Mở đầu
Hoạt động mở đầu SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 61): Quan sát hình 10.1 và nêu các dạng năng lượng trong quá trình quang hợp. Trong quá trình đó, năng lượng được chuyển hóa từ dạng nào sang dạng nào? Chuyển hóa năng lượng là gì?
- Các dạng năng lượng được sử dụng trong quang hợp: Năng lượng ánh sáng, năng lượng nhiệt, năng lượng hóa học, năng lượng cơ học.
- Trong quá trình đó, năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng nhiệt và năng lượng hóa học.
- Chuyển hóa năng lượng là quá trình biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác.
I. Năng lượng và sự chuyển hoá năng lượng trong tế bào
1. Các dạng năng lượng trong tế bào
Câu hỏi 1 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 61): Hoạt động sống của tế bào và cơ thể sử dụng các dạng năng lượng nào? Quá trình nào cung cấp năng lượng đó cho tế bào?Trả lời:
* Hoạt động sống của tế bào và cơ thể sử dụng các dạng năng lượng như:
– Năng lượng hóa học:là tiềm năng của một chất hóa học trải qua quá trình biến đổi thông qua phản ứng hóa học để biến đổi các chất hóa học khác.
+ Ví dụ: pin, thực phẩm, xăng dầu, v.v…
– Năng lượng cơ học: sinh ra từ chuyển động hoặc vị trí của một vật.
+ Ví dụ: Một ô tô đang chuyển động thì có động năng.
– Năng lượng điện: là năng lực được sử dụng nhằm mục đích sinh công bằng mọi hình thức
– Năng lượng nhiệt: là năng lượng mà tất cả các hạt tạo nên một cơ thể có. Khi nhiệt độ tăng và giảm, hoạt động của cơ thể tăng lên.
* Trong đó, chủ yếu là năng lượng hóa học.
– Quá trình cung cấp năng lượng cho tế bào là quá trình chuyển hóa năng lượng.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 61): Quan sát hình 10.2 và xác định các dạng năng lượng được chuyển hóa trong hoạt động sống của tế bào?
- Năng lượng được chuyển hoá trong hoạt động sống của tế bào là năng lượng hóa học: năng lượng hóa học trong các phân tử hữu cơ (C6H12O6) được chuyển hóa thành năng lượng hóa học trong các phân tử ATP.
2. Sự chuyển hóa năng lượng trong tế bào
Câu hỏi 3 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 62): Ở hình 10.3, năng lượng được chuyển từ dạng nào sang dạng nào? Sự chuyển hóa này có ý nghĩa gì đối với tế bào?
- Trong quá trình phân giải pyruvate, chất phản ứng là D – glucose mang năng lượng hóa học, phân giải tạo ra pyruvate, NADH, ATP mang năng lượng hóa học và một phần bị chuyển hóa thành nhiệt lượng.
Như vậy, ở hình 10.3, năng lượng hóa học đã được chuyển hóa một phần thành năng lượng nhiệt.
- Sự chuyển hóa năng lượng giúp tế bào sử dụng được năng lượng cho các hoạt động sống, đảm bảo sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và sinh sản của tế bào và cả cơ thể.
Luyện tập 1 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 62): Nêu một số hoạt động tế bào cần sử dụng năng lượng. Trong các hoạt động đó, năng lượng được chuyển hóa như thế nào?
Lời giải:
– Một số hoạt động tế bào cần sử dụng năng lượng:
+ Sự vận chuyển Ca2+ vào lưới nội chất trơn.
+ Vận chuyển H+ vào lysosome, không bào.
+ Sự hấp thu các chất dinh dưỡng như glucose, amino acid vào tế bào biểu mô ruột.
+ Sự hấp thu khoáng vào tế bào lông hút.
+ Sự co cơ để tạo nên sự vận động của cơ thể.
– Trong các hoạt động trên, năng lượng hóa học trong các chất hữu cơ được chuyển hóa thành năng lượng hóa học trong ATP (dạng năng lượng dễ sử dụng) và năng lượng nhiệt.
