Bài 15: Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng

>> Xem chi tiết: Lý thuyết tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng - Sinh 10 Chân trời sáng tạo

Mở đầu

Hiện nay, một trong những biện pháp góp phần hạn chế hiệu ứng nhà kính hiệu quả là bảo vệ rừng, trồng nhiều cây xanh nhằm làm giảm hàm lượng CO, trong khí quyền. Biện pháp này được đưa ra dựa trên cơ sở nào?

Hướng dẫn giải:

Thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tổng hợp glucose từ ${\mathrm{CO}}_2$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ nhờ ánh sáng mặt trời.

Lời giải chi tiết:

Thực vật có khả năng sử dụng ${\mathrm{CO}}_2$ để tổng hợp glucose, đây là cơ sở của biện pháp bảo vệ rừng, trồng nhiều cây xanh nhằm giảm hàm lượng CO, trong khí quyền.

Câu hỏi 

Câu 1: Cho một số ví dụ về quá trình tổng hợp các chất trong tế bào (nêu rõ nguyên liệu tham gia, loại liên kết và sản phẩm được hình thành).

Câu 2: Tại sao nói quá trình tổng hợp các chất song song với tích lũy năng lượng?

Hướng dẫn giải:

Tổng hợp các chất trong tế bào là quá trình sử dụng nguyên liệu là các chất đơn giản, dưới sự xúc tác của enzyme để hình thành các hợp chất phức tạp hơn, đồng thời tích lũy năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Một số ví dụ về quá trình tổng hợp các chất trong tế bào

Câu 2: Nói quá trình tổng hợp các chất song song với tích lũy năng lượng vì trong quá trình tổng hợp có sự hình thành liên kết hoá học giữa các chất phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm. Như vậy, năng lượng có trong liên kết hoá học của các chất phản ứng được tích lũy trong liên kết hoá học của sản phẩm.

Luyện tập

Ở người, tại sao khi quá trình tổng hợp insulin (một loại hormone điều hoà hàm lượng đường trong máu) của tuyến tụy bị ức chế sẽ dẫn đến nguy cơ mắc bệnh tiểu đường?

Hướng dẫn giải:

- Bệnh tiểu đường là bệnh rối loạn chuyển hóa đặc trưng với biểu hiện lượng đường ở trong máu luôn ở mức cao hơn so với bình thường.

- Một trong những tác dụng quan trọng nhất của insulin là chuyển phần lớn glucose ở gan thành dạng glycogen để dự trữ.

Lời giải chi tiết:

Những người bị ức chế quá trình tổng hợp insulin của tuyến tụy sẽ không có khả năng chuyển hóa đường thành glycogen khi lượng đường trong máu tăng, do đó những người này có nguy cơ mắc bệnh tiểu đường.

Câu hỏi 

Câu 3: Từ phương trình tổng quát, hãy cho biết nguyên liệu và sản phẩm của quang hợp là gì?

Hướng dẫn giải:

Phương trình tổng quát của quang hợp ở thực vật:

Lời giải chi tiết:

Nguyên liệu của quang hợp: ${\mathrm{CO}}_2$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Sản phẩm của quang hợp: ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6, {\mathrm{O}}_2$

Câu hỏi 

Câu 4: Dựa vào Hình 15.2, hãy phân biệt pha sáng và pha tối về: nơi diễn ra, điều kiện ánh sáng, nguyên liệu tham gia và sản phẩm tạo thành.

Câu 5: Trong pha sáng, quang năng đã được chuyển hoá thành hoá năng như thế nào?

Hướng dẫn giải:

Quan sát hình 15.2 và đưa ra câu trả lời.

Lời giải chi tiết:

Câu 4: Phân biệt pha sáng và pha tối:

Câu 5: 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

Câu hỏi 

Câu 6: Quan sát Hình 15.3, hãy cho biết chu trình Calvin gồm mấy giai đoạn. Đó là những giai đoạn nào? Mô tả diễn biến trong mỗi giai đoạn đó.

Hướng dẫn giải:

Quan sát các chất tham gia và các sản phẩm tạo thành của chu trình Calvin và đưa ra câu trả lời.

