Giải Sinh học 10 Bài 11 (Cánh diều): Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

Giải Sinh học 10 Bài 11: Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

Mở đầu trang 67 Sinh học 10: Vận động viên cử tạ (hình 11.1) 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?

Trả lời:

Năng lượng vận động viên cử tạ tiêu tốn cho mỗi lần nâng tạ có nguồn gốc từ các hợp chất tích lũy năng lượng và được giải phóng nhờ quá trình hô hấp tế bào.

I. Tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng trong tế bào

Câu hỏi 1 trang 67 Sinh học 10: Nêu khái niệm tổng hợp các chất trong tế bào và ý nghĩa của quá trình tổng hợp đối với sinh vật.

Trả lời:

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

- Ý nghĩa: Quá trình tổng hợp các chất trong tế bào giúp hình thành các chất để xây dựng tế bào, đồng thời tích lũy năng lượng cho tế bào.

Luyện tập 1 trang 67 Sinh học 10: Có phải tất cả các sinh vật đều thực hiện được hai giai đoạn tổng hợp không? Lấy ví dụ.

Trả lời:

- Tổng hợp có hai giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Tổng hợp chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ. Giai đoạn này được thực hiện thông qua các quá trình như quang tổng hợp, hoá tổng hợp, quang khử.

+ Giai đoạn 2: Tổng hợp các phân tử lớn từ các chất hữu cơ đơn giản. Đây là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ đặc trưng cho tế bào.

- Không phải tất cả các loài sinh vật đều thực hiện được 2 giai đoạn tổng hợp trên. Ví dụ: Động vật, nấm là nhóm sinh vật dị dưỡng nên sự tổng hợp ở động vật, nấm không có giai đoạn 1.

Câu hỏi 2 trang 68 Sinh học 10: Nêu khái niệm, ý nghĩa của quá trình quang tổng hợp.

Trả lời:

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

- Ý nghĩa:

+ Chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ (C₆H₁₂O₆).

+ Cung cấp nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp khác.

+ Giải phóng O₂ vào khí quyển.

Câu hỏi 3 trang 68 Sinh học 10: Quang tổng hợp ở thực vật diễn ra ở bào quan nào của tế bào và gồm những pha nào?

Trả lời:

Quang tổng hợp ở thực vật diễn ra ở lục lạp, gồm 2 pha: pha phụ thuộc ánh sáng (pha sáng) và pha không phụ thuộc ánh sáng (chu trình Calvin).

Câu hỏi 4 trang 68 Sinh học 10: Cho biết vị trí, nguyên liệu, sản phẩm của pha sáng.

Trả lời:

- Vị trí của pha sáng: trên màng thylakoid của lục lạp.

- Nguyên liệu của pha sáng: H₂O, ADP, Pi, NADP⁺, năng lượng ánh sáng.

- Sản phẩm của pha sáng: ATP, NADPH, H⁺, O₂.

Câu hỏi 5 trang 68 Sinh học 10: Năng lượng ánh sáng được chuyển hóa như thế nào trong pha sáng?

Trả lời:

Sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng trong pha sáng: Năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học trong các phân tử ATP, NADPH.

Câu hỏi 6 trang 69 Sinh học 10: Các yếu tố nào của môi trường sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của pha sáng?

Trả lời:

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

- Ánh sáng: Ánh sáng cung cấp năng lượng cho quang hợp.

- Hàm lượng nước: Nước là nguyên liệu cho pha sáng của quang hợp.

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

Câu hỏi 7 trang 69 Sinh học 10: Hãy cho biết nguyên liệu của chu trình Calvin. Các nguyên liệu đó đã được sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ như thế nào?

Trả lời:

- Nguyên liệu của chu trình Calvin gồm: CO₂, ATP, NADPH, RuBP.

- Sự tổng hợp các chất hữu cơ từ các nguyên liệu trên trong pha tối: Trong pha tối, ATP và NADPH cung cấp năng lượng và điện tử tham gia khử phân tử CO₂ thành C₆H₁₂O₆.

Câu hỏi 8 trang 69 Sinh học 10: Vì sao glucose được tạo ra từ quá trình quang hợp cần thiết cho tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ của tế bào?

