BÀI 13 - KHÁI QUÁT VỀ CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

MỞ ĐẦU

Câu 1: Hoạt động vận động như ở các cầu thủ bóng đá trong hình bên cần tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Vậy, nguồn năng lượng đó đã được lấy từ đâu và chuyển đổi thành dạng nào để tế bào và cơ thể có thể sử dụng ngay khi cần thiết như vậy?

Đáp án chuẩn:

- Nguồn năng lượng cung cấp cho tế bào và cơ thể là từ quá trình hô hấp tế bào, trong đó tế bào phân giải các chất hữu cơ từ thức ăn để sản xuất năng lượng.

- Hoạt động vận động như đá bóng đòi hỏi sự chuyển đổi năng lượng từ dạng thế năng (năng lượng trong các liên kết hóa học) thành năng lượng động (cơ năng).

I. KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ CHUYỂN HÓA

Câu 1: Kể tên một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật.

Đáp án chuẩn:

Một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật:

- Nhiệt năng (nhiệt độ cơ thể);

- Cơ năng (sự co cơ, vận động);

- Điện năng (xung thần kinh),...

Câu 2: Quan sát hình 13.1, nêu cấu tạo và chức năng của ATP. Phân tử ATP mang năng lượng loại nào? Vì sao nói ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào?

Đáp án chuẩn:

- Mỗi phân tử ATP gồm ba thành phần cơ bản: phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate.

- Chức năng chính của ATP là dự trữ năng lượng.

- ATP mang năng lượng loại hóa năng từ các liên kết hóa học.

- ATP được xem như "đồng tiền" năng lượng của tế bào, được sản xuất và sử dụng liên tục trong các hoạt động sống như tổng hợp và vận chuyển các chất, cũng như trong quá trình co cơ.

Câu 3: Thế nào là chuyển hóa năng lượng trong tế bào. Vì sao nói chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng?

Đáp án chuẩn:

- Chuyển hóa năng lượng trong tế bào là tập hợp các phản ứng hóa học chuyển đổi các chất này thành chất khác.

- Chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng. Ví dụ như phân tử ATP, khi năng lượng thay đổi, cấu trúc của nó cũng thay đổi. Tương tự, các phản ứng hóa học trong tế bào và cơ thể luôn đi kèm với sự biến đổi về vật chất và năng lượng.

II. ENZYME

Câu 1: Quan sát hình 13.2 và cho biết: Enzyme là gì? Nêu cấu trúc, Cơ chế tác động và vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hoá năng lượng.

Đáp án chuẩn:

- Enzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống.

- Cấu trúc chủ yếu của enzyme là protein.

- Nhiều enzyme có thêm cofactor như ion kim loại (Fe2+, Mg2+, Cu2+) hoặc phân tử hữu cơ (như heme, biotin).

- Mỗi enzyme thường có một trung tâm hoạt động.

- Cơ chế hoạt động của enzyme là qua trung tâm hoạt động có cấu hình không gian phù hợp để liên kết với cơ chất, biến đổi cấu hình của cả hai.

- Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành rời khỏi enzyme với cấu hình không gian thay đổi, và enzyme trở lại hình dạng ban đầu.

- Enzyme giúp xúc tác các phản ứng chuyển hóa năng lượng bằng cách giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết cho các phản ứng, từ đó tăng tốc phản ứng chuyển hóa.

Câu 2: Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng của những yếu tố nào và chúng có tác động như thế nào đến hoạt tính của enzyme?

Đáp án chuẩn:

- Hoạt tính của enzyme phụ thuộc vào nồng độ enzyme và cơ chất, độ pH, nhiệt độ, và các chất điều hòa enzyme.

- Nếu cơ chất không thay đổi, tăng nồng độ enzyme sẽ tăng hiệu suất phản ứng, nhưng chỉ đạt ngưỡng tối đa sau đó dừng lại.

- Nếu lượng enzyme không đổi và tăng nồng độ cơ chất, hiệu suất phản ứng sẽ tăng và đạt ngưỡng tối đa với lượng enzyme có sẵn.

