Slide bài giảng sinh học 10 cánh diều bài 10 Sự chuyển hóa năng lượng và enzyme

Tóm lược nội dung

BÀI 10 - SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG VÀ ENZYME

MỞ ĐẦU

Câu 1: Quan sát hình 10.1 và nêu các dạng năng lượng trong quá trình quang hợp. Trong quá trình đó, năng lượng được chuyển hóa từ dạng nào sang dạng nào? Chuyển hóa năng lượng là gì?

Trả lời rút gọn:

- Trong quá trình quang hợp, có hai dạng năng lượng: năng lượng quang năng và năng lượng hoá học.

  + Năng lượng quang năng là năng lượng ánh sáng mặt trời.

  + Năng lượng hoá học là năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học.

- Trong quá trình này, năng lượng chuyển hóa từ năng lượng quang năng sang năng lượng hóa học.

- Chuyển hóa năng lượng là quá trình biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, từ năng lượng trong hợp chất này thành năng lượng trong hợp chất khác.

I. NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO

Câu 1: Hoạt động sống của tế bào và cơ thể sử dụng các dạng năng lượng nào? Quá trình nào cung cấp năng lượng cho tế bào?

Trả lời rút gọn:

- Trong hoạt động sống của tế bào và cơ thể, sử dụng nhiều dạng năng lượng như: năng lượng hoá học, năng lượng cơ học, năng lượng điện, năng lượng nhiệt.

  - Năng lượng hoá học là năng lượng dự trữ trong các liên kết hoá học và là dạng năng lượng chủ yếu.

  - Năng lượng cơ học, năng lượng điện, năng lượng nhiệt là các dạng năng lượng liên quan đến sự chuyển động của các phần tử vật chất.

- Quá trình cung cấp năng lượng cho tế bào là quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng.

Câu 2: Quan sát hình 10.2 và xác định các dạng năng lượng được chuyển hóa trong hoạt động sống của tế bào?

Trả lời rút gọn:

Năng lượng được chuyển hóa trong hoạt động sống của tế bào là năng lượng hoá học: năng lượng từ các phân tử hữu cơ (C6H12O6) được chuyển hóa thành năng lượng hoá học trong các phân tử ATP.

Câu 3: Ở hình 10.3, năng lượng được chuyển từ dạng nào sang dạng nào? Sự chuyển hóa này có ý nghĩa gì đối với tế bào?

Trả lời rút gọn:

- Ở hình 10.3, năng lượng hoá học trong phân tử glucose chuyển hoá thành năng lượng hoá học trong phân tử ATP và nhiệt năng (Q).

- Ý nghĩa của sự chuyển hoá năng lượng trên: Sự chuyển hoá năng lượng cung cấp năng lượng cho tế bào thực hiện các hoạt động sống, đảm bảo sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và sinh sản.

Luyện tập 1: Nêu một số hoạt động tế bào cần sử dụng năng lượng. Trong các hoạt động đó, năng lượng được chuyển hóa như thế nào?

Trả lời rút gọn:

Một số hoạt động tế bào cần sử dụng năng lượng:

- Vận chuyển Ca2+ vào lưới nội chất trơn.

- Vận chuyển H+ vào lysosome, không bào.

- Hấp thu các chất dinh dưỡng như glucose, amino acid vào tế bào biểu mô ruột.

- Hấp thu khoáng vào tế bào lông hút.

- Cơ cơ để tạo nên sự vận động của cơ thể.

Trong các hoạt động trên, năng lượng hoá học trong các chất hữu cơ được chuyển hóa thành năng lượng hoá học trong ATP (dạng năng lượng dễ sử dụng) và năng lượng nhiệt.

Câu 4: Quan sát hình 10.4 và cho biết chức năng của ATP trong tế bào. Giải thích?

Trả lời rút gọn:

*Chức năng của ATP trong tế bào bao gồm:

- Tổng hợp các chất hoá học cần thiết cho tế bào.

- Vận chuyển chủ động các chất qua màng.

- Sinh công cơ học.

*Giải thích

- Tinh bột, glycogen, triglyceride là các phân tử dự trữ năng lượng, nhưng sự phân giải các phân tử này và các đơn phân của chúng không thể cung cấp năng lượng trực tiếp cho các hoạt động sống của tế bào mà phải thông qua ATP.

- ATP đóng vai trò là "đồng tiền năng lượng của tế bào" vì nó là hợp chất cao năng, dễ giai phóng năng lượng. Khi liên kết giữa hai gốc phosphate của ATP bị phá vỡ, năng lượng được chuyển hoá trực tiếp cho các hoạt động cần năng lượng của tế bào.

Luyện tập 2: Dựa vào hình 10.5 nêu cấu tạo của ATP. ATP được phân giải và tổng hợp như thế nào? Đặc điểm nào để có thể ví ATP là “đồng tiền” năng lượng trong tế bào?