Trả lời:

Glucose được tạo ra từ quá trình quang hợp có công thức hóa học là C₆H₁₂O₆ sẽ cung cấp mạch “xương sống” carbon trong tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác cho tế bào như amino acid, acid béo,… Bởi vậy, glucose được tạo ra từ quá trình quang hợp cần thiết cho tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ của tế bào.

Vận dụng 1 trang 70 Sinh học 10: Trình bày vai trò của quang hợp đối với sinh giới.

Trả lời:

Vai trò của quang hợp đối với sự sống của sinh giới:

- Cung cấp năng lượng cho sự sống của sinh vật: Trong quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hoá học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ. Sau đó, thông qua chuỗi thức ăn, năng lượng này được chuyển cho các sinh vật khác nhau, giúp duy trì sự sống của các sinh vật.

- Cung cấp vật chất cho sự sống của sinh vật: Sản phẩm của quá trình quang tổng hợp là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp khác, giúp cơ thể sinh vật tổng hợp được những hợp chất sinh học đặc trưng.

- Cung cấp dưỡng khí cho sự sống của sinh vật: Quá trình quang hợp giải phóng O₂ vào khí quyển, cung cấp cho hoạt động hô hấp của sinh vật.

Vận dụng 2 trang 70 Sinh học 10: Tìm hiểu những biện pháp tác động để tăng hiệu quả của quá trình quang hợp ở cây trồng.

Trả lời:

Một số biện pháp nâng cao hiệu quả của quá trình quang hợp ở cây trồng.

- Tạo giống mới có khả năng quang hợp cao.

- Sử dụng các biện pháp chăm sóc (tưới nước, bón phân phù hợp) giúp tăng diện tích lá của cây trồng.

Luyện tập 2 trang 70 Sinh học 10: Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.1.

Trả lời:

Bảng 11.1. Tổng kết pha sáng và chu trình Calvin của quá trình quang tổng hợp

Câu hỏi 9 trang 70 Sinh học 10: Nêu điểm giống nhau và khác nhau giữa quang tổng hợp và hóa tổng hợp.

Trả lời:

Câu hỏi 10 trang 71 Sinh học 10: Quang khử và quang tổng hợp giống và khác nhau ở những điểm nào?

Trả lời:

Câu hỏi 11 trang 71 Sinh học 10: Các phân tử lớn như protein, lipid, tinh bột, cellulose, glycogen được tế bào tổng hợp có vai trò gì?

Trả lời:

Vai trò của các phân tử lớn như protein, lipid, tinh bột, cellulose, glycogen được tế bào tổng hợp:

- Tham gia xây dựng tế bào và cơ thể.

- Dự trữ năng lượng.

- Tham gia thực hiện các hoạt động sống của tế bào.

II. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng trong tế bào

Câu hỏi 12 trang 71 Sinh học 10: Nêu khái niệm phân giải các chất trong tế bào. Quá trình phân giải có ý nghĩa gì đối với tế bào sinh vật?

Trả lời:

- Khái niệm: Phân giải các chất trong tế bào là quá trình chuyển hoá các chất phức tạp thành các chất đơn giản diễn ra trong tế bào nhờ sự xúc tác của các enzyme.

- Ý nghĩa: Quá trình phân giải giúp giải phóng ra năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào đồng thời tạo ra các phân tử nhỏ là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Câu hỏi 13 trang 72 Sinh học 10: Hô hấp tế bào là gì? Hô hấp tế bào diễn ra ở đâu và gồm những giai đoạn nào?

Trả lời:

- Khái niệm: Hô hấp tế bào là chuỗi các phản ứng phân giải hợp chất hữu cơ (glucose) diễn ra trong tế bào. Thông qua các phản ứng này, hợp chất hữu cơ được phân giải thành CO₂ và H₂O, đồng thời giải phóng năng lượng tích lũy trong các phân tử ATP.

- Vị trí diễn ra: trong bào tương và ti thể.

- Quá trình hô hấp tế bào gồm 3 giai đoạn: đường phân; oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs (chu trình citric acid; chuỗi truyền electron).

Câu hỏi 14 trang 72 Sinh học 10: Nêu ý nghĩa của hô hấp tế bào?

Trả lời:

Ý nghĩa của hô hấp tế bào:

- Giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.

- Tạo ra nhiệt năng giúp duy trì thân nhiệt cho sinh vật.

