BÀI 11 - TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI CÁC CHẤT TRONG TẾ BÀO

MỞ ĐẦU

Câu 1: 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?

Đáp án chuẩn:

- Nguồn gốc từ quá trình chuyển hoá vật chất và năng lượng (hô hấp tế bào).

I. TỔNG HỢP CÁC CHẤT VÀ TÍCH LŨY NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO

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

Đáp án chuẩn:

- Tổng hợp các chất trong tế bào là quá trình biến đổi các chất đơn giản thành các chất phức tạp, diễn ra dưới sự xúc tác của enzyme.

- Quá trình này quan trọng để xây dựng và duy trì cấu trúc tế bào, đồng thời tích lũy năng lượng trong các hợp chất hữu cơ.

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

Đáp án chuẩn:

- Tổng hợp được chia thành hai giai đoạn chính:

  + Giai đoạn 1: Tổng hợp các chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ, bao gồm quang tổng hợp, hoá tổng hợp, và quang khử.

  + Giai đoạn 2: Tổng hợp các phân tử lớn từ các chất hữu cơ đơn giản, quan trọng trong việc xây dựng cấu trúc tế bào.

- Không phải tất cả các loài sinh vật đều thực hiện được cả hai giai đoạn này. Ví dụ, động vật là nhóm sinh vật dị dưỡng chỉ có thể tổng hợp các chất hữu cơ từ chất hữu cơ khác, do đó giai đoạn 1 không diễn ra.

Câu 2: Nêu khái niệm, ý nghĩa của quá trình quang tổng hợp.

Đáp án chuẩn:

Quang tổng hợp là quá trình tế bào sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ vô cơ. Quá trình này có ý nghĩa như sau:

- Chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học được lưu trữ trong các hợp chất hữu cơ như glucose (C6H12O6), cung cấp năng lượng cần thiết cho sự sống của sinh vật.

- Sản phẩm của quang tổng hợp là nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp khác, đáp ứng nhu cầu vật chất của sinh vật.

- Giải phóng O2 vào khí quyển thông qua quá trình quang tổng hợp, cung cấp nguyên liệu cho quá trình hô hấp của sinh vật.

Câu 3: Quang tổng hợp ở thực vật diễn ra ở bào quan nào của tế bào và gồm những pha nào?

Đáp án chuẩn:

- Quang tổng hợp ở thực vật diễn ra ở bào quan lục lạp.

- Quang tổng hợp được chia làm hai pha: Pha phụ thuộc ánh sáng (pha sáng) và pha không phụ thuộc ánh sáng (chu trình Calvin).

Câu 4: Cho biết vị trí, nguyên liệu, sản phẩm của pha sáng.

Đáp án chuẩn:

- Vị trí của pha sáng: Pha sáng xảy ra ở 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 5: Năng lượng ánh sáng được chuyển hóa như thế nào trong pha sáng?

Đáp án chuẩn:

Sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng trong pha sáng là từ quang năng thành năng lượng hóa học trong ATP và NADPH: Các sắc tố quang hợp trên màng thylakoid thu nhận năng lượng ánh sáng và chuyển cho trung tâm phản ứng. Trung tâm phản ứng truyền electron qua chuỗi truyền electron để tổng hợp ATP và NADPH.

Câu 6: Các yếu tố nào của môi trường sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của pha sáng?

Đáp án chuẩn:

- Ánh sáng: Cung cấp năng lượng cho quang hợp. Mỗi loài có nhu cầu ánh sáng khác nhau. Ánh sáng mạnh hoặc yếu và thời gian chiếu sáng có thể làm tăng hoặc giảm quang hợp của cây.

- Hàm lượng nước: Nước là nguyên liệu cho pha sáng của quang hợp. Thiếu nước sẽ làm pha sáng ngưng trệ.

- Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến hoạt động xúc tác của enzyme trong pha sáng. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến hoạt tính của các enzyme quang hợp, khiến pha sáng và quá trình quang hợp bị giảm hoặc ngưng trệ.

