Giải Sinh học 10 Bài 14 (Kết nối tri thức): Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào

Giải bài tập Sinh học lớp 10 Bài 14: Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào

Mở đầu trang 85 Sinh học 10: Mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể đều cần năng lượng ATP. Phân tử ATP giống như viên pin sạc. Vậy năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình nào?

Trả lời:

Năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình hô hấp tế bào. Trong quá trình hô hấp tế bào, chất hữu cơ được phân giải thành các chất đơn giản và giải phóng năng lượng (năng lượng ATP và một phần năng lượng nhiệt).

Dừng lại và suy ngẫm (trang 88)

Câu hỏi 1 trang 88 Sinh học 10: Phân giải các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh họa.

Trả lời:

- Khái niệm phân giải các chất trong tế bào: 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 với sự tham gia của oxygen thông qua hô hấp tế bào tạo ra sản phẩm là nước và H₂O đồng thời giải phóng 36 – 38 ATP.

Câu hỏi 2 trang 88 Sinh học 10: Phân giải hiếu khí trong tế bào gồm những giai đoạn chính nào? Đặc trưng của mỗi giai đoạn này là gì?

Trả lời:

Phân giải hiếu khí trong tế bào gồm 3 giai đoạn chính:

- 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 carbon 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: xảy ra trong chất nền ti thể. 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.

Câu hỏi 3 trang 88 Sinh học 10: Trình bày các giai đoạn của quá trình lên men. Nêu sự khác nhau giữa lên men rượu và lên men lactate.

Trả lời:

- Các giai đoạn của quá trình lên men: 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:

Câu hỏi 4 trang 88 Sinh học 10: So sánh hiệu quả năng lượng của quá trình hô hấp hiếu khí và lên men. Giải thích sự khác biệt này.

Trả lời:

- So sánh hiệu quả năng lượng của quá trình hô hấp hiếu khí và lên men: Hiệu quả năng lượng của quá trình lên men (1 phân tử glucose chỉ tạo được 2 phân tử ATP) thấp hơn rất nhiều so với hô hấp hiếu khí (1 phân tử glucose chỉ tạo được 36 - 38 phân tử ATP).

- Giải thích sự khác nhau giữa hiệu quả năng lượng của quá trình hô hấp hiếu khí và lên men:

Dừng lại và suy ngẫm (trang 92)

Câu hỏi 1 trang 92 Sinh học 10: Tổng hợp các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh họa cho quá trình tổng hợp các chất trong tế bào.

Trả lời:

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

- Một số ví dụ minh họa cho quá trình tổng hợp các chất trong tế bào là:

+ 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.

+ Các phân tử acid nucleic được hình thành từ phản ứng sinh tổng hợp tạo liên kết phosphodiester giữa các đơn phân nucleotide.

+ Phân tử lipid được tổng hợp từ các phân tử acid béo và glycerol.

Câu hỏi 2 trang 92 Sinh học 10: Quang hợp có vai trò như thế nào trong tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng?

Trả lời:

Vai trò của quang hợp trong tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng:

- Các sinh vật tự dưỡng như thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng quang hợp chính là quá trình chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong quá trình tổng hợp đường glucose, rồi từ đó tổng hợp nên các phân tử hữu cơ đặc trưng cho cơ thể chúng.

- Các sinh vật dị dưỡng lại sử dụng các sinh vật tự dưỡng hay dị dưỡng khác làm thức ăn. Thức ăn này lại chính là nguồn cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp các chất và dự trự năng lượng ở các cơ thể dị dưỡng đó.

Câu hỏi 3 trang 92 Sinh học 10: Hóa tổng hợp và quang khử ở vi khuẩn có gì khác so với quang hợp ở thực vật?

Trả lời:

- 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, không giải phóng oxygen. Đối tượng xảy ra là vi khuẩn hóa tổng hợp.

- 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. Đối tượng xảy ra là vi khuẩn màu lục,

màu tía.

Câu hỏi 4 trang 92 Sinh học 10: Quá trình tổng hợp và phân giải có mối quan hệ với nhau như thế nào?

Trả lời:

- 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.

→ Mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và phân giải: 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.

Luyện tập và vận dụng (trang 93

Câu 1 trang 93 Sinh học 10: So sánh quá trình quang hợp, hóa tổng hợp và quang khử.

Trả lời:

- Điểm giống nhau giữa hóa tổng hợp, quang khử và quang hợp là:

+ Đều là quá trình tổng hợp 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.

+ Đều xảy ra quá trình khử CO₂ để tạo thành các chất hữu cơ cần thiết.

- Điểm khác giữa hóa tổng hợp, quang khử và quang hợp là:

Câu 2 trang 93 Sinh học 10: Kẻ và hoàn thành bảng vào vở theo mẫu sau:

Trả lời:

Câu 3 trang 93 Sinh học 10: Chứng minh quá trình chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với quá trình chuyển hóa năng lượng thông qua hai quá trình quang hợp và hô hấp.

Trả lời:

- Quang hợp là quá trình đồng hóa. Trong quá trình quang hợp ở thực vật và các sinh vật quang tự dưỡng khác, các phân tử phức tạp được tổng hợp từ các phân tử đơn giản. Đồng thời, 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.

- Hô hấp tế bào là quá trình dị hóa. Trong quá trình này, các phân tử phức tạp bị phá vỡ thành các phân tử đơn giản hơn. Đồng thời, 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.