3. ATP - đồng tiền năng lượng
Câu hỏi 4 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 62): Quan sát hình 10.4 và cho biết chức năng của ATP trong tế bào. Giải thích.
- ATP là phân tử mang năng lượng, có chức năng vận chuyển năng lượng đến các nơi cần thiết để tế bào sử dụng vì chỉ có thông qua ATP, tế bào mới sử dụng được thế năng hóa học cất giấu trong cấu trúc phân tử hữu cơ.
Luyện tập 2 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 63): Dựa vào hình 10.5 nêu cấu tạo của ATP. ATP được phân giải và tổng hợp như thế nào? Đặc điểm nào để có thể ví ATP là “đồng tiền” năng lượng trong tế bào?
* Cấu tạo ATP:
ATP gồm 3 thành phần cơ bản là:
+ Phân tử adenine: một cấu trúc vòng bao gồm các nguyên tử C, H và N.
+ Phân tử đường ribose: một phân tử đường có 5 Carbon.
+ Phần đuôi với 3 gốc phosphate. Khi liên kết giữa các gốc phosphate bị phá vỡ sẽ giải phóng năng lượng.
* Sự tổng hợp và phân giải ATP:
+ Sự phân giải ATP: Khi tế bào sử dụng ATP, liên kết giữa hai gốc phosphate của ATP bị phá vỡ, năng lượng được chuyển hóa trực tiếp cho các hoạt động cần năng lượng của tế bào. Lúc này, ATP bị phân giải thành ADP và giải phóng một nhóm phosphate.
+ Sự tổng hợp ATP: Sau khi hoạt động chức năng, nhóm phosphate liên kết trở lại với ADP để hình thành ATP. Sự phân giải các hợp chất dự trữ năng lượng cung cấp năng lượng cho sự hình thành liên kết giữa các gốc phosphate trong phân tử ATP.
* ATP là “đồng tiền” năng lượng trong tế bào vì:
- ATP có các liên kết phosphate cao năng dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng → Điều đó giúp ATP đáp ứng được việc cung cấp năng lượng một cách nhanh chóng, kịp thời cho tế bào.
- Trong tế bào, ATP thường xuyên được sinh ra và ngay lập tức được sử dụng cho mọi hoạt động sống của tế bào như tổng hợp và vận chuyển các chất, co cơ,…
II. Enzyme
1. Khái niệm và vai trò của Enzyme
Câu hỏi 5 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 63): Người ta tiến hành thí nghiệm đun sôi 200 ml dung dịch tinh bột với 5ml chất xúc tác HCl khoảng 1% trong 1 giờ thu được kết quả tinh bột bị phân giải thành đường. Khi nhai cơm ta thấy có vị ngọt vì tinh bột được chuyển thành đường nhờ enzyme amylase. Nhận xét về điều kiện và tốc độ của hai phản ứng.Trả lời:
– Phản ứng đun sôi tinh bột với chất xúc tác là HCL để tạo ra đường diễn ra chậm hơn so với phản ứng phân giải tinh bột thành đường có sự tham gia của enzyme amylase.
– Phản ứng phân giải tinh bột với chất xúc tác enzyme amylase không cần điều kiện nhiệt độ (nhiệt độ bình thường của cơ thể) và tốc độ phản ứng diễn ra nhanh chóng (chỉ mất một vài phút).
Luyện tập 3 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 63): Nếu không có enzyme, các phản ứng hóa học và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào có diễn ra được không? Điều gì sẽ xảy ra nếu trong một chuỗi phản ứng do nhiều enzyme xúc tác, có một enzyme không hoạt động?
Lời giải:
– Nếu tế bào không có enzyme thì các phản ứng hóa học cần chất xúc tác và điều kiện phản ứng sẽ không thể xảy ra, kéo theo đó các quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào cũng không thể diễn ra.
– Nếu trong một chuỗi phản ứng do nhiều enzyme xúc tác mà có một enzyme không hoạt động, chuỗi phản ứng đó sẽ diễn ra rất chậm, dẫn đến sự rối loạn chuyển hóa năng lượng. Những sản phẩm không được tạo thành mà cơ chất của enzyme đó còn tích lũy gây độc cho tế bào, cơ thể.
