Trả lời nhanh
Bài 11 gồm hai quá trình đối lập nhưng thống nhất. Tổng hợp biến chất đơn giản thành chất phức tạp và tích lũy năng lượng (quang tổng hợp, hóa tổng hợp, quang khử, tổng hợp phân tử lớn). Phân giải bẻ gãy chất phức tạp thành chất đơn giản và giải phóng năng lượng dưới dạng ATP (hô hấp tế bào, lên men). Sản phẩm của quá trình này là nguyên liệu của quá trình kia.
1. Khái niệm chung: chuyển hóa vật chất trong tế bào
Tế bào sống luôn “xây” và “phá” các phân tử. “Xây” là tổng hợp (đồng hóa), “phá” là phân giải (dị hóa). Cả hai đều cần enzyme xúc tác, và đều gắn với năng lượng mà em đã học ở bài trước về ATP và enzyme (xem lại Bài 10: Sự chuyển hóa năng lượng và enzyme).
| Tiêu chí | Tổng hợp | Phân giải |
|---|---|---|
| Chiều biến đổi | Chất đơn giản → chất phức tạp | Chất phức tạp → chất đơn giản |
| Năng lượng | Hấp thụ, tích lũy vào liên kết hóa học | Giải phóng (tạo ATP và nhiệt) |
| Ví dụ | Quang hợp, tổng hợp protein, tinh bột | Hô hấp tế bào, lên men |
2. Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng
Quá trình tổng hợp thường chia hai bước: (1) tạo chất hữu cơ đơn giản (như glucose) từ chất vô cơ qua quang tổng hợp, hóa tổng hợp hoặc quang khử; (2) dùng chất đó để tổng hợp các phân tử lớn đặc trưng cho tế bào.
2.1. 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 CO2 và H2O, đồng thời thải O2. Ở sinh vật nhân thực, quá trình diễn ra trong lục lạp.
Phương trình tổng quát:
6CO2 + 12H2O → (ánh sáng, diệp lục) C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Nhiều tài liệu viết gọn là 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2; hai cách viết đều đúng vì 6 phân tử nước ở hai vế triệt tiêu nhau.
| Đặc điểm | Pha sáng | Pha tối (chu trình Calvin) |
|---|---|---|
| Vị trí | Màng thylakoid của lục lạp | Chất nền (stroma) của lục lạp |
| Nguyên liệu | H2O, ADP, NADP+, ánh sáng | CO2, ATP, NADPH |
| Diễn biến chính | Hấp thụ ánh sáng, quang phân li nước, truyền electron | Cố định CO2, khử, tái tạo chất nhận CO2 |
| Sản phẩm | ATP, NADPH, O2 | Đường (glucose…), ADP, NADP+ |
Vì sao O2 có nguồn gốc từ nước? Ở pha sáng, nước bị quang phân li: H2O → electron + H+ + O2. Electron bù cho diệp lục, H+ tham gia tạo NADPH và ATP. Còn CO2 chỉ được “cố định” ở pha tối để tạo đường.
Vai trò: tạo chất hữu cơ làm nguyên liệu cho mọi quá trình tổng hợp khác; cung cấp năng lượng; điều hòa không khí (hấp thụ CO2, thải O2).
2.2. Hóa tổng hợp
Một số vi khuẩn (nitrate hóa, oxi hóa lưu huỳnh, oxi hóa sắt…) không dùng ánh sáng. Chúng lấy năng lượng từ phản ứng oxi hóa – khử các chất vô cơ rồi dùng năng lượng đó để tổng hợp chất hữu cơ từ CO2. Hai giai đoạn:
- Oxi hóa chất vô cơ (như NH3, H2S, Fe2+) để giải phóng năng lượng.
- Dùng năng lượng đó để tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và H2O.
2.3. Quang khử
Là quang tổng hợp ở một số vi khuẩn (vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, màu lục). Sắc tố quang hợp nằm trên màng tế bào. Chất cho electron không phải H2O mà là H2S (hoặc chất khác) nên không thải O2 mà tạo lưu huỳnh:
6CO2 + 12H2S → (ánh sáng) C6H12O6 + 12S + 6H2O
2.4. Tổng hợp các phân tử lớn
Từ glucose, amino acid, nucleotide, acid béo… (tế bào tự tạo hoặc lấy từ thức ăn), tế bào tổng hợp tinh bột, glycogen, protein, lipid, nucleic acid. Mục đích: xây dựng cấu trúc tế bào và dự trữ năng lượng.
3. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng
Phân giải là quá trình enzyme bẻ gãy các chất phức tạp thành chất đơn giản, giải phóng năng lượng. Phần lớn năng lượng được chuyển vào ATP để dùng cho các hoạt động sống, một phần thoát ra thành nhiệt. Với glucose có hai con đường: hô hấp tế bào và lên men.
3.1. Hô hấp tế bào (hiếu khí)
Là chuỗi phản ứng oxi hóa – khử phân giải hoàn toàn chất hữu cơ thành CO2 và H2O, giải phóng năng lượng tích lũy trong ATP. Cần có O2.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + năng lượng (ATP và nhiệt)
| Giai đoạn | Nơi diễn ra | Kết quả chính |
|---|---|---|
| Đường phân | Tế bào chất | 1 glucose → 2 pyruvic acid, thu 2 ATP và 2 NADH |
| Chu trình Krebs (sau khi pyruvic acid được chuyển hóa thành acetyl-CoA) | Chất nền ti thể | Giải phóng CO2, tạo ATP, NADH, FADH2 |
| Chuỗi truyền electron | Màng trong ti thể | O2 nhận electron tạo H2O; tạo phần lớn ATP |
Mẹo nhớ: O2 là chất nhận electron cuối cùng nên nước được tạo ra ở giai đoạn cuối; CO2 được tạo ra ở giai đoạn giữa (chu trình Krebs). Đừng nhầm ngược lại.
