ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

1. Thông tin về giảng viên:
- Họ và tên: NGUYỄN QUỐC KHANG
- Chức danh, học hàm, học vị: Giảng viên Cao cấp, GS. TS.
- Thời gian, địa điểm làm việc: Bộ môn Hóa sinh P. 137, T1
- Địa chỉ liên hệ: Bộ môn Hóa sinh, Khoa Sinh học, trường ĐHKHTN, Ha nội
- Điện thoại, email:
- Các hướng nghiên cứu chính: Hóa sinh Y – Dược học, Ô nhiễm môi trường
Các chất có hoạt tính sinh học
Sinh học Phân tử; Công nghệ Protein;
Công nghệ enzyme, Công nghệ Sinh học,…
2. Thông tin về môn học:
- Tên môn học: Năng lượng Sinh học
- Mã môn học:
- Số tín chỉ: 02
- Giờ tín chỉ đối với các hoạt động học tập:
+ Nghe giảng lý thuyết trên lớp 15
+ Làm bài tập trên lớp 06
+ Thảo luận trên lớp 06
+ Thực hành trong phòng thí nghiệm

+ Thực tập thực tế ngoài trường
+ Tự học 03
- Đơn vị phụ trách môn học:

2
+ Bộ môn Tổ Sinh lý Thực vật và Hóa sinh
+ Khoa Sinh học
- Môn học tiên quyết: Sinh lý, Sinh hóa
- Môn học kế tiếp: Lý sinh, Nhiệt động học, Dinh dưỡng
3. Mục tiêu của môn học:
- Mục tiêu về kiến thức.
Người học hiểu được các nguyên lý cơ bản của trao đổi chất và trao đổi năng
lượng của cơ thể sinh vật. Bản chất của oxy hóa sinh học và chuỗi hô hấp tế bào.
Nguồn gốc của năng lượng sinh học, chuyển hóa năng lượng và chu trình ATP. Năng
lượng là động lực trao đổi chất tế bào. Năng lượng có chức năng chủ đạo trong điều
hòa trao đổi chất. Qua đó hiểu được sinh vật là hệ thống hở - thường xuyên phải trao
đổi chất với môi trường xung quanh là điều tất yếu.
- Mục tiêu về kĩ năng
Trên cơ sở những điều đã học, người học có thể xây dựng những mô hình mô
phỏng chiều hướng cải thiện trao đổi chất của sinh vật theo mong muốn của con người.
Tham gia giải thích các hiện tượng bất thường của trao đổi chất. Bản chất của các hiện
tượng Di truyền và Biến dị. Hiểu được và nắm vững nguyên lý và cơ chế, cũng như
động lực của mọi quá trình trao đổi chất để điều hòa, điều chỉnh năng suất và phẩm
chất vật nuôi cây trồng theo mong muốn.
- Các mục tiêu khác (thái độ học tập…)
Từ những điều đã học được làm cho người học ham mê tìm tòi và khám phá cái
mới và những điều còn đang tiềm ẩn trong tự nhiên để hy vọng trở thành người thành
đạt trong lĩnh vực động lực của sự sống.
4. Tóm tắt nội dung môn học:
Các nguyên lý cơ bản của trao đổi chất và trao đổi năng lượng ở cơ thể sinh vật.

Đặc trưng của sự sống. Tính chất lý hóa học của các phản ứng trong cơ thể sinh vật.
Các dạng năng lượng trong cơ thể sinh vật. Sinh vật là hệ thống hở. Oxy hóa sinh học,
thế oxy hóa khử và ứng dụng của chúng. Chuỗi hô hấp và đặc trưng của chuỗi hô hấp.
Các enzyme khác của oxy hóa sinh học. Bản chất của phát quang sinh học.
Chuyển hóa năng lượng trong cơ thể sinh vật. Đặc trưng phosphoryl hóa cơ
chất và phosphoryl hóa chuỗi hô hấp. Cơ chế phosphoryl hóa chuỗi hô hấp. Kiểm tra
phosphoryl hóa chuỗi hô hấp.

