Giải Sinh 10 Bài 11 Cánh diều: Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào

Mục lục lời giải Bài 11 theo trang

• Giải Sinh học 10 trang 67
• Giải Sinh học 10 trang 68
• Giải Sinh học 10 trang 69
• Giải Sinh học 10 trang 70
• Giải Sinh học 10 trang 71
• Giải Sinh học 10 trang 72
• Giải Sinh học 10 trang 73
• Giải Sinh học 10 trang 74
• Giải Sinh học 10 trang 75

Em muốn ôn lại kiến thức trước khi làm bài thì đọc Lý thuyết Sinh học 10 Bài 11. Làm xong thì tự kiểm tra bằng 20 câu trắc nghiệm Bài 11.

Mở đầu (trang 67)

Mở đầu: Năng lượng vận động viên cử tạ dùng để nâng tạ đến từ đâu, được giải phóng nhờ quá trình nào?

Năng lượng giúp cơ co lấy trực tiếp từ ATP. ATP được tạo ra nhờ phân giải các chất hữu cơ dự trữ trong cơ thể (glucose, glycogen, lipid), chủ yếu qua hô hấp tế bào. Khi gắng sức quá mạnh, cơ thiếu O₂ nên một phần năng lượng được tạo ra nhờ lên men lactic. Xa hơn nữa, năng lượng trong thức ăn có gốc từ năng lượng ánh sáng mà thực vật đã tích lũy qua quang hợp.

I. Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng

Câu hỏi 1 và Luyện tập 1 (trang 67)

Câu hỏi 1: Tổng hợp là quá trình tế bào tạo ra chất phức tạp từ chất đơn giản, có enzyme xúc tác và cần cung cấp năng lượng. Quá trình này có hai ý nghĩa:

• Tạo ra các chất để xây dựng tế bào và cơ thể, giúp sinh trưởng và thay thế phần đã hư hỏng.
• Tích lũy năng lượng trong các liên kết hóa học của chất được tạo thành.

Luyện tập 1: Không phải sinh vật nào cũng làm được cả hai giai đoạn. Giai đoạn 1 là tạo chất hữu cơ đơn giản từ chất vô cơ. Giai đoạn 2 là ghép các chất hữu cơ đơn giản thành phân tử lớn.

• Sinh vật tự dưỡng (thực vật, tảo, vi khuẩn lam, vi khuẩn hóa tổng hợp) làm được cả hai giai đoạn.
• Sinh vật dị dưỡng (động vật, nấm, nhiều vi khuẩn) chỉ làm được giai đoạn 2. Ví dụ: con người ăn tinh bột, phân giải thành glucose rồi dùng glucose tổng hợp glycogen dự trữ trong gan và cơ.

Câu hỏi 2 – 5 (trang 68): Quang tổng hợp và pha sáng

Câu hỏi 2: Quang tổng hợp (quang hợp) là quá trình thực vật, tảo và một số vi khuẩn dùng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ (CO₂, H₂O). Quá trình này có ý nghĩa ở ba mặt:

• Tạo chất hữu cơ làm thức ăn cho chính cây và cho mọi sinh vật dị dưỡng.
• Biến quang năng thành hóa năng, là nguồn năng lượng cho hầu hết hệ sinh thái.
• Thải O₂ và hấp thụ CO₂, giúp điều hòa không khí.

Câu hỏi 3: Ở thực vật, quang hợp diễn ra ở lục lạp và gồm 2 pha: pha sáng (ở màng thylakoid) và pha tối, tức chu trình Calvin (ở chất nền stroma).

Câu hỏi 4:

• Vị trí: màng thylakoid của lục lạp.
• Nguyên liệu: năng lượng ánh sáng, H₂O, ADP, P_i, NADP⁺.
• Sản phẩm: ATP, NADPH, O₂.