- Mỗi loại enzyme có pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả; ngoài khoảng pH này, hoạt tính enzyme giảm hoặc bị đình chỉ.

- Mỗi loại enzyme hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ nhất định; ngoài khoảng nhiệt độ này, hoạt tính enzyme giảm hoặc mất hoàn toàn.

- Có các chất hoạt hóa làm tăng hoạt tính enzyme khi liên kết và các chất ức chế làm giảm hoặc làm mất hoạt tính enzyme khi liên kết.

Câu 3: Tế bào có thể điều hoà quá trình chuyển hoá vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng những yếu tố nào? Giải thích.

Đáp án chuẩn:

- Tế bào điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất bằng cách điều khiển hoạt tính của enzyme thông qua các chất hoạt hóa và ức chế.

- Enzyme làm tăng tốc độ các phản ứng hóa học trong cơ thể, làm tăng tốc độ quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào.

- Tốc độ quá trình chuyển hóa này luôn thay đổi theo giai đoạn phát triển và trạng thái của cơ thể.

Câu 4: Giải thích vì sao khi tăng nhiệt độ lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzyme thì hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính.

Đáp án chuẩn:

- Mỗi loại enzyme chỉ hoạt động hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định.

- Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzyme.

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

Câu 1: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phân tử ATP?

A. Phân tử ATP có cấu tạo từ ba thành phần cơ bản: adenine, đường deoxyribose và muối phosphate

B. Trong phân tử ATP, các gốc phosphate liên kết rất chặt chẽ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị

C. Mỗi phân tử ATP có ba gốc phosphate liên kết với nhau tạo nên ba liên kết cao năng

D. ATP liên tục được tổng hợp, vận chuyển và sử dụng trong tế bào sống.

Đáp án chuẩn:

Chọn đáp án D.

- Đáp án A sai vì mỗi phân tử ATP có cấu tạo gồm ba thành phần cơ bản là: phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate

- Đáp án B sai vì các gốc phosphate liên kết rất chặt chẽ với nhau bằng liên kết liên kết anhydric.

- Đáp án C sai vì mỗi phân tử ATP có ba gốc phosphate liên kết với nhau tạo nên hai liên kết cao năng.

Câu 2: Phân tích sự phù hợp giữa cấu tạo và chức năng của phân tử ATP.

Đáp án chuẩn:

- ATP bao gồm adenine, đường ribose và 3 nhóm phosphate. Đây là hợp chất cao năng lượng vì liên kết giữa hai nhóm phosphate cuối cùng trong ATP dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng.

- ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác bằng cách chuyển nhóm phosphate cuối cùng để trở thành ADP (adenosine diphosphate), sau đó ADP được tái tạo nhanh chóng thành ATP bằng cách gắn thêm một nhóm phosphate.

Câu 3: Tế bào nhân thực được chia thành nhiều xoang tách biệt bởi hệ thống nội màng và các bào quan có màng bao bọc, điều này có ý nghĩa gì trong hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào? Giải thích.

Đáp án chuẩn:

Tế bào nhân thực có tổ chức rõ ràng với nhiều xoang tách biệt bởi hệ thống nội màng và các bào quan có màng bao bọc, hỗ trợ hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào.

Câu 4: Dựa vào thành phần cấu tạo và cơ chế điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng của enzyme, hãy giải thích vì sao trong trồng trọt và chăn nuôi, muốn thu được năng suất cao, con người phải chú ý bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng vi lượng, vitamin vào chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi.

Đáp án chuẩn:

- Cấu tạo tế bào và enzyme là các phân tử vô cơ, cần được sinh vật hấp thụ qua quá trình hấp thụ (như nước và muối khoáng ở thực vật) hoặc tiêu hóa thức ăn (ở động vật).

- Trong nông nghiệp và chăn nuôi, để đạt được năng suất cao, cần bổ sung đầy đủ nguyên tố vi lượng và vitamin vào chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và động vật nuôi, giúp chúng sinh trưởng và phát triển tối ưu, đảm bảo năng suất cao.