3
Năng lượng sinh học - động lực trao đổi chất tế bào. Nhóm vận chuyển – trung
tâm của trao đổi chất tế bào Các liên kết giầu năng lượng trong cơ thể sinh vật. Vai
trò của hệ thống adenylic trong điều hòa trao đổi chất và các nhóm vận chuyển khác.
Vai trò năng lượng của chất dinh dưỡng.
Các quá trình cung cấp và tiêu hao năng lượng trong cơ thể sinh vật. Các quá
trình giải phóng và biến đổi năng lượng trong cơ thể sinh vật. Năng lượng của quá
trình quang hợp và các quá trình phân giải hợp chất hữu cơ. Các quá trình tiêu hao
năng lượng trong cơ thể sinh vật.
Sản xuất năng lượng bằng con đường sinh học. Những khái niệm sinh khối và
năng lượng. Những hình thức và điều kiện sản xuất sinh khối và năng lượng. Mô hình
sản xuất khí sinh học. Sản xuất các chất sơ cấp và thứ cấp bằng con đường sinh học và
điều hòa tổng hợp chúng.
5. Nội dung chi tiết môn học:
Chương 1. CƠ SỞ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG Ở
CƠ THỂ SINH VẬT
1.1. Những khái niện về năng lượng sinh học
1.2. Những khái niệm hóa lý cơ bản của nhiệt động học.
1.3. Năng lượng tự do và hiệu ứng năng lượng tự do.
1.4. Năng lượng tự do phụ thuộc vào kiểu và chuỗi phản ứng.
1.5. Nhiệt động học của hệ thống học
Chương 2. OXY HÓA SINH HỌC

2.1. Khái niệm chung
2.2. Chuỗi hô hấp.
2.3. Tạo thành và phân giải hydroxyperoxid (H
2
O
2
)
2.4. Các oxygenase và hydroxylase
2.5. Phát quang sinh học
Chương 3. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ CHU TRÌNH ATP
3.1. Chuyển hóa năng lượng của oxy hóa sinh học
3.2. Mối quan hệ giữa ty thể và chuỗi hô hấp.
3.3. Cơ chế phosphoryl hóa chuỗi hô hấp.
3.4. Kiểm tra các bước phosphoryl hóa


4
Chương 4. NHÓM VẬN CHUYỂN – TRUNG TÂM CỦA TRAO ĐỔI CHẤT
4.1. ATP- trung tâm trao đổi chất tế bào.
4.2. Nhóm vận chuyển và liên kết giầu năng lượng.
4.3. Vai trò của ATP đối với các nucleoside-phosphate khác.
4.4. Vai trò của ATP đối với các nhóm vận chuyển khác.
4.5. Đặc trưng cấu trúc và chức năng của nhóm vận chuyển.
Chương 5. NĂNG LƯỢNG – ĐỘNG LỰC TRAO ĐỔI CHẤT TẾ BÀO
5.1. Cấu trúc và cơ chế tác dụng của các bơm ion
5.2. Phản ứng phân ly và kết hợp.
5.3. Điều hòa hoạt động các bơm ion.
5.4. Trao đổi giữa bên trong và bên ngoài ty thể.
Chương 6. VAI TRÒ NĂNG LƯỢNG SINH HỌC TRONG ĐIỀU HÒA
TRAO ĐỔI CHẤT

6.1. Vài nét sơ lược về điều khiển học.
6.2. Nguyên tắc điều hòa trao đổi chất.
6.3. Ý nghĩa của hệ thống adenylic trong điều hòa trao đổi chất.
6.4. Điều hòa hoạt động enzyme.
6.5. Điều hòa hoạt động enzyme trong các chuỗi trao đổi chất.
6.6. Điều hòa hoạt động gen và tiến hóa.
Chương 7. NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHỨC NĂNG
7.1. Ba dạng tích lũy năng lượng chính
7.2. Nhu cầu tiêu thụ và sản xuất năng lượng
7.3. Hormon phương tiện chính cho quá trình giao tiếp nội bào
7.4. Hoạt động của hormone – chất truyền tin thứ nhất
7.5. AMP-vòng – chất truyền tin thứ hai
Chương 8. CÁC QUÁ TRÌNH GIẢI PHÓNG VÀ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
TRONG CƠ THỂ SINH VẬT
8. 1. Các phản ứng cung cấp năng lượng
8.2. Năng lượng của quá trình quang hợp ở thực vật và vi sinh vật tía
8.3. Năng lượng của các quá trình phân giải các chất
8.4. Các quá trình lên men vi sinh vật (Biogas)
8.5. Hiệu số năng lượng và hiệu quả sử dụng phosphoryl hóa.