Câu 7: 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?

Đáp án chuẩn:

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

- Sự tổng hợp các chất hữu cơ từ các nguyên liệu trên trong pha tối:

  - ATP và NADPH cung cấp năng lượng và điện tử để khử CO2 thành C₆H₁₂O₆.

  - RuBP kết hợp với CO₂ tạo ra 3-phosphoglycerate (3PG).

  - 3PG được khử thành glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) với sự tham gia của ATP và NADPH từ pha sáng.

  - Một phần G3P tái tạo RuBP, phần còn lại tổng hợp glucose.

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

Đáp án chuẩn:

Glucose từ quá trình quang hợp (C₆H₁₂O₆) cung cấp mạch "xương sống" carbon cần thiết cho tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ của tế bào như amino acid và acid béo.

Vận dụng 1: Trình bày vai trò của quang hợp đối với sinh giới.

Đáp án chuẩn:

- Chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học trong hợp chất hữu cơ (C6H12O6) → Cung cấp năng lượng cho sinh vật.

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

- Giải phóng O2 vào khí quyển → Cung cấp dưỡng khí cho sinh vật.

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

Đáp án chuẩn:

- Chọn giống, lai tạo giống mới có khả năng quang hợp cao.

- Điều chỉnh sự sinh trưởng của diện tích lá bằng biện pháp bón phân, tưới nước hợp lý.

- Trồng vào thời vụ và mật độ thích hợp để đảm bảo điều kiện ngoại cảnh như ánh sáng, nhiệt độ, nước, hàm lượng CO2/O2 phù hợp cho quang hợp.

Luyện tập 2: Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.1.

Đáp án chuẩn:

Câu 9: Nêu điểm giống nhau và khác nhau giữa quang tổng hợp và hóa tổng hợp.

Đáp án chuẩn

- Giống nhau:

• Đều là quá trình tổng hợp chất hữu cơ đặc trưng cho cơ thể từ các chất vô cơ.
• Đều giai đoạn khử CO₂ thành glucose.

- Khác nhau:

Câu 10: Quang khử và quang tổng hợp giống và khác nhau ở những điểm nào?

Đáp án chuẩn:

- Giống nhau:

• Đều tổng hợp chất hữu cơ (C₆H₁₂O₆) đặc trưng cho cơ thể từ các chất vô cơ (có CO₂).
• Đều có sự hấp thụ năng lượng ánh sáng bằng các sắc tố quang hợp.

- Khác nhau:

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

Đáp án chuẩn:

Các phân tử lớn như protein, lipid, tinh bột, cellulose, glycogen được tế bào tổng hợp có vai trò quan trọng:

- Protein: cung cấp năng lượng, xây dựng tế bào, điều hòa hoạt động sống, vận chuyển chất, bảo vệ cơ thể.

- Lipid: cung cấp và dự trữ năng lượng, tham gia cấu trúc màng tế bào.

- Tinh bột, cellulose, glycogen: cung cấp năng lượng, cấu tạo tế bào và các mô.

II. PHÂN GIẢI CÁC CHẤT VÀ GIẢI PHÓNG NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO

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

Đáp án chuẩn:

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

* Ý nghĩa của quá trình phân giải đối với tế bào sinh vật:

- Giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào.

- Tạo ra các phân tử nhỏ làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Câu 13: Hô hấp tế bào là gì? Hô hấp tế bào diễn ra ở đâu và gồm những giai đoạn nào?

Đáp án chuẩn:

- Hô hấp tế bào là chuỗi các phản ứng phân giải hợp chất hữu cơ (glucose) diễn ra trong tế bào. 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 của hô hấp tế bào: Ở sinh vật nhân thực, quá trình hô hấp tế bào diễn ra trong bào tương và ti thể.

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

Câu 14: Nêu ý nghĩa của hô hấp tế bào?

