Bài 11. Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

>> Xem chi tiết: Lý thuyết tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào - Sinh 10 Cánh diều

Mở đầu Vận động viên cử tạ (hình 11.1) đã tiêu tốn rất nhiều năng lượng cho mỗi lần nâng tạ. Năng lượng đó có nguồn gốc từ đâu và được giải phóng nhờ quá trình nào?

Hướng dẫn giải:

Trong mỗi lần nâng tạ, cơ thể vận động viên tiêu tốn rất nhiều năng lượng để co cơ, giúp vận động viên có thể nâng tạ cao hơn và các mức tạ nặng hơn.

Lời giải chi tiết:

Năng lượng để vận động viên nâng tạ do sự co cơ. Nguồn năng lượng cung cấp cho co cơ lấy từ sự oxy hóa chất dinh dưỡng trong cơ.

Hướng dẫn giải:

Tổng hợp là quá trình chuyển hóa các chất đơn giản thánh các chất phức tạp. Tổng hợp giúp cơ thể tổng hợp các chất cần thiết và tích lũy năng lượng cho tế bào.

Lời giải chi tiết:

- Khái niệm: Tổng hợp là quá trình chuyển hóa những chất đơn giản thành những chất phức tạp diễn ra trong tế bào với sự xúc tác của enzyme.

- Ý nghĩa: Hình thành các chất để xây dựng, đồng thời tích lũy năng lượng cho tế bào.

Hướng dẫn giải:

- Tổng hợp được diễn ra thông qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1 tổng hợp các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ, các chất hữu cơ đơn giản được tiếp tục tổng hợp thành các phân tử lớn ở giai đoạn 2.

Lời giải chi tiết:

- Không phải tất cả các sinh vật đều thực hiện được hai giai đoạn tổng hợp. 

- Ví dụ virus tổng hợp các chất thông qua sao chép vật liệu di truyền từ tế bào chủ, không được trực tiếp tổng hợp từ các chất vô cơ.

Hướng dẫn giải:

Quang tổng hợp (quang hợp) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ, được diễn ra ở lục lạp và được chia thành hai pha: pha sáng và pha tối.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Khái niệm, ý nghĩa của quá trình quang tổng hợp.

- Khái niệm: Quang tổng hợp (quang hợp) là quá trình tế bào thực vật, tảo và một số vi khuẩn sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ.

- Ý nghĩa: 

+ Về mặt môi trường: Quá trình quang hợp là nguồn cung cấp oxy trong khí quyển, điều hòa nồng độ CO2 trong khí quyển.

+ Về mặt năng lượng: Quá trình quang hợp giúp chuyển hóa quang năng thành năng lượng hóa học tích lũy trong các liên kết của glucose và các loại đường khác.

+ Về mặt dinh dưỡng – sinh thái: Quá trình quang hợp giúp tổng hợp các chất vô cơ thành các chất hữu cơ cần thiết cho thực vật, và cả cho các sinh vật dị dưỡng ăn thực vật.

Câu 2: Nơi diễn ra quang tổng hợp và các pha của quang tổng hợp.

- Nơi diễn ra: Quang hợp diễn ra ở lục lạp thông qua sự hấp thụ năng lượng từ các sắc tố quang hợp.

- Quá trình quang hợp được chia thành hai pha: Pha sáng và pha tối (chu trình Calvin)

Hướng dẫn giải:

Pha sáng được diễn ra ở thylakoid trong lục lạp. Pha sáng là quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng để tổng hợp ATP và NADPH nhằm cung cấp năng lượng cho pha tối trong quá trình quang hợp

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Vị trí, nguyên liệu, sản phẩm của pha sáng.

Câu 2: Sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng trong pha sáng: 

Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi các sắc tố năng lượng và được chuyển cho trung tâm phản ứng. Trung tâm phản ứng tiếp nhận năng lượng và trở thành dạng kích động và truyền electron cho các chất trong chuỗi truyền electron để tổng hợp ATP và NADPH.

Hướng dẫn giải:

Pha sáng sử dụng năng lượng ánh sáng và quá trình quang phân ly nước để tổng hợp NADPH và ATP làm nguyên liệu cho pha tối

Lời giải chi tiết:

Các yếu tố của môi trường sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của pha sáng là:

- Ánh sáng: Ánh sáng là nguồn năng lượng chính để pha sáng diễn ra, dó đó nó ảnh hưởng đến năng lượng được sử dụng cho pha sáng.