5
Chương 9. CÁC QUÁ TRÌNH TIÊU HAO NĂNG LƯỢNG TRONG CƠ THỂ
SINH VẬT
9.1. Lực khởi động và năng lượng hoạt động hóa.
9.2. Các liên kết năng lượng trung gian là lực khử
9.3. Năng lượng vận chuyển qua màng
9.4. Năng lượng với các chức năng sinh học khác.
9.5. Nhu cầu năng lượng tổng hợp các chất khác.
6. Học liệu:
Học liệu bắt buộc.

1. Nguyễn Quốc Khang - Năng lượng Sinh học – NXB KHKT Hà nội, 2002
2. Racker E., - A New Look at Mechanisms in Bioenergetics New-York, - San
Francisco – London, 1976
Học liệu tham khảo:
3. Klotz J. M – Grndlagen Biochemische Energetik, - Stuttgart, 1960
4. Lehninger, A. L., Principles of Biochemistry, New – York, 2004
7. Hình thức tổ chức dạy học:
7.1. Lịch trình chung:

Nội dung
Hình thức tổ chức dạy học môn học
Tổng
Lên lớp Thực hành,
thí nghiệm,
điền dã
Tự học, tự
nghiên
cứu
Lý thuyết Bài tập
Thảo
luận
Chương 1 3 3
Chương 2 2 1 3
Chương 3 2 1 3
Chương 4 2 1 3
Chương 5 2 1 1 4
Chương 6 2 1 1 4
Chương 7 1 1 1 1 4
Chương 8
1

1

1
3
Chương 9


2

1
3
Tổng cộng
15
6
6

3
30

6
7.2.Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể:
Tuần Nội dung chính
Yêu cầu sinh
viên chuẩn bị
Hình thức tổ
chức dạy học
Ghi chú
1

- Giới thiệu chương
trình môn học
- Năng lượng sinh học
là gì ?
- Sự ra đời và phát
triển của năng lượng
sinh học.
- Vai trò và ý nghĩa
của năng lượng sinh
học trong sinh vật học.
-
Tình hình nghiên
cứu và giảng dạy năng
lượng sinh học trong
và ngoài nước.
- Những khuynh

hướng nghiên cứu
năng lượng sinh học
và triển vọng của nó.
- Lập kế hoạch
học tập.
- Chuẩn bị tư
liệu học tập
-
Chia nhóm
học tập









-
- Giảng lý
thuyết bằng
hình ảnh mô
phỏng
- Sinh viên trao
đổi hoặc đề
xuất các vấn đề
bổ sung.

Hiểu năng
lượng sinh
học là gì













2

Chương 1.
1.1. Những khái niện
về năng lượng sinh
học
1.2. Những khái niệm
hóa lý cơ bản của
nhiệt động học.
1.3. Năng lượng tự do
và hiệu ứng năng
lượng tự do.
1.4. Năng lượng tự do
phụ thuộc vào kiểu và
chuỗi phản ứng.
1.5. Nhiệt động học
của hệ thống học
-Đọc giáo trình,
Chương 1.
- Đọc tài liệu
tham khảo về
Năng lượng để
bổ sung bài ghi

-
Trình bày bài
giảng dưới dạng
seminar
- Sinh viên trao
đổi bổ sung hay
đề xuất vấn đề
cần mở rộng
hay ứng dụng
thực tiễn






Các quy luật
hình thành
các dạng năng
lượng sinh
học
Sinh học là hệ
thống hở có
trao đổi chất

và trao đổi
năng lượng
với môi
trường




3


Chương 2.
2.1. Khái niệm chung.
2.2. Chuỗi hô hấp.
- Đọc giáo trình
Chương 1 và 2
Để củng cố bài
ghi
- Sinh viên trình
bày seminar bài
học có bổ sung
- Giảng viên
Hiểu bản chất
oxy hóa sinh
học
Sinh vật

7

- Đọc tài liệu
tham khảo để
chuẩn bị
seminar
phân tích đánh
giá và nhấn
mạnh nội dung
bài giảng
muốn sống
muốn tồn tại
phải hô hấp
4








2.3. Tạo thành và phân
giải hydroxyperoxid
(H
2
O
2

)
2.4. Các oxygenase và
hydroxylase
2.5. Phát quang sinh
học.