Lời giải chi tiết:

Chu trình Calvin gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Cố định ${\mathrm{CO}}_2$

Trong giai đoạn này RuBP (ribulose bisphosphate)được chuyển hóa thành APG (Phosphoglyceric acid) và có sự tham gia của ${\mathrm{CO}}_2$ đồng thời ATP được chuyển hóa thành ADP và NADPH bị chuyển thành NADP+

Giai đoạn 2: Khử

APG bị khử thành AlPG (Aldehyde phosphoglyceric) và tạo ra glucose, glucose liên kết với các phân tử đường khác để tạo thành các polysaccharide như tinh bột, saccharose.

Giai đoạn 3: Tái tạo chất nhận

Giai đoạn này có sự tham gia của ATP, năng lượng từ ATP chuyển hóa AlPG (Aldehyde phosphoglyceric) thành RuBP (ribulose bisphosphate) để tiếp tục tổng hợp các polysaccharide mới.

Câu hỏi

Câu 7: Hãy vẽ sơ đồ thể hiện vai trò cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh giới của quang hợp.

Hướng dẫn giải:

Quang hợp vai trò quan trọng đối với sinh giới cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới.

Lời giải chi tiết:

Luyện tập

Nếu không có ánh sáng thì pha tối có diễn ra được không? Tại sao?

Hướng dẫn giải:

Quá trình quang tổng hợp ở thực vật và tảo diễn ra ở lục lạp và được chia thành hai pha: pha phụ thuộc ánh sáng (pha sáng) và pha không phụ thuộc ánh sáng (pha tối/ chu trình Calvin)

Lời giải chi tiết:

Nếu không có ánh sáng, pha sáng sẽ không được diễn ra, nên sẽ không cung cấp được các nguyên liệu cho pha tối. Vậy nếu không có ánh sáng, pha tối sẽ không diễn ra.

Câu hỏi 

Câu 8: Hãy cho biết các vai trò sau đây là của nhóm vi khuẩn nào.

a) Đảm bảo sự tuần hoàn của chu trình vật chất trong tự nhiên (chu trình nitrogen).

b) Cung cấp nguồn nitrogen cho thực vật.

c) Góp phần làm sạch môi trường nước.

d) Tạo ra các mỏ quặng.

Hướng dẫn giải:

Các nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp chủ yếu gồm:

- Nhóm vi khuẩn oxi hoá lưu huỳnh: gồm các vi khuẩn có khả năng oxi hoá các hợp chất chứa lưu huỳnh (${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, S) thành sulfuric acid (${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$), một phần năng lượng từ quá trình đó được dùng để tổng hợp chất hữu cơ.

- Nhóm vi khuẩn oxi hoá nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hóa (oxi hóa ${\mathrm{NH}}_3$ thành ${\mathrm{HNO}}_3$) và nitrate hoá (oxi hóa ${\mathrm{HNO}}_2$ thành ${\mathrm{HNO}}_3$). Chúng sử dụng 6 – 7% năng lượng để tổng hợp glucose từ ${\mathrm{CO}}_2$.

- Nhóm vi khuẩn oxi hoá sắt: gồm các nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxi hoá sắt hoá trị hai (FeCO3) thành sắt hoá trị ba ($\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3$).

Lời giải chi tiết:

Câu hỏi 

Câu 9: Sự khác nhau giữa quang tổng hợp có giải phóng ${\mathrm{O}}_2$ và không giải phóng ${\mathrm{O}}_2$ là gì?

Câu 10: Vai trò của quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn có giống với ở thực vật không? Giải thích.

Câu 11: Quá trình quang khử ở vi khuẩn có góp phần làm sạch môi trường nước không? Giải thích.

Hướng dẫn giải:

- Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử ${\mathrm{CO}}_2$ thành chất hữu cơ. Tuỳ vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia thành hai dạng: quang hợp (thải ${\mathrm{O}}_2$) và quang khử (không thải ${\mathrm{O}}_2$).

- Quá trình quang khử ở vi khuẩn có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường.

- Quang hợp có nhiều vai trò quan trọng đối với thực vật và đời sống con người như: tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng; cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần

như toàn bộ sinh giới; cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học; điều hoà hàm lượng ${\mathrm{O}}_2$, và ${\mathrm{CO}}_2$ trong khí quyển.

Lời giải chi tiết:

Câu 9: Quang hợp có sự tham gia của ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ làm chất cho electron và có giải phóng khí ${\mathrm{O}}_2$, trong khi quang khử không sử dụng ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ mà sử dụng ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ hoặc ${\mathrm{H}}_2$ để làm chất cho electron.