- Các sản phẩm trung gian của quá trình phân giải cung cấp nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Luyện tập 3 trang 72 Sinh học 10: Quan sát hình 11.7, nhận xét số phân tử năng lượng được tạo ra ở mỗi giai đoạn trong hô hấp tế bào.

Trả lời:

Nhận xét về số phân tử năng lượng được tạo ra ở mỗi giai đoạn trong hô hấp tế bào: Trong 3 giai đoạn, chuỗi truyền electron tạo ra nhiều ATP nhất (28 ATP) trong khi giai đoạn đường phân chỉ tạo ra 2 ATP còn giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs cũng chỉ tạo ra 2 ATP.

Câu hỏi 15 trang 72 Sinh học 10: Đường phân diễn ra ở đâu và hình thành nên các sản phẩm nào?

Trả lời:

- Vị trí diễn ra: tế bào chất.

- Sản phẩm: từ 1 phân tử glucose sẽ tạo ra 2 phân tử pyruvic acid, 2 phân tử ATP, 2 phân tử NADH.

Câu hỏi 16 trang 73 Sinh học 10: Giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs diễn ra ở đâu và có những sản phẩm nào được hình thành?

Trả lời:

- Vị trí diễn ra: chất nền ti thể.

- Sản phẩm: 6 CO₂, 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH₂.

Tìm hiểu thêm trang 73 Sinh học 10: Ở một số vi sinh vật, nếu chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron không phải là O₂ mà là một chất khác; ví dụ như SO₄^2-, NO₃^-, fumarate,... thì kiểu hô hấp của những sinh vật đó là gì?

Trả lời:

Kiểu hô hấp của một số vi sinh vật có chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron không phải là O₂ mà là một chất khác như SO₄^2-, NO₃^-, fumarate,... là hô hấp kị khí (hô hấp trong điều kiện không có O₂).

Câu hỏi 17 trang 73 Sinh học 10: Chuỗi truyền electron diễn ra ở đâu? Năng lượng được giải phóng trong chuỗi truyền electron được sử dụng để làm gì?

Trả lời:

- Vị trí diễn ra: màng trong ti thể.

- Năng lượng giải phóng từ chuỗi truyền electron hô hấp sẽ được sử dụng cho sự tổng hợp ATP.

Câu hỏi 18 trang 74 Sinh học 10: Nêu vai trò của oxygen trong chuỗi truyền electron.

Trả lời:

Oxygen tham gia vào giai đoạn chuỗi truyền điện tử của hô hấp với vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng:

- Các electron được vận chuyển từ nơi có thế năng oxi hóa - khử thấp đến nơi có thế năng oxi hóa - khử cao. Oxygen là chất nhận electron cuối cùng do oxygen có khả năng oxi hóa cao.

- Nếu không có oxygen thì chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Kreb cũng dừng lại dẫn đến hiệu quả chuyển hóa năng lượng thấp (lượng ATP tạo thành sẽ thấp) đồng thời các sản phẩm tạo ra (lactic acid, ethanol,…) gây đầu độc tế bào.

Vận dụng 3 trang 74 Sinh học 10: Tại sao khi tập thể dục hoặc lao động nặng thì chúng ta lại thở mạnh?

Trả lời:

Khi tập thể dục hoặc lao động nặng, nhu cầu năng lượng của cơ thể tăng dẫn đến quá trình hô hấp tế bào được tăng cường. Mà quá trình hô hấp tế bào cần oxygen và thải ra carbon dioxide. Bởi vậy, lúc này, cơ thể sẽ tăng cường hô hấp (thở mạnh hơn) để đáp ứng việc cung cấp oxygen và đào thải khí carbon dioxide ra ngoài.

Luyện tập 4 trang 74 Sinh học 10: Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.2.

Trả lời:

Bảng 11.2. Tổng kết các giai đoạn của hô hấp tế bào

Câu hỏi 19 trang 74 Sinh học 10: Khi trong tế bào không có O₂, glucose sẽ được chuyển hóa như thế nào?

Trả lời:

Khi trong tế bào không có O₂, glucose sẽ được chuyển hóa theo con đường lên men: glucose trải qua đường phân để tạo pyruvic acid. Sau đó, pyruvic acid được giữ lại ở tế bào chất và được chuyển hoá thành lactic acid, ethanol hoặc hợp chất hữu cơ khác theo con đường lên men.

Vận dụng 4 trang 74 Sinh học 10: Giải thích vì sao khi muối chua rau quả (lên men lactic) người ta thường đổ ngập nước và đậy kín.

Trả lời:

Khi muối chua rau quả (lên men lactic) người ta thường đổ ngập nước và đậy kín để tạo môi trường yếm khí (không có O₂) giúp vi khuẩn lactic thực hiện được quá trình lên men lactic rau quả.

III. Mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

Câu hỏi 20 trang 75 Sinh học 10: Tại sao nói tổng hợp và phân giải là hai quá trình đối lập nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào và sinh vật?

Trả lời:

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

- Mặt đối lập: Quá trình tổng hợp là quá trình tạo ra các hợp chất phức tạp từ các hợp chất đơn giản còn quá trình phân giải là quá trình phân giải các hợp chất phức tạp thành các chất đơn giản. Quá trình tổng hợp là quá trình tích trữ năng lượng còn quá trình phân giải là quá trình giải phóng năng lượng.

- Mặt thống nhất: Quá trình phân giải cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp. Đồng thời, quá trình phân giải không thể diễn ra nếu không có chất hữu cơ do quá trình tổng hợp tạo ra.

Vận dụng 5 trang 75 Sinh học 10: Dựa vào hình 11.12, vẽ sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp tế bào ở thực vật?

Trả lời:

Sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp tế bào ở thực vật:

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 10: Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

I. Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng trong tế bào

- Khái niệm: Tổng hợp các chất trong tế bào 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.

- Ví dụ: tổng hợp protein từ các amino acid.

- Vai trò: Quá trình tổng hợp giúp hình thành các chất để xây dựng tế bào, đồng thời tích lũy năng lượng cho tế bào.

- Cơ chế: Tổng hợp có thể chia thành hai giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Tổng hợp chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ. Giai đoạn này được thực hiện thông qua các quá trình như quang tổng hợp, hoá tổng hợp, quang khử.

+ Giai đoạn 2: Tổng hợp các phân tử lớn từ các chất hữu cơ đơn giản. Đây là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ đặc trưng cho tế bào.

1. Quang tổng hợp

1.1. Khái niệm

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

- Trong sinh giới: thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng quang hợp.

1.2. Vai trò

Quang tổng hợp có vai trò quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất:

- Chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ (C₆H₁₂O₆) → Cung cấp nguồn năng lượng cho sự sống của sinh vật.

- Sản phẩm của quá trình quang tổng hợp là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp khác → Cung cấp vật chất cho sự sống của sinh vật.

- Giải phóng O₂ vào khí quyển → Cung cấp dưỡng khó cho sự sống của sinh vật.

1.3. Phương trình tổng quát

1.3. Cơ chế

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

Pha sáng

- Vị trí diễn ra: trên màng thylakoid của lục lạp.

- Bản chất: Là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong ATP và NADPH.

- Nguyên liệu: H₂O, ADP, Pi, NADP⁺, năng lượng ánh sáng.

- Sản phẩm: ATP, NADPH, H⁺, O₂.

- Diễn biến:

+ Các sắc tố quang hợp nằm trên màng thylakoid thu nhận năng lượng ánh sáng và chuyển cho trung tâm phản ứng, trung tâm phản ứng tiếp nhận năng lượng trở thành dạng kích động và truyền electron cho các chất trong chuỗi truyền electron.

+ Nhờ hoạt động của chuỗi truyền electron quang hợp mà ATP và NADPH được tổng hợp.

+ Đồng thời với chuỗi chuyền electron, quá trình quang phân li nước cũng diễn ra giải phóng O₂ và electron bù lại cho trung tâm phản ứng.

- Phương trình tổng quát của pha sáng trong quang tổng hợp:

Chu trình Calvin

- Vị trí diễn ra: chất nền lục lạp, pha này không phụ thuộc vào ánh sáng nhưng lại phụ thuộc vào sản phẩm của pha sáng như ATP và NADPH.

- Bản chất: Trong chu trình này, ATP và NADPH cung cấp năng lượng và điện tử tham gia khử phân tử CO₂ thành C₆H₁₂O₆.

- Nguyên liệu: CO₂, ATP, NADPH.