- Đọc giáo trình
chương 2.
- Đọc tài liệu
tham khảo bổ
sung bài ghi và
chuẩn bị
seminar




-
Sinh viên
seminar về các
enzyme oxy
hóa ngoài chuỗi
hô hấp và phát
quang sinh học
- giảng viên hệ
thống chương 2
và bổ sung
những điều sinh

viên chưa đề
cập đến
Các điều kiện
và cơ chế oxy
hóa sinh học
có enzyme
tham gia





5








Chương 3.
3.1. Chuyển hóa năng
lượng của oxy hóa
sinh học
3.2. Mối quan hệ giữa
ty thể và chuỗi hô hấp.
3.3. Cơ chế
phosphoryl hóa chuỗi
hô hấp.

3.4. Kiểm tra các bước
phosphoryl hóa
- Đọc giáo trình
chương 3
- Đọc tài liệu
tham khảo để
mở rộng và bổ
sung bài ghi
Chuẩn bị
seminar về các
thuyết chuyển
hóa năng lượng
- Giảng viên
giảng lý thuyết
bằng hình ảnh
diễn tả
- Sinh viên trao
đổi, đề xuất các
vấn đề bổ sung
hoặc chất vấn
- Giảng viên
hoàn thiện bài
giảng
Năng lượng
được hình
thành và được
tích lũy vào
ATP

6





Chương 4.
4.1. ATP-
trung tâm
trao đổi chất tế bào.
4.2. Nhóm vận chuyển
và liên kết giầu năng
lượng.

- Đọc giáo trình
Chương 4
- Đọc tài liệu
tham khảo để
mở rộng kiến
thức
- Chuẩn bị
seminar
- Giảng viên
giảng lý thuyết
bằng hình ảnh
mô phỏng
- Sinh viên chất
vấn

- Giảng viên
bàn luận và
hoàn thiện bài
giảng
ATP được coi
như một đồng
tiền năng
lượng (có thu
và có chi)



7



4.3. Vai trò của ATP
đối với các
nucleoside-phosphate
khác.
4.4. Vai trò của ATP
- Đọc lại
chương 4 và tài
liệu tham khảo
có liên quan
đến ATP- đồng
- Giảng viên
giảng lý thuyết
bằng hình ảnh
minh họa

- Sinh viên đề
Năng lượng
là động lực
trao đổi chất
tế bào


8





đối với các nhóm vận
chuyển khác.
4.5. Đặc trưng cấu
trúc và chức năng của
nhóm vận chuyển.

tiền năng lượng
- Đọc lại giáo
trình từ đầu để
chuẩn bị kiểm
tra giữa học kỳ
xuất vấn đề cần
thiết.
- Trao đổi
những vấn đề
có liên quan
đến kiểm tra

giữa kỳ của
môn học






8






- Sinh viên làm bài
kiểm tra giữa kỳ





- Đọc giáo trình
chương 5
-Đọc tài liệu
liên quan với
chương 5.
Chuẩn bị
seminar tuần
sau

- Sau giờ kiểm
tra, sinh viên
trình bày nội
dung bài kiểm
tra
- Giảng viên
chữa theo đáp
án cho sinh viên
- Trao đổi, nếu
cần.

9





Chương 5.
5.1. Cấu trúc và cơ
chế tác dụng của các
bơm ion
5.2. Phản ứng phân ly
và kết hợp.