Câu 4 trang 93 Sinh học 10: Ở người, hiện tượng đau mỏi cơ khi vận động nhiều là do lượng lactic acid được sản sinh và tích lũy quá nhiều đã gây độc cho cơ. Dựa vào hiểu biết về quá trình lên men, hãy giải thích cơ chế gây ra hiện tượng này và cách phóng tránh.

Trả lời:

- Cơ chế gây ra hiện tượng đau mỏi cơ khi vận động nhiều là: Bình thường, cơ thể sản xuất năng lượng thông qua hô hấp hiếu khí. Tuy nhiên, khi vận động nhiều, cơ thể sẽ trải qua nhiều quá trình sinh hóa để duy trì năng lượng cho các hoạt động, cơ thể có thể không cung cấp oxygen đủ cho các tế bào cơ, khi đó các tế bào cơ sẽ chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp kị khí hoặc lên men lactate. Sản phẩm của quá trình này là lactic acid. Lactic acid khi bị tích tụ sẽ đầu độc các tế bào cơ, làm cơ đau mỏi.

- Cách phòng tránh:

+ Không tập luyện quá sức, cần có sự tập luyện tăng dần cấp độ.

+ 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.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 14: Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào

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

1. Khái niệm phân giải:

Phân giải 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 tích lũy trong ATP, một phần biến thành nhiệt năng giải phóng ra môi trường).

Carbohydrate là nguyên liệu chính được tế bào sử dụng để phân giải.

Có 3 con đường phân giải đường: (1) Hô hấp tế bào (hô hấp hiếu khí); (2) Hô hấp kị khí; (3) Lên men.

2. Hô hấp tế bào:

Là quá trình phân giải hoàn toàn phân tử đường 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 của tế bào.

Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp tế bào:

Hô hấp tế bào được chia thành 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs, chuỗi truyền electron như hình vẽ:

Giai đoạn	Đường phân	Chu trình Krebs	Chuỗi truyền electron
Nơi xảy ra	Tế bào chất	Chất nền ti thể	Mang trong ti thể
Nguyên liệu	1 phân tử glucose, O2.	2 phân tử Pyruvate	8 NADH, 2FADH2, O2.
Sản phẩm	2 phân tử Pyruvate, 2 NADH, 2 ATP	4CO2, 6NADH, 2FADH2, 2 ATP	26 - 28ATP, H2O

Trong điều kiện thực nghiệm tối ưu, một phân tử glucose qua hô hấp hiếu khí có thể tạo được 36 - 38 phân tử ATP.

3. Lên men:

Là quá trình phân giải không hoàn toàn phân tử đường để tạo năng lượng mà không có sự tham gia của O2 và không có chuỗi truyền electron.

Gồm 2 giai đoạn: đường phân và lên men.

Tế bào vi khuẩn có nhiều kiểu lên men, tế bào nhân thực có 2 kiểu lên men chính là lên men lactate và lên men etanol. Ở động vật và người chỉ có kiểu lên men lactate.

Kết quả lên men chỉ tạo ra 2 ATP, ít hơn rất nhiều so với hô hấp hiếu khí.

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

1. Khái quát:

Là sự hình thành hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng. Quá trình tổng hợp giúp xây dựng tế bào và cơ thể.

Tổng hợp các chất chính là quá trình tích lũy năng lượng trong các liên kết hóa học của sản phẩm mới được tổng hợp.

2. Vai trò của quang hợp:

Quang hợp là quá trình tổng hợp quan trọng nhất đối với hệ thống sống. Đây là quá trình thực vật và các sinh vật tự dưỡng chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ nhờ có lục lạp.

Phương trình khái quát của quá trình quang hợp:

Gồm 2 giai đoạn: pha sáng và pha tối.

Giai đoạn	Pha sáng	Pha tối
Nơi xảy ra	Màng thylakoid	Chất nền luck lạp
Nguyên liệu	H2O và ánh sáng	CO2, ATP, NADPH
Sản phẩm	O2, ATP, NADPH	Glucose( C6H12O6)

3. Vai trò của quang khử trong tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng ở vi khuẩn:

Một số vi khuẩn màu lục và màu tía dùng năng lượng ánh sáng để khử Co2, không dùng H2O mà dùng H2S, H2 để làm nguồn H+. Quá trình quang hợp không giải phóng O2 và gọi là quang khử.

4. Vai trò của hóa tổng hợp trong tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng ở vi khuẩn:

Quá trình cố định CO2 thành các chất hữu cơ nhờ sử dụng năng lượng sinh ra từ các phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ gọi là hóa tổng hợp. Các loại sinh vật thực hiện được quá trình này gọi là sinh vật hóa tổng hợp (sinh vật hóa tự dưỡng). Phương trình tổng quát:

Một số nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp và vai trò của chúng:

5. Mối quan hệ giữa quá trình phân giải và quá trình tổng hợp trong tế bào:

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 phân tử phức tạp thành phân tử đơn giản để giải phóng năng lượng.

Hai quá trình này trái ngược nhau nhưng lại thống nhất và liên quan mật thiết với nhau.

Sơ đồ tư duy tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào:

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng

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

Bài 15: Thực hành: Thí nghiệm phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố đến hoạt tính của enzyme và kiểm tra hoạt tính của enzyme amylase

Bài 16: Chu kì tế bào và nguyên phân

Bài 17: Giảm phân