Trả lời rút gọn:

* Cấu tạo của ATP bao gồm ba thành phần cơ bản: phân tử adenine, phân tử đường ribose, và phần đuôi với ba gốc phosphate. 

- Khi liên kết giữa các gốc phosphate bị phá vỡ, năng lượng được giải phóng.

* Trong quá trình sử dụng, ATP phân giải thành ADP và giải phóng một nhóm phosphate, cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tế bào. 

- Sau khi hoàn thành chức năng, nhóm phosphate liên kết trở lại với ADP để tái tạo ATP. 

* ATP được coi là "đồng tiền" năng lượng trong tế bào vì nó có các liên kết phosphate cao năng dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng, giúp cung cấp năng lượng một cách nhanh chóng cho mọi hoạt động sống của tế bào.

II. ENZYME

Câu 5: Người ta tiến hành thí nghiệm đun sôi 200 mL dung dịch tinh bột với 5 mL chất xúc tác HCl 1N trong 1 giờ. Kết quả cho thấy tinh bột bị phân giải thành đường. Khi nhai cơm, ta thấy có vị ngọt vì tinh bột được phân giải thành đường nhờ enzyme amylase. Nhận xét về điều kiện và tốc độ của hai phản ứng.

Trả lời rút gọn:

- Phản ứng phân giải tinh bột với chất xúc tác HCl cần điều kiện nhiệt độ cao (đun sôi) và diễn ra chậm (trong 1 giờ).

- Phản ứng phân giải tinh bột với chất xúc tác enzyme amylase không cần điều kiện nhiệt độ (nhiệt độ bình thường của cơ thể) và diễn ra nhanh chóng (chỉ mất một vài phút).

Luyện tập 3: Nếu không có enzyme, các phản ứng hóa học và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào có diễn ra được không? Điều gì sẽ xảy ra nếu trong một chuỗi phản ứng do nhiều enzyme xúc tác mà có một enzyme không hoạt động?

Trả lời rút gọn:

- Nếu tế bào không có enzyme, các phản ứng hóa học cần chất xúc tác và điều kiện phản ứng sẽ không thể xảy ra, làm ngăn chặn các quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào.

- Trong một chuỗi phản ứng do nhiều enzyme xúc tác, nếu một enzyme không hoạt động, không chỉ sản phẩm không được tạo thành mà còn có thể tích lũy cơ chất của enzyme đó gây độc cho tế bào hoặc cơ thể.

Câu 6: Phản ứng do enzyme xúc tác thay đổi như thế nào khi trung tâm hoạt động của enzyme bị thay đổi hình dạng không phù hợp với cơ chất?

Trả lời rút gọn:

Để enzyme có thể tác động, nó phải kết hợp với cơ chất thông qua một sự liên kết đặc biệt, tạo thành phức hợp enzyme – cơ chất. Trung tâm hoạt động của enzyme phải có cấu trúc không gian phù hợp với cơ chất. Khi trung tâm hoạt động của enzyme thay đổi hình dạng không phù hợp với cơ chất, phản ứng do enzyme xúc tác sẽ không xảy ra do không có sự liên kết giữa enzyme và cơ chất.

Câu 7: Dựa vào hình 10.6, mô tả ba bước cơ bản trong cơ chế tác động của enzyme đến phản ứng mà nó xúc tác.

Trả lời rút gọn:

1. Enzyme kết hợp với cơ chất thông qua sự liên kết đặc hiệu, tạo thành phức hợp enzyme – cơ chất. Trung tâm hoạt động của enzyme có cấu trúc không gian phù hợp với cơ chất, và khi liên kết xảy ra, trung tâm hoạt động sẽ thay đổi hình dạng để phù hợp với cơ chất.

2. Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm. Enzyme giúp hạ thấp năng lượng hoạt động cần thiết cho phản ứng diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

3. Sản phẩm được tạo thành tách ra khỏi enzyme. Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm có cấu trúc không gian thay đổi và rời khỏi enzyme. Enzyme trở lại hình dạng ban đầu và sẵn sàng cho cơ chất mới.

Vận dụng: Khi nhai kĩ cơm, ta thấy có vị ngọt. Hãy giải thích các giai đoạn trong cơ chế tác động của amylase nước bọt.

Trả lời rút gọn:

Các giai đoạn trong cơ chế tác động của amylase nước bọt như sau:

1. Enzyme amylase kết hợp với tinh bột tại trung tâm hoạt động, tạo thành phức hợp enzyme – tinh bột.

2. Enzyme amylase xúc tác cho phản ứng biến đổi tinh bột thành đường.

3. Đường được tạo thành tách khỏi enzyme amylase, trung tâm hoạt động của enzyme amylase sẵn sàng cho phân tử tinh bột mới kết hợp vào.