Câu hỏi 5: Năng lượng ánh sáng được chuyển hóa theo các bước sau:

1. Diệp lục và các sắc tố hấp thụ ánh sáng, electron bị kích thích lên mức năng lượng cao.
2. Electron đi qua chuỗi truyền electron trên màng thylakoid. Năng lượng giải phóng ra được dùng để bơm H⁺ vào xoang thylakoid.
3. H⁺ chảy ngược qua ATP synthase để tổng hợp ATP. Electron cuối chuỗi khử NADP⁺ thành NADPH.
4. Electron mà diệp lục bị mất được bù lại nhờ quang phân li nước: 2H₂O → 4H⁺ + 4e^– + O₂.

Tóm lại: quang năng biến thành hóa năng nằm trong ATP và NADPH.

Câu hỏi 6 – 8 (trang 69): Yếu tố ảnh hưởng và chu trình Calvin

Câu hỏi 6: Hiệu quả của pha sáng chịu ảnh hưởng của cường độ và thành phần ánh sáng (ánh sáng đỏ và xanh tím được hấp thụ mạnh nhất), lượng nước (nguyên liệu cho quang phân li) và nhiệt độ (ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme). Ngoài ra còn có khoáng chất như Mg, N để tạo diệp lục.

Câu hỏi 7: Nguyên liệu của chu trình Calvin là CO₂, cùng với ATP và NADPH do pha sáng cung cấp. Chu trình có 3 giai đoạn:

1. Cố định CO₂: RuBP (5C) nhận CO₂, nhờ enzyme Rubisco tạo thành 3-PGA (3C).
2. Khử: 3-PGA dùng ATP và NADPH để chuyển thành G3P (glyceraldehyde-3-phosphate, còn gọi là AlPG). Một phần G3P đi ra khỏi chu trình để tổng hợp glucose và các chất hữu cơ khác.
3. Tái tạo chất nhận: phần G3P còn lại tiêu tốn ATP để tái tạo RuBP, nhờ đó chu trình tiếp tục quay vòng.

Để tạo 1 phân tử glucose, chu trình cần 6 CO₂, 18 ATP và 12 NADPH.

Câu hỏi 8: Glucose vừa là nguyên liệu, vừa là nguồn năng lượng. Về mặt nguyên liệu, các chất trung gian tạo ra khi phân giải glucose là khung carbon để tổng hợp tinh bột, cellulose, amino acid (khi kết hợp thêm N), glycerol và acid béo, nucleotide… Về mặt năng lượng, hô hấp glucose tạo ra ATP cung cấp cho các phản ứng tổng hợp đó.

Luyện tập 2 và Câu hỏi 9 (trang 70): Hóa tổng hợp

Luyện tập 2: Bảng 11.1 yêu cầu so sánh hai pha của quang hợp. Em có thể điền theo bảng dưới đây:

Tiêu chí	Pha sáng	Chu trình Calvin
Vị trí	Màng thylakoid	Chất nền (stroma) lục lạp
Điều kiện	Cần ánh sáng	Không cần ánh sáng trực tiếp nhưng cần sản phẩm của pha sáng
Nguyên liệu	H2O, ADP, Pi, NADP+, ánh sáng	CO2, ATP, NADPH
Sản phẩm	ATP, NADPH, O2	Đường (G3P → glucose), ADP, NADP+
Chuyển hóa năng lượng	Quang năng → hóa năng trong ATP, NADPH	Hóa năng trong ATP, NADPH → hóa năng trong đường

Câu hỏi 9:

• Giống nhau: đều là hình thức tự dưỡng, tổng hợp chất hữu cơ từ CO₂ và đều có enzyme xúc tác.
• Khác nhau về nguồn năng lượng: quang tổng hợp dùng năng lượng ánh sáng. Hóa tổng hợp dùng năng lượng hóa học sinh ra khi oxi hóa chất vô cơ như NH₃, NO₂^–, H₂S, Fe²⁺, H₂.
• Khác nhau về đối tượng: quang tổng hợp có ở thực vật, tảo, vi khuẩn lam và vi khuẩn quang hợp. Hóa tổng hợp chỉ có ở một số vi khuẩn (vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn oxi hóa lưu huỳnh, vi khuẩn sắt…).
• Khác nhau về sắc tố: quang tổng hợp cần sắc tố quang hợp, hóa tổng hợp thì không cần.

Câu hỏi 10 – 12 (trang 71)

Câu hỏi 10: Quang khử và quang tổng hợp giống nhau ở chỗ đều dùng năng lượng ánh sáng và sắc tố để cố định CO₂ thành chất hữu cơ. Điểm khác nằm ở chất cho electron. Quang tổng hợp dùng H₂O nên thải O₂. Quang khử, gặp ở vi khuẩn lưu huỳnh màu tía và màu lục, dùng H₂S hoặc chất khác nên không thải O₂, có thể tạo ra lưu huỳnh. Sắc tố của quang khử là khuẩn diệp lục (bacteriochlorophyll), không phải diệp lục a, b như ở cây.

Câu hỏi 11:

• Protein: cấu trúc tế bào, làm enzyme, hormone, kháng thể, vận chuyển chất.
• Lipid: cấu tạo màng tế bào (phospholipid), dự trữ năng lượng, một số làm hormone.
• Tinh bột (ở thực vật) và glycogen (ở động vật, nấm): dự trữ năng lượng.
• Cellulose: tạo thành thành tế bào thực vật, giúp tế bào vững chắc.

Câu hỏi 12: Phân giải là quá trình tế bào biến chất phức tạp thành chất đơn giản, có enzyme xúc tác và kèm theo giải phóng năng lượng. Quá trình này có hai ý nghĩa: cung cấp năng lượng (ATP) cho mọi hoạt động sống, và tạo ra các chất trung gian làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

II. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng

Câu hỏi 13 – 15 và Luyện tập 3 (trang 72): Hô hấp tế bào

Câu hỏi 13: Hô hấp tế bào là quá trình phân giải chất hữu cơ (chủ yếu là glucose) thành CO₂ và H₂O, giải phóng năng lượng và tích lũy một phần vào ATP. Phương trình tổng quát: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + năng lượng (ATP + nhiệt). Quá trình bắt đầu ở tế bào chất, phần chính diễn ra trong ti thể. Hô hấp tế bào gồm 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs (kèm bước oxi hóa pyruvic acid) và chuỗi truyền electron.

Câu hỏi 14: Hô hấp tế bào chuyển năng lượng trong chất hữu cơ thành ATP, dạng năng lượng tế bào dùng được ngay. Nhiệt tỏa ra giúp giữ thân nhiệt ở động vật hằng nhiệt. Các sản phẩm trung gian (pyruvate, acetyl-CoA, các acid hữu cơ của chu trình Krebs) là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất khác.

Luyện tập 3: Đường phân và chu trình Krebs mỗi giai đoạn chỉ tạo trực tiếp 2 ATP. Chuỗi truyền electron tạo ra nhiều ATP nhất, khoảng 34 trên tổng số khoảng 38 ATP (theo cách tính truyền thống). Lý do là hai giai đoạn đầu cất phần lớn năng lượng vào NADH và FADH₂, đến chuỗi truyền electron năng lượng này mới được “đổi” thành ATP.

Câu hỏi 15: Đường phân diễn ra ở tế bào chất. Từ 1 glucose tạo ra 2 pyruvic acid, 2 NADH và 2 ATP (lãi ròng: tạo 4, đã tiêu 2).

Câu hỏi 16 – 17 (trang 73)

Câu hỏi 16: Hai bước này diễn ra ở chất nền ti thể. Tính cho 1 glucose (tức 2 pyruvate):

• Oxi hóa pyruvic acid tạo ra 2 acetyl-CoA, 2 NADH và 2 CO₂.
• Chu trình Krebs (quay 2 vòng) tạo ra 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂ và 2 ATP.

