Trao đổi chất qua màng tế bào
Lý thuyết
1. Khái niệm trao đổi chất qua màng tế bào
- Khái niệm: Trao đổi chất qua màng tế bào là quá trình vận chuyển các chất ra, vào tế bào qua màng tế bào.
- Vai trò: Tế bào không thể tồn tại nếu không có hoạt động trao đổi chất với môi trường bên ngoài.
+ Giúp tế bào lấy được các chất cần thiết cho các hoạt động sống của tế bào.
+ Giúp tế bào đào thải những chất thải phát sinh trong các hoạt động sống của tế bào.
- Đặc điểm:
+ Tế bào chỉ cho những chất nhất định ra, vào tế bào.
+ Vật chất mà tế bào cần trao đổi với môi trường có thể rất nhỏ như các loại ion cho tới các đại phân tử sinh học, thậm chí cả một tế bào khác.
- Cơ chế:
+ Vận chuyển thụ động: khuếch tán đơn giản, khuếch tán tăng cường, thẩm thấu.
+ Vận chuyển chủ động
+ Vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào: thực bào, ẩm bào, xuất bào.
2. Các cơ chế trao đổi chất qua màng tế bào
2.1. Vận chuyển thụ động
- Vận chuyển thụ động là kiểu khuếch tán các chất từ nơi có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ chất thấp – xuôi chiều gradient nồng độ.
- Không tiêu tốn năng lượng.
- Các chất có thể khuếch tán qua lớp kép phospholipid hoặc qua các protein xuyên màng.
(a + b) Khuếch tán đơn giản và khuếch tán tăng cường
Khuếch tán qua lớp kép phospholipid (a);
khuếch tán qua protein kênh (b) và protein mang (c)
|
|
Thành phần (màng tế bào) tham gia khuếch tán |
Đặc điểm chất khuếch tán |
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán |
|
Khuếch tán đơn giản |
Lớp kép phospholipid. |
Các chất không phân cực và có kích thước nhỏ: các chất khí, các phân tử kị nước (hormone steroid, vitamin tan trong lipid,…). |
Phụ thuộc vào bản chất khuếch tán, sự chênh lệch nồng độ các chất bên trong và bên ngoài cũng như thành phần hóa học của lớp phospholipid kép. |
|
Khuếch tán tăng cường |
Kênh protein chuyên biệt – protein xuyên màng. |
Các chất không thể khuếch tán qua lớp kép phospholipid của màng tế bào như các ion, các chất phân cực, các amino acid,… |
Không chỉ phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán mà còn phụ thuộc vào số lượng kênh protein đóng mở trên màng. Ngoài ra, sự khuếch tán của các ion qua các kênh protein còn phụ thuộc vào sự chênh lệch về điện thế giữa hai phía của màng. |
c) Thẩm thấu
- Khái niệm thẩm thấu: Thẩm thấu là sự khuếch tán của các phân tử nước qua màng tế bào.
- Cơ chế thẩm thấu:
+ Nước di chuyển từ vùng có nhiều phân tử nước (còn gọi là vùng có nồng độ chất tan thấp hoặc vùng có thế nước cao) sang vùng có ít phân tử nước hơn (còn gọi là vùng có nồng độ chất tan cao hoặc vùng có thế nước thấp).
+ Tốc độ thẩm thấu của nước phụ thuộc vào áp suất thẩm thấu của tế bào.
- Dựa vào nồng độ chất tan trong dung dịch có dung môi là nước, người ta chia môi trường bên trong và bên ngoài tế bào thành các loại: ưu trương, đăng trương và nhược trương.
