
Ø Xerophyte(từ tiếng Hy Lạp xeros- "khô") - thực vật có môi trường sống khô, nơi có ít nước trong đất và không khí khô (lô hội, xương rồng, saxaul). Trong số các xerophyte, có sự phân biệt giữa khô và mọng nước. Xerophytes mọng nước có lá thịt (lô hội, crassula) hoặc thân thịt (xương rồng - lê gai) được gọi là mọng nước. Xerophytes khô - tế bào xơ cứng(từ tiếng Hy Lạp scleros - "cứng") được điều chỉnh để tiết kiệm nước và giảm sự bốc hơi (cỏ lông, saxaul, gai lạc đà). 1) thực vật có môi trường sống khô ráo; 2) có thể chịu được tình trạng thiếu độ ẩm; 3) bề mặt của lá giảm đi; 4) tuổi dậy thì của lá rất nhiều; 5) có hệ thống rễ sâu.
Sửa đổi lá
phát sinh trong quá trình tiến hóa do tác động của môi trường nên đôi khi chúng có hình dáng không giống một chiếc lá bình thường.
· gai trong xương rồng, dâu tây, v.v. - sự thích nghi để giảm diện tích bay hơi và một loại bảo vệ khỏi bị động vật ăn thịt.
· Riaở đậu Hà Lan, các hàng gắn thân leo vào giá đỡ.
· Cân củ ngon ngọt, lá bắp cải dự trữ chất dinh dưỡng,
· 
Phủ vảy nụ- lá biến đổi để bảo vệ chồi nguyên thủy.
Ở thực vật ăn côn trùng ( chủ nhật, bàng quang v.v.) lá - thiết bị đánh cá. Cây ăn côn trùng phát triển trên đất nghèo khoáng chất, đặc biệt là đất không đủ nitơ, phốt pho, kali và lưu huỳnh. Những cây này thu được các chất vô cơ từ cơ thể côn trùng.
Lá rơi- một hiện tượng tự nhiên và cần thiết về mặt sinh lý. Nhờ rụng lá, thực vật tự bảo vệ mình khỏi cái chết vào thời điểm không thuận lợi trong năm - mùa đông - hoặc thời kỳ khô hạn ở vùng khí hậu nóng.
ü Bằng cách rụng lá, có bề mặt bay hơi rất lớn, thực vật dường như cân bằng được lượng tiếp nhận có thể và lượng cần thiết sự tiêu thụ nước trong khoảng thời gian quy định.
ü Rụng lá, cây được giải phóng khỏi các chất thải khác nhau tích tụ trong đó do quá trình trao đổi chất tạo ra.
ü Lá rụng giúp cành không bị gãy dưới áp lực của tuyết.
Nhưng một số loài thực vật có hoa vẫn giữ được lá suốt mùa đông. Đây là những cây bụi thường xanh: lingonberry, thạch nam và nam việt quất. Những chiếc lá nhỏ dày đặc của những cây này, làm bay hơi nước một cách yếu ớt, được bảo quản dưới tuyết. Nhiều loại thảo mộc, chẳng hạn như dâu tây, cỏ ba lá và cây hoàng liên, cũng đan xen với những chiếc lá xanh.
Khi gọi một số loại cây là thường xanh, chúng ta phải nhớ rằng lá của những cây này không phải là vĩnh cửu. Họ sống được vài năm và dần dần rụng đi. Nhưng những chiếc lá mới mọc trên những chồi mới của những cây này.
Nhân giống cây trồng. Sinh sản là một quá trình dẫn đến sự gia tăng số lượng cá thể.
Ở thực vật có hoa có
Ø Sinh sản sinh dưỡng là sự hình thành các cá thể mới từ tế bào của cơ quan sinh dưỡng,
Ø Sinh sản bằng hạt, trong đó sự hình thành một sinh vật mới xảy ra từ hợp tử phát sinh từ sự hợp nhất của các tế bào mầm, diễn ra trước một số quá trình phức tạp xảy ra chủ yếu ở hoa.
Sự sinh sản của thực vật bằng cơ quan sinh dưỡng được gọi là thực vật.
Nhân giống sinh dưỡng, được thực hiện với sự can thiệp của con người, được gọi là nhân tạo. Trong trường hợp này, nhân giống sinh dưỡng nhân tạo thực vật có hoa được sử dụng
§ nếu cây không tạo ra hạt
§ đẩy nhanh quá trình ra hoa và đậu quả.
Trong điều kiện tự nhiên và trong nuôi cấy, thực vật thường sinh sản bằng các cơ quan giống nhau. Việc sinh sản thường xảy ra với sự trợ giúp của cành giâm Giâm cành là một đoạn của bất kỳ cơ quan sinh dưỡng nào của thực vật có khả năng phục hồi các cơ quan bị thiếu. Đoạn chồi có 1-3 lá, ở nách phát triển chồi nách gọi là giâm cành . Trong điều kiện tự nhiên, cây liễu và cây dương dễ dàng được nhân giống bằng cách giâm cành như vậy, và trong trồng trọt - phong lữ, nho...
