Bài 6. Các phân tử sinh học trong tế bào

>> Xem chi tiết: Lý thuyết các phân tử sinh học trong tế bào - Sinh 10 Chân trời sáng tạo

Mở đầu 

Tại sao dựa vào kết quả xét nghiệm DNA, người ta có thể xác định được hai người thất lạc nhiều năm có quan hệ huyết thống với nhau, cũng như có thể tìm ra hung thủ chỉ từ một mẫu mô rất nhỏ có ở hiện trường?

Hướng dẫn giải:

- Mỗi tế bào đều gồm nhân mang thông tin di truyền. Thông tin di truyền được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác và có trong tất cả các tế bào.

- Mô được cấu tạo từ rất nhiều tế bào.

Lời giải chi tiết:

Vì DNA có tính đặc thù và có ở tất cả các tế bào nên dựa vào kết quả xét nghiệm DNA, người ta có thể xác định được hai người thất lạc nhiều năm có quan hệ huyết thống với nhau, cũng như có thể tìm ra hung thủ chỉ từ một mẫu mô rất nhỏ có ở hiện trường.

1. Phân tử sinh học là gì? Kể tên một số phân tử sinh học trong tế bào.

Phương pháp giải:

  Các nguyên tố hoá học đã kết hợp với nhau hình thành nhiều phân tử sinh học (là các phân tử hữu cơ do sinh vật sống tạo thành), chúng có vai trò quan trọng đối với sự sống vì vừa là thành phần cấu tạo, vừa tham gia thực hiện nhiều chức năng trong tế bào.

Lời giải chi tiết:

- Phân tử sinh học là các phân tử hữu cơ do sinh vật sống tạo thành. Chúng là thành phần cấu tạo và thực hiện nhiều chức năng trong tế bào.

- Một số phân tử sinh học trong tế bào là: carbohydrate, lipid, protein, nucleic acid.

2. Dựa vào tiêu chí nào để phân loại carbohydrate?

Phương pháp giải:

 Carbohydrate là phân tử sinh học được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O theo nguyên tắc đa phân. Mỗi đơn phân là một phân tử đường đơn có từ 3 - 7 carbon, phổ biến nhất là đường 5 - 6 carbon.

Lời giải chi tiết:

 Tuỳ theo số lượng đơn phân trong phân tử mà carbohydrate được chia thành: đường đơn (monosaccharide), đường đôi (disaccharide) và đường đa (polysaccharide).

3. Cấu tạo các loại đường đơn trong Hình 6.1 có đặc điểm gì giống nhau?

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.1 và đưa ra nhận xét.

Lời giải chi tiết:

 Các loại đường đơn trong hình 6.1 đều được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O; và được cấu tạo từ 6 carbon, nên được gọi là đường 6 carbon.

4. Hãy kể tên một số loại thực phẩm có chứa các loại đường đôi.

Phương pháp giải:

 Đường đôi do hai phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycoside (là liên kết được hình thành giữa hai phân tử đường hoặc giữa một phân tử đường và một phân tử khác).

Lời giải chi tiết:

Một số loại thực phẩm có chứa các loại đường đôi:

- Saccharose có nhiều trong thực vật, đặc biệt là mía và củ cải đường.

- Maltose (còn gọi là đường mạch nha) có trong mầm lúa mạch, kẹo mạch nha.

- Lactose (đường sữa) có trong sữa người và động vật.

5. Quan sát Hình 6.3a và cho biết các phân tử cellulose liên kết với nhau như thế nào để hình thành vi sợi cellulose.

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.3 và đưa ra nhận xét về liên kết giữa các phân tử glucose có trong phân tử cellulose.

Lời giải chi tiết:

 Mỗi vi sợi cellulose được cấu tạo từ rất nhiều phân tử cellulose. Mỗi phân tử cellulose được liên kết với nhau từ các đơn phân D-glucose, nối với nhau bằng liên kết 1,4-β-glucoside tạo thành mạch thẳng không phân nhánh.

