Mở đầu
Câu hỏi mở đầu SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 78): Hoạt động vận động như ở các cầu thủ bóng đá trong hình bên cần tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Vậy nguồn năng lượng đó đã được lấy từ đâu và chuyển đổi thành dạng nào để tế bào và cơ thể có thể sử dụng ngay khi cần thiết như vậy?- Năng lượng trong tế bào tồn tại ở dưới nhiều dạng khác nhau trong đó hóa năng là dạng năng lượng chính được tích lũy và sử dụng cho các hoạt động sống của tế bào.
- Năng lượng được chuyển hóa từ dạng này sang dạng mà cơ thể có thể sử dụng ví dụ động năng hoặc hoặc thế năng. Năng lượng tế bào sử dụng ngay khi cần thiết là ATP
I. Khái quát về năng lượng và sự chuyển hóa
Câu hỏi 1 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 80): Kể tên một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật.Trả lời:
Một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật là:
- Động năng: là năng lượng làm vật khác di chuyển hay thay đổi trạng thái như nhiệt năng (ví dụ: nhiệt độ cơ thể), cơ năng (ví dụ: sự co cơ, vận động của các cơ quan), điện năng (ví dụ: xung thần kinh, chuỗi chuyền electron).
- Thế năng: là năng lượng tiềm ẩn do vị trí hoặc trạng thái của vật chất tạo ra như năng lượng trong các liên kết hóa học, sự chênh lệch về điện thế và nồng độ các chất giữa bên trong và bên ngoài tế bào.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 80): Đọc thông tin mục I.2 kết hợp quan sát hình 13.1, nêu cấu tạo và chức năng của ATP. Phân tử ATP mang năng lượng loại nào? Vì sao nói ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào?
- Mỗi phân tử ATP có cấu tạo gồm ba thành phần cơ bản là: phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate
- Chức năng của ATP: dự trữ năng lượng
- Phân tử ATP mang năng lượng loại hóa năng (năng lượng được dự trữ ở các liên kết hóa học)
- ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào vì trong tế bào ATP thường xuyên sinh ra và ngay lập tức được sử dụng cho mọi hoạt động sống như tổng hợp và vận chuyển các chất, co cơ...
Câu hỏi 3 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 80): Thế nào là chuyển hóa năng lượng trong tế bào. Vì sao nói chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng?
Trả lời:
- Chuyển hóa năng lượng trong tế bào là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào làm chuyển đổi chất này thành chất khác.
- Chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng vì với phân tử ATP, khi năng lượng thay đổi thì thành phần cấu trúc của nó cũng thay đổi, tương tự như vậy thì các phản ứng hóa học trong té bào và cơ thể sống cũng luôn có sự biến đổi về vật chất kèm theo sự biến đổi về năng lượng.
II. Enzyme
Câu hỏi 1 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 83): Quan sát hình 13.2 và cho biết: Enzyme là gì? Nêu cấu trúc, cơ thể tác động và vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng.
• Enzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể nhưng không bị biến đổi sau phản ứng.
• Cấu trúc của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
- Thành phần enzyme có thể là protein hoặc protein kết hợp với cofactor (ion kim loại như Fe2+, Mg2+, Cu2+) , các phân tử hữu cơ (nhân heme, biotin, FAD, NAD, các vitamin).
- Mỗi enzyme thường có một trung tâm hoạt động, là một vùng cấu trúc không gian đặc biệt có khả năng liên kết đặc hiệu với cơ chất. Trung tâm hoạt động phải có cấu hình không gian phù hợp với cơ chất.
• Cơ chế tác động của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
Quá trình enzyme tác động tới cơ chất tạo thành sản phẩm là chuỗi biến đổi liên tục. Trải qua 3 giai đoạn:
- Enzyme kết hợp với cơ chất 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. Khi liên kết xảy ra thì cả hai đều biến đổi cấu hình làm cho liên kết chặt chẽ hơn.
- Enzyme xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất: Cơ chất bị biến đổi để tạo thành sản phẩm dưới sự xúc tác của enzyme.
- Sản phẩm được tạo thành tách khỏi enzyme: Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu.
• Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
- Xúc tác phản ứng sinh hóa trong điều kiện nhiệt độ, áp suất, độ pH bình thường của tế bào và cơ thể.
- Làm giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết cho các phản ứng xảy ra xuống mức độ thấp, nhờ đó làm tăng tốc độ phản ứng lên nhiều lần.
→ Nếu tế bào không có các enzyme thì không thể duy trì các hoạt động sống.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 83): Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng của những yếu tố nào và chúng có tác động như thế nào đến hoạt tính của enzyme?
Trả lời:
- Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng của những yếu tố: nồng độ enzyme và cơ chất, độ pH, nhiệt độ, chất điều hòa enzyme
- Nếu đồng độ cơ chất không đổi lượng enzyme tăng lên thì hiệu suất của phản ứng cũng tăng nhưng chỉ đạt nhưng chỉ đạt ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử dụng tối đa lượng cơ chất.
