Mở đầu
Câu hỏi Mở đầu SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 85): Mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể đều cần năng lượng ATP. Phân tử ATP giống như viên pin sạc. Vậy năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình nào?Trả lời:
- Năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình phân giải các phân tử sinh học có giá trị như carbohydrate. Trong quá trình phân giải, một phần năng lượng được giải phóng sẽ chuyển thành năng lượng tích lũy trong phân tử ATP và một phần sẽ được giải phóng ra dưới dạng nhiệt.
I. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng trong tế bào
Câu hỏi 1 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 88): Phân giải các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh họa.Trả lời:
- Phân giải các chất trong tế bào là quá trình phá vỡ các liên kết trong các phân tử sinh học để tạo ra các phân tử nhỏ hơn đồng thời giải phóng năng lượng. Một phần năng lượng được giải phóng sẽ chuyển thành năng lượng tích luỹ trong phân tử ATP và một phần sẽ giải phóng ra dưới dạng nhiệt năng.
+ Ví dụ: phân giải protein, phân giải polischarit, phân giải celluose,...
Câu hỏi 2 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 88): Phân giải hiếu khí trong tế bào gồm những giai đoạn chính nào? Đặc trưng của mỗi giai đoạn này là gì?
Trả lời:
Ba giai đoạn chính của phân giải hiếu khí trong tế bào và đặc trưng của mỗi giai đoạn là:
- Đường phân: xảy ra trong tế bào chất và không có sự tham gia của O2. Trong quá trình này mỗi phân tử đường glucose 6 cacbon được phân giải thành 2 phân tử pyruvate 3 cacbon đồng thời tạo ra 2 phân tử NADH và 2 phân tử ATP.
- Chu trình Krebs: 2 pyruvate vừa được tạo ra ở giai đoạn đường phân sẽ đi vào trong chất nền ti thể và mỗi pyruvate (phân tử 3 cacbon) sẽ được chuyển hóa thành một phân tử acetyl-CoA (phân tử 2 cacbon) rồi đi vào chu trình Krebs. Từ mỗi acetyl-CoA sẽ giải phóng ra 2 phân tử CO2, 3 NADH, 1 FADH2 và 1 ATP.
- Chuỗi chuyền electron: diễn ra ở trên màng trong ti thể. Trong giai đoạn này, các phân tử NADH và FADH2 được sinh ra trong 2 giai đoạn trên sẽ bị oxy hóa qua một chuỗi phản ứng oxy hóa để tạo ra ATP và nước. Đây là giai đoạn thu được nhiều ATP nhất trong quá trình phân giải.
Câu hỏi 3 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 88): Trình bày các giai đoạn của quá trình lên men. Nêu sự khác nhau giữa lên men rượu và lên men lactate.
Trả lời:
- Quá tình lên men gồm 2 giai đoạn: đường phân và lên men.
+ Giai đoạn đường phân: xảy ra trong tế bào chất của tế bào, diễn ra tương tự như trong hô hấp hiếu khí. Quá trình này tạo ra được 2 phân tử axit pyruvate, 2 phân tử ATP (adenosine triphosphate), 2 phân tử NADH (nicotinamide adenine dinucleotide).
+ Giai đoạn lên men: electron từ glucose qua NADH được truyền đến phân tử hữu cơ khác.
- Sự khác biệt giữa lên men rượu và lên men lactate:
+ Quá trình lên men lactate: Pyruvate nhận electron từ NADH và tạo ra sản phẩm cuối cùng là muối lactate.
+ Còn trong quá trình lên men ethanol, phân tử hữu cơ acetaldehyde là chất nhận electron từ NADH để tạo ra sản phẩm cuối cùng là ethanol.
Câu hỏi 4 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 88): So sánh phân giải hiếu khí và lên men trong tế bào động vật? Giải thích sự khác biệt này.
Trả lời:
- Hiệu quả năng lượng của quá trình hô hấp hiếu khí tốt hơn rất nhiều so với quá trình lên men. Toàn bộ năng lượng hoá học của một phân tử glucose được giải phóng trong quá trình hộ hấp hiếu khí sẽ được chuyển sang liên kết hoá học dễ sử dụng hơn trong khoảng 30 đến 32 phân tử ATP và một phần chuyển thành nhiệt năng duy trì nhiệt độ phù hợp cho các phản ứng sinh hoá khác. Trong điều kiện thực nghiệm tối ưu, 1 phân tử glucose trải qua quá trình hô hấp hiếu khí có thể tạo được khoảng 36 đến 38 phân tử ATP. Ở quá trình lên men, 1 phân tử glucose chỉ tạo ra 2 phân tử ATP, ít hơn rất nhiều so với hô hấp hiếu khí.
II. Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng trong tế bào
Câu hỏi 1 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 92): Tổng hợp các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh họa cho quá trình tổng hợp các chất trong tế bào.Trả lời:
- Tổng hợp các chất trong tế bào là sự hình các hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng. Trong tế bào và cơ thể sống, quá trình tổng hợp giúp tạo ra các hợp chất phức tạp xây dựng nên tế bào và cơ thể, đồng thời cung cấp cho các hoạt động sống khác. Những đại phân tử sinh học trong tế bào là các polymer (protein, các acid nucleic) được tổng hợp từ các đơn phân nhờ các enzyme xúc tác chuyên biệt và nguồn năng lượng ATP.
- Một số ví dụ minh họa cho quá trình tổng hợp các chất trong tế bào là:
+ Các phân tử acid nucleic được hình thành từ phản ứng sinh tổng hợp tạo liên kết phosphodiester giữa các đơn phân nucleotide.
+ Các phân tử protein hay các chuỗi polypeptide được tạo thành từ sự kết hợp của nhiều amino acid với nhau bằng liên kết peptide trong quá trình sinh tổng hợp protein.
+ Phân tử lipid được tổng hợp từ các phân tử acid béo và glycerol.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 92): Quang hợp có vai trò như thế nào trong tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng?
Trả lời:
+ Quang hợp có vai trò cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng:
- Các sinh vật tự dưỡng như thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong quá trình tổng hợp đường glucose, rổi từ đó tổng hợp nên các phân tử hữu cơ đặc trưng cho cơ thể chúng.
- Các sinh vật dị dưỡng lại sử dụng các sinh vật tự dưỡng hay dị dưỡng khác làm thức ăn. Thức ăn này lại chính là nguồn cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp các chất và dự trự năng lượng ở các cơ thể dị dưỡng đó.
Câu hỏi 3 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 92): Hóa tổng hợp và quang khử ở vi khuẩn có gì khác so với quang hợp ở thực vật?
Trả lời:
Điểm khác nhau ở quá trình hoá tổng hợp và quang khử ở vi khuẩn so với quang hợp ở thực vật
|
Quang khử |
Hoá tổng hợp |
|
+ Không dùng H2O làm nguồn cung cấp H+ và electron mà dùng HS, S, H, và một số chất hữu cơ khác. + Quá trình quang hợp kiểu này không giải phóng ra 02. + Chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học mà không cần đến nước. |
Các vi khuẩn hoá tổng hợp tiết ra enzyme xúc tác cho các phản ứng oxy hoá các hợp chất vô cơ và giải phóng năng lượng. Một phần năng lượng này được vi khuẩn sử dụng để đồng hoá CO2 thành các chất hữu cơ cần thiết. |
Trả lời:
- Quá trình tổng hợp sử dụng năng lượng để tạo nên phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản và tích lũy năng lượng. Quá trình phân giải phá vỡ các các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản để giải phóng năng lượng.
- Như vậy, trong tế bào, tổng hợp và phân giải các chất là hai quá trình có ngược nhau nhưng lại thống nhất với nhau và có mối quan hệ mật thiết với nhau. Sản phẩm của quá trình tổng hợp cung cấp nguyên liệu cho quá trình phân giải còn năng lượng và các sản phẩm trung gian được giải phóng ra trong quá trình phân giải lại có thể được sử dụng cho quá trình tổng hợp.
Luyện tập và Vận dụng
Bài tập 1 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 93): So sánh quá trình quang hợp, hóa tổng hợp và quang khử.Trả lời:
• Giống nhau:
- Đều là các quá trình tổng hợp hình thành hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng.
- Đều xảy ra quá trình khử CO2 để tạo thành các chất hữu cơ cần thiết.
- Đều có vai trò tổng hợp ra các chất phức tạp xây dựng nên tế bào và cơ thể, đồng thời cung cấp cho các hoạt động sống khác.
• Khác nhau:
- Điểm khác giữa hóa tổng hợp so với quang hợp ở thực vật là: Quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời. Còn hóa tổng hợp sử dụng năng lượng sinh ra từ các phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ.