Sinh sản lá xảy ra ít thường xuyên hơn, nhưng xảy ra ở thực vật như lõi đồng cỏ. Trong đất ẩm, một chồi bất định phát triển ở gốc lá bị gãy, từ đó cây mới mọc lên. Usambara tím, một số loại thu hải đường và các loại cây khác được nhân giống bằng lá.
Hình dạng lá Bryophyllum nụ em bé, khi rơi xuống đất, bén rễ và sinh ra cây mới.
Nhiều loại hành, hoa huệ, hoa thủy tiên, hoa tulip sinh sôi nảy nở bóng đèn. Một hệ thống rễ dạng sợi bắt nguồn từ phần dưới của củ, và những củ non gọi là củ phát triển từ một số chồi. trẻ em. Từ mỗi củ con, một cây trưởng thành mới sẽ phát triển theo thời gian. Những củ nhỏ có thể hình thành không chỉ dưới lòng đất mà còn ở nách lá của một số hoa huệ. Khi rơi xuống đất, những củ con như vậy cũng phát triển thành cây mới.
Cây dễ dàng được nhân giống bằng các chồi leo đặc biệt - ria(dâu, leo ngoan cường).
Sinh sản theo phân chia:
§ bụi cây(tử đinh hương) khi cây đạt kích thước đáng kể, nó có thể được chia thành nhiều phần;
§ thân rễ(mống mắt) mỗi đoạn được nhân giống phải có chồi nách hoặc chồi đỉnh
§ củ(khoai tây, atisô Jerusalem), khi không có đủ để trồng ở một khu vực nhất định, đặc biệt nếu đó là giống có giá trị. Việc phân chia củ được thực hiện sao cho mỗi bộ phận đều có mắt và cung cấp đủ chất dinh dưỡng để tái tạo cây mới;
§ rễ(quả mâm xôi, cải ngựa) tạo ra cây mới trong điều kiện thuận lợi;
§ nón rễ - rễ củ, khác với gốc thật ở chỗ chúng không có nút và lóng. Các chồi chỉ nằm ở cổ rễ hoặc đầu thân, đó là lý do tại sao ở cây thược dược và cây thu hải đường củ, cổ rễ được chia thành các dạng rễ củ.
Sinh sản bằng cách xếp lớp. Khi nhân giống bằng cách xếp lớp, chồi chưa tách khỏi cây mẹ được uốn cong xuống đất, cắt bỏ phần vỏ dưới chồi và rắc đất lên. Khi rễ xuất hiện ở vị trí vết mổ và chồi trên mặt đất phát triển, cây non được tách khỏi cây mẹ và trồng lại. Nho, lý gai và các loại cây khác có thể được nhân giống bằng cách xếp lớp.
Mảnh ghép.
Một phương pháp nhân giống sinh dưỡng đặc biệt là ghép. Ghép là việc cấy một phần của cây sống, được trang bị chồi, vào một cây khác mà cây đầu tiên được lai. Cây được ghép vào gọi là gốc ghép; cây được ghép - cành ghép.
Ở cây ghép, cành ghép không hình thành rễ và được nuôi dưỡng bằng gốc ghép, còn gốc ghép nhận được chất hữu cơ từ cành ghép được tổng hợp trong lá của nó. Việc ghép thường được sử dụng nhiều nhất để nhân giống cây ăn quả, những cây gặp khó khăn trong việc hình thành rễ bất định và không thể nhân giống theo bất kỳ cách nào khác. Việc ghép cũng có thể được thực hiện bằng cách cấy một đoạn thân có một chồi dưới vỏ cành ghép ( vừa chớm nở ) và bằng cách lai ghép cành ghép và gốc ghép có độ dày bằng nhau ( sự giao hợp ). Khi ghép cần tính đến tuổi, vị trí hom trên cây mẹ cũng như đặc điểm của cành ghép. Do đó, các phương pháp nhân giống sinh dưỡng khác nhau cho thấy ở nhiều loài thực vật, toàn bộ sinh vật có thể được phục hồi từ một bộ phận.
Sự kết nối của các cơ quan. Mặc dù thực tế là tất cả các cơ quan thực vật đều có cấu trúc riêng và thực hiện các chức năng cụ thể, nhờ hệ thống dẫn điện mà chúng được kết nối với nhau và thực vật hoạt động như một sinh vật phức tạp. Sự vi phạm tính toàn vẹn của bất kỳ cơ quan nào nhất thiết sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc và sự phát triển của các cơ quan khác và ảnh hưởng này có thể vừa tích cực vừa tiêu cực. Ví dụ, việc cắt bỏ phần thân và rễ sẽ thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các bộ phận trên mặt đất và dưới lòng đất của cây, trong khi việc loại bỏ lá sẽ làm chậm sự sinh trưởng và phát triển, thậm chí có thể khiến cây chết. Vi phạm cấu trúc của bất kỳ cơ quan nào đều dẫn đến vi phạm chức năng của nó, ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ nhà máy.