- Sản phẩm: C₆H₁₂O₆, ADP, Pi, NADP⁺.

- Diễn biến:

+ Ribulose bisphosphate (RuBP) kết hợp với CO₂ tạo ra 3 – phosphoglycerate (3PG).

+ Tiếp theo, 3PG được khử thành glyceraldehyde – 3 – phosphate (G3P) với sự tham gia của ATP và NADPH được tạo ra từ pha sáng.

+ Một phần G3P sẽ được sử dụng cho tái tạo RuBP, phần G3P còn lại sẽ được sử dụng trong tổng hợp glucose.

+ Glucose tạo ra trong quang hợp sẽ cung cấp mạch “xương sống” carbon cho tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác cho tế bào như amino acid, acid béo,…

- Phương trình tổng quát của chu trình Calvin:

6 CO₂ + 12 NADPH + 18 ATP → C₆H₁₂O₆ + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP⁺

2. Hóa tổng hợp và quang khử

- Một số vi khuẩn có thể tổng hợp glucose thông qua quá trình hóa tổng hợp hoặc quang khử. Sản phẩm glucose là nguyên liệu xây dựng tế bào và cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của vi khuẩn.

2.1. Hóa tổng hợp

- Khái niệm: Hóa tổng hợp là quá trình tế bào chuyển hóa năng lượng hóa học trong các chất vô cơ thông qua các phản ứng oxi hóa – khử thành năng lượng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ.

- Cơ chế: Quá trình này gồm hai giai đoạn:

+ Chuyển hóa năng lượng từ phản ứng oxi hóa – khử thành năng lượng tích lũy trong ATP và NADH.

+ Khử CO₂ thành glucose.

- Ví dụ: Quá trình tổng hợp ở vi khuẩn oxi hóa hydrogen diễn ra theo hai giai đoạn như sau:

+ Giai đoạn tích lũy năng lượng:

H₂ + O₂ + ADP + Pi + NAD⁺ → H₂O + NADH + ATP

+ Giai đoạn khử CO₂:

CO₂ + NADH + ATP → C₆H₁₂O₆ + ADP + Pi + NAD⁺

→ Phương trình tổng quát:

24 H₂ + 6 O₂ + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 18 H₂O

* So sánh quang tổng hợp và hóa tổng hợp:

2.2. Quang khử

- Khái niệm: Quang khử là quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn nhờ các sắc tố quang hợp nằm trên màng sinh chất, được thực hiện trong điều kiện không có O₂.

- Phương trình tổng quát:

Với H₂X không phải là H₂O mà là hợp chất khác ví dụ như H₂S nên quá trình này không sinh ra khí O₂.

* So sánh quang tổng hợp và quang khử:

3. Tổng hợp các phân tử lớn trong tế bào

- Từ các chất hữu cơ đơn giản do tế bào tự tổng hợp hoặc lấy từ nguồn thức ăn, tế bào sử dụng chúng làm nguyên liệu cho quá trình sinh tổng hợp các phân tử lớn để xây dựng và dự trữ năng lượng trong tế bào.

- Ví dụ: Tế bào tổng hợp tinh bột, glycogen hoặc cellulose từ glucose.

II. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng trong tế bào

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

- Vai trò: Quá trình phân giải sẽ giải phóng ra năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào đồng thời tạo ra các phân tử nhỏ là nguyên liệu của quá trình tổng hợp.

- Sự phân giải tinh bột: Khi phân giải tinh bột sẽ tạo ra các phân tử glucose → Tế bào hấp thu và phân giải glucose, giải phóng năng lượng theo hai con đường là hô hấp và lên men.

1. Hô hấp tế bào

1.1. Khái niệm

- Hô hấp tế bào là chuỗi các phản ứng phân giải hợp chất hữu cơ (glucose) diễn ra trong tế bào. Thông qua các phản ứng này, hợp chất hữu cơ được phân giải thành CO­₂ và H₂O, giải phóng năng lượng tích lũy trong các phân tử ATP.

1.2. Vai trò

- Giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.

- Tạo ra nhiệt năng giúp duy trì thân nhiệt cho sinh vật.