- Đọc giáo trình
- Đọc tài liệu
tham khảo bổ
sung và mở
rộng kiến thức
- Đề xuất các

vấn đề chưa rõ
bản chất.
- Giảng viên
giảng lý thuyết
bằng học cụ
mới
- Trao đổi
những kiến thức
sách vở và
những ứng
dụng thực tiễn
Các quá trình
cung cấp và
tiêu hao năng
lượng



10






5.3. Cơ chế tác dụng
của bơm ion
5.4. Điều hòa hoạt
động các bơm ion.
5.5. Trao đổi giữa bên

trong và bên ngoài ty
thể.

- Đọc giáo trình
chương 5
- Đọc tài liệu
tham khảo,
Lehninger
chương 12
- Chuẩn bị
seminar
- Sinh viên trình
bày seminar về
vai trò và ý
nghĩa của các
loại bơm sinh
học
- Giảng viên
hoàn thiện
chương 5.
Sự sống muốn
tồn tại và phát
triển phải đáp
ứng điều kiện
môi trường



11

Chương 6.
6.1. Vài nét sơ lược về
điều khiển học.
6.2. Nguyên tắc điều
hòa trao đổi chất.
6.3. Ý nghĩa của hệ
- Đọc giáo trình
chương 6
- Đọc tài liệu
tham khảo bổ
sung và củng
cố bài ghi
- Đề xuất và
- Giảng viên
trình bày bài
giảng bằng học
cụ mới



Sự sống có
khả năng tự
điều hòa để
thích ứng với
điều kiện môi
trường thay

đổi

9


thống adenylic trong
điều hòa trao đổi chất.
trao đổi





12








6.4. Điều hòa hoạt
động enzyme.
6.5. Điều hòa hoạt
động enzyme trong
các chuỗi trao đổi
chất.
6.6. Điều hòa hoạt
động gen và tiến hóa.

- Đọc giáo trình
chương 6
- Đọc các tài
liệu tham khảo
về các lĩnh vực
điều hòa trao
đổi chất tế bào
- Chuẩn bị
seminar về các
loại hình trao
đổi chất
- Giảng lý
thuyết theo mô
hình minh họa
- Trao đổi
những vấn đề
khó và khả
năng ứng dụng
trong CNSH
- Giải đáp
những thắc mắc
của sinh viên
Hình thái
sống là do
enzyme-chất
xúc tác và
điều chỉnh
sinh học
quyết định

13












Chương 7.
7.1. Ba dạng tích lũy
năng lượng chính
7.2. Nhu cầu tiêu thụ
và sản xuất năng
lượng
7.3. Hormon phương
tiện chính cho quá
trình giao tiếp nội bào
7.4. Hoạt động của
hormone – chất truyền
tin thứ nhất
7.5. AMP-vòng – chất
truyền tin thứ hai
- Đọc giáo trình
Chương 7

- Đọc tài liệu
tham khảo để
mở rộng kiến
thức
- Chuẩn bị
seminar các
vấn đề chương
7





- Sinh viên trình
bày seminar
- Trao đổi
chung
- Giảng viên
tổng hợp và
hoàn thiện bài
giảng







Cơ thể muốn
sống muốn

tồn tại và phát
triển thì
không thể
thiếu quá
trình đồng
hóa các chất
dinh dưỡng





14







Chương 8.
8. 1. Các phản ứng
cung cấp năng lượng
8.2. Năng lượng của
quá trình quang hợp ở
thực vật và vi sinh vật
tía
8.3. Năng lượng của
các quá trình phân giải
các chất

8.4. Các quá trình lên
men vi sinh vật
(Biogas)
- Đọc giáo trình
Chương 8
- Đọc tài liệu
tham khảo để
mở rộng kiến
thức
- Chuẩn bị
seminar các
vấn đề chương
8


- Sinh viên trình
bày seminar
- Trao đổi
chung
- Giảng viên
tổng hợp và
hoàn thiện bài
giảng




Các quá trình
cung cấp năng
lượng của sự

sống







10
8.5. Hiệu số năng
lượng và hiệu quả sử
dụng phosphoryl hóa.
15













Chương 9.
9.1. Lực khởi động và
năng lượng hoạt động
hóa.

