Giải Sinh học 10 Bài 16 (Chân trời sáng tạo): Phân giải các chất và giải phóng năng lượng

Giải Sinh học 10 Bài 16: Phân giải các chất và giải phóng năng lượng

Mở đầu trang 76 Sinh học 10: Khi hoạt động nặng, nhu cầu oxygen của tế bào rất cao để cung cấp đủ năng lượng cho cơ thể. Tuy nhiên, trong trường hợp thiếu oxygen thì tế bào sẽ tạo ra năng lượng bằng cách nào?

Trả lời:

Khi thiếu oxygen, tế bào sẽ tạo ra năng lượng bằng cách phân giải kị khí. Phân giải kị khí là quá trình phân giải chất hữu cơ trong điều kiện không có oxygen, trong đó, chất cho và nhận electron đều là chất hữu cơ. Hai hình thức lên men phổ biến là lên men rượu và lên men lactic.

Câu hỏi 1 trang 76 Sinh học 10: Cho một số ví dụ về quá trình phân giải các chất trong tế bào (nêu rõ nguyên liệu tham gia và sản phẩm được hình thành).

Trả lời:

Câu hỏi 2 trang 76 Sinh học 10: Tại sao nói quá trình phân giải các chất song song với giải phóng năng lượng?

Trả lời:

Nói quá trình phân giải các chất song song với giải phóng năng lượng vì: Phân giải là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn nhờ quá trình bẻ gãy các liên kết hóa học. Thông qua sự phá vỡ các liên kết hóa học trong các chất phức tạp, năng lượng được giải phóng để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.

Câu hỏi 3 trang 77 Sinh học 10: Hãy cho ví dụ chứng minh tốc độ của phân giải hiếu khí phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể.

Trả lời:

Ví dụ chứng minh tốc độ của phân giải hiếu khí phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể: Khi cơ thể hoạt động mạnh (chạy, nhảy, lao động nặng,...), nhu cầu năng lượng của cơ thể sẽ tăng lên dẫn đến tốc độ của phân giải hiếu khí nhanh. Khi cơ thể ở trạng thái nghỉ ngơi (ngồi nghỉ, ngủ,...), nhu cầu năng lượng của cơ thể sẽ giảm dẫn đến tốc độ của phân giải hiếu khí chậm hơn.

Câu hỏi 4 trang 77 Sinh học 10: Quan sát Hình 16.2, hãy cho biết quá trình phân giải hiếu khí gồm những giai đoạn nào. Mối quan hệ giữa các giai đoạn đó là gì?

Trả lời:

- Quá trình phân giải hiếu khí gồm 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron hô hấp.

- Mối quan hệ giữa 3 giai đoạn trên: Ba giai đoạn trên có mối quan hệ mật thiết với nhau, trong đó, sản phẩm của giai đoạn trước sẽ được dùng làm nguyên liệu cho giai đoạn sau và ngược lại. Nếu một trong ba giai đoạn bị ức chế sẽ dẫn đến toàn bộ quá trình bị ngừng lại.

Câu hỏi 5 trang 77 Sinh học 10: Tại sao quá trình đường phân tạo được 4 phân tử ATP nhưng hiệu quả thực sự chỉ có 2 phân tử ATP?

Trả lời:

Trong quá trình đường phân, đầu tiên, tế bào đã sử dụng 2 phân tử ATP để hoạt hóa phân tử glucose. Do đó, mặc dù tạo được 4 phân tử ATP nhưng hiệu quả năng lượng thực sự của đường phân chỉ có 2 phân tử ATP.

Câu hỏi 6 trang 77 Sinh học 10: Sau khi kết thúc giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, đã có những sản phẩm nào được tạo thành?

Trả lời:

Sản phẩm của giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs: 6 phân tử CO₂, 2 phân tử ATP, 8 phân tử NADH, 2 phân tử FADH₂.

Câu hỏi 7 trang 78 Sinh học 10: Trong quá trình phân giải hiếu khí, oxygen có vai trò gì?

Trả lời:

Trong quá trình phân giải hiếu khí, oxygen là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi chuyền electron hô hấp. Electron được giải phóng từ NADH và FADH₂ được chuyền đến chất nhận electron cuối cùng là phân tử oxygen để tạo thành nước.

Câu hỏi 8 trang 78 Sinh học 10: Trong trường hợp nào tế bào sẽ chuyển sang hình thức phân giải kị khí?

Trả lời:

Tế bào sẽ chuyển sang hình thức phân giải kị khí trong trường hợp tế bào không được cung cấp đủ oxygen. Trong trường hợp này, tế bào sẽ sử dụng pyruvic acid làm chất nhận electron từ NADH và biến đổi thành các sản phẩm cuối cùng nhờ quá trình lên men diễn ra trong tế bào chất.

Câu hỏi 9 trang 78 Sinh học 10: Tại sao quá trình phân giải kị khí không có sự tham gia của ti thể?

Trả lời:

Do trong quá trình phân giải kị khí không diễn ra giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, cũng không diễn ra chuỗi chuyền electron hô hấp nên không cần đến ti thể.

Câu hỏi 10 trang 78 Sinh học 10: Tại sao quá trình phân giải kị khí tạo rất ít ATP nhưng vẫn được các sinh vật sử dụng?

Trả lời:

Quá trình phân giải kị khí tạo rất ít ATP nhưng vẫn được các sinh vật sử dụng vì: Trong những điều kiện thiếu oxygen, tế bào không thể tiến hành hô hấp hiếu khí để cung cấp ATP cho các hoạt động sống. Khi đó, để đáp ứng nhu cầu ATP kịp thời, phân giải kị khí trở thành giải pháp tối ưu vì phân giải kị khí tạo ra ATP mà không cần tiêu tốn oxygen.

Luyện tập trang 79 Sinh học 10: Tìm hiểu và cho biết một số ứng dụng của quá trình phân giải kị khí trong đời sống.

Trả lời:

Một số ứng dụng của quá trình phân giải kị khí trong đời sống:

- Lên men rượu.

- Muối dưa, cà.

- Làm sữa chua.

- Làm phomat.

Câu hỏi 11 trang 79 Sinh học 10: Cho ví dụ để chứng minh mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và quá trình phân giải các chất trong tế bào.

Trả lời:

Ví dụ để chứng minh mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và quá trình phân giải các chất trong tế bào: Quá trình quang hợp cung cấp nguyên liệu (chất hữu cơ) cho quá trình phân giải, đồng thời quá trình phân giải cũng sẽ cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp nên những chất hữu cơ phức tạp đặc trưng cho cơ thể thực vật.

Vận dụng trang 79 Sinh học 10: Cyanide là một hợp chất có một nguyên tử carbon liên kết với một nguyên tử nitrogen bằng liên kết ba (C≡N). Đây là hợp chất được sử dụng làm thuốc độc từ xa xưa. Nếu hít phải một lượng khí có chứa 0,2% cyanide có thể tử vong ngay lập tức. Hãy tìm hiểu và cho biết tại sao cyanide có thể gây tử vong?

Trả lời:

Cyanide có tác dụng ức chế quá trình vận chuyển electron dẫn đến không tổng hợp được ATP. Khi hàm lượng cyanide vượt quá mức cho phép dẫn đến các tế bào không đủ năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống → gây tử vong.

Bài tập 1 trang 79 Sinh học 10: Tại sao khi cường độ hô hấp giảm sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất của tế bào?

Trả lời:

Khi cường độ hô hấp giảm sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất của tế bào vì:

- Quá trình vận chuyển chủ động các chất cần tiêu tốn năng lượng ATP. Do đó, nếu cường độ hô hấp giảm sẽ làm giảm quá trình vận chuyển các chất.

- Ngoài ra, khi cường độ hô hấp giảm, sự tiêu hao các chất giảm khiến cho nhu cầu các chất của tế bào cũng giảm đi dẫn đến nhu cầu vận chuyển các chất của tế bào cũng chậm lại.

Bài tập 2 trang 79 Sinh học 10: Có ý kiến cho rằng: “Phân tử glucose được vận chuyển vào trong ti thể để tham gia vào quá trình hô hấp tế bào”. Ý kiến trên là đúng hay sai? Hãy thiết kế một thí nghiệm đơn giản để chứng minh.

Trả lời:

- Ý kiến trên là sai. Trong quá trình hô hấp tế bào, glucose phải được biến đổi thành pyruvic acid rồi mới được vận chuyển vào trong ti thể để tiếp tục thực hiện hô hấp tế bào.

- Thí nghiệm kiểm chứng: Chuẩn bị hai ống nghiệm có chứa các chất đệm phù hợp với môi trường nội bào:

+ Ống 1: bổ sung glucose và ti thể.

+ Ống 2: bổ sung pyruvic acid và ti thể.

Để hai ống nghiệm cùng một điều kiện nhiệt độ 30 ^oC.

→ Kết quả: Ống 1 không thấy hiện tượng sủi bọt do CO₂ không được tạo ra, còn ống 2 có CO₂ tạo ra nên có hiện tượng sủi bọt. Điều này chứng tỏ trong ống 2 đã diễn ra quá trình hô hấp tế bào.

Bài tập 3 trang 79 Sinh học 10: So sánh phân giải hiếu khí và phân giải kị khí.

Trả lời:

Bài tập 4 trang 79 Sinh học 10: Nếu cho vào tế bào một chất hóa học để phá hủy màng trong ti thể, hãy cho biết:

a. Hậu quả gì sẽ xảy ra đối với tế bào?

b. Trong trường hợp này, số ATP được giải phóng sẽ là bao nhiêu?