- Các sản phẩm trung gian của quá trình phân giải cung cấp nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

1.3. Phương trình tổng quát

- Phương trình tổng quát khi phân giải một phân tử C₆H₁₂O₆ qua hô hấp tế bào:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + năng lượng (ATP + Q)

1.4. Cơ chế

- Ở sinh vật nhân thực, quá trình hô hấp tế bào diễn ra trong bào tương và ti thể, gồm ba giai đoạn: đường phân, oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, chuỗi truyền electron.

Đường phân

- Vị trí diễn ra: tế bào chất.

- Diễn biến: Là quá trình biến đổi phân tử glucose thành pyruvic acid.

- Sản phẩm: từ 1 phân tử glucose sẽ tạo ra 2 phân tử pyruvic acid, 2 phân tử ATP, 2 phân tử NADH. Thực tế đã tạo ra 4 phân tử ATP nhưng do 2 phân tử ATP đã được sử dụng để hoạt hóa glucose nên chỉ thu được 2 ATP.

- Phương trình tổng quát:

Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⁺ → 2 pyruvic acid + 2 ATP + 2 NADH

Giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs

- Vị trí diễn ra: chất nền ti thể.

- Diễn biến:

+ Pyruvic acid được hình thành trong bào tương được chuyển qua lớp màng kép vào chất nền ti thể. Tại đây, 2 phân tử pyruvic acid sẽ được chuyển hóa thành 2 phân tử acetyl – CoA, đồng thời giải phóng 2 phân tử CO₂ và 2 NADH.

+ Phân tử acetyl – CoA đi vào chu trình Krebs và bị oxi hóa hoàn toàn. Kết quả là từ 1 phân tử acetyl – CoA sẽ tạo ra 2 phân tử CO₂, 1 ATP, 1 FADH₂ và 3 NADH.

- Sản phẩm: 6 CO₂, 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH₂.

- Phương trình tổng quát:

2 Pyruvic acid + 2 ADP + 2 Pi + 8 NAD⁺ + 2 FAD → 6 CO₂ + 2 ATP + 8 NADH + 2 FADH₂

Chuỗi truyền electron và tổng hợp ATP

- Vị trí diễn ra: màng trong ti thể.

- Diễn biến:

+ Trong giai đoạn này, electron từ các phân tử NADH và FADH₂ sẽ được truyền cho các chất nhận electron nằm ở màng trong ti thể và đến chất nhận cuối cùng là O₂. Năng lượng giải phóng từ chuỗi truyền electron hô hấp sẽ được sử dụng cho sự tổng hợp ATP.

+ Khi oxi hóa hoàn toàn 1 phân tử NADH sẽ giải phóng năng lượng tương đương 2,5 ATP; 1 phân tử FADH₂ sẽ giải phóng năng lượng tương đương 1,5 ATP.

- Sản phẩm: Đây là giai đoạn thu được nhiều ATP nhất (khoảng 28 ATP).

2. Lên men

- Điều kiện diễn ra: Lên men diễn ra trong điều kiện tế bào không có O₂ (không có chất nhận điện tử cuối cùng của chuỗi truyền electron).

- Vị trí diễn ra: Diễn ra trong tế bào chất.

- Diễn biến: gồm giai đoạn đường phân và lên men.

+ Giai đoạn đường phân: biến đổi phân tử glucose thành pyruvic acid.

+ Giai đoạn lên men: Pyruvic acid được giữ lại ở bào tương và được chuyển hóa thành lactic acid, ethanol hoặc hợp chất hữu cơ khác theo con đường lên men.

- Hiệu quả năng lượng: Quá trình lên men không oxi hóa hoàn toàn hợp chất hữu cơ nên năng lượng tạo ra sẽ ít hơn rất nhiều so với hô hấp, chỉ có 2 ATP được tạo ra từ giai đoạn đường phân.

III. Mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

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

- Mặt đối lập: Quá trình tổng hợp là quá trình tạo ra các hợp chất phức tạp từ các hợp chất đơn giản còn quá trình phân giải là quá trình phân giải các hợp chất phức tạp thành các chất đơn giản. Quá trình tổng hợp là quá trình tích trữ năng lượng còn quá trình phân giải là quá trình giải phóng năng lượng.

- Mặt thống nhất: Quá trình phân giải cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp. Đồng thời, quá trình phân giải không thể diễn ra nếu không có chất hữu cơ do quá trình tổng hợp tạo ra.

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

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

Bài 16: Công nghệ tế bào