9.2. Các liên kết năng
lượng trung gian là lực
khử
9.3. Năng lượng vận
chuyển qua màng
9.4. Năng lượng với
các chức năng sinh
học khác.
9.5. Nhu cầu năng
lượng tổng hợp các
chất khác.
- Đọc giáo trình
Chương 9
- Đọc tài liệu
tham khảo để
mở rộng kiến
thức
- Chuẩn bị
seminar các
vấn đề chương
9
- Chuẩn bị giáo
trình, tài liệu
thi hết môn


- Sinh viên trình
bày seminar
- Trao đổi
chung

- Giảng viên
tổng hợp và
hoàn thiện bài
giảng
- Chuẩn bị ôn
tập và thi học
kỳ hết môn




Các quá trình
hình thành và
cần năng
lượng duy trì,
tồn tại và
phát triển của
sự sống








8. Yêu cầu của giảng viên đối với môn học
8.1. Yêu cầu của giảng viên về điều kiện để tổ chức giảng dạy môn học như: giảng
đường, phòng máy…
- Phải có phòng học đủ tiêu chuẩn:

+ Bàn ghế thày, bàn ghế trò đúng cự ly, khoảng cách
+ Có điều hòa nhiệt độ, hút bụi, hút ẩm
+ Có trang thiết bị điện nước thuận tiện
+ Có khả năng điều chỉnh ánh sang, sang tối
+ Có bảng viết tốt, màn hình đúng qui định
- Máy móc thiết bị dạy học
+ Có máy tính tốt, đa năng
+ Có máy chiếu (projector) có độ phân giải cao
+ Có máy thu phát âm thanh
- Phòng học và máy móc phải thường xuyên có người chăm sóc, bảo dưỡng, khi
hỏng hóc cần điều chỉnh sửa chữa kịp thời.
8.2. Yêu cầu của giảng viên đối với sinh viên như:
- Tham gia học tập trên lớp đầy đủ

11
+ Vắng mặt giờ lý thuyết trên lớp không quá 20%
+ Thực tập phải có mặt 100%
- Chuẩn bị bài trước ở nhà, tìm các vấn đề cần trao đổi trên lớp
- Hoàn thành các vấn đề thảo luận trên lớp nghiêm túc và đúng quy định
9. Phương pháp và hình thức kiểm tra đánh giá môn học:
9.1. Các loại điểm kiểm tra và trọng số của từng loại điểm

Điểm kiểm tra giữa kỳ 20%
Điểm thực hành 20%
Điểm thi kết thúc môn học 60%
9.2. Lịch thi và kiểm tra (kể cả thi lại)

Thi lần 1 được 100% số điểm (ví dụ 10 điểm là được 10 điểm)
Thi lần 2 trừ đi 10% số điểm (ví dụ 10 điểm, còn nhận 9 điểm) (kể cả lần 1 không có
Lý do khách quan)

Thi lần 3 trừ đi 30% số điểm (ví dụ 10 điểm, còn nhận 7 điểm) (kể cả lần 1 và 2 không
Lý do khách quan)
9.3. Tiêu chí đánh giá các loại bài tập và nhiệm vụ mà giảng viên giao cho sinh viên.
- Các tiêu chí phải có:
1. Đặt vấn đề, xác định đối tượng nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu, phương
pháp nghiên cứu hợp lý và logic.
2. Có bằng chứng rõ rệt về năng lực tư duy nhận định, phê phán, kỹ năng phân
tích, thực hành, đánh giá trong việc giải quyết nhiệm vụ nghiên cứu.
3. Có bằng chứng về việc sử dụng các tài liệu, các công nghệ, phương pháp,
giải pháp do giảng viên hướng dẫn.
4. Hình thức, bố cục hợp lý, ngôn ngữ trong sang, trích dẫn hợp lệ, trình bày
đẹp đúng quy cách.

- Thang điểm đánh giá:

Điểm
Các tiêu chí
9 – 10
Đạt cả 4 tiêu chí
7 – 8 Đạt 2 tiêu chí đầu + Tiêu chí 3 chưa đầy đủ sâu sắc + Tiêu chí 4 sai
sót vài lỗi nhỏ

12
5 – 6 Đạt tiêu chí 1 + Tiêu chí 2 đạt tương đối + Tiêu chí 3 và 4, còn
mắc một số lỗi nhỏ
< 5
Không đạt cả 4 tiêu chí