Trong trường hợp thiếu oxygen thì tế bào sẽ tạo năng lượng bằng cách lên men. Tuy nhiên, quá trình lên men này có mức năng lượng thu được là rất ít so với phân giải hiếu khí (có oxygen).

Một số ví dụ về quá trình phân giải các chất trong tế bào:

Nói quá trình phân giải các chất song song với giải phóng năng lượng vì: Quá trình phân giải các chất có sự phá vỡ các liên kết hóa học trong các chất phức tạp, nhờ đó, năng lượng được giải phóng để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.

Ví dụ chứng minh tốc độ của phân giải hiếu khí phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể:

- Vận động viên đang thi đấu có nhu cầu năng lượng cao để cung cấp cho sự hoạt động liên tục của các cơ → Để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao như vậy, tốc độ của phân giải hiếu khí ở từng tế bào phải diễn ra mạnh mẽ, biểu hiện là: nhịp thở tăng, nhịp tim tăng, thân nhiệt tăng,…

- Ngược lại, người đang ngủ có các hoạt động diễn ra trong cơ thể chậm lại → Nhu cầu năng lượng ít → Tốc độ phân giải hiếu khí giảm, biểu hiện là: nhịp hô hấp đều đặn, nhịp tim ổn định, thân nhiệt bình thường,…

- Quá trình phân giải hiếu khí gồm 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron hô hấp.

- Mối quan hệ giữa 3 giai đoạn trên: Ba giai đoạn trên có mối quan hệ mật thiết với nhau, trong đó, sản phẩm của giai đoạn trước sẽ được dùng làm nguyên liệu cho giai đoạn sau và ngược lại. Nếu một trong ba giai đoạn bị ức chế sẽ dẫn đến toàn bộ quá trình bị ngừng lại.

Quá trình đường phân tạo được 4 phân tử ATP nhưng hiệu quả thực sự chỉ có 2 phân tử ATP vì: Ban đầu, tế bào đã sử dụng 2 phân tử ATP để hoạt hóa phân tử glucose nên trong 4 phân tử ATP được tạo ra từ đường phân có 2 phân tử ATP được trả lại cho tế bào.

Sản phẩm tạo ra sau khi kết thúc giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs: 6 phân tử CO₂, 2 phân tử ATP, 8 phân tử NADH, 2 phân tử FADH₂.

Trong quá trình phân giải hiếu khí, oxygen có vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi chuyền electron hô hấp: Các electron được vận chuyển từ nơi có thế năng oxi hóa - khử thấp đến nơi có thế năng oxi hóa - khử cao. Oxygen là chất nhận electron cuối cùng do oxygen có khả năng oxi hóa cao. Nếu không có oxygen thì chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Kreb cũng dừng lại dẫn đến hiệu quả chuyển hóa năng lượng thấp (lượng ATP tạo thành sẽ thấp) đồng thời các sản phẩm tạo ra (lactic acid, ethanol,…) gây đầu độc tế bào.

Tế bào chuyển sang hình thức phân giải kị khí khi không được cung cấp đủ oxygen.

Quá trình phân giải kị khí không có sự tham gia của ti thể vì nếu không có oxygen thì chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Kreb cũng dừng lại.

Quá trình phân giải kị khí tạo rất ít ATP nhưng vẫn được các sinh vật sử dụng vì: Phân giải kị khí không tiêu tốn oxygen. Khi thiếu oxygen, lượng oxygen không đủ để cung cấp cho hô hấp hiếu khí trong khi tế bào vẫn cần có năng lượng để duy trì sự sống. Lúc này, tế bào sẽ chuyển sang hình thức phân giải kị khí như một giải pháp tối ưu để đáp ứng ATP tạm thời cho cơ thể.

Một số ứng dụng của quá trình phân giải kị khí trong đời sống: Lên men rượu, lên men lactic (muối dưa cải, làm sữa chua),...

Ví dụ để chứng minh mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và quá trình phân giải các chất trong tế bào: Quang hợp là quá trình lá cây tổng hợp chất hữu cơ, tích lũy năng lượng từ CO₂ và H₂O nhờ có diệp lục và sử dụng ánh sáng, còn hô hấp tế bào là quá trình sử dụng O₂ phân giải chất hữu cơ giải phóng năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của cơ thể, đồng thời thải ra khí CO₂ và H₂O. Như vậy, quá trình quang hợp cung cấp nguyên liệu (chất hữu cơ) cho quá trình hô hấp tế bào, ngược lại, quá trình hô hấp tế bào giải phóng năng lượng, CO₂ tạo điều kiện cho quang hợp diễn ra.

Cyanide có thể gây tử vong vì: Cyanide có tác dụng ức chế quá trình vận chuyển electron dẫn đến không tổng hợp được ATP. Khi hàm lượng cyanide vượt quá mức cho phép dẫn đến các tế bào không đủ năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống → gây tử vong.

Quá trình hô hấp có vai trò tạo ra năng lượng ATP để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào, trong đó có quá trình vận chuyển chủ động các chất. Do đó, nếu cường độ hô hấp giảm sẽ dẫn đến giảm sản sinh ATP → giảm quá trình vận chuyển các chất.

- Ý kiến trên là sai. Trong quá trình hô hấp tế bào, glucose qua đường phân tạo pyruvic acid, quá trình này xảy ra tại tế bào chất. Sau đó, pyruvic acid mới được vận chuyển vào trong ti thể để tiếp tục thực hiện hô hấp tế bào.

- Thí nghiệm kiểm chứng: Chuẩn bị hai ống nghiệm có chứa các chất đệm phù hợp với môi trường nội bào:

+ Ống 1: bổ sung glucose và ti thể.

+ Ống 2: bổ sung pyruvic acid và ti thể.

Để hai ống nghiệm cùng một điều kiện nhiệt độ 30 ^oC.

→ Kết quả: Ống 1 không thấy hiện tượng sủi bọt do CO₂ không được tạo ra, còn ống 2 có CO₂ tạo ra nên có hiện tượng sủi bọt. Điều này chứng tỏ trong ống 2 đã diễn ra quá trình hô hấp tế bào.

• Giống nhau:

- Đều là quá trình phân giải chất hữu cơ trong tế bào.

- Đều tạo ra năng lượng ATP cung cấp cho cơ thể.

- Đều có giai đoạn đường phân.

• Khác nhau:

a. Nếu cho vào tế bào một chất hóa học để phá hủy màng trong ti thể, quá trình hô hấp hiếu khí sẽ không thể thực hiện được dẫn đến tế bào thiếu ATP để thực hiện các hoạt động sống.

b. Trong trường hợp này, tế bào chuyển sang phân giải kị khí nên tế bào tạo ra 2 ATP (từ đường phân).