Câu 8: Quan sát hình 10.7 và cho biết khi tăng nồng độ cơ chất hay nhiệt độ, độ pH thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào. Nhận xét về giá trị tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu.

Trả lời rút gọn:

* Tốc độ phản ứng khi tăng nồng độ cơ chất, nhiệt độ, hoặc độ pH có các đặc điểm như sau:

- Khi tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng tăng, nhưng đạt đến trạng thái bão hòa thì không còn tăng nữa.

- Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng và đạt cao nhất ở nhiệt độ tối ưu, vượt qua nhiệt độ tối ưu thì giảm.

- Khi tăng pH, tốc độ phản ứng tăng và đạt cao nhất ở độ pH tối ưu, vượt qua độ pH tối ưu thì giảm.

* Giá trị tốc độ phản ứng ở nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu là cực đại, tức là đạt được điểm cao nhất của tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác.

Tìm hiểu thêm:

• Các enzyme trong ống tiêu hóa ở người hoạt động ở pH khác nhau. Nêu ví dụ chứng minh điều này.
• Tìm hiểu tác động của một số loại thuốc đến phản ứng enzyme ví dụ thuốc kháng sinh ampicillin, amoxycillin, cefixime, thuốc điều trị bệnh Gout,…

Trả lời rút gọn:

* Ví dụ về hoạt động của các enzyme trong ống tiêu hoạ ở người ở các độ pH khác nhau bao gồm:

- Enzyme amylase trong nước bọt hoạt động ở độ pH từ 6,7 – 7.

- Enzyme pepsin trong dạ dày hoạt động ở độ pH từ 1,5 – 2.

- Enzyme trypsin hoạt động ở độ pH từ 7,8 – 8,7.

* Học sinh có thể nghiên cứu về tác động của một số loại thuốc như ampicillin, amoxycillin, cefixime, thuốc điều trị bệnh Gout đến phản ứng enzyme.

III. THỰC HÀNH VỀ ENZYME

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt tính của amylase

Câu 9:

- So sánh màu dung dịch trong các ống nghiệm. Ống nghiệm nào có sự thủy phân tinh bột dưới tác dụng của amylase? Giải thích?

- Nhiệt độ nào thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên?

Trả lời rút gọn:

* Tinh bột bắt màu với thuốc thử Lugol, tạo ra màu xanh tím đậm. Enzyme amylase có hoạt tính phân giải tinh bột thành đường.

- Trong ống 3, nhiệt độ 100°C làm enzyme amylase bị biến đổi, mất hoạt tính xúc tác, do đó tinh bột không phân giải. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột này sẽ tạo ra màu xanh tím đậm nhất.

- Trong ống 1, nhiệt độ 0°C không phù hợp cho hoạt động xúc tác của amylase, dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác của enzyme. Lượng tinh bột phân giải thành đường ít hơn. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại sẽ tạo ra màu xanh tím nhạt hơn ống 2.

- Trong ống 2, nhiệt độ 37°C là nhiệt độ lý tưởng cho hoạt động xúc tác của amylase. Lượng tinh bột phân giải thành đường nhiều hơn. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại ít nhất, dẫn đến dung dịch có màu xanh tím nhạt nhất.

* Nhiệt độ 37°C là nhiệt độ phù hợp nhất cho hoạt động xúc tác của enzyme amylase trong thí nghiệm này.

Báo cáo kết quả thí nghiệm theo gợi ý:

Trả lời rút gọn:

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tên thí nghiệm: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của amylase

Tên nhóm: …

1. Mục đích thí nghiệm:

• Thực hiện được thí nghiệm, quan sát và giải thích được sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của amylase.

2. Chuẩn bị thí nghiệm:

• Hóa chất: dung dịch tinh bột 0,5%, dung dịch amylase, thuốc thử Lugol, nước cất.
• Dụng cụ: ống nghiệm, cốc đựng nước đá (0^oC), cốc đựng nước ở khoảng 37^oC, cốc đựng nước sôi (100^oC), pipet nhựa (1 – 3 mL).

3. Các bước tiến hành:

• Bước 1: Lấy ba ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.
• Bước 2: Cho 1 mL dung dịch amylase vào mỗi ống nghiệm.
• Bước 3: Đặt ống 1 vào cốc đựng nước đá, ống 2 vào cốc đựng nước khoảng 
• Bước 4: Thêm 1 mL dung dịch tinh bột vào mỗi ống nghiệm, lắc đều và đặt lại vào các cốc tương ứng. Để cố định trong 10 phút.
• Bước 5: Thêm vào mỗi ống 1 giọt thuốc thử Lugol.
• Bước 6: Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.

4. Kết quả thí nghiệm và giải thích:

Kết quả thí nghiệm cho thấy ống 3 có màu xanh tím đậm nhất, ống 1 có màu xanh tím nhạt hơn, và ống 2 có màu xanh tím nhất.