Câu hỏi 

6. Nêu vai trò của carbohydrate. Cho ví dụ.

Hướng dẫn giải:

Carbohydrate là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào cũng như tham gia cấu tạo nên nhiều thành phần của tế bào và cơ thể.

Lời giải chi tiết:

- Carbohydrate là nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống, đồng thời cũng là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể

Ví dụ: tinh bột ở thực vật, glycogen ở nấm và động vật là nguồn dự trữ năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống trong cơ thể.

- Carbohydrate còn tham gia cấu tạo nên một số thành phần của tế bào và cơ thể sinh vật.

Ví dụ: thành tế bào thực vật được cấu tạo từ cellulose,  thành tế bào nấm và bộ xương ngoài của côn trùng được cấu tạo từ chitin,  thành tế bào vi khuẩn được cấu tạo từ peptidoglycan.

- Một số carbohydrate còn liên kết với protein hoặc lipid tham gia cấu tạo màng sinh chất và kênh vận chuyển các chất trên màng. Các đường đơn 5 carbon (ribose, deoxyribose) tham gia cấu tạo nucleic acid.

Ví dụ: Kênh đồng vận chuyển glucose – natri có vai trò trong tái hấp thu glucose ở thận.

Tại sao các vận động viên chơi thể thao thường ăn chuối chín vào giờ giải lao?

Phương pháp giải:

  Carbohydrate là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào cũng như tham gia cấu tạo nên nhiều thành phần của tế bào và cơ thể.

Lời giải chi tiết:

  Trong chuối chín có chứa nhiều chất dinh dưỡng như vitamin, chất đạm, chất xơ,...trong đó có chứa nhiều tinh bột. Các vận động viên tập luyện tiêu tốn rất nhiều năng lượng, do đó các vận động viên chơi thể thao thường ăn chuối chín vào giờ giải lao để bổ sung lượng đường cung cấp năng lượng cho các hoạt động tập luyện.

7. Tại sao lipid không tan hoặc rất ít tan trong nước?

Phương pháp giải:

- Tính chất của nước: Nước có tính phân cực do cặp electron bị lệch về phía oxygen.

- Tính chất của lipit: Chứa nhiều liên kết C-H không phân cực.

Lời giải chi tiết:

Lipid không tan trong nước vì các liên kết C- H trong lipit không phân cực, còn nước có tính phân cực.

8. Lipid đơn giản được cấu tạo từ những thành phần nào?

9. Cấu tạo của acid béo no và không no có gì khác nhau?

Phương pháp giải:

- Lipid đơn giản gồm ba loại: mỡ (ở động vật) được cấu tạo từ các acid béo no (trong phân tử chỉ có liên kết đơn) nên tồn tại ở trạng thái rắn; dầu (ở thực vật và một số loài cá) được cấu tạo từ các acid béo không no (trong phân tử có liên kết đôi) nên có dạng lỏng; sáp có ở mặt trên của lớp biểu bì lá, mặt ngoài vỏ của một số trái cây, bộ xương ngoài của côn trùng, lông chim và thú.

Lời giải chi tiết:

8. Lipid đơn giản được cấu tạo từ những thành phần: acid béo (no hoặc không no) liên kết với nhóm glycerol hoặc rượu.

9. Sự khác nhau về cấu tạo của acid béo no và không no: trong các phân tử acid béo no chỉ có liên kết đơn; trong các phân tử acid béo không no có liên kết đôi.

Ở bề mặt lá của một số cây như khoai nước, chuối, su hào có phủ một lớp chất hữu cơ. Lớp chất hữu cơ này có bản chất là gì? Hãy cho biết vai trò của chúng.

Lời giải chi tiết:

Ở bề mặt lá của một số cây như khoai nước, chuối, su hào có phủ một lớp chất hữu cơ. Lớp chất hữu cơ này có bản chất là lipit (sáp), có vai trò chống thấm nước vào các bề mặt lá.