- Nước: Nước là nguyên liệu cho quá trình quang phân ly nước nên lượng nước ảnh hưởng đến lượng ${\mathrm{O}}_2$ được tạo ra trong pha sáng.

- Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự hoạt động xúc tác của enzyme trong pha sáng.

Hướng dẫn giải:

Chu trình Calvin sử dụng ${\mathrm{CO}}_2$ và các sản phẩm của pha sáng để tổng hợp chất hữu cơ cần thiết cho tế bào, NaDP+, ADP tiếp tục tham gia vào pha sáng

Lời giải chi tiết:

- Nguyên liệu của chu trình Calvin: ${\mathrm{CO}}_2$, ATP, NADPH

- Trong chu trình Calvin, ATP và NADPH cung cấp năng lượng và điện tử tham gia khử phân tử ${\mathrm{CO}}_2$ thành ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$

Hướng dẫn giải:

- Các chất hữu cơ trong cơ thể gồm lipit, protein, carbohydrate và nucleotide. Các chất hữu cơ này đều được cấu tạo chủ yếu từ các nguyên tố C, H, O.

- Glucose được có cấu tạo hóa học là ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$.

Lời giải chi tiết:

Glucose tạo ra trong quang hợp có vai trò cung cấp mạch khung “xương sống” carbon và một số nguyên tố cần thiết khác trong tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác trong tế bào. Do đó, glucose được tạo từ quá trình quang hợp cần thiết cho tổng hợp nhiều chất hữu cơ của tế bào.

Hướng dẫn giải:

- Các chất hữu cơ trong cơ thể gồm lipit, protein, carbohydrate và nucleotide. Các chất hữu cơ này đều được cấu tạo chủ yếu từ các nguyên tố C, H, O.

- Glucose được có cấu tạo hóa học là ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$.

Lời giải chi tiết:

Glucose tạo ra trong quang hợp có vai trò cung cấp mạch khung “xương sống” carbon và một số nguyên tố cần thiết khác trong tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác trong tế bào. Do đó, glucose được tạo từ quá trình quang hợp cần thiết cho tổng hợp nhiều chất hữu cơ của tế bào.

Luyện tập

Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.1

Hướng dẫn giải:

- Pha sáng được thực hiện ở màng thylakoid. Các sắc tố quang hợp thu nhận năng lượng ánh sáng để chuyển thành năng lượng cho chuỗi truyền electron tạo ra ATP và NADPH, đồng thời quá trình quang phân ly nước giải phóng ${\mathrm{O}}_2$.

- Chu trình Calvin diễn ra ở chất nền của lục lạp. ATP và NADPH từ pha sáng cung cấp năng lượng và điện tử tham gia khử phân tử ${\mathrm{CO}}_2$thành ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$.

Lời giải chi tiết:

Câu hỏi 

Nêu điểm giống và khác nhau giữa quang tổng hợp và hóa tổng hợp.

Hướng dẫn giải:

- Quang tổng hợp (quang hợp) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ.

- Hóa tổng hợp là quá trình tế bào chuyển hóa năng lượng tử các phản ứng oxi hóa – khử thành năng lượng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Hướng dẫn giải:

- Quang tổng hợp (quang hợp) là quá trình tế bào thực vật sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ.

- Quang khử là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ ở vi khuẩn nhờ các sắc tố quang hợp nằm trên màng tế bào.

Lời giải chi tiết:

Hướng dẫn giải:

Tế bào tổng hợp các chất hữu cơ để làm nguyên liệu cho quá trình xây dựng và dự trữ năng lượng trong tế bào.

Lời giải chi tiết:

Các phân tử lớn như protein, lipit, tinh bột, cellulose glycogen được tế bào tổng hợp để làm nguyên liệu cho quá trình xây dựng và dự trữ năng lượng cho tế bào. Cụ thể: 

- Protein có vai trò xúc tác, vận tải; vận động; bảo vệ; truyền xung thần kinh; điều hòa; kiến tạo, chống đỡ cơ học.

- Lipit có vai trò chất mang điện tử, sắc tố hấp thụ ánh sáng, thành phần cấu tạo màng tế bào, chất truyền tin nội bào.