- Điểm khác giữa quang khử ở vi khuẩn so với quang hợp ở thực vật là:
+ Quang hợp có sử dụng H2O làm nguồn cung cấp H+ và electron. Còn quang khử dùng H2S, S, H2 và một số chất hữu cơ khác làm nguồn cung cấp H+ và electron.
+ Quang hợp có giải phóng O2. Còn quang khử thì không giải phóng O2.
|
Quang hợp |
Hóa tổng hợp |
Quang khử |
|
- Sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời. |
- Sử dụng năng lượng sinh ra từ các phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ. |
- Sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời. |
|
- Sử dụng H2O làm nguồn cung cấp H+ và electron. |
- Sử dụng H2O hoặc các hợp chất khác làm nguồn cung cấp H+ và electron. |
- Sử dụng H2S, S, H2 và một số chất hữu cơ khác làm nguồn cung cấp H+ và electron. |
|
- Có giải phóng O2. |
- Không giải phóng O2. |
- Không giải phóng O2. |
|
- Pha sáng có vai trò chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành hóa năng trong các liên kết hóa học kém bền vững của ATP, NADPH. Pha tối có vai trò cố định CO2 tạo thành đường qua chu trình Calvin, đồng thời chuyển năng lượng từ ATP và NADPH sang dạng hóa năng bền vững hơn trong phân tử đường. |
- Các vi khuẩn hóa tổng hợp tiết ra enzyme xúc tác cho các phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ và giải phóng năng lượng. Một phần năng lượng này được vi khuẩn sử dụng để đồng hóa CO2 thành các chất hữu cơ cần thiết.
|
- Quang khử đã chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học mà không cần đến nước.
|
Lời giải:
Bài tập 3 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 93): Chứng minh quá trình chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với quá trình chuyển hóa năng lượng thông qua hai quá trình quang hợp và hô hấp.
Trả lời:
- Chuyển hoá vật chất gồm 2 quá trình:
+ Tổng hợp chất hữu cơ từ các chất đơn giản đồng thời tích lũy năng lượng
+ Phân giải những chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản.
- Trong quá trình này, các liên kết hoá học bị bẻ gãy đồng thời giải phóng năng lượng. Như vậy, năng lượng đã chuyển từ thế năng sang động năng để thực hiện các hoạt động sống của tế bào. Do vậy khi nói đến chuyển hoá vật chất luôn hiểu rằng là kèm theo năng lượng. Quang hợp và hô hấp cả hai đều có chung nhiều sản phẩm trung gian và nhiều hệ Enzyme. Sản phẩm của quá trình quang hợp là chất hữu cơ và oxy cung cấp nguyên liệu cho quá trình hô hấp. Sản phẩm của quá trình hô hấp là CO2 và H2O lại cung cấp nguyên liệu cho quá trình quang hợp. Nói cách khác, quang hợp chính là tiền đề của hô hấp và ngược lại.
Bài tập 4 SGK Sinh 10 Kết nối tri thức Bài 14 (trang 93): Ở người, hiện tượng đau mỏi cơ khi vận động nhiều là do lượng lactic acid được sản sinh và tích lũy quá nhiều đã gây độc cho cơ. Dựa vào hiểu biết về quá trình lên men, hãy giải thích cơ chế gây ra hiện tượng này và cách phóng tránh.
Trả lời:
- Cơ chế gây ra hiện tượng đau mỏi cơ khi vận động nhiều là: Khi vận động nhiều, cơ thể sẽ trải qua nhiều quá trình sinh hóa để duy trì năng lượng cho các hoạt động. Thông thường, cơ thể sản xuất năng lượng thông qua hô hấp hiếu khí (cần oxy). Tuy nhiên, cơ thể có thể không cung cấp oxy đủ nhanh cho các tế bào cơ. Trong điều kiện đó, các tế bào cơ sẽ chuyển từ hô hấp hiếu khí sang trạng thái lên men lactate (không cần oxy). Sản phẩm của quá trình này là lactic acid khi bị tích tụ sẽ đầu độc cơ, làm cơ đau mỏi.
- Cách phòng tránh:
+ Uống nhiều nước.
+ Nghỉ ngơi hợp lí giữa các buổi tập.
+ Thực hiện các bài tập thở.
+ Có giai đoạn khởi động để làm nóng, giãn cơ trước khi tập luyện cường độ cao.