10. Quan sát Hình 6.5 và đọc đoạn thông tin, hãy cho biết cấu tạo của steroid có gì khác so với các loại lipid còn lại.

11. Kể tên một số loại thực phẩm giàu lipid.

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.5 và đưa ra nhận xét về cấu trúc của steroid với các lipit còn lại.

Lời giải chi tiết:

10. Sự khác nhau về cấu tạo của steroid so với các loại lipid còn lại: Steroid có cấu tạo gồm phân tử alcol mạch vòng liên kết với acid béo, còn các lipit khác có cấu tạo từ acid béo mạch thẳng.

11. Một số loại thực phẩm giàu lipid: trứng, dầu thực vật, mỡ, bơ, cá, chocolate, sữa, bơ, dừa,...

12. Lipid có những vai trò gì đối với sinh vật? Cho ví dụ.

Phương pháp giải:

Lipid có vai trò dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể, tham gia cấu tạo tế bào và nhiều quá trình sinh lí của cơ thể.

Lời giải chi tiết:

Vai trò của lipid:

- Nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể (mỡ và dầu).

Ví dụ: Lớp mỡ dưới da có vai trò dự trữ năng lượng cho cơ thể, trong các loại hạt có chứa nhiều dầu để dự trữ năng lượng cung cấp cho quá trình nảy mầm.

- Thành phần cấu tạo màng sinh chất (phospholipid, cholesterol), tham gia vào nhiều hoạt động sinh lí của cơ thể như quang hợp ở thực vật (carotenoid), tiêu hoá (dịch mật) và điều hoà sinh sản ở động vật (estrogen, testosterone).

Ví dụ: Cholesterol là thành phần cấu trúc màng tế bào.

13. Tại sao các loại protein khác nhau có chức năng khác nhau?

14. Kể tên các loại thực phẩm giàu protein.

Phương pháp giải:

  Protein được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, mỗi đơn phân là các amino acid. Tính đa dạng và đặc thù của chuỗi polypeptide được quy định bởi số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của 20 loại amino acid. Các loại amino acid khác nhau ở gốc R (gốc R có thể là -H, -CH, -CH,-SH,...).

Lời giải chi tiết:

13. Các loại protein khác nhau có chức năng khác nhau vì chúng được cấu tạo từ các loại amino acid khác nhau về số lượng, thành phần, trật tự, tạo nên các chức năng khác nhau của từng protein.

14. Các loại thực phẩm giàu protein: thịt, cá, trứng, sữa, hạnh nhân, bông cải xanh,....

15. Quan sát Hình 6.8, hãy cho biết:

a) Cấu trúc bậc 1 của protein được hình thành như thế nào?

b) Cấu trúc bậc 2 của protein có mấy dạng phổ biến? Các dạng đó có đặc điểm gì?

c) Sự hình thành cấu trúc bậc 3 và bậc 4 của protein.

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.8 và đưa ra nhận xét về cách liên kết trong các bậc của protein.

Lời giải chi tiết:

a) Cấu trúc bậc 1 được hình thành do các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết peptide (là liên kết được hình thành giữa nhóm carboxyl của amino acid đứng trước và nhóm amino của amino acid đứng sau, đồng thời loại đi một phân tử nước) tạo thành chuỗi polypeptide có dạng mạch thẳng. Một phân tử protein có thể được cấu tạo từ vài chục đến vài trăm amino acid.

b) Cấu trúc bậc 2: Gồm 2 dạng là xoắn lò xo α hoặc gấp nếp β. Cấu trúc này được giữ ổn định nhờ liên kết hydrogen giữa các amino acid đứng gần nhau.

c) Sự hình thành cấu trúc bậc 3: Chuỗi polypeptide bậc 2 tiếp tục co xoắn tạo thành cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng. Cấu trúc không gian đặc trưng quy định chức năng sinh học của phân tử protein. Cấu trúc bậc 3 của protein được giữ ổn định nhờ liên kết hydrogen, cầu nối disulfit (-S - S-)..

Sự hình thành cấu trúc bậc 4: Một số phân tử protein được hình thành do sự liên kết từ hai hay nhiều chuỗi polypeptide bậc 3 tạo thành cấu trúc bậc 4. Ví dụ như phân tử hemoglobin gồm hai chuỗi α và hai chuỗi β.

16. Xác định các ví dụ sau đây thuộc vai trò nào của protein.

a) Casein trong sữa mẹ.

b) Actin và myosin cấu tạo nên các cơ.

c) Kháng thể chống lại vi sinh vật gây bệnh.

d) Hormone insulin và glucagon điều hòa lượng đường trong máu.

Phương pháp giải:

 Protein là phân tử sinh học có chức năng đa dạng nhất trong tế bào: cấu tạo, dự trữ amino acid, xúc tác, điều hoà, vận chuyển, bảo vệ, vận động, thu nhận thông tin,...

Lời giải chi tiết:

Tại sao thịt bò, thịt lợn và thịt gà đều được cấu tạo từ protein nhưng chúng lại khác nhau về nhiều đặc tính?

Phương pháp giải:

- Protein được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, mỗi đơn phân là các amino acid. Tính đa dạng và đặc thù của chuỗi polypeptide được quy định bởi số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của 20 loại amino acid.

- Các loại amino acid khác nhau ở gốc R (gốc R có thể là -H, -CH, -CH,-SH,...).

Lời giải chi tiết:

  Cơ thể sinh vật đều được cấu tạo từ hơn 20 loại axit amin khác nhau. Các axit amin này được sắp xếp theo trật tự, thành phần và số lượng khác nhau nên tạo ra vô số protein khác nhau về cấu trúc và chức năng. Do đó thịt bò, thịt lợn và thịt gà đều được cấu tạo từ protein nhưng chúng lại khác nhau về nhiều đặc tính.

17. Quan sát Hình 6.11, hãy cho biết thành phần và sự hình thành của một nucleotide. Có bao nhiêu loại nucleotide? Nucleotide cấu tạo nên DNA và RNA khác nhau như thế nào?

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.11 và đưa ra nhận xét về cách liên kết của nucleotide.

Lời giải chi tiết:

- Nucleotide được cấu tạo từ ba thành phần là base nitrogen, đường 5 carbon và acid phosphoric. Base nitrogen liên kết với pentose qua liên kết N – Glycoside tạo thành nucleoside, acid phosphoric kết hợp với pentose trong nucleoside qua liên kết ester.

- Nucleic acid được chia thành hai loại là deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).

- DNA được cấu tạo từ bốn loại nucleotide là A, T, G, C; còn RNA được cấu tạo từ A, U, G, C.

18. Quan sát Hình 6.12, hãy cho biết mạch polynucleotide được hình thành như thế nào. Xác định chiều hai mạch của phân tử DNA.

19. Tính bền vững và linh hoạt trong cấu trúc của DNA có được là nhờ đặc điểm nào?

20. Nhờ quá trình nào mà thông tin trên DNA được di truyền ổn định qua các thế hệ?

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.12 và đưa ra nhận xét về sự hình thành ADN.

Lời giải chi tiết:

18. Hai mạch polynucleotide liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen; G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen). Mỗi mạch polynucleotide được tạo thành từ các liên kết phosphodieste giữa các nucleotide.

Hai mạch polynucleotide song song và ngược chiều nhau (3' - 5' và 5' - 3').

19. Tính bền vững và linh hoạt trong cấu trúc của DNA có được là nhờ liên kết phosphodieste giữa các nucleotide trong cùng một mạch và liên kết hidro giữa hai mạch polynucleotide: Liên kết photphodieste giữ cho phân tử ADN sự bền vững, đồng thời liên kết hidro là liên kết yếu, giúp cấu trúc ADN có tính linh hoạt.

20. Nhờ quá trình nguyên phân nên thông tin trên DNA được di truyền ổn định qua các thế hệ.

21. Quan sát Hình 6.13, hãy lập bảng phân biệt ba loại RNA dựa vào các tiêu chí sau: dạng mạch (kép hay đơn, xoắn hay thẳng), liên kết hydrogen (có hay không có).

Phương pháp giải:

Quan sát hình 6.13 và đưa ra nhận xét.

Lời giải chi tiết:

Tại sao thế hệ con thường có nhiều đặc điểm giống bố mẹ?

Phương pháp giải:

DNA có vai trò lưu trữ và truyền đạt thông tin di truyền.

Lời giải chi tiết:

Thông tin di truyền DNA được truyền đạt qua các thế hệ, từ đời này qua đời khác nhờ quá trình tái bản DNA trong phân bào, do đó thế hệ con thường có nhiều đặc điểm giống bố mẹ.

Trong khẩu phần ăn cho người béo phì, chúng ta có nên cắt giảm hoàn toàn lượng lipid không? Tại sao?

Phương pháp giải:

 Lipid có vai trò dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể, tham gia cấu tạo tế bào, tổng hợp vitamin và nhiều quá trình sinh lí của cơ thể.

Lời giải chi tiết:

 Không nên cắt giảm hoàn toàn lượng lipid trong khẩu phần ăn cho người béo phì mà cần giảm bớt lipid trong khẩu phần ăn vì có thể gây mất cân bằng dinh dưỡng.

Câu 1: Đặc điểm nào giúp cellulose trở thành hợp chất bền vững có chức năng bảo vệ tế bào?

Câu 2: Phân biệt cấu tạo, chức năng của DNA và RNA.

Câu 3: Hãy tìm hiểu và giải thích tại sao một số vi sinh vật sống được ở trong suối nước nóng có nhiệt độ xấp xỉ 100 °C mà protein của chúng không bị biến tính.

Câu 4: Tại sao các loài động vật sống ở vùng cực thường có lớp mỡ dưới da dày hơn so với các loài sống ở vùng nhiệt đới?

Câu 5: Người ta tiến hành tổng hợp các đoạn DNA nhân tạo trong ống nghiệm, quá trình này được xúc tác bởi enzyme A (có bản chất là protein). Ở nhiệt độ 30 °C, sau hai giờ, người ta nhận thấy số lượng DNA tăng lên. Sau đó, tăng nhiệt độ lên 50°C thì trong hai giờ tiếp theo, số lượng DNA không tăng lên nữa. Biết cấu trúc của DNA không bị thay đổi khi nhiệt độ tăng. Hãy giải thích tại sao.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Do có các liên kết 1,4-β-glucoside giữa các đơn phân D-glucose giúp cellulose trở thành hợp chất bền vững có chức năng bảo vệ tế bào

Câu 2:

Câu 3: Một số vi sinh vật sống được ở trong suối nước nóng có nhiệt độ xấp xỉ 100°C mà protein của chúng không bị biến tính, do protein của các loại sinh vật này có cấu trúc đặc biệt nên không bị biến tính khi ở nhiệt độ cao.

Câu 4: Lipit có tác dụng giữ nhiệt nên các loài động vật sống ở vùng cực thường có lớp mỡ dưới da dày hơn so với các loài sống ở vùng nhiệt đới.

Câu 5: Khi tăng nhiệt độ lên 30°C, enzyme A (có bản chất là protein) xúc tác cho quá trình tổng hợp các đoạn DNA nhân tạo trong ống nghiệm nên số lượng DNA tăng lên. Sau đó, tăng nhiệt độ lên 50°C thì enzyme A bị biến tính, làm bị mất chức năng sinh học nên quá trình tổng hợp các đoạn DNA bị dừng lại, số lượng DNA không tăng lên nữa.