- Tinh bột, glycogen, cellulose có vai trò dự trữ năng lượng, cấu trúc và bảo vệ tế bào, điều hòa quá trình nảy mầm.

Hướng dẫn giải:

Phân giải các chất là quá trình chuyển hóa các chất phức tạp thành các chất đơn giản cung cấp nguyên liệu cho quá trình tổng hợp và năng lượng cho tế bào.

Lời giải chi tiết:

- Khái niệm: Phân giải là quá trình chuyển hóa các chất phức tạp thành các chất đơn giản nhờ sự xúc tác của enzyme.

- Ý nghĩa: 

+ Giải phóng năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của tế bào.

+ Tạo ra các phân tử nhỏ, là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp

Hướng dẫn giải:

Hô hấp tế bào là chuỗi các phản ứng oxi hóa – khử diễn ra trong tế bào được diễn ra trong tế bào chất và ti thể. Hô hấp tế bào giải phóng ${\mathrm{CO}}_2$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ và năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Khái niệm, nơi diễn ra và các giai đoạn của hô hấp tế bào

- Khái niệm: Hô hấp tế bào là chuỗi các phản ứng oxi – hóa khử diễn ra trong tế bào dưới sự xúc tác của enzyme nhằm phân giải các chất hữu cơ thành ${\mathrm{CO}}_2$ và ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, đồng thời cung cấp năng lượng cho tế bào được tích lũy ở ATP.

- Nơi diễn ra: Trong tế bào chất và ti thể

- Hô hấp tế bào gồm 3 giai đoạn: đường phân, oxi - hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, chuỗi truyền electron.

Câu 2: Ý nghĩa của hô hấp tế bào:

+ Có vai trò quan trọng vì chuyển đổi những năng lượng khó sử dụng thành nguồn năng lượng dễ sử dụng (ATP)

+ Cung cấp nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Vận dụng Quan sát hình 11.7, nhận xét năng lượng được tạo ra ở mỗi giai đoạn trong hô hấp tế bào.

Hướng dẫn giải:

Quan sát lượng ATP được tạo ra ở mỗi giai đoạn ở hình 11.7 và đưa ra nhận xét.

Lời giải chi tiết:

- Trong 3 giai đoạn, chuỗi truyền electron tạo ra nhiều ATP nhất (28 ATP)

- Giai đoạn 1 và 2 của hô hấp tế bào chỉ tạo ra 4 ATP, so với năng lượng dự trữ của phân từ glucose thì quá trình này chỉ giải phóng 1 phần nhỏ năng lượng. Thông qua chuỗi truyền electron, năng lượng của phân tử glucose được giải phóng hoàn toàn, một phần được dự trữ ở ATP, một phần ở dạng nhiệt năng.

Hướng dẫn giải:

Đường phân là quá trình biến đổi glucose xảy ra trong tế bào chất. Thông qua đường phân, một phần năng lượng từ glucose được chuyển thành năng lượng dự trữ trong ATP. 

Lời giải chi tiết:

- Nơi diễn ra đường phân: Tế bào chất

- Sản phẩm của đường phân: 2 phân tử pyruvic acid, 2 phân tử ATP và 2 phân tử NADH.

Hướng dẫn giải:

Pyruvic acid được hình thành trong tế bào chất được chuyển hóa qua màng kép vào chất nền của ti thể, thông qua oxi hóa pyruvic và chu trình Krebs để tiếp tục chuyển hóa năng lượng dưới dạng năng lượng dự trữ trong ATP

Lời giải chi tiết:

Hướng dẫn giải:

Trong chuỗi truyền electron, các electron từ phân tử NADH và ${\mathrm{FADH}}_2$ sẽ truyền năng lượng cho các chất nhận electron nằm ở màng trong ti thể để sử dụng cho sự tổng hợp ATP.

Lời giải chi tiết:

- Nơi diễn ra: Màng trong của ti thể

- Năng lượng giải phòng trong chuỗi truyền electron được sử dụng nhằm cung cấp cho sự tổng hợp ATP.

Hướng dẫn giải:

Trong chuỗi truyền electron, ${\mathrm{O}}_2$ là chất nhận electron cuối cùng và bị oxi hóa tạo ra nước.