3.2. Lên men
Khi không có O2, glucose chỉ trải qua đường phân; pyruvic acid ở lại tế bào chất và bị chuyển thành lactic acid, ethanol hoặc hợp chất khác. Lên men tạo ít ATP hơn nhiều so với hô hấp hiếu khí vì chất hữu cơ chỉ bị phân giải không hoàn toàn.
- Lên men lactic: C6H12O6 → 2C3H6O3 + năng lượng (làm sữa chua, muối chua rau củ; cơ bắp người thiếu O2 khi vận động mạnh cũng tạo lactic acid).
- Lên men ethanol: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + năng lượng (nấm men làm rượu, bánh mì nở xốp).
4. Mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải
Hai quá trình trái ngược về chiều biến đổi, nhưng thống nhất vì sản phẩm của quá trình này là nguyên liệu của quá trình kia. Phân giải cung cấp ATP và các “khung carbon” cho tổng hợp; tổng hợp tạo ra chất hữu cơ cho phân giải. Mất cân bằng giữa hai quá trình sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và hoạt động sống của tế bào.

Nhìn rộng hơn: quang hợp tạo C6H12O6 và O2, đây chính là nguyên liệu của hô hấp; hô hấp tạo CO2 và H2O, đây lại là nguyên liệu của quang hợp.
5. Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng pha tối “không cần ánh sáng nên chạy được trong bóng tối kéo dài”. Thực ra pha tối cần ATP và NADPH từ pha sáng, thiếu sáng lâu thì pha tối dừng.
- Nhầm nguồn gốc O2 (từ nước, không phải từ CO2).
- Nhầm quang khử với quang hợp ở thực vật: quang khử không dùng nước nên không thải O2.
- Cho rằng lên men cần ti thể. Lên men xảy ra ở tế bào chất.
- Quên rằng hóa tổng hợp vẫn là tổng hợp chất hữu cơ từ CO2, chỉ khác nguồn năng lượng (hóa năng thay vì ánh sáng).
6. Bài luyện tập (có đáp án)
Câu 1. Một vi khuẩn sống ở cửa suối nước nóng chứa H2S, tổng hợp chất hữu cơ mà không cần ánh sáng, bằng cách oxi hóa H2S. Hình thức đồng hóa của nó là gì?
Đáp án: hóa tổng hợp. Năng lượng lấy từ phản ứng oxi hóa chất vô cơ (H2S), không dùng ánh sáng.
Câu 2. Một học sinh nói: “Ti thể đều là nơi diễn ra đường phân”. Em nhận xét thế nào?
Đáp án: Sai. Đường phân diễn ra ở tế bào chất; ti thể là nơi diễn ra chu trình Krebs (chất nền) và chuỗi truyền electron (màng trong).
Câu 3. Vì sao khi chạy nước rút, cơ bắp mỏi và đau nhức?
Đáp án: Khi vận động rất mạnh, O2 cung cấp không kịp nên tế bào cơ tăng lên men lactic, tích tụ lactic acid, đồng thời thu ít ATP hơn hô hấp hiếu khí.
Câu 4. Sắp xếp theo thứ tự: chuỗi truyền electron, đường phân, chu trình Krebs trong hô hấp hiếu khí.
Đáp án: đường phân → chu trình Krebs → chuỗi truyền electron.
7. Học tiếp
- Giải SGK Sinh học 10 Bài 11 (Cánh diều)
- Sách bài tập Sinh học 10 Chủ đề 6 (Cánh diều)
- 20 câu trắc nghiệm Sinh học 10 Bài 11 (Cánh diều)
- Lý thuyết Bài 12: Thông tin giữa các tế bào
- Lý thuyết Bài 13: Chu kì tế bào và nguyên phân
- Lý thuyết Bài 14: Giảm phân
- Lý thuyết Sinh học 10 – Cánh diều (cả sách)
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Lý thuyết Sinh học 10 Bài 8 (Cánh diều): Cấu trúc của tế bào nhân thực.
Câu hỏi thường gặp
Oxygen trong quang hợp được tạo ra từ chất nào?
Từ nước (H2O). Ở pha sáng, nước bị quang phân li giải phóng electron, H+ và O2. CO2 chỉ được cố định ở chu trình Calvin để tạo đường.
Sản phẩm của pha sáng dùng cho chu trình Calvin là gì?
ATP và NADPH. ATP cung cấp năng lượng, NADPH cung cấp electron và H để khử CO2 thành đường; O2 được thải ra ngoài.
Lên men khác hô hấp hiếu khí ở điểm nào?
Lên men không cần O2, chỉ gồm đường phân ở tế bào chất, chất hữu cơ phân giải không hoàn toàn và thu rất ít ATP. Hô hấp hiếu khí cần O2, diễn ra thêm ở ti thể, phân giải hoàn toàn thành CO2 và H2O, thu nhiều ATP hơn hẳn.
Quang khử khác quang hợp ở thực vật thế nào?
Quang khử ở vi khuẩn dùng chất cho electron như H2S thay vì H2O nên không thải O2 mà tạo lưu huỳnh; sắc tố nằm trên màng tế bào chứ không có lục lạp.