Hình dạng tế bào thay đổi khi ở trong các môi trường khác nhau
|
Môi trường |
Đặc điểm môi trường |
Hình dạng tế bào thay đổi khi ở trong các môi trường |
|
|
Tế bào động vật |
Tế bào thực vật |
||
|
Đẳng trương |
Môi trường có nồng độ chất tan bằng nồng độ chất tan trong tế bào → Các phân tử nước di chuyển ở trạng thái cân bằng. |
Hình dạng tế bào không thay đổi. |
Hình dạng tế bào không thay đổi. |
|
Nhược trương |
Môi trường có nồng độ chất tan thấp hơn bên trong tế bào → Các phân tử nước thẩm thấu vào trong tế bào. |
Tế bào trương lên và có thể bị vỡ ra. |
Tế bào trương lên nhưng không vỡ ra do có thành tế bào tạo lực cản chống lại sự khuếch tán của các phân tử nước. |
|
Ưu trương |
Môi trường có nồng độ chất tan lớn hơn bên trong tế bào → Các phân tử nước thẩm thấu ra ngoài tế bào. |
Cả tế bào co lại. |
Chất nguyên sinh cùng màng sinh chất co lại, tách khỏi thành tế bào (hiện tượng co nguyên sinh). |
2.2. Vận chuyển chủ động
- Khái niệm: Vận chuyển chủ động (vận chuyển tích cực) là kiểu vận chuyển các chất qua màng từ nơi có nồng độ chất tan thấp tới nơi có nồng độ chất tan cao (ngược chiều gradient nồng độ) và cần tiêu tốn năng lượng.
- Đặc điểm:
+ Cần có sự tham gia của các protein kênh vận chuyển hoạt động như những chiếc bơm, bơm các chất từ nơi có nồng độ thấp tới nơi có nồng độ cao.
+ Cần phải cung cấp năng lượng dưới dạng ATP.
Bơm Na – K là một loại protein, sử dụng năng lượng ATP để vận chuyển các ion Na+ và K+ ra vào tế bào ngược chiều gradient nồng độ
- Ví dụ: Tế bào thận sử dụng tới 90 % năng lượng của tế bào để lọc máu và bơm các amino acid và glucose từ nước tiểu trở lại máu; các tế bào niêm mạc dạ dày phải bơm H+ và Cl- vào dạ dày tạo môi trường acid để tiêu hóa thức ăn và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh;…
- Vai trò: Thông qua sự vận chuyển chủ động, tế bào lấy các chất cần thiết và điều hòa nồng độ các chất trong tế bào.
2.3. Vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào
- Là hình thức vận chuyển các vật chất có kích thước lớn, không thể vận chuyển qua các protein xuyên màng: protein, đường đa, DNA,…
- Vận chuyển thông qua sự biến màng tế bào.
- Có tiêu tốn năng lượng ATP.
- Gồm các hình thức: thực bào, ẩm bào và xuất bào.
a) Thực bào và ẩm bào
Quá trình thực bào (a); ẩm bào (b); thực bào nhờ thụ thể (c)
- Thực bào: Là hình thức tế bào lấy các phân tử có kích thước lớn, thậm chí là cả một tế bào, nhờ sự biến dạng màng tế bào.
- Ẩm bào: Là hình thức tế bào lấy các chất tan từ môi trường nhờ sự biến dạng màng tế bào.
- Cơ chế thực bào và ẩm bào: Màng tế bào bao bọc lấy vật chất cần vận chuyển tạo nên một túi vận chuyển tách rời khỏi màng và đi vào trong tế bào chất.
- Trong hình thức thực bào và ẩm bào, tế bào có thể "chọn" được những chất cần thiết nhờ những protein thụ thể trên màng tế bào.
b) Xuất bào
Xuất bào
- Xuất bào: Là hình thức vận chuyển các chất có kích thước lớn ra khỏi tế bào nhờ sự biến dạng màng tế bào.
- Cơ chế: Các chất có kích thước lớn cần đưa ra khỏi tế bào được bao bọc trong túi vận chuyển, sau đó túi này liên kết với màng tế bào giải phóng các chất ra bên ngoài.
3. Câu hỏi mở rộng
Làm thế nào tế bào có thể vận chuyển được những phân tử protein có kích thước lớn ra khỏi tế bào? Giải thích?
Lời giải:
Tế bào vận chuyển được những phân tử protein có kích thước lớn ra khỏi tế bào nhờ quá trình xuất bào: Các protein có kích thước lớn cần được bao bọc trong túi vận chuyển, sau đó túi này liên kết với màng tế bào sau đó giải phóng các chất ra bên ngoài.