- Tinh bột bắt màu với thuốc thử Lugol tạo ra màu xanh tím đặc trưng. Enzyme amylase có hoạt tính phân giải tinh bột thành đường.

- Trong ống 3, nhiệt độ 100°C làm enzyme amylase bị biến đổi, mất hoạt tính xúc tác, do đó tinh bột không phân giải. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột này sẽ tạo ra màu xanh tím đậm nhất.

- Trong ống 1, nhiệt độ 0°C không phù hợp cho hoạt động xúc tác của amylase, dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác của enzyme. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại sẽ tạo ra màu xanh tím nhạt hơn ống 2.

- Trong ống 2, nhiệt độ 37°C là nhiệt độ lý tưởng cho hoạt động xúc tác của amylase. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại ít nhất, dẫn đến dung dịch có màu xanh tím nhất.

Nhiệt độ 37°C là nhiệt độ phù hợp nhất cho hoạt động xúc tác của enzyme amylase trong thí nghiệm này.

5. Kết luận:

• Nhiệt độ 37^oC thích hợp cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên.

2. Ảnh hưởng của độ pH đeesn hoạt tính của amylase

Câu 10:

• So sánh kết quả màu dung dịch trong các ống nghiệm.
• So sánh hoạt tính của amylase trong các ống nghiệm và giải thích.
• Độ pH tối ưu cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm trên là bao nhiêu?

Trả lời rút gọn:

Kết quả so sánh màu dung dịch trong các ống nghiệm cho thấy ống 2 có màu xanh tím đậm nhất, ống 1 có màu xanh tím nhạt hơn, và ống 3 có màu xanh tím nhất.

- Trong ống 2, môi trường pH acid khiến enzyme amylase bị biến tính, không hoạt động. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột này tạo ra màu xanh tím đậm nhất.

- Trong ống 1, môi trường pH trung tính khá thích hợp cho hoạt động của enzyme amylase. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại tạo ra màu xanh tím nhạt hơn ống 2 nhưng đậm hơn ống 3.

- Trong ống 3, môi trường pH kiềm yếu là lý tưởng cho hoạt động của enzyme amylase. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại ít nhất, dẫn đến dung dịch có màu xanh tím nhất.

Độ pH tối ưu cho hoạt động của enzyme amylase trong thí nghiệm là 6,7 - 7,0.

Báo cáo kết quả thí nghiệm theo gợi ý:

Trả lời rút gọn:

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tên thí nghiệm: Ảnh hưởng của độ pH đến hoạt tính của amylase

Tên nhóm: …

1. Mục đích thí nghiệm:

• Thực hiện được thí nghiệm, quan sát và giải thích được sự ảnh hưởng của độ pH đến hoạt tính của amylase

2. Chuẩn bị thí nghiệm:

• Hóa chất: dung dịch tinh bột 0,5%, dung dịch amylase, dung dịch HCl 0,1 N, dung dịch NaHCO3 1%, thuốc thử Lugol, nước cất.
• Dụng cụ: ống nghiệm, pipet nhựa (1 – 3 mL).

3. Các bước tiến hành:

• Bước 1: Lấy ba ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.
• Bước 2: Cho 1 mL dung dịch amylase vào mỗi ống nghiệm.
• Bước 3: Thêm 1 mL nước cất vào ống 1; 5 giọt dung dịch HCl 0,1 N vào ống 2 và 5 giọt dung dịch NaHCO3 1% vào ống 3 và lắc đều.
• Bước 4: Thêm 1 mL dung dịch tinh bột vào mỗi ống, lắc đều và để cố định trong 10 phút.
• Bước 5: Thêm vào mỗi ống 1 giọt thuốc thử Lugol.
• Bước 6: Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.

4. Kết quả thí nghiệm và giải thích:

Kết quả thí nghiệm cho thấy ống 2 có màu xanh tím đậm nhất, ống 1 có màu xanh tím nhàt hơn, và ống 3 có màu xanh tím nhàt nhất.

- Trong ống 2, môi trường pH acid khiến enzyme amylase bị biến tính, không hoạt động. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột này tạo ra màu xanh tím đậm nhất.

- Trong ống 1, môi trường pH trung tính khá thích hợp cho hoạt động của enzyme amylase. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại tạo ra màu xanh tím nhạt hơn ống 2 nhưng đậm hơn ống 3.

- Trong ống 3, môi trường pH kiềm yếu là lý tưởng cho hoạt động của enzyme amylase. Khi thêm thuốc thử Lugol, lượng tinh bột còn lại ít nhất, dẫn đến dung dịch có màu xanh tím nhất.

5. Kết luận:

• Độ pH tối ưu cho hoạt động xúc tác của amylase trong thí nghiệm là 6,7 – 7,0.