Bài 4: Các nguyên tố hoá học và nước

I. Khái quát về học thuyết tế bào

Học thuyết tế bào hiện đại bao gồm ba nội dung sau:

- Mọi sinh vật đều được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào. Sự sống được tiếp diễn do có sự chuyển hoá và sự di truyền xảy ra bên trong các tế bào.

- Tế bào là đơn vị nhỏ nhất, đơn vị cấu trúc và đơn vị chức năng cấu tạo nên mọi cơ thể sinh vật.

- Tế bào chỉ được sinh ra từ sự phân chia các tế bào có trước.

II. Các nguyên tố hoá học trong tế bào

- Các nguyên tố thiết yếu là các nguyên tố hoá học cần thiết cho sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của các sinh vật.

- Nguyên tố đa lượng.

• Là các nguyên tố hoá học mà hầu hết các loại tế bào đều cần với số lượng lớn. 
• Vai trò: cấu tạo nên mọi phân tử sinh học và mọi thành phần hoá học của tế bào.

- Nguyên tố vi lượng.

• Là nguyên tố hoá học mà sinh vật chỉ cần một lượng rất nhỏ.
• Vai trò: cấu tạo nên các enzyme và nhiều hợp chất quan trọng khác tham gia vào các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.

- Tế bào của các loài sinh vật khác nhau đều có thành phần các nguyên tố hoá học cơ bản giống nhau. Tuy nhiên, hàm lượng thành phần các nguyên tố hoá học ở các tế bào cũng có sự khác biệt nhất định.

- Trong số các nguyên tố cấu tạo nên tế bào, carbon có vai trò đặc biệt quan trọng vì:

• Nguyên tử carbon có 4 electron hoá trị ở vòng ngoài nên tạo bốn liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử carbon khác, hình thành nên bộ khung carbon đa dạng với kích thước lớn và cấu hình không gian đa dạng.
• Bộ khung carbon liên kết với các nguyên tử hydrogen tạo khung hydrocarbon có dạng mạch thẳng hoặc mạch vòng, phân nhánh hoặc không phân nhánh.
• Nguyên tử carbon linh hoạt tạo nên các phân tử có cấu trúc và tính chất hoá học khác nhau từ cùng một số lượng nguyên tử.

III. Nước và vai trò của nước đối với sự sống

Nước chiếm khoảng 70% khối lượng cơ thể người và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sống.

1. Cấu trúc và tính chất vật lí, hoá học của nước

- Nước tinh khiết bao gồm các phân tử H₂O, mỗi phân tử nước có một nguyên tử oxygen liên kết với hai nguyên tử hydrogen bằng hai liên kết cộng hoá trị.

- Nguyên tử oxygen có khả năng hút điện tử cao hơn nhiều so với hydrogen nên các electron trong liên kết lệch về phía oxygen.

→ Phân tử nước là phân tử phân cực (giống như nam châm). Khi các phân tử nước tiếp xúc gần với nhau hay với các phân tử phân cực khác sẽ hình thành liên kết hydrogen.

- Các phân tử nước ở nơi bề mặt tiếp xúc với không khí liên kết chặt với nhau tạo nên sức căng bề mặt.

→ Nhiều sinh vật nhỏ có thể đi lại trên mặt nước.

- Các phân tử nước liên kết với nhau bằng nhiều liên kết hydrogen nên cần cung cấp một lượng nhiệt lớn mới có thể làm tăng nhiệt độ của nước.

2. Vai trò sinh học của nước đối với tế bào

- Nước là thành phần chủ yếu cấu tạo nên các tế bào và cơ thể.

- Nước có khả năng hoà tan nhiều chất cần thiết cho các hoạt động sống của tế bào nhờ có tính phân cực.

- Nước là nguyên liệu của nhiều phản ứng và là môi trường cho các phản ứng sinh hoá diễn ra trong tế bào.

- Nước góp phần định hình cấu trúc không gian đặc trưng của nhiều phân tử hữu cơ trong tế bào, đảm bảo cho chúng thực hiện được các chức năng sinh học, góp phần điều hoà nhiệt độ tế bào và cơ thể.

1. Nội dung chính của học thuyết tế bào hiện đại là: 

- Mọi sinh vật đều được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào. Sự sống tiếp diễn do có sự chuyển hoá và sự di truyền xảy ra bên trong các tế bào.

- Tế bào là đơn vị nhỏ nhất, đơn vị cơ bản cấu tạo nên tất cả các sinh vật.

- Tế bào chỉ được sinh ra từ sự phân chia của các tế bào trước.

2. Tế bào được cấu tạo từ các nguyên tố vi lượng và đa lượng. Nguyên tố đa lượng chiếm tỉ lệ lớn, giữ vai trò cấu trúc nên mọi phân tử trong tế bào. Nguyên tố vi lượng chiếm tỉ lệ rất nhỏ nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hoà các hoạt động sống của tế bào.

3. Nước được cấu tạo từ 2 nguyên tử H và 1 nguyên tử O. Do đặc tính phân cực nên nước có các tính chất vật lí, hoá học quan trọng quy định vai trò của nước với tế bào: là thành phần chính cấu tạo nên tế bào, dung môi hoà tan các chất cần thiết cho tế bào, nguyên liệu và môi trường của các phản ứng chuyển hoá vật chất trong tế bào.