Câu 10: Quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn có vai trò giống với ở thực vật vì cả hai quá trình đều có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường, cung cấp các nguyên liệu cho các hoạt động sản xuất của con người.

Câu 11: Quá trình quang khử ở vi khuẩn giúp góp phần làm sạch môi trường nước vì trong nguồn nước bị ô nhiễm có thể chứa các chất gây ô nhiễm như ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, sử dụng vi khuẩn lưu huỳnh lục và tía có thể giúp loại bỏ chất này ra khỏi nguồn nước.

Luyện tập

Hoạt động của vi khuẩn oxi hoá nitrogen có ý nghĩa gì với quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật?

Hướng dẫn giải:

- Nhóm vi khuẩn oxi hoá nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hóa (oxi hóa ${\mathrm{NH}}_3$ thành ${\mathrm{HNO}}_3$) và nitrate hoá (oxi hóa ${\mathrm{HNO}}_2$ thành ${\mathrm{HNO}}_3$). Chúng sử dụng 6 – 7% năng lượng để tổng hợp glucose từ ${\mathrm{CO}}_2$.

Lời giải chi tiết:

Các vi khuẩn oxi hóa nitrogen có khả năng biến đổi nitơ trong đất và không khí thành các dạng mà thực vật có thể hấp thu được. Vậy, hoạt động của vi khuẩn oxi hoá nitrogen cung cấp đạm cho các hoạt động trong quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật.

Vận dụng

Hãy đưa ra các bằng chứng để chứng minh rằng: “Tất cả sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quang hợp".

Hướng dẫn giải:

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

Lời giải chi tiết:

- Các sinh vật có khả năng quang hợp tạo ra carbohydrate, các chất hữu cơ khác cung cấp cho các sinh vật dị dưỡng, đóng vai trò là nguồn thức ăn.

- Các sinh vật có khả năng quang hợp hấp thụ ${\mathrm{CO}}_2$ và thải ${\mathrm{O}}_2$, duy trì ổn định nồng độ 2 khí này trong khí quyển, đảm bảo cho hoạt động sống (hô hấp) của sinh vật.

Như vật, quang hợp có vai trò cung cấp nguồn năng lượng và cung cấp khí ${\mathrm{O}}_2$ cho hoạt động hô hấp của các sinh vật trên Trái Đất. Do đó, tất cả sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quang hợp.

Bài tập

Bài 1:  Khi nói về nguồn gốc của ${\mathrm{O}}_2$ được tạo ra từ quang hợp, có ý kiến cho rằng ${\mathrm{O}}_2$ có nguồn gốc từ ${\mathrm{CO}}_2$ trong khi ý kiến khác lại nói ${\mathrm{O}}_2$ có nguồn gốc từ ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$. Hãy để xuất một phương án để kiểm chứng ý kiến nào đúng trong hai ý kiến trên.

Bài 2: Trong trồng trọt, tại sao người ta thường trồng xen canh các cây ưa sáng và cây ưa bóng?

Hướng dẫn giải:

- Trong pha sáng, chuỗi truyền electron tổng hợp ATP và NADPH, đồng thời thực hiện quá trình quang phân li nước cũng diễn ra giải phóng ${\mathrm{O}}_2$. Pha tối (còn gọi là chu trình Calvin) khử ${\mathrm{CO}}_2$ để hình thành carbohydrate nhờ ATP và NADPH lấy từ pha sáng.

- Cây ưa sáng là những cây sinh trưởng tốt trong điều kiện ánh sáng mạnh, cường độ cao, cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng yếu. Cây ưa bóng có khả năng quang hợp khi ánh sáng yếu, cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng mạnh.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Chúng ta có thể thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng ý kiến đúng. Thí nghiệm này thực hiện với 2 mẫu vật thực vật: một mẫu thiếu khí ${\mathrm{CO}}_2$ (trồng trong hộp kín) và mẫu thiếu nước (không tưới cây, đất khô) và kiểm tra xem mẫu vật nào sản sinh ra khí ${\mathrm{O}}_2$.

Câu 2: Trong trồng trọt, người ta thường trồng xen canh các cây ưa sáng và cây ưa bóng để có thể thu hoạch được tối đa sản phẩm từ thực vật vì nhu cầu ánh sáng ở hai loại cây này khác nhau, nên việc trồng xen canh sẽ giúp cả hai loài đều thực hiện được quang hợp.