Giải Sinh học 10 Bài 10 (Cánh diều): Sự chuyển hóa năng lượng và enzyme

Giải Sinh học 10 Bài 10: Sự chuyển hóa năng lượng và enzyme

Mở đầu trang 61 Sinh học 10: Quan sát hình 10.1 và nêu các dạng năng lượng trong quá trình quang hợp. Trong quá trình đó, năng lượng được chuyển hóa từ dạng nào sang dạng nào? Chuyển hóa năng lượng là gì?

Trả lời:

- Các dạng năng lượng trong quá trình quang hợp: năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) và năng lượng tích lũy trong các hợp chất hóa học (năng lượng hóa học).

- Trong quá trình quang hợp, năng lượng chuyển hoá từ năng lượng quang năng sang năng lượng hóa học.

- Khái niệm chuyển hóa năng lượng: Chuyển hóa năng lượng là quá trình biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, từ năng lượng trong hợp chất này thành năng lượng trong hợp chất khác.

I. Năng lượng và sự chuyển hoá năng lượng trong tế bào

Câu hỏi 1 trang 61 Sinh học 10: Hoạt động sống của tế bào và cơ thể sử dụng các dạng năng lượng nào? Quá trình nào cung cấp năng lượng cho tế bào?

Trả lời:

- Các dạng năng lượng được sử dụng trong hoạt động sống của tế bào và cơ thể: năng lượng hoá học, năng lượng cơ học, năng lượng điện, năng lượng nhiệt. Trong đó, năng lượng hóa học là dạng năng lượng phổ biến trong tế bào.

- Quá trình cung cấp năng lượng cho tế bào là quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng.

Câu hỏi 2 trang 61 Sinh học 10: Quan sát hình 10.2 và xác định các dạng năng lượng được chuyển hóa trong hoạt động sống của tế bào?

Trả lời:

- Ở hình a, năng lượng hóa học trong phân tử C₆H₁₂O₆ được chuyển hóa thành năng lượng hóa học dễ sử dụng trong phân tử ATP và nhiệt năng (Q).

- Ở hình b, năng lượng hóa học trong phân tử ATP được chuyển hóa thành cơ năng để vận chuyển các chất qua màng.

Câu hỏi 3 trang 62 Sinh học 10: Ở hình 10.3, năng lượng được chuyển từ dạng nào sang dạng nào? Sự chuyển hóa này có ý nghĩa gì đối với tế bào?

Trả lời:

- Ở hình 10.3, năng lượng hóa học trong phân tử glucose chuyển hoá thành năng lượng hóa học trong phân tử pyruvic acid, NADH, ATP và nhiệt năng (Q).

- Ý nghĩa: Sự chuyển hoá năng lượng trên cung cấp năng lượng cho tế bào thực hiện các hoạt động sống đảm bảo sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và sinh sản.

Luyện tập 1 trang 62 Sinh học 10: Nêu một số hoạt động tế bào cần sử dụng năng lượng. Trong các hoạt động đó, năng lượng được chuyển hóa như thế nào?

Trả lời:

Một số hoạt động tế bào cần sử dụng năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng trong các hoạt động đó:

Câu hỏi 4 trang 62 Sinh học 10: Quan sát hình 10.4 và cho biết chức năng của ATP trong tế bào. Giải thích?

Trả lời:

- Chức năng của ATP trong tế bào:

+ Tổng hợp các chất hoá học cần thiết cho tế bào.

+ Vận chuyển chủ động các chất qua màng.

+ Sinh công cơ học.

- Giải thích: Hầu hết các hoạt động sống của tế bào đều cần sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, tế bào không thể trực tiếp sử dụng năng lượng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ mà phải phân giải các hợp chất hữu cơ để tạo ra dạng năng lượng dễ sử dụng hơn trong các ATP. ATP là hợp chất cao năng, dễ giải phóng năng lượng; khi liên kết giữa hai gốc phosphate của ATP bị phá vỡ, năng lượng được chuyển hóa trực tiếp cho các hoạt động cần năng lượng của tế bào.

Luyện tập 2 trang 63 Sinh học 10: Dựa vào hình 10.5 nêu cấu tạo của ATP. ATP được phân giải và tổng hợp như thế nào? Đặc điểm nào để có thể ví ATP là “đồng tiền” năng lượng trong tế bào?

