Lời giải:

- Năng lượng trong tế bào tồn tại ở dưới nhiều dạng khác nhau trong đó hóa năng là dạng năng lượng chính được tích lũy và sử dụng cho các hoạt động sống của tế bào.

- Năng lượng được chuyển hóa từ dạng này sang dạng mà cơ thể có thể sử dụng ví dụ động năng hoặc hoặc thế năng. Năng lượng tế bào sử dụng ngay khi cần thiết là ATP

Dừng lại và suy ngẫm (trang 80, 83)

Giải Sinh học 10 trang 80 Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 80 Sinh học 10: Kể tên một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật.

Lời giải:

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 hỏi 2 trang 80 Sinh học 10: 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?

Phương pháp giải:

Quan sát hình 13.1

Lời giải:

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

Chức năng của ATP: dự trữ năng lượng

Phân tử ATP mang năng lượng loại hóa năng (năng lượng được dự trữ ở các liên kết hóa học)

ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào vì trong tế bào ATP thường xuyên sinh ra và ngay lập tức được sử dụng cho mọi hoạt động sống như tổng hợp và vận chuyển các chất, co cơ...

Câu hỏi 3 trang 80 Sinh học 10: 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?

Phương pháp giải:

Đọc thông tin mục I.3

Lời giải:

Chuyển hóa năng lượng trong tế bào là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào làm chuyển đổi chất này thành chất khác.

Chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng vì với phân tử ATP, khi năng lượng thay đổi thì thành phần cấu trúc của nó cũng thay đổi, tương tự như vậy thì các phản ứng hóa học trong té bào và cơ thể sống cũng luôn có sự biến đổi về vật chất kèm theo sự biến đổi về năng lượng.

Giải Sinh học 10 trang 83 Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 83 Sinh học 10: 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 hóa năng lượng.

Phương pháp giải:

Đọc thông tin mục II.1,2 kết hợp quan sát hình 13.2

Lời giải:

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

Cấu trúc enzyme:

+ Đa số enzyme được cấu tạo từ protein

+ Nhiều enzyme, ngoài thành phần protein còn có thêm cofactor là ion kim loại (như Fe2+, Mg2+, Cu2+...) hoặc các phân tử hữu cơ (như phân tử heme, biotin...)

+ Mỗi enzyme thường có một trung tâm hoạt động

Cơ chế hoạt động enzyme:

+ Trung tâm hoạt động có cấu hình không gian phù hợp liên kết với cơ chất làm cho cả hai biến đổi cấu hình

+ Sau khi phả ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu.

Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng: xúc tác các phản ứng chuyển hóa năng lượng, enzyme đã làm giảm năng lương hoạt hóa cần thiết cho các phản ứng xảy ra xuống mức độ thấp nhờ đócó thể làm tăng tốc phản ứng.

Câu hỏi 2 trang 83 Sinh học 10: 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

Phương pháp giải:

Đọc thông tin mục II.3

Lời giải:

Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng của những yếu tố: nồng độ enzyme và cơ chất, độ pH, nhiệt độ, chất điều hòa enzyme

Nếu đồng độ cơ chất không đổi lượng enzyme tăng lên thì hiệu suất của phản ứng cũng tăng nhưng chỉ đạt nhưng chỉ đạt ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử dụng tối đa lượng cơ chất

Nếu lượng enzyme không đổi và tăng nồng độ cơ chất thì hiệu suất phản ứng tăng và sẽ đạt ngưỡng do lượng enzyme có trong môi trường đã hoạt động tối đa.

Mỗi loại enzyme thường có khoảng pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả, ngoài ra khoảng pH này enzyme có thể bị giảm hoạt tính hoặc bất hoạt.

Mỗi loại enzyme chỉ hoạt động hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định, ngoài khoảng nhiệt độ đó, hoạt tính enzyme sẽ giảm, thậm chí mất hoàn toàn

Có những loại phân tử khi liên kết sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme được gọi là chất hoạt hóa. Ngược lại, có những phân tử khi liên kết sẽ làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzyme gọi là chất ức chế.

Câu hỏi 3 trang 83 Sinh học 10: Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng những yếu tố nào? Giải thích.

Lời giải:

Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng điều chỉnh hoạt tính của enzyme thông qua các chất hoạt hóa và ức chế enzyme

Vì enzyme làm tăng tốc độ của các phản ứng hóa học trong cơ thể, tức là làm tăng tốc độ quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào mà tốc độ của quá trình này luôn thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển, trạng thái cơ thể.

Câu hỏi 4 trang 83 Sinh học 10: 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.

Phương pháp giải:

Vì mỗi loại enzyme chỉ hoạt động hiệu quả trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định. Khi nhiệt độ tăng quá câu hoặc quá thấp có thể làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzyme.

Luyện tập và vận dụng (trang 84)

Giải Sinh học 10 trang 84 Kết nối tri thức

Câu 1 trang 84 Sinh học 10: 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.

Phương pháp giải:

Đáp án A sai. 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. Các gốc phosphate liên kết rất chặt chẽ với nhau bằng liên kết liên kết anhydric.

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

Đáp án D đúng

Lời giải:

Chọn D.

Câu 2 trang 84 Sinh học 10: Phân tích sự phù hợp giữa cấu tạo và chức năng của phân tử ATP

Lời giải:

ATP cấu tạo gồm các thành phần : ađênin, đường ribôzơ và 3 nhóm phôtphat. Đây là một hợp chất cao năng vì liên kết giữa hai nhóm phôtphat cuối cùng trong ATP rất dễ bị phá vỡ để giải phóng ra năng lượng.

ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phôtphat cuối cùng để trở thành ADP (ađênôzinđiphôtphat) rồi gần như ngay lập tức ADP lại được gắn thêm một nhóm phôtphat để trở thành ATP.

Câu 3 trang 84 Sinh học 10: 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.

Lời giải:

Hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào có tổ chức rõ ràng

Câu 4 trang 84 Sinh học 10: 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.

Lời giải:

Cấu tạo tế bào hay các enzyme đều có bản chất là các phân tử vô cơ, các chất này sinh vật cần hấp thụ qua quá trình hấp thụ (nước và muối khoáng ở thực vật) hay tiêu hóa thức ăn (ở động vật).

Vì vậy 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 để cây trồng và vật nuôi có thể sinh trưởng tốt nhất, cho năng xuất cao nhất.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng

I. Khái quát về năng lượng và sự chuyển hóa

1. Các dạng năng lượng trong tế bào:

Năng lượng là khả năng sinh công hay khả năng tạo nên sự chuyển động của vật chất. Năng lượng trong tế bào tồn tại ở 2 dạng: động năng và thế năng.

2. ATP - đồng tiền năng lượng của tế bào:

Nguồn năng lượng phổ biến nhất cho các phản ứng hóa học của tế bào là ATP (adenosine triphosphate). 

Một phân tử ATP được cấu tạo từ 3 thành phần: 1 gốc adenine + 1 gốc đường ribose + 3 gốc phosphate. Năng lượng dự trữ trong phân tử ATP nằm ở chính liên kết hóa học giữa các gốc phosphate.

3. Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào:

Chuyển hóa vật chất là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào làm chuyển đổi chất này thành chất khác.

Chuyển hóa năng lượng là sự chuyển đổi của năng lượng từ dạng này sang dạng khác, tuân theo quy luật nhiệt động học.

Hai quá trình chuyển hóa này luôn đi kèm với nhau.

II. Enzyme

1. Khái niệm, cấu trúc và cơ chế hoạt động:

Emzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể, và không bị biến đổi sau phản ứng.

 

Hầu hết enzyme được cấu tạo từ protein. Ngoài ra, một số enzyme có thêm cofactor (ion kim loại hoặc phân tử hữu cơ). Cofactor có thể liên kết tạm thời hoặc cố định với enzyme.

Mỗi enzyme có một trung tâm hoạt động - vị trí liên kết đặc hiệu với cơ chất (chất chịu tác động của enzyme) để xúc tác phản ứng diễn ra. Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một hoặc một nhóm phản ứng hóa học nhất định (tính đặc hiệu).

 

2. Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa

Enzyme khiến phản ứng xảy ra dễ dàng hơn trong cơ thể, giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết để một phản ứng xảy ra, nhờ đó tăng tốc độ phản ứng lên nhiều lần.

 

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme:

Hoạt tính enzyme là tốc độ phản ứng xúc tác bởi enzyme và được đo bằng lượng cơ chất bị chuyển đổi trong một phút ở điều kiện tiêu chuẩn.

a) Nồng độ enzyme và cơ chất:

Nồng độ cơ chất không đổi, lượng enzyme tăng lên thì hiệu suất phản ứng tăng, đến khi biến đổi hết cơ chất.

Nếu lượng enzyme không đổi, tăng nồng độ cơ chất thì hiệu suất phản ứng sẽ tăng đến ngưỡng tất cả các enzyme đều hoạt động hết công suất.

b) Độ pH:

Mỗi loại enzyme đều có khoảng pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả, ngoài khoảng pH này enzyme không hoạt động (bất hoạt) hoặc giảm hoạt tính.

c) Nhiệt độ: 

Mỗi loại enzyme chỉ hoặc đồng hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Hầu hết enzyme trong cơ thể đều hoạt động tốt ở nhiệt độ 37 độ C. 

d) Chất điều hòa enzyme:

Chất ức chế và chất hoạt hóa ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme. Chất hoạt hóa liên kết vào enzyme sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme. Chất ức chế liên kết vào enzyme sẽ cản trở enzyme liên kết với cơ chất và làm giảm hoạt tính enzyme.

4. Điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng thông qua enzyme:

Tốc độ của các quá trình chuyển hóa luôn thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển, trạng thái của cơ thể. Vậy nên tế bào điều chỉnh tốc độ của quá trình này bằng cách điều chỉnh hoạt tính của enzyme thông qua chất hoạt hóa và chất ức chế.

Ngoài ra, ức chế ngược là quá trình điều hòa xảy ra khi sản phẩm chuyển hóa được tạo ra đủ nhu cầu sẽ quay lại ức chế enzyme xúc tác để dừng tổng hợp sản phẩm đó.

Mỗi enzyme được định vị ở từng vùng có điều kiện thích hợp trong các cơ quan để chúng hoạt động tối ưu nhất, giúp tăng hiệu quả chuyển hóa.

Sơ đồ tư duy khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng:

Xem thêm các bài giải SGK Sinh học lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 12: Truyền tin tế bào

Bài 14: Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào

Bài 15: Thí nghiệm ảnh hưởng của một số yếu tố đến hoạt tính enzyme và kiểm tra hoạt tính của enzyme amylase