Trả lời:

a. Nếu cho vào tế bào một chất hóa học để phá hủy màng trong ti thể, tế bào sẽ không thực hiện được quá trình hô hấp hiếu khí dẫn đến không tổng hợp được ATP để thực hiện các hoạt động sống.

b. Trong trường hợp này, tế bào chuyển sang phân giải kị khí nên từ 1 phân tử glucose sẽ tạo ra 2 ATP.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 16: Phân giải các chất và giải phóng năng lượng

I. Khái niệm phân giải các chất trong tế bào

- Khái niệm: Phân giải chất trong tế bào là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn nhờ quá trình bẻ gãy các liên kết hóa học. Ví dụ: Phân giải tinh bột thành các phân tử glucose, phân giải nucleic acid thành các nucleotide,…

Sơ đồ minh họa quá trình phân giải các chất

- Thông qua sự phá vỡ các liên kết hóa học trong các chất phức tạp, năng lượng được giải phóng để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.

II. Quá trình phân giải hiếu khí

1. Khái niệm phân giải hiếu khí

- Khái niệm: Phân giải hiếu khí (hô hấp tế bào) là quá trình phân giải các chất hữu cơ khi có oxygen thành sản phẩm cuối cùng là CO₂ và H₂O, đồng thời giải phóng năng lượng được tích lũy trong các hợp chất hữu cơ thành dạng năng lượng dễ sử dụng cho tế bào có trong phân tử ATP.

- Phương trình tổng quát:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Q (ATP + nhiệt)

- Đặc điểm:

+ Trong phân giải hiếu khí, năng lượng trong các hợp chất hữu cơ được giải phóng từng phần thông qua một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử.

+ Tùy vào nhu cầu năng lượng của cơ thể mà tốc độ của quá trình phân giải hiếu khí có thể diễn ra nhanh hay chậm.

2. Các giai đoạn chính

Quá trình phân giải hiếu khí được chia thành 3 giai đoạn: đường phân, oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, chuỗi chuyền electron hô hấp.

Sơ đồ tóm tắt các giai đoạn của quá trình phân giải hiếu khí

a. Quá trình đường phân

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

- Cơ chế: Đường phân là quá trình biến đổi glucose xảy ra trong tế bào chất và không có sự tham gia của oxygen.

+ Phân tử glucose được hoạt hóa bằng 2 phân tử ATP.

+ Nhờ enzyme đặc hiệu, phân tử glucose tách thành 2 phân tử pyruvic acid (phân tử 3C).

- Sản phẩm thu được: 2 pyruvic acid, 2 ATP và 2 NADH.

b. Oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs

- Vị trí diễn ra: Diễn ra trong chất nền ti thể.

- Cơ chế:

+ Oxi hóa pyruvic: 2 phân tử pyruvic acid bị oxi hóa thành 2 phân tử acetyl – coenzyme A (acetyl – CoA), đồng thời sinh ra 2 phân tử CO₂, 2 NADH.

+ Chu trình Krebs: Khi đi qua chu trình Krebs, mỗi acetyl – CoA bị oxi hóa hoàn toàn tạo thành 2 phân tử CO₂, 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH₂.

Sơ đồ chu trình Krebs

- Sản phẩm thu được: 4 phân tử CO₂, 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH₂.

c. Chuỗi chuyền electron hô hấp

- Vị trí diễn ra: Diễn ra tại màng trong ti thể.

- Cơ chế: Chuỗi chuyền electron hô hấp sẽ chuyển hóa năng lượng được tích trữ trong các phân tử NADH và FADH₂ thành năng lượng trong các phân tử ATP. Đây là giai đoạn tạo được nhiều ATP nhất.

+ Các phân tử NADH và FADH₂ bị oxi hóa thông qua một chuỗi phản ứng oxi hóa khử

+ Electron được giải phóng từ NADH và FADH₂ chuyển đến chất nhận electron cuối cùng là phân tử oxygen để tạo thành H₂O.

- Sản phẩm thu được: Khi oxi hóa 1 phân tử NADH sẽ tạo được 2,5 phân tử ATP, 1 phân tử FADH₂ sẽ tạo được 1,5 phân tử ATP.

III. Quá trình phân giải kị khí

- Khái niệm: Phân giải kị khí là quá trình phân giải các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxygen, trong đó, chất cho và nhận electron đều là chất hữu cơ.

- Có hai hình thức lên men phổ biến là lên men rượu và lên men lactic.

+ Lên men rượu (có ở đa số vi khuẩn, nấm men):

Pyruvic acid → C₂H₅OH (rượu ethanol) + 2CO₂

+ Lên men lactic (có ở một số vi khuẩn, nấm, động vật):

Pyruvic acid → C₂H₅COOH (lactic acid)

- Hiệu quả năng lượng: Quá trình phân giải kị khí chỉ tạo được 2 ATP, mức năng lượng này rất ít so với phân giải hiếu khí.

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

- Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào là hai quá trình đối lập nhưng có sự thống nhất với nhau để duy trì các hoạt động sống của tế bào:

+ Quá trình tổng hợp tạo nên các chất cung cấp nguyên liệu cho quá trình phân giải.

+ Quá trình phân giải cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Sơ đồ mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Chân trời sáng tạo với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 17: Thông tin giữa các tế bào

Ôn tập chương 3

Bài 18: Chu kỳ tế bào

Bài 19: Quá trình phân bào

Bài 20: Thực hành: Quan sát tiêu bản các kì phân bào nguyên phân và giảm phân