- Nếu lượng enzyme không đổi và tăng nồng độ cơ chất thì hiệu suất phản ứng tăng và sẽ đạt ngưỡng do lượng enzyme có trong môi trường đã hoạt động tối đa.
- Mỗi loại enzyme thường có khoảng pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả, ngoài ra khoảng pH này enzyme có thể bị giảm hoạt tính hoặc bất hoạt.
- Mỗi loại enzyme chỉ hoạt động hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định, ngoài khoảng nhiệt độ đó, hoạt tính enzyme sẽ giảm, thậm chí mất hoàn toàn
- Có những loại phân tử khi liên kết sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme được gọi là chất hoạt hóa. Ngược lại, có những phân tử khi liên kết sẽ làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzyme gọi là chất ức chế.
Câu hỏi 3 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 83): Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng những yếu tố nào? Giải thích.
Trả lời:
- Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng điều chỉnh hoạt tính của enzyme thông qua các chất hoạt hóa và ức chế enzyme
- Vì enzyme làm tăng tốc độ của các phản ứng hóa học trong cơ thể, tức là làm tăng tốc độ quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào mà tốc độ của quá trình này luôn thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển, trạng thái cơ thể.
Câu hỏi 4 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 83): Giải thích vì sao khi tăng nhiệt độ lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzyme thì hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính.
Trả lời:
- Khi nhiệt độ tăng lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzyme thì hoạt tính của enzyme đó bị giảm hoặc bị mất hoàn toàn là do: Enzyme có bản chất là protein. Mà protein là hợp chất dễ bị biến tính (biến đổi cấu trúc không gian) dưới tác động của nhiệt độ cao. Khi cấu trúc không gian bị biến đổi, trung tâm hoạt động của enzyme không thể liên kết với cơ chế khiến cho enzyme không thể xúc tác biến đổi cơ chất - hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính.
Luyện tập và Vận dụng
Bài tập 1 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 84): Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phân tử ATP?A. Phân tử ATP có cấu tạo từ ba thành phần cơ bản: adenine, đường deoxyribose và muối phosphate
B. Trong phân tử ATP, các gốc phosphate liên kết rất chặt chẽ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị
C. Mỗi phân tử ATP có ba gốc phosphate liên kết với nhau tạo nên ba liên kết cao năng
D. ATP liên tục được tổng hợp, vận chuyển và sử dụng trong tế bào sống.
Lời giải:
Chọn đáp án D.
- Đáp án A sai vì mỗi phân tử ATP có cấu tạo gồm ba thành phần cơ bản là: phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate
- Đáp án B sai vì các gốc phosphate liên kết rất chặt chẽ với nhau bằng liên kết liên kết anhydric.
- Đáp án C sai vì mỗi phân tử ATP có ba gốc phosphate liên kết với nhau tạo nên hai liên kết cao năng.
Bài tập 2 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 84): Phân tích sự phù hợp giữa cấu tạo và chức năng của phân tử ATP
Lời giải:
- ATP cấu tạo gồm các thành phần : ađênin, đường ribôzơ và 3 nhóm phôtphat. Đây là một hợp chất cao năng vì liên kết giữa hai nhóm phôtphat cuối cùng trong ATP rất dễ bị phá vỡ để giải phóng ra năng lượng.
- TP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phôtphat cuối cùng để trở thành ADP (ađênôzinđiphôtphat) rồi gần như ngay lập tức ADP lại được gắn thêm một nhóm phôtphat để trở thành ATP.
Bài tập 3 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 84): Tế bào nhân thực được chia thành nhiều xoang tách biệt bởi hệ thống nội màng và các bào quan có màng bao bọc, điều này có ý nghĩa gì trong hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào? Giải thích.
Lời giải:
- Hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào có tổ chức rõ ràng
Bài tập 4 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 13 (trang 84): Dựa vào thành phần cấu tạo và cơ chế điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng của enzyme, hãy giải thích vì sao trong trồng trọt và chăn nuôi, muốn thu được năng suất cao, con người phải chú ý bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng vi lượng, vitamin vào chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi.
Lời giải:
+ Trong trồng trọt và chăn nuôi, muốn thu được năng suất cao, con người phải chú ý bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng vi lượng, vitamin vào chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi vì:
- Năng suất của cây trồng vật nuôi phụ thuộc rất lớn vào tốc độ của quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào (quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng diễn ra tốt sẽ thúc đẩy sinh vật sinh trưởng và phát triển và ngược lại). Tốc độ của quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào lại phụ thuộc vào hoạt tính của enzyme.
- Mà nhiều enzyme, ngoài thành phần protein còn có thêm cofactor là các nguyên tố khoáng vi lượng, viatmin. Mặt khác, nhiều enzyme trong tế bào bình thường ở trạng thái bất hoạt cần phải có sự xúc tác các các nguyên tố khoáng vi lượng hoặc vitamin để trở thành trạng thái hoạt động. Vậy nếu thiếu nguyên tố vi lượng, vitamin sẽ khiến enzyme đó không được hình thành hoặc không hoạt động ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng do enzyme đó xúc tác, ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển bình thường của cây trồng, vật nuôi.