Lời giải chi tiết:

Vai trò của oxygen trong chuỗi truyền electron:

Tham gia vào quá trình truyền electron: Các electron được vận chuyển từ nơi có thế năng oxi hóa khử - thấp đến nơi có thế năng oxi hóa - khử cao. Oxi là chất nhận electron cuối cùng do oxi có khả năng oxi hóa cao, do đó, nếu không có oxi, chuỗi truyền electron sẽ không diễn ra, và sẽ chuyển sang con đường hô hấp kị khí (lên men) có hiệu quả chuyển hóa năng lượng thấp hơn (lượng ATP tạo thành sẽ thấp) và tạo ra các sản phẩm (axit lactic, rượu etylic) làm đầu độc tế bào.

Hướng dẫn giải:

- Khi lao động nặng hoặc tập thể dục đều tiêu tốn nhiều năng lượng.

- Máu khi đi đến phổi sẽ nhận khí ${\mathrm{O}}_2$ để vận chuyển đến quá trình hô hấp tế bào, giúp tế bào giải phóng năng lượng trong các phân tử đường.

Lời giải chi tiết:

Khi ta tập thể dục hay lao động nặng cần một lượng lớn năng lượng, do đó cơ thể cần tạo ra nhiều phân tử ATP hơn để cung cấp cho các hoạt động đó thông qua quá trình hô hấp tế bào. Để tăng hiệu suất và tần suất hô hấp tế bào, cơ thể sẽ cần nhiều khí ${\mathrm{O}}_2$ hơn, vì vậy, cơ thể sẽ thở mạnh để phổi hấp thụ được nhiều khí ${\mathrm{O}}_2$ phục vụ cho quá trình hô hấp tế bào

Luyện tập Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bàng 11.2

Lời giải chi tiết:

Hướng dẫn giải:

Trong chuỗi truyền electron, ${\mathrm{O}}_2$ là chất nhận electron cuối cùng và bị oxi hóa tạo ra nước, và là điều kiện để chuỗi truyền electron diễn ra.

Lời giải chi tiết:

Khi không có ${\mathrm{O}}_2$, chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Krebs cũng sẽ bị dừng lại. Vậy glucose sẽ được chuyển hóa thành lactic acid, ethanol hoặc các hợp chất hữu cơ khác ở tế bào chất theo con đường lên men.

Hướng dẫn giải:

Lên men là quá trình phân giải glucose trong điều kiện kị khí (không có ${\mathrm{O}}_2$) để tạo ra các sản phẩm như acid lactic, ethanol,...

Lời giải chi tiết:

Trong quá trình muối chua rau quả (lên men lactic)  người ta thường đổ ngập nước và đậy kín để hạn chế lượng ${\mathrm{O}}_2$ tham gia vào quá trình, tạo điều kiện yếm khí cho vi khuẩn lactic phát triển đồng thời hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lên men thối.

Hướng dẫn giải:

- Tổng hợp là quá trình chuyển hóa những chất đơn giản thành những chất phức tạp diễn ra trong tế bào với sự xúc tác của enzyme.

- Phân giải là quá trình chuyển hoá các chất phức tạp thành các chất đơn giản và giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.

Lời giải chi tiết:

- Tổng hợp và phân giải là 2 quá trình trái ngược nhau là vì: Tổng hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ, tích lũy năng lượng trong liên kết của các hợp chất hữu cơ được hình thành từ các chất vô cơ. Còn phân giải là quá trình chuyển hóa chất hữu cơ phức tạp thành dạng năng lượng dễ sử dụng dưới dạng ATP.

- Hai quá trình này mật thiết với nhau vì: Phân giải sẽ không thực hiện được, nếu không có chất hữu cơ do tổng hợp tạo ra. Ngược lại, tổng hợp cũng không thể thực hiện được, nếu không có năng lượng do trình phân giải giải phóng ra.

⟶Tổng hợp và phân giải là hai quá trình đối lập nhưng thống nhất trong hoạt động sống của sinh vật

Vận dụng Dựa vào hình 11.12, vẽ sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật.

Hướng dẫn giải:

- Tổng hợp và phân giải là hai quá trình đối lập nhưng thống nhất trong hoạt động sống của sinh vật.

- Hô hấp là quá trình phân giải các chất hữu cơ thành ${\mathrm{CO}}_2$ và ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, đồng thời cung cấp năng lượng cho tế bào được tích lũy ở ATP.

- Quang hợp là quá trình tế bào sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ.

Lời giải chi tiết: