Bài 14. Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào

Lý thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào - Sinh 10 Kết nối tri thức

CH tr 85 MĐ

Phương pháp giải:

Mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể đều cần năng lượng ATP. Phân tử ATP giống như viên pin sạc mà năng lượng được dự trữ ở các liên kết hóa học của nó. 

Lời giải chi tiết:

   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, tức là quá trình phá vỡ các liên kết hóa học có trong các phân tử sinh học để tạo ra các phân tử nhỏ hơn và giải phóng năng lượng. Một phần năng lượng giải phóng ra sẽ được tích lũy trong phân tử ATP và một phần giải phóng ra ở dạng nhiệt năng.

CH tr 88 1

Dừng lại và suy ngẫm

Phương pháp giải:

  Phân giải các chất trong tế bào là một quá trình quan trọng để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.

Lời giải chi tiết:

- 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 giải phóng ra sẽ được tích lũy trong phân tử ATP và một phần giải phóng ra ở dạng nhiệt năng.

- Ví dụ minh họa: 

+ Quá trình phân giải hoàn toàn glucose thông qua hô hấp tế bào, năng lượng dạng hóa năng trong các phân tử đường sẽ được giải phóng từ từ qua các giai đoạn và chuyển thành dạng năng lượng dễ sử dụng hơn trong các phân tử ATP . Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là CO2 và nước với sự tham gia của O2, đồng thời trong điều kiện tối ưu thì quá trình này giải phóng năng lượng tương đương 36 đến 38 ATP cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.

+ Quá trình lên men đường, tức phân giải glucose không hoàn toàn tạo ra 2 ATP cho tế bào sử dụng trong điều kiện thiếu oxy.

CH tr 88 2

Phương pháp giải:

  Hô hấp tế bào (hay còn gọi là hô hấp hiếu khí) là quá trình phân tử đường bị phân giải hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước với sự tham gia của O2, đồng thời giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào. Bản chất của quá trình này là một chuỗi các phản ứng oxy hóa khử, trong đó năng lượng dạng hóa năng trong các phân tử đường sẽ được giải phóng từ từ qua các giai đoạn và chuyển thành dạng năng lượng dễ sử dụng hơn trong các phân tử ATP, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt năng.

Lời giải chi tiết:

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.

CH tr 88 3

Phương pháp giải:

  Lên men là quá trình phân giải không hoàn toàn các phân tử đường để tạo năng lượng mà không có sự tham gia của oxy và chuỗi truyền electron.

Lời giải chi tiết:

- Quá trình lên men gồm 2 giai đoạn là đường phân và lên men. Giai đoạn đường phân diễn ra tương tự như ở hô hấp hiếu khí. Trong giai đoạn lên men, electron từ glucose qua NADH được truyền tới các phân tử hữu cơ khác.

- Sự khác nhau giữa lên men rượu và lên men lactate là:

CH tr 88 4

Phương pháp giải:

  Phân giải hiếu khí và lên men đều là các quá trình phân giải các chất hữu cơ trong tế bào, tức 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 giải phóng ra sẽ được tích lũy trong phân tử ATP và một phần giải phóng ra ở dạng nhiệt năng.

Lời giải chi tiết:

* Điểm giống nhau giữa phân giải hiếu khí và lên men trong tế bào động vật là:

- Đều là con đường giúp cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào.

- Đều có giai đoạn đường phân, xảy ra trong tế bào chất và không có sự tham gia của oxy. 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.

- Đều có sự tham gia của chất nhận – chuyển electron trung gian là NAD+/NADH.

* Điểm khác nhau giữa phân giải hiếu khí và lên men trong tế bào động vật (lên men lactate) là:

Ch tr 92 1

Dừng lại và suy ngẫm 

Phương pháp giải:

Tổng hợp các chất là một quá trình quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của tế bào và cơ thể.

Lời giải chi tiết:

- 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.

Ch tr 92 2

Phương pháp giải:

Quang hợp là quá trình mà thực vật và các sinh vật quang tự dưỡng khác chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng nhờ tế bào có lục lạp chứa chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng.

Lời giải chi tiết:

Trong tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng, quang hợp có vai trò vô cùng quan trọng và đây cũng quá trình quan trọng nhất đối với hệ thống sống. Quá trình này giúp chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng để dự trữ và cung cấp 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.

Ch tr 92 3

Phương pháp giải:

- Hóa tổng hợp là quá trình cố định CO2 thành các chất hữu cơ nhờ sử dụng năng lượng từ các phản ứng oxy hóa các chất vô cơ.

- Quang khử là một quá trình vẫn dùng năng lượng ánh sáng để khử CO2 nhưng lại không dùng H2O làm nguồn cung cấp H+ và electron như trong quang hợp ở cây mà dùng H2S, S, H2 và một số chất hữu cơ khác. Quá trình này không giải phóng O2 nên còn gọi là quang hợp không giải phóng O2 hay còn gọi là quang khử.

Lời giải chi tiết:

Điểm khác của hóa tổng hợp và quang khử ở vi khuẩn so với quang hợp ở thực vật là:

Ch tr 92 4

Phương pháp giải:

Quá trình tổng hợp và phân giải có mối quan hệ trái ngược nhưng thống nhất và mật thiết với nhau trong tế bào.

Lời giải chi tiết:

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.

CH tr 93 LT 1

Luyện tập và vận dụng

Phương pháp giải:

- Quang hợp là quá trình mà thực vật và các sinh vật quang tự dưỡng khác chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng nhờ tế bào có lục lạp chứa chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng.

- Hóa tổng hợp là quá trình cố định CO2 thành các chất hữu cơ nhờ sử dụng năng lượng từ các phản ứng oxy hóa các chất vô cơ.

- Quang khử là một quá trình vẫn dùng năng lượng ánh sáng để khử CO2 nhưng lại không dùng H2O làm nguồn cung cấp H+ và electron như trong quang hợp ở cây mà dùng H2S, S, H2 và một số chất hữu cơ khác. Quá trình này không giải phóng O2 nên còn gọi là quang hợp không giải phóng O2 hay còn gọi là quang khử.

Lời giải chi tiết:

* Điểm giống nhau hóa tổng hợp, quang khử và quang hợp là: đều tạo ra sản phẩm là các phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản và tích lũy năng lượng, từ đó cung cấp cho quá trình phân giải của tế bào và sinh vật.

* Điểm khác của ba quá trình trên là:

CH tr 93 LT 2

Kẻ và hoàn thành bảng vào vở theo mẫu sau:

Phương pháp giải:

Đường phân, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron là 3 giai đoạn chính của quá trình hô hấp tế bào.

Lời giải chi tiết:

CH tr 93 LT 3

Phương pháp giải:

Quá trình chuyển hoá vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Chuyển hoá vật chất gồm 2 quá trình vừa trái ngược vừa thống nhất là: 

- Quá trình đồng hóa, ví dụ như quang hợp ở thực vật và các sinh vật quang tự dưỡng khác, là quá trình tổng hợp nên phân tử phức tạp từ các phân tử đơn giản. Trong quá trình này, năng lượng ánh sáng được chuyển thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng nhờ tế bào có lục lạp chứa chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng.

- Quá trình dị hóa, ví dụ như hô hấp tế bào, là quá trình phá vỡ các các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản hơn. Quá trình này đã giải phóng ra năng lượng dưới dạng ATP và một phần năng lượng ở dạng nhiệt năng. 

Như vậy, quá trình chuyển hoá vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng.

CH tr 93 LT 4

Phương pháp giải:

Ở người, hiện tượng đau mỏi cơ khi vận động nhiều là do lượng lactic acid được sản sinh từ quá trình lên men lactate đã tích lũy quá nhiều đã gây độc cho cơ.

Lời giải chi tiết:

- 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.