Các thành phần hóa học của tế bào: Chất vô cơ và chất hữu cơ

1. Các nguyên tố hóa học có trong tế bào

• Các nguyên tố hóa học cấu tạo nên tế bào của các cơ thể sống là các nguyên tố có trong tự nhiên, trong đó có khoảng 25 – 30 nguyên tố phổ biến và cần thiết. Các nguyên tố này liên kết với nhau tạo nên các chất vô cơ và chất hữu cơ.
• Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào có hàm lượng và và vai trò không giống nhau. Người ta phân biệt làm 2 loại: nguyên tố đại lượng và nguyên tố vi lượng.
• Các nguyên tố chủ yếu là C, H, O, N chúng chiếm 96% khối lượng cơ thể, là những nguyên tố đóng vai trò quyết định xây dựng nên các chất hữu cơ.
• Các chất vô cơ trong tế bào có thể ở dạng các muối vô cơ và nước.

Bảng 1: Phân biệt các nguyên tố đại lượng và nguyên tố vi lượng

Bảng 2.1: Các nguyên tố đại lượng cấu tạo nên ~96% trọng lượng cơ thể người (Nguồn: Biology, 8th)

Bảng 2.2: Các nguyên tố đại lượng cấu tạo nên ~ 4% trọng lượng cơ thể người (Nguồn: Biology, 8th)

Cơ thể chỉ cần một lượng nguyên tố vi lượng rất nhỏ. Tuy nhiên, nếu thiếu chúng, các quá trình trong cơ thể sẽ bị rối loạn và dẫn đến bệnh tật.

(a) Sự thiếu hụt nitơ

(b) Bệnh bướu cổ do thiếu iôt

2. Các chất vô cơ có trong tế bào

2.1 Nước

Cấu trúc và đặc tính lí hóa của nước

Mỗi phân tử nước bao gồm: 1 nguyên tử oxi kết hợp với 2 nguyên tử hiđrô bằng các liên kết cộng hóa trị.

Phân tử nước có tính phân cực do đôi electron trong mối liên kết bị kéo lệch về phía ôxi nên phân tử nước có 2 đầu tích điện trái dấu. Nhờ đó, các phân tử nước có khả năng liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô hoặc liên kết với các phân tử phân cực khác.

Vai trò của nước đối với tế bào

• Là thành phần chủ yếu trong mọi cơ thể sống, chiếm tỉ lệ rất lớn trong tế bào.
• Là dung môi hòa tan nhiều chất cần thiết cho các hoạt động sống.
• Là môi trường cho các phản ứng sinh hóa, tham gia điều hòa thân nhiệt. Vì vậy, tế bào không thể tiến hành chuyển hóa vật chất để duy trì sự sống nếu không có nước.

2.2. Muối vô cơ

Các muối vô cơ tồn tại trong cơ thể ở 2 dạng

• Dạng muối: muối canxi, muối sillic, muối magiê…
• Dạng ion.

3. Chất hữu cơ có trong tế bào

3.1. Cacbohiđrat

Cacbohiđrat là hợp chất hữu cơ được cấu tạo chủ yếu từ 3 nguyên tố C, H, O theo công thức chung (CH2O)n

Cacbohiđrat được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân tử, đơn phân là các đường đơn (chủ yếu là đường đơn 6C).

Tùy theo số lượng đơn phân, cacbohiđrat được chia thành 3 nhóm:

Đường đơn (mônôsaccarit): pentôzơ, glucôzơ, fructôzơ, galactôzơ...

Đường đôi (đisaccarit): gồm 2 phân tử đường đơn cùng loại hoặc khác loại. Ví dụ: saccarôzơ, lactôzơ, matôzơ...

Đường đa (pôlisaccarit): gồm nhiều phân tử đường đơn.Ví dụ: glicôgen, tinh bột, xenlulôzơ, kitin…

Chức năng của Cacbohiđrat

Là nguồn năng lượng dự trữ cho tế bào và cơ thể (Vd: glucôzơ, tinh bột…).

Là thành phần cấu tạo nên tế bào và các bộ phận của cơ thể (Vd: xenlulôzơ là thành phần cấu tạo của thành tế bào thực vật…).

3.2. Lipit

Lipit là hợp chất hữu cơ được cấu tạo từ 3 nguyên tố là C, H, O.

Lipit không tan trong nước mà chỉ tan trong dung môi hữu cơ.

Lipit không được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân tử mà có thành phần hóa học rất đa dạng.

a. Lipit đơn giản: mỡ

• Được hình thành từ 1 phân tử glixêrol kết hợp với 3 phân tử axit béo.
• Mỡ động vật thường chứa axit béo no.
• Dầu thực vật và mỡ một số loài cá thường chứa axit béo không no.
• Chức năng chính là dự trữ năng lượng cho tế bào và cơ thể.

b. Lipit phức tạp

• Phôtpholipit: được cấu tạo từ 1 phân tử glixêrol kết hợp với 2 phân tử axit béo và 1 nhóm phôtphat, tham gia cấu tạo nên các loại màng tế bào.
• Stêrôit: bao gồm cholesterôn (thành phần cấu tạo nên màng sinh chất của tế bào người và động vật) các loại hoocmon giới tính như testostêrôn, ơstrôgen…
• Sắc tố như diệp lục, carôtenôit…và vitamin như A, D, E, K...

Chức năng

• Là thành phần cấu trúc màng sinh chất (photpholipit…).
• Là nguồn dự trữ năng lượng cho tế bào (mỡ, dầu…).
• Tham gia điều hòa quá trình trao đổi chất (hoocmôn…).

4. Kiểm tra kiến thức

Câu 1. Hoàn thành bảng sau bằng cách điền các nguyên tố hóa học vào ô trống cho phù hợp:

Câu 2. Sắt (Fe) là nguyên tố vi lượng rất cần đối với hêmôglôbin. Hêmôglôbin là phân tử vận chuyển ôxi và cacbonic trong các tế bào hồng cầu, hoạt động chức năng hoàn hảo. Theo em, ở người có những biểu hiện như thế nào khi thiếu hụt Fe?

Câu 3. Quan sát hình 3.2 (b) và cho biết hậu quả gì có thể xảy ra khi ta đưa các tế bào sống vào ngăn đá ở trong tủ lạnh?

Câu 4. Khi cho một thìa muối vào nước, hiện tượng gì sẽ xảy ra? Giải thích nguyên nhân của hiện tượng đó.

(Gợi ý: quan sát hình dưới để tìm cách giải thích, dự đoán điện tích của ion Na và Cl)

Câu 5. Hãy điền một vài đại diện của các loại phân tử cacbohiđrat vào bảng dưới đây và cho biết vai trò sinh học của chúng.

Câu 6. Vì sao cơ thể người không thể tiêu hóa được xenlulôzơ nhưng chúng ta vẫn cần phải ăn rau xanh hằng ngày?

Câu 7. Phân biệt cấu trúc và chức năng của các phân tử sau: Mỡ động vật, dầu thực vật, phôtpholipit.

Câu 8. Giải thích tại sao người già không nên ăn nhiều mỡ?