Đáp án chuẩn:

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

- Giải phóng một phần năng lượng nhiệt giúp duy trì thân nhiệt của sinh vật.

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

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

Đáp án chuẩn:

Trong quá trình hô hấp tế bào:

- Giai đoạn đường phân tạo ra 2 ATP.

- Giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs tạo ra 2 ATP.

- Giai đoạn chuỗi truyền electron tạo ra 28 ATP.

Nhận xét: Trong ba giai đoạn này, chuỗi truyền electron tạo ra nhiều ATP nhất, đồng thời giai đoạn đầu và giữa chỉ tạo ra tổng cộng 4 ATP. Do đó, quá trình hô hấp tế bào giải phóng năng lượng dần qua từng giai đoạn.

Câu 15: Đường phân diễn ra ở đâu và hình thành nên các sản phẩm nào?

Đáp án chuẩn:

- Vị trí diễn ra: Đường phân diễn ra ở tế bào chất.

- Sản phẩm của quá trình đường phân: Từ một phân tử glucose, quá trình đường phân tạo ra hai phân tử pyruvic acid, hai phân tử ATP, và hai phân tử NADH.

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

Đáp án chuẩn:

- Vị trí diễn ra: Giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs diễn ra ở chất nền ti thể.

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

Tìm hiểu thêm: 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?

Đáp án chuẩn:

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 như SO₄^2-, NO₃^-, fumarate,... thì kiểu hô hấp của sinh vật đó là hô hấp kị khí (hô hấp trong điều kiện không có O2).

Câu 17: Chuỗi truyền electron diễn ra ở đâu? Năng lượng được giải phóng trong chuỗi truyền electron được sử dụng để làm gì?

Đáp án chuẩn:

- Vị trí diễn ra: Chuỗi truyền electron diễn ra ở màng trong ti thể.

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

Câu 18: Nêu vai trò của oxygen trong chuỗi truyền electron.

Đáp án chuẩn:

Oxygen là chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron của hô hấp. Nếu thiếu oxygen, chuỗi truyền electron và chu trình Krebs ngừng lại, dẫn đến sản xuất ít ATP và tạo ra các sản phẩm như lactic acid, ethanol,... có thể độc hại cho tế bào.

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

Đáp án chuẩn:

Khi tập thể dục hoặc lao động nặng, cơ thể đòi hỏi nhiều ATP để cung cấp năng lượng cho các hoạt động liên tục của cơ. Để đáp ứng nhu cầu này, tế bào tăng cường hoạt động hô hấp tế bào, cần oxygen và thải ra carbon dioxide. Do đó, chúng ta thở mạnh hơn để tăng cường cung cấp oxygen và loại bỏ khí carbon dioxide.

Luyện tập 4: Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.2.

Đáp án chuẩn:

Câu 19: Khi trong tế bào không có O₂, glucose sẽ được chuyển hóa như thế nào?

Đáp án chuẩn:

Khi không có O₂, glucose sẽ được chuyển hóa thành pyruvic acid thông qua quá trình đường phân. Pyruvic acid sau đó được chuyển hóa thành lactic acid, ethanol hoặc các hợp chất hữu cơ khác theo con đường lên men trong tế bào chất.

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

Đáp án chuẩn:

Khi lên men lactic trong rau quả, việc đổ nước và đậy kín tạo môi trường thiếu oxy (môi trường yếu oxy). Điều này thúc đẩy vi khuẩn lactic phát triển để thực hiện quá trình lên men lactic trong rau quả, đồng thời ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây hư hỏng.

III. MỐI QUAN HỆ GIỮA TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI CÁC CHẤT TRONG TẾ BÀO

Câu 20: 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?

Đáp án chuẩn:

Tổng hợp là quá trình tạo hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và dự trữ năng lượng, trong khi phân giải là quá trình phân rã các hợp chất phức tạp thành các chất đơn giản và giải phóng năng lượng. Hai quá trình này là đối lập nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào và sinh vật.

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

Đáp án chuẩn:

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