2. Cấu trúc và cơ chế tác động của Enzyme
Câu hỏi 6 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 64): Phản ứng do enzyme xúc tác thay đổi như thế nào khi trung tâm hoạt động của enzyme bị thay đổi hình dạng không phù hợp với cơ chất?Trả lời:
– Để thực hiện được phản ứng do enzyme xúc tác, enzyme phải kết hợp với cơ chất bằng sự liên kết đặc hiệu (trung tâm hoạt động của enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cơ chất) tạo nên phức hợp enzyme – cơ chất. Phản ứng sẽ không xảy ra khi trung tâm hoạt động của enzyme bị thay đổi hình dạng không phù hợp với cơ chất. Enzyme sẽ trở nên bất hoạt, không thế biến đổi cơ chất để tạo ra sản phẩm.
Câu hỏi 7 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 64): Dựa vào hình 10.6, mô tả ba bước cơ bản trong cơ chế tác động của enzyme đến phản ứng mà nó xúc tác.
Cơ chế tác động của enzyme đến phản ứng mà nó xúc tác gồm 3 bước cơ bản:
1. Cơ chất liên kết với enzyme để hình thành phức hợp enzyme - cơ chất.
2. Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm, tạo thành phức enzyme - sản phẩm.
3. Sản phẩm được giải phóng enzyme, trung tâm hoạt động sẵn sàng cho cơ chất mới.
Vận dụng SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 64): Khi nhai kĩ cơm, ta thấy có vị ngọt. Hãy giải thích các giai đoạn trong cơ chế tác động của amylase nước bọt.
Lời giải:
– Giai đoạn 1: Trung tâm hoạt động gắn với cơ chất để tạo phức hợp enzyme cơ chất. Ở giai đoạn này, enzyme amylase có trong nước bọt sẽ kết hợp với các phân tử tinh bột để tạo thành phức hợp amylase – tinh bột.
– Giai đoạn 2: Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi tinh bột thành đường. Khi phức hợp được tạo thành, enzyme amylase cắt các liên kết α – 1- 4 glycosid giữa các phân tử glucose có trong tinh bột, tạo thành các phân tử glucose đơn lẻ
– Giai đoạn 3: Sản phẩm được giải phóng, enzyme tiếp tục liên kết với cơ chất để tạo sản phẩm. Đường được tạo thành tách khỏi enzyme amylase, trung tâm hoạt động của enzyme amylase sẵn sàng cho phân tử tinh bột mới liên kết vào.
Câu hỏi 8 SGK Sinh 10 Cánh Diều Bài 10 (trang 64): Quan sát hình 10.7 và cho biết khi tăng nồng độ cơ chất hay nhiệt độ, độ pH thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào. Nhận xét về giá trị tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu.
Trả lời:
– Tốc độ phản ứng khi tăng nồng độ cơ chất hay nhiệt độ, độ pH:
+ Khi tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng sẽ tăng nhưng khi đạt đến trạng thái bão hòa thì dù tăng nồng độ cơ chất cũng không làm tăng tốc độ phản ứng.
+ Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng sẽ tăng và đạt cao nhất ở nhiệt độ tối ưu, vượt qua nhiệt độ tối ưu thì tốc độ phản ứng sẽ giảm.
+ Khi tăng pH: Tương tự khi tăng nhiệt độ, mỗi enzyme có một độ pH tối ưu nhất định. Khi tăng pH đến pH tối ưu, tốc độ phản ứng tăng dần, nhưng nếu tiếp tục tăng, các liên kết giữa các bộ phận của enzyme hoặc liên kết giữa enzyme với cơ chất bị yếu đi, dần dần bị đứt gãy, nên enzyme cũng sẽ bị bất hoạt, khi đó tốc độ phản ứng sẽ giảm dần về không.
– Nhận xét về giá trị tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu: Ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác là cực đại. Vượt qua giá trị tối ưu này, tốc độ phản ứng giảm dần.