Câu hỏi 17: Chuỗi truyền electron diễn ra ở màng trong ti thể. Electron từ NADH và FADH₂ đi qua các chất truyền trên màng và giải phóng năng lượng từng phần. Năng lượng đó dùng để bơm H⁺ từ chất nền ra xoang gian màng. Sau đó H⁺ chảy ngược qua ATP synthase, quá trình này tổng hợp ATP từ ADP và P_i.

Câu hỏi 18, 19, Luyện tập 4 và Vận dụng (trang 74)

Câu hỏi 18: O₂ là chất nhận electron cuối cùng của chuỗi. O₂ kết hợp với electron và H⁺ để tạo thành H₂O. Nếu thiếu O₂, electron bị “tắc” lại, chuỗi ngừng hoạt động và chu trình Krebs cũng dừng theo.

Vận dụng (thở mạnh khi vận động): Khi vận động, cơ cần rất nhiều ATP nên hô hấp tế bào phải tăng tốc. Lúc đó cơ thể cần nhiều O₂ hơn cho chuỗi truyền electron và phải thải nhiều CO₂ hơn. Vì vậy ta thở nhanh và sâu hơn để đáp ứng.

Luyện tập 4: Bảng 11.2 tổng hợp các giai đoạn của hô hấp tế bào:

Giai đoạn	Vị trí	Nguyên liệu	Sản phẩm (tính cho 1 glucose)
Đường phân	Tế bào chất	Glucose, ADP, NAD+	2 pyruvic acid, 2 ATP, 2 NADH
Oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs	Chất nền ti thể	Pyruvic acid, NAD+, FAD	6 CO2, 8 NADH, 2 FADH2, 2 ATP
Chuỗi truyền electron	Màng trong ti thể	NADH, FADH2, O2	H2O, khoảng 34 ATP

Câu hỏi 19: Khi không có O₂, glucose vẫn qua đường phân để thành pyruvic acid, sau đó tế bào chuyển sang lên men ngay trong tế bào chất. Ở lên men lactic (vi khuẩn lactic, tế bào cơ khi thiếu O₂), pyruvic acid thành lactic acid. Ở lên men rượu (nấm men), sản phẩm là ethanol và CO₂. Lên men chỉ thu được 2 ATP từ 1 glucose. Vai trò của bước sau đường phân là tái tạo NAD⁺ để đường phân tiếp tục được.

Vận dụng (muối chua rau quả): Người ta cho rau ngập nước và đậy kín để tạo môi trường thiếu O₂. Môi trường này thuận lợi cho vi khuẩn lactic lên men, đồng thời hạn chế nấm mốc và vi khuẩn hiếu khí gây thối, khiến rau bị khú, nổi váng. Lactic acid tích lũy làm pH giảm, vừa tạo vị chua vừa giữ rau lâu hỏng.

III. Mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải (trang 75)

Câu hỏi 20: Hai quá trình đối lập vì tổng hợp tạo chất phức tạp và tích năng lượng, còn phân giải phá vỡ chất và giải phóng năng lượng. Chúng thống nhất vì luôn dựa vào nhau. Tổng hợp tạo ra nguyên liệu cho phân giải. Phân giải cung cấp ATP và chất trung gian cho tổng hợp. Thiếu một trong hai thì tế bào không duy trì được sự sống.

Vận dụng (sơ đồ quang hợp – hô hấp): Em có thể vẽ sơ đồ vòng tròn như hình dưới đây.

Sản phẩm của quá trình này là nguyên liệu của quá trình kia. Quang hợp tạo glucose và O₂ cho hô hấp. Hô hấp trả lại CO₂ và H₂O cho quang hợp. Ánh sáng là đầu vào, ATP cùng nhiệt là đầu ra.

Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp

• Mẹo “Sáng – Màng, Tối – Nền”: pha sáng diễn ra trên màng thylakoid, chu trình Calvin diễn ra ở chất nền. Hô hấp cũng theo kiểu này: Krebs ở chất nền ti thể, chuỗi truyền electron ở màng trong.
• Lỗi 1: nghĩ O₂ của quang hợp sinh ra từ CO₂. Thực ra O₂ có nguồn gốc từ quang phân li nước.
• Lỗi 2: nghĩ “pha tối chỉ diễn ra ban đêm”. Chu trình Calvin cần ATP và NADPH của pha sáng nên thực tế diễn ra chủ yếu vào ban ngày.
• Lỗi 3: nói đường phân cần O₂. Đường phân không cần O₂, vì thế hô hấp và lên men đều bắt đầu bằng đường phân.

Bài luyện tập tự kiểm tra

1. Cây được chiếu sáng nhưng đặt trong môi trường không có CO₂. Pha nào bị dừng trước, vì sao?
   Đáp án: Chu trình Calvin dừng trước vì thiếu nguyên liệu CO₂. Sau đó ATP và NADPH không được sử dụng, ADP và NADP⁺ cạn dần nên pha sáng cũng giảm theo.
2. Vì sao chạy nước rút xong, cơ chân thường mỏi và đau?
   Đáp án: O₂ cung cấp không kịp, tế bào cơ chuyển sang lên men lactic. Lactic acid tích lũy cùng với việc cơ thiếu ATP góp phần gây mỏi cơ.
3. Tính số ATP thu được từ 3 phân tử glucose khi lên men và khi hô hấp hiếu khí (lấy 38 ATP/glucose).
   Đáp án: Lên men được 3 × 2 = 6 ATP. Hô hấp hiếu khí được 3 × 38 = 114 ATP, gấp 19 lần.

Muốn luyện thêm thì làm Sách bài tập Sinh 10 Chủ đề 6. Bài học trước là Bài 10: Sự chuyển hóa năng lượng và enzyme, bài tiếp theo là Bài 12: Thông tin giữa các tế bào. Lời giải toàn bộ sách có trong Giải SGK Sinh học 10 Cánh diều.

Câu hỏi thường gặp

Sinh 10 Bài 11 Cánh diều gồm những nội dung chính nào?

Bài gồm ba phần. Phần tổng hợp có quang tổng hợp, hóa tổng hợp, quang khử và tổng hợp các phân tử lớn. Phần phân giải có hô hấp tế bào và lên men. Phần cuối là mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải.

Giai đoạn nào của hô hấp tế bào tạo nhiều ATP nhất?

Chuỗi truyền electron ở màng trong ti thể tạo nhiều ATP nhất, khoảng 34 ATP từ 1 glucose. Đường phân và chu trình Krebs mỗi giai đoạn chỉ tạo trực tiếp 2 ATP.

Hóa tổng hợp khác quang tổng hợp ở điểm nào cơ bản nhất?

Điểm khác cơ bản nhất là nguồn năng lượng. Quang tổng hợp dùng năng lượng ánh sáng. Hóa tổng hợp dùng năng lượng sinh ra khi oxi hóa chất vô cơ như NH3, H2S, Fe2+ và chỉ có ở một số vi khuẩn.

Vì sao lên men chỉ tạo được 2 ATP?

Lên men chỉ thu ATP ở giai đoạn đường phân. Phần lớn năng lượng vẫn còn nằm trong sản phẩm cuối là lactic acid hoặc ethanol, vì không có O2 để chạy chu trình Krebs và chuỗi truyền electron.

Bài học liên quan

• Trắc nghiệm Sinh học 10 Kết nối tri thức có đáp án theo 26 bài
• Giải SGK Sinh học 10 Bài 10 (Kết nối tri thức): Trao đổi chất qua màng tế bào
• Tổng hợp các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh họa
• Giải SGK Sinh 10 Kết nối tri thức đầy đủ 26 bài, 7 chương
• Giải SGK Sinh 10 Cánh diều: 22 bài, 10 chủ đề và ôn tập 3 phần
• Lý thuyết Sinh 10 Chân trời sáng tạo: kiến thức trọng tâm cả năm