Trả lời:

• Cấu tạo ATP: ATP gồm 3 thành phần cơ bản là phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate. Trong đó, liên kết giữa các gốc phosphate là liên kết cao năng.

• Sự tổng hợp và phân giải ATP:

+ Sự phân giải ATP: Để giải phóng năng lượng, liên kết giữa hai gốc phosphate của ATP bị phá vỡ tạo thành ADP và Pi. Năng lượng giải phóng ra được chuyển hóa trực tiếp cho các hoạt động cần năng lượng của tế bào.

+ Sự tổng hợp ATP: ATP được tái tổng hợp bằng cách nhóm Pi liên kết trở lại với ADP để hình thành ATP. Năng lượng cung cấp cho quá trình này được lấy từ sự phân giải các hợp chất dự trữ năng lượng trong tế bào.

• ATP là “đồng tiền” năng lượng trong tế bào vì ATP dễ dàng giải phóng năng lượng cho tất cả các hoạt động sống cần năng lượng của tế bào.

II. Enzyme

Câu hỏi 5 trang 63 Sinh học 10: Người ta tiến hành thí nghiệm đun sôi 200 mL dung dịch tinh bột với 5 mL chất xúc tác HCl 1N trong 1 giờ. Kết quả cho thấy tinh bột bị phân giải thành đường. Khi nhai cơm, ta thấy có vị ngọt vì tinh bột được phân giải thành đường nhờ enzyme amylase. Nhận xét về điều kiện và tốc độ của hai phản ứng.

Trả lời:

Luyện tập 3 trang 63 Sinh học 10: Nếu không có enzyme, các phản ứng hóa học và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào có diễn ra được không? Điều gì sẽ xảy ra nếu trong một chuỗi phản ứng do nhiều enzyme xúc tác mà có một enzyme không hoạt động?

Trả lời:

- Nếu không có enzyme, các phản ứng hóa học và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào không diễn ra hoặc diễn ra với tốc độ rất chậm.

- Nếu trong một chuỗi phản ứng do nhiều enzyme xúc tác mà có một enzyme không hoạt động thì chuỗi phản ứng sẽ dừng lại hoặc diễn ra rất chậm tại vị trí có enzyme không hoạt động, dẫn đến rối loạn chuyển hóa năng lượng.

Câu hỏi 6 trang 63 Sinh học 10: Phản ứng do enzyme xúc tác thay đổi như thế nào khi trung tâm hoạt động của enzyme bị thay đổi hình dạng không phù hợp với cơ chất?

Trả lời:

Khi trung tâm hoạt động của enzyme bị thay đổi hình dạng và không phù hợp với cơ chất thì cơ chất không liên kết được với trung tâm hoạt động dẫn đến enzyme không thể hoạt động và phản ứng không thể diễn ra.

Câu hỏi 7 trang 64 Sinh học 10: Dựa vào hình 10.6, mô tả ba bước cơ bản trong cơ chế tác động của enzyme đến phản ứng mà nó xúc tác.

Trả lời:

Ba bước cơ bản trong cơ chế tác động của enzyme đến phản ứng mà nó xúc tác:

- Bước 1: Enzyme kết hợp với cơ chất bằng sự liên kết đặc hiệu (trung tâm hoạt động của enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cơ chất) tạo nên phức hợp enzyme – cơ chất. Khi liên kết xảy ra thì trung tâm hoạt động thay đổi hình dạng để khớp với cơ chất.

- Bước 2: Enzyme xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm.

- Bước 3: Sản phẩm được tạo thành tách khỏi enzyme. Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu sẵn sàng cho cơ chất mới.

Vận dụng trang 64 Sinh học 10: Khi nhai kĩ cơm, ta thấy có vị ngọt. Hãy giải thích các giai đoạn trong cơ chế tác động của amylase nước bọt.

Trả lời:

Các giai đoạn trong cơ chế tác động của amylase nước bọt:

- Bước 1: Enzyme amylase trong nước bọt kết hợp với tinh bột tại trung tâm hoạt động tạo nên phức hợp enzyme – tinh bột.

- Bước 2: Enzyme amylase xúc tác cho phản ứng biến đổi tinh bột thành đường.

- Bước 3: Đường được tạo thành tách khỏi enzyme amylase, trung tâm hoạt động của enzyme amylase sẵn sàng cho phân tử tinh bột mới liên kết vào. Đường được tạo ra khiến ta cảm thấy có vị ngọt.

Câu hỏi 8 trang 64 Sinh học 10: Quan sát hình 10.7 và cho biết khi tăng nồng độ cơ chất hay nhiệt độ, độ pH thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào. Nhận xét về giá trị tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu.

Trả lời:

- Tốc độ phản ứng khi tăng nồng độ cơ chất hay nhiệt độ, độ pH:

+ Khi tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng sẽ tăng nhưng khi đạt đến trạng thái bão hòa cơ chất (khi tất cả các enzyme đều đã liên kết với cơ chất) thì tăng nồng độ cơ chất cũng không làm tăng tốc độ phản ứng.

+ Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng sẽ tăng và đạt cao nhất ở nhiệt độ tối ưu, vượt qua nhiệt độ tối ưu thì tốc độ phản ứng sẽ giảm.

+ Khi tăng pH, tốc độ phản ứng sẽ tăng và đạt cao nhất ở độ pH tối ưu, vượt qua pH tối ưu thì tốc độ phản ứng sẽ giảm.

- Nhận xét về giá trị tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu: Ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác là lớn nhất.

Tìm hiểu thêm trang 65 Sinh học 10:

• Các enzyme trong ống tiêu hóa ở người hoạt động ở pH khác nhau. Nêu ví dụ chứng minh điều này.

• Tìm hiểu tác động của một số loại thuốc đến phản ứng enzyme ví dụ thuốc kháng sinh ampicillin, amoxycillin, cefixime, thuốc điều trị bệnh Gout,…

Trả lời:

• Ví dụ chứng minh các enzyme trong ống tiêu hoá ở người hoạt động ở pH khác nhau: enzyme amylase hoạt động ở độ pH từ 6,7 – 7, enzyme pepsin hoạt động ở độ pH từ 1,5 – 2.

• Học sinh tìm hiểu tác động của một số loại thuốc đến phản ứng enzyme ví dụ thuốc kháng sinh ampicillin, amoxycillin, cefixime, thuốc điều trị bệnh Gout,…

Báo cáo thực hành trang 65 Sinh học 10:

• Trả lời các câu hỏi sau:

- So sánh màu dung dịch trong các ống nghiệm. Ống nghiệm nào có sự thủy phân tinh bột dưới tác dụng của amylase? Giải thích?

- Nhiệt độ nào thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên?

Trả lời:

- So sánh màu dung dịch trong các ống nghiệm: Ống 3 có màu xanh tím đậm nhất, ống 2 có màu xanh tím nhạt nhất → Ống nghiệm có sự thủy phân tinh bột dưới tác dụng của amylase là ống 2 và ống 1.

- Giải thích:

+ Nhiệt độ tối ưu của enzyme amylase là 37 ^oC. Do đó, ở ống 2, tốc độ phân giải tinh bột thành đường là nhanh nhất khiến cho sau thời gian thí nghiệm, lượng tinh bột trong ống 2 còn lại ít nhất → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 2 có màu xanh nhạt nhất.

+ Nhiệt độ 100 ^oC là nhiệt độ khiến enzyme amylase bị biến tính. Do đó, ở ống 3, tinh bột không được phân giải khiến cho sau thời gian thí nghiệm, lượng tinh bột trong ống 3 còn lại nhiều nhất → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 3 có màu xanh tím đậm nhất.

+ Nhiệt độ 0 ^oC là nhiệt độ khiến enzyme amylase bị ức chế hoạt tính. Do đó, ở ống 1, tốc độ phân giải tinh bột rất chậm khiến cho sau thời gian thí nghiệm, lượng tinh bột còn lại trong ống 1 nhiều hơn ống 2 nhưng ít hơn ống 3 → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 1 có màu xanh tím đậm hơn ống 2 nhưng nhạt hơn ống 3.

- Nhiệt độ 37 ^oC thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên.

• Báo cáo kết quả thí nghiệm theo gợi ý:

Trả lời:

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tên thí nghiệm: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của amylase

Tên nhóm:……………………………………………………………………………

1. Mục đích thí nghiệm:

- Quan sát và giải thích được hiện tượng ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của amylase.

2. Chuẩn bị thí nghiệm:

- Hóa chất: dung dịch tinh bột 0,5%, dung dịch amylase, thuốc thử Lugol, nước cất.

- Dụng cụ: ống nghiệm, cốc đựng nước đá (0^oC), cốc đựng nước ở khoảng 37^oC, cốc đựng nước sôi (100^oC), pipet nhựa (1 – 3 mL).

3. Các bước tiến hành:

- Bước 1: Lấy ba ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.

- Bước 2: Cho 1 mL dung dịch amylase vào mỗi ống nghiệm.

- Bước 3: Đặt ống 1 vào cốc đựng nước đá, ống 2 vào cốc đựng nước khoảng 37 ^oC, ống 3 vào cốc đựng nước sôi và để yên trong 10 phút.

- Bước 4: Thêm 1 mL dung dịch tinh bột vào mỗi ống nghiệm, lắc đều và đặt lại vào các cốc tương ứng. Để cố định trong 10 phút.

- Bước 5: Thêm vào mỗi ống 1 giọt thuốc thử Lugol.

- Bước 6: Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.

4. Kết quả thí nghiệm và giải thích:

- Kết quả thí nghiệm: Ống 3 có màu xanh tím đậm nhất, ống 2 có màu xanh tím nhạt nhất.

- Giải thích thí nghiệm:

+ Nhiệt độ tối ưu của enzyme amylase là 37 ^oC. Do đó, ở ống 2, tốc độ phân giải tinh bột thành đường là nhanh nhất khiến cho sau thời gian thí nghiệm, lượng tinh bột trong ống 2 còn lại ít nhất → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 2 có màu xanh nhạt nhất.

+ Nhiệt độ 100 ^oC là nhiệt độ khiến enzyme amylase bị biến tính. Do đó, ở ống 3, tinh bột không được phân giải khiến cho sau thời gian thí nghiệm, lượng tinh bột trong ống 3 còn lại nhiều nhất → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 3 có màu xanh tím đậm nhất.

+ Nhiệt độ 0 ^oC là nhiệt độ khiến enzyme amylase bị ức chế hoạt tính. Do đó, ở ống 1, tốc độ phân giải tinh bột rất chậm khiến cho sau thời gian thí nghiệm, lượng tinh bột còn lại trong ống 1 nhiều hơn ống 2 nhưng ít hơn ống 3 → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 1 có màu xanh tím đậm hơn ống 2 nhưng nhạt hơn ống 3.

5. Kết luận:

- Nhiệt độ 37 ^oC thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên.

Báo cáo thực hành trang 66 Sinh học 10:

• Trả lời các câu hỏi sau:

- So sánh kết quả màu dung dịch trong các ống nghiệm.

- So sánh hoạt tính của amylase trong các ống nghiệm và giải thích.

- Độ pH tối ưu cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên là bao nhiêu?

Trả lời:

- So sánh kết quả màu dung dịch trong các ống nghiệm: Ống 2 có màu xanh tím đậm nhất, ống 3 có màu xanh tím nhạt nhất.

- So sánh hoạt tính của amylase trong các ống nghiệm: Ống 3 có hoạt tính của enzyme mạnh nhất, ống 2 có hoạt tính của enzyme thấp nhất.

+ Ở ống 3, môi trường pH kiềm yếu là môi trường pH thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase nên hoạt tính của amylase là mạnh nhất.

+ Ở ống 2, môi trường pH acid là môi trường pH khiến enzyme amylase bị biến tính, mất hoạt tính xúc tác.

+ Ở ống 1, môi trường pH trung tính là môi trường khá thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase nên hoạt tính của amylase là khá mạnh.

- Độ pH tối ưu cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm là 6,7 – 7,0.

• Báo cáo kết quả thí nghiệm theo gợi ý:

Trả lời:

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tên thí nghiệm: Ảnh hưởng của độ pH đến hoạt tính của amylase

Tên nhóm:……………………………………………………………………………

1. Mục đích thí nghiệm:

- Quan sát và giải thích được hiện tượng ảnh hưởng của độ pH đến hoạt tính của amylase.

2. Chuẩn bị thí nghiệm:

- Hóa chất: dung dịch tinh bột 0,5%, dung dịch amylase, dung dịch HCl 0,1 N, dung dịch NaHCO₃ 1%, thuốc thử Lugol, nước cất.

- Dụng cụ: ống nghiệm, pipet nhựa (1 – 3 mL).

3. Các bước tiến hành:

- Bước 1: Lấy ba ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.

- Bước 2: Cho 1 mL dung dịch amylase vào mỗi ống nghiệm.

- Bước 3: Thêm 1 mL nước cất vào ống 1; 5 giọt dung dịch HCl 0,1 N vào ống 2 và 5 giọt dung dịch NaHCO₃ 1% vào ống 3 và lắc đều.

- Bước 4: Thêm 1 mL dung dịch tinh bột vào mỗi ống, lắc đều và để cố định trong 10 phút.

- Bước 5: Thêm vào mỗi ống 1 giọt thuốc thử Lugol.

- Bước 6: Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.

4. Kết quả thí nghiệm và giải thích:

- Kết quả thí nghiệm: Ống 2 có màu xanh tím đậm nhất, ống 1 có màu xanh tím nhạt hơn, ống 3 có màu xanh tím nhạt nhất.

- Giải thích kết quả thí nghiệm:

+ Ở ống 3, môi trường pH kiềm yếu là môi trường pH thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase, hoạt tính của amylase là mạnh nhất. Do đó, tinh bột trong ống 3 được phân giải nhiều nhất → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 3 có màu xanh tím nhạt nhất.

+ Ở ống 2, môi trường pH acid là môi trường pH khiến enzyme amylase bị biến tính, mất hoạt tính xúc tác. Do đó, tinh bột trong ống 2 không được phân giải dẫn đến lượng tinh bột còn lại trong ống 2 là nhiều nhất → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 2 có màu xanh tím đậm nhất.

+ Ở ống 1, môi trường pH trung tính là môi trường khá thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase, hoạt tính của amylase mạnh hơn ống 2 nhưng thấp hơn ống 3. Do đó, tinh bột ở ống 1 được phân giải nhiều hơn ống 2 nhưng ít hơn ống 3 → Khi nhỏ thuốc thử Lugol, ống 1 có màu xanh tím nhạt hơn ống 2 nhưng đậm hơn ống 3.

5. Kết luận:

- Độ pH tối ưu cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm là 6,7 – 7,0.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 10: Sự chuyển hóa năng lượng và enzym

I. Năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng ở tế bào

1. Các dạng năng lượng trong tế bào

- Một số dạng năng lượng trong tế bào: năng lượng hóa học, năng lượng cơ học, năng lượng điện, năng lượng nhiệt.

+ Năng lượng hóa học là năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học.

+ Năng lượng cơ học, năng lượng điện, năng lượng nhiệt là các dạng năng lượng liên quan đến sự chuyển động của các phần tử vật chất.

- Dạng năng lượng tồn tại chủ yếu trong tế bào là năng lượng hóa học.

2. Sự chuyển hóa năng lượng trong tế bào

- Khái niệm: Sự chuyển hóa năng lượng trong tế bào có thể hiểu là quá trình biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, từ năng lượng trong hợp chất này thành năng lượng trong hợp chất khác.

- Đặc điểm: Sự chuyển hóa năng lượng luôn đi kèm với sự chuyển hóa vật chất (toàn bộ các phản ứng đều xảy ra đồng thời với chuyển hóa năng lượng).

- Vai trò: Sự chuyển hóa năng lượng giúp cung cấp các dạng năng lượng cho tế bào sử dụng để thực hiện các hoạt động sống đảm bảo sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và sinh sản.

3. ATP – “đồng tiền” năng lượng

- Hầu hết các hoạt động sống của tế bào đều cần sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, tế bào không thể trực tiếp sử dụng năng lượng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ mà phải phân giải các hợp chất hữu cơ để tạo ra dạng năng lượng dễ sử dụng hơn trong các ATP.

- Cấu tạo ATP: ATP gồm 3 thành phần cơ bản là phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate. Trong đó, liên kết giữa các gốc phosphate là liên kết cao năng.

- Sự tổng hợp và phân giải ATP:

+ Sự phân giải ATP: Để giải phóng năng lượng, liên kết giữa hai gốc phosphate của ATP bị phá vỡ tạo thành ADP và Pi. Năng lượng giải phóng ra được chuyển hóa trực tiếp cho các hoạt động cần năng lượng của tế bào.

+ Sự tổng hợp ATP: ATP được tái tổng hợp bằng cách nhóm Pi liên kết trở lại với ADP để hình thành ATP. Năng lượng cung cấp cho quá trình này được lấy từ sự phân giải các hợp chất dự trữ năng lượng trong tế bào.

- Chức năng của ATP: ATP là “đồng tiền” năng lượng trong tế bào vì ATP dễ dàng giải phóng năng lượng cho tất cả các hoạt động sống cần năng lượng của tế bào như tổng hợp các chất hoá học cần thiết cho tế bào, vận chuyển chủ động các chất qua màng, sinh công cơ học.

II. Enzyme

1. Khái niệm và vai trò của enzyme

- Khái niệm enzyme: Enzyme là chất xúc tác sinh học đặc hiệu làm tăng tốc độ phản ứng, không bị biến đổi khi kết thúc phản ứng.

- Khái niệm cơ chất: Cơ chất là chất tham gia phản ứng do enzyme xúc tác. Ví dụ: Trong phản ứng thủy phân tinh bột do enzyme amylase xúc tác, cơ chất chính là tinh bột.

- Đặc điểm của enzyme:

+ Enzyme có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên hàng trăm nghìn đến hàng triệu tỉ lần so với phản ứng không có enzyme xúc tác.

+ Enzyme có tính đặc hiệu với phản ứng và cơ chất (mỗi enzyme thường chỉ xúc tác cho 1 phản ứng với 1 cơ chất nhất định).

+ Các phản ứng do enzyme xúc tác thường diễn ra trong điều kiện phù hợp với sự sống về nhiệt độ, độ pH, áp suất.

+ Trong tế bào, các phản ứng thường diễn ra theo chuỗi với nhiều loại enzyme cùng phối hợp tham gia và các phản ứng được điều hòa nghiêm ngặt.

2. Cấu trúc và cơ chế tác động của enzyme

2.1. Cấu trúc của enzyme

- Cấu trúc hóa học của enzyme:

+ Hầu hết các enzyme có bản chất là protein.

+ Một số enzyme còn có thêm thành phần không phải là protein, được gọi là cofactor. Cofactor có thể là ion kim loại như Fe²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺ và hợp chất hữu cơ (còn gọi là coenzyme) có nguồn gốc từ vitamin như coenzyme như NAD⁺, FAD.

- Cấu trúc không gian của enzyme: Mỗi enzyme có một trung tâm hoạt động. Trung tâm hoạt động của enzyme là vùng nhỏ có cấu trúc không gian tương ứng với cơ chất, liên kết đặc hiệu với cơ chất, làm biến đổi cơ chất.

- Cơ chế tác động của enzyme:

+ Bước 1: Enzyme kết hợp với cơ chất bằng sự liên kết đặc hiệu (trung tâm hoạt động của enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cơ chất) tạo nên phức hợp enzyme – cơ chất. Khi liên kết xảy ra thì trung tâm hoạt động thay đổi hình dạng để khớp với cơ chất.

+ Bước 2: Enzyme xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm.

+ Bước 3: Sản phẩm được tạo thành tách khỏi enzyme. Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu sẵn sàng cho cơ chất mới.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động xúc tác của enzyme

3.1. Nồng độ cơ chất

- Khi tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng sẽ tăng nhưng khi đạt đến trạng thái bão hòa cơ chất (khi tất cả các enzyme đều đã liên kết với cơ chất) thì tăng nồng độ cơ chất cũng không làm tăng tốc độ phản ứng.

3.2. Nồng độ enzyme

- Trong điều kiện dư thừa cơ chất, khi tăng nồng độ enzyme thì tốc độ phản ứng sẽ tăng.

3.3. Nhiệt độ

- Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng sẽ tăng và đạt cao nhất ở nhiệt độ tối ưu. Nếu nhiệt độ tăng quá cao vượt qua nhiệt độ tối ưu thì tốc độ phản ứng sẽ giảm do enzyme sẽ bị thay đổi cấu trúc không gian và có thể dẫn đến mất hoạt tính hoàn toàn.

- Ví dụ: Ở người, dải nhiệt độ hoạt động của enzyme là 25 – 40 ^oC, nhiệt độ tối ưu thường là 37 ^oC.

3.4. Độ pH

- Khi tăng pH, tốc độ phản ứng sẽ tăng và đạt cao nhất ở độ pH tối ưu, vượt qua pH tối ưu thì tốc độ phản ứng sẽ giảm.

- Enzyme thường hoạt động ở dải pH 6 – 8. Tuy nhiên, một số enzyme hoạt động trong môi trường acid (pepsin) hay kiềm (trypsin).

3.4. Chất hoạt hóa và chất ức chế

- Chất hoạt hóa là một số chất khi được bổ sung vào môi trường phản ứng ở nồng độ phù hợp sẽ làm tăng tốc độ phản ứng của enzyme. Ví dụ: NaCl là chất hoạt hóa amylase.

- Chất ức chế là một số chất làm giảm tốc độ phản ứng của enzyme hoặc dừng phản ứng enzyme. Ví dụ: ion kim loại nặng, một số loại thuốc và sản phẩm của một số phản ứng (ức chế ngược).

III. Thực hành về enzyme

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của amylase

1.1. Chuẩn bị

- Hóa chất: dung dịch tinh bột 0,5 %, dung dịch amylase, thuốc thử Lugol, nước cất.

- Dụng cụ: ống nghiệm, cốc đựng nước đá (0 ^oC), cốc đựng nước ở khoảng 37 ^oC, cốc đựng nước sôi (100 ^oC), pipet nhựa (1 – 3 mL).

1.2. Tiến hành

- Lấy ba ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.

- Cho 1 mL dung dịch amylase vào mỗi ống nghiệm.

- Đặt ống 1 vào cốc đựng nước đá, ống 2 vào cốc đựng nước ở khoảng 37 ^oC, ống 3 vào cốc đựng nước sôi và để yên trong 10 phút.

- Thêm 1 mL dung dịch tinh bột vào mỗi ống nghiệm, lắc đều và đặt lại vào các cốc tương ứng. Để cố định trong 10 phút.

- Thêm vào mỗi ống 1 giọt thuốc thử Lugol.

- Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.

1.3. Báo cáo

Báo cáo kết quả thí nghiệm theo gợi ý ở bài 6 và trả lời các câu hỏi sau:

- So sánh màu dung dịch trong các ống nghiệm. Ống nghiệm nào có sự thủy phân tinh bột dưới tác dụng của amylase? Giải thích.

- Nhiệt độ nào thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên?

2. Ảnh hưởng của độ pH đến hoạt tính của amylase

2.1. Chuẩn bị

- Hóa chất: dung dịch tinh bột 0,5 %, dung dịch amylase, dung dịch HCl 0,1 N, dung dịch NaHCO₃ 1 %, thuốc thử Lugol, nước cất.

- Dụng cụ: ống nghiệm, pipet nhựa (1 – 3 mL).

2.2. Tiến hành

- Cho ba ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.

- Cho 1 mL dung dịch amylase vào mỗi ống nghiệm.

- Thêm 1 mL nước cất vào ống 1; 5 giọt dung dịch HCl 0,1 N vào ống 2 và 5 giọt dung dịch NaHCO₃ 1 % vào ống 3 và lắc đều.

- Thêm 1 mL dung dịch tinh bột vào mỗi ống, lắc đều và để cố định trong 10 phút.

- Thêm vào mỗi ống 1 giọt thuốc thử Lugol.

- Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.

2.3. Báo cáo

Báo cáo kết quả thí nghiệm và trả lời các câu hỏi sau:

- So sánh kết quả màu dung dịch trong các ống nghiệm.

- So sánh hoạt tính của amylase trong các ống nghiệm và giải thích.

- Độ pH tối ưu cho hoạt động xúc tác của enzyme amylase trong thí nghiệm trên là bao nhiêu?

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

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

Bài 12: Thông tin tế bào

Bài 13: Chu kì tế bào và nguyên phân

Bài 14: Giảm phân

Bài 15: Thực hành làm tiêu bản nhiễm sắc thể để quan sát quá trình nguyên phân, giảm phân ở tế bào thực vật, động vật