Bài tập tự luyện
Câu 1: Trao đổi chất ở tế bào là?
A. quá trình vận chuyển các chất ra, vào tế bào qua màng tế bào.
B. quá trình vận chuyển các chất ra khỏi tế bào qua màng tế bào.
C. quá trình vận chuyển các chất ra khỏi tế bào qua thành tế bào.
D. quá trình vận chuyển các chất ra, vào tế bào qua thành tế bào.
Đáp án đúng là: A
Trao đổi chất qua màng tế bào thực chất là quá trình vận chuyển các chất ra, vào tế bào qua màng tế bào.
Câu 2: Các cơ chế trao đổi chất qua màng tế bào gồm
A. vận chuyển thụ động, vận chuyển chủ động và vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào.
B. vận chuyển thụ động, vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào, thực bào, ẩm bào và xuất bào.
C. khuếch tán đơn giản, khuếch tán tăng cường, thẩm thấu và vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào.
D. khuếch tán đơn giản, khuếch tán tăng cường, thẩm thấu, thực bào, ẩm bào và xuất bào.
Đáp án đúng là: A
Các cơ chế trao đổi chất qua màng tế bào gồm vận chuyển thụ động (khuếch tán đơn giản, khuếch tán tăng cường, thẩm thấu), vận chuyển chủ động và vận chuyển vật chất nhờ biến dạng màng tế bào (thực bào, ẩm bào, xuất bào).
Câu 3: Các chất không phân cực, có kích thước nhỏ được vận chuyển thụ động vào trong tế bào nhờ hình thức
A. khuếch tán tăng cường.
B. thẩm thấu.
C. kênh protein rìa màng.
D. khuếch tán đơn giản.
Đáp án đúng là: D
Các chất không phân cực, có kích thước nhỏ được vận chuyển thụ động vào trong tế bào nhờ hình thức khuếch tán đơn giản (khuếch tán trực tiếp qua lớp kép phospholipid).
Câu 4: Điểm khác biệt của vận chuyển thụ động so với vận chuyển chủ động là
A. không cần có các kênh protein vận chuyển.
B. không cần tiêu tốn năng lượng.
C. luôn cần có các kênh protein vận chuyển.
D. luôn cần có các bơm đặc biệt trên màng.
Đáp án đúng là: B
Vận chuyển thụ động là phương thức vận chuyển các chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ nồng độ thấp, không cần tiêu tốn năng lượng.
Câu 5: Hiện tượng thẩm thấu là
A. sự khuếch tán của các chất qua màng.
B. sự khuếch tán của các phân tử nước qua màng.
C. sự khuếch tán của các ion qua màng.
D. sự khuếch tán của chất tan qua màng.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: B
Hiện tượng thẩm thấu là sự khuếch tán của các phân tử nước qua màng.
Câu 6: Nếu môi trường bên ngoài có nồng độ của các chất tan cao hơn nồng độ của các chất tan có trong tế bào thì môi trường đó được gọi là môi trường
A. ưu trương.
B. đẳng trương.
C. nhược trương.
D. bão hoà.
Đáp án đúng là: A
Môi trường bên ngoài chứa nồng độ chất tan cao hơn tổng nồng độ chất tan trong tế bào được gọi là môi trường ưu trương.
Câu 7: Cho tế bào thực vật vào môi trường A thấy có hiện tượng co chất nguyên sinh. Sau đó, chuyển tế bào này sang môi trường B thấy có hiện tượng phản co nguyên sinh. Môi trường A và môi trường B thuộc loại môi trường nào?
A. A là môi trường đẳng trương và B là môi trường nhược trương.
B. A là môi trường nhược trương và B là môi trường ưu trương.
C. A là môi trường ưu trương và B là môi trường nhược trương.
D. A là môi trường nhược trường và B là môi trường đẳng trương.
Đáp án đúng là: C
- A là môi trường ưu trương vì trong môi trường ưu trương, nước sẽ di chuyển từ tế bào ra môi trường gây nên hiện tượng co nguyên sinh.
- B là môi trường nhược trương vì trong môi trường nhược trương, nước sẽ di chuyển từ môi trường vào tế bào gây nên hiện tượng phản co nguyên sinh.
Câu 8: Một tế bào động vật và một tế bào thực vật được đặt trong nước cất. Tế bào động vật trương lên rồi vỡ còn tế bào thực vật trương lên nhưng không vỡ. Sự khác nhau này là do
A. tế bào động vật không có không bào trung tâm.
B. tế bào động vật không có thành tế bào.
C. tế bào thực vật có màng bán thấm.
D. thành tế bào thực vật có tính thấm hoàn toàn.
Đáp án đúng là: B
Nước cất là môi trường nhược trương đối với cả tế bào động vật và tế bào thực vật → Trong môi trường nước cất, nước sẽ đi từ ngoài môi trường vào trong tế bào:
- Tế bào thực vật có thành tế bào vững chắc nên khi nhiều phân tử nước đi bào trong tế bào sẽ làm tế bào trương lên và gây ra áp lực nên thành tế bào dẫn đến ngăn cản các phân tử nước khác đi bào → Tế bào thực vật bị trương lên nhưng không vỡ.
- Tế bào động vật không có thành tế bào nên quá nhiều phân tử nước ồ ạt đi vào tế bào sẽ gây hiện tượng tan bào (tế bào bị phá vỡ).
Câu 9: Thực bào và xuất bào giống nhau ở đặc điểm nào sau đây?
A. Đều không tiêu tốn năng lượng.
B. Đều có sự biến dạng của màng tế bào.
C. Đều là hình thức vận chuyển các chất có kích thước lớn vào trong tế bào.
D. Đều là hình thức vận chuyển các chất có kích thước lớn ra khỏi tế bào.
Đáp án đúng là: B
Thực bào và xuất bào đều là các hình thức vận chuyển vật chất nhờ sự biến dạng của màng tế bào.
Câu 10: Khi ngâm quả sấu ngập trong nước đường khoảng 3 – 4 ngày, quả sấu sẽ bị teo nhỏ và xuất hiện những nếp nhăn là do
A. đường từ môi trường được vận chuyển vào trong quả sấu.
B. nước từ trong quả sấu được vận chuyển ra ngoài môi trường.
C. chất dinh dưỡng trong quả sấu đã bị phân giải hết.
D. đường từ trong quả sấu được vận chuyển ra ngoài môi trường.
Đáp án đúng là: B
Nước đường là môi trường ưu trương so với tế bào. Do đó, khi ngâm sấu, nước từ trong quả sấu được vận chuyển ra ngoài làm tế bào bị mất nước nên quả sấu bị giảm kích thước và nhăn nheo.
Câu 11: Trao đổi chất ở tế bào là gì? Những loại chất nào có thể đi qua được lớp kép phospholipid, chất nào không? Giải thích.
Trả lời:
- Khái niệm trao đổi chất ở tế bào: Trao đổi chất ở tế bào là quá trình vận chuyển các chất ra, vào tế bào qua màng tế bào.
- Những loại chất có thể đi qua hoặc không thể đi qua được lớp kép phospholipid và giải thích:
+ Những loại chất có thể đi qua được lớp kép phospholipid là các chất tan trong lipid, các chất có kích thước nhỏ, không phân cực.
+ Những loại chất không thể đi qua lớp kép phospholipid là các chất không tan trong lipid, các chất tan trong nước, các chất phân cực, các chất có kích thước lớn.
+ Giải thích: Vì lớp phospholipid ở màng sinh chất sắp xếp thành lớp kép, đầu ưa nước quay ra ngoài, đuôi kị nước quay vào nhau, chúng có tính lưỡng cực do đó chỉ cho những phân tử nhỏ tan trong lipid đi qua, các chất phân cực và tích điện đều phải đi qua những kênh protein thích hợp mới ra vào được tế bào.
Câu 12: Nêu đặc điểm của vận chuyển thụ động. Phân biệt khuếch tán đơn giản và khuếch tán tăng cường bằng cách hoàn thành theo bảng mẫu sau:
Trả lời:
- Đặc điểm vận chuyển thụ động:
+ Là kiểu khuếch tán các chất từ nơi có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ chất tan thấp (xuôi chiều gradien nồng độ).
+ Không tốn năng lượng.
- Phân biệt khuếch tán đơn giản và khuếch tán tăng cường:
Câu 13: Vì sao tế bào rễ cây có thể hút được nước từ đất?
Trả lời:
Tế bào rễ cây có không bào trung tâm lớn, có chứa nhiều chất tan nên có áp suất thẩm thấu cao hơn so với môi trường đất. Trong khi đó, nước có xu hướng đi từ nơi có nồng độ chất tan thấp đến nơi có nồng độ chất tan cao nên tế bào rễ cây có thể hút được nước từ đất.
Câu 14: Thẩm thấu là gì? Điều gì sẽ xảy ra nếu tế bào thực vật và động vật được đưa vào dung dịch nhược trương? Giải thích.
Trả lời:
- Thẩm thấu là sự khuếch tán của các phân tử nước qua màng tế bào.
- Nếu tế bào thực vật và động vật được đưa vào dung dịch nhược trương thì nước từ bên ngoài tế bào sẽ đi vào trong tế bào tạo nên một áp lực lên màng tế bào khiến tế bào bị trương lên:
+ Tế bào động vật có thể vỡ (hiện tượng tan bào).
+ Tế bào thực vật nhờ có thành tế bào tạo nên lực cản chống lại sự khuếch tán của các phân tử nước vào tế bào (nước chỉ đi vào một mức độ nhất định làm trương tế bào) nên tế bào thực vật không bị tan bào.
Câu 15: Thế nào là vận chuyển chủ động?
Trả lời:
Vận chuyển chủ động là kiểu vận chuyển các chất qua màng từ nơi có nồng độ chất tan thấp tới nơi có nồng độ chất tan cao (ngược chiều gradien nồng độ) và cần tiêu tốn năng lượng.
Câu 16: Phân biệt vận chuyển thụ động và vận chuyển chủ động?
Trả lời:
Phân biệt vận chuyển thụ động và vận chuyển chủ động:
Câu 17: Phân biệt thực bào, ẩm bào và xuất bào?
Trả lời:
Câu 18: Làm thế nào tế bào có thể vận chuyển được những phân tử protein có kích thước lớn ra khỏi tế bào? Giải thích.
Trả lời:
Tế bào có thể vận chuyển được những phân tử protein có kích thước lớn ra khỏi tế bào nhờ quá trình xuất bào:
- Các chất có kích thước lớn cần đưa ra khỏi tế bào được bao bọc trong túi vận chuyển.
- Túi này liên kết với màng tế bào đẩy các chất thải ra bên ngoài.
Câu 19: Để đưa một loại thuốc vào trong một tế bào nhất định của cơ thể, ví dụ tế bào ung thư, người ta thường bao gói thuốc trong các túi vận chuyển. Hãy mô tả cách tế bào lấy thuốc vào bên trong tế bào.
Trả lời:
Cách tế bào lấy thuốc vào bên trong tế bào:
- Các chất thuốc được bao gói trong túi vận chuyển, trên túi vận chuyển này sẽ có thụ thể ăn khớp với thụ thể trên màng tế bào cần hấp thụ thuốc.
- Chất thuốc trong túi vận chuyển này sẽ liên kết đặc hiệu với các thụ thể trên màng làm biến dạng, lõm vào phía trong tạo thành túi vận chuyển tách khỏi màng đi vào trong tế bào chất.
Câu 20: Phân biệt các hình thức vận chuyển thụ động, vận chuyển chủ động, thực bào và xuất bào bằng cách hoàn thành bảng theo mẫu sau:
Trả lời:
Câu 21: Em hãy giải thích tại sao trong thực tế, người ta sử dụng việc ướp muối để bảo quản thực phẩm.
Trả lời:
- Trong thực tế, người ta sử dụng việc ướp muối để bảo quản thực phẩm vì khi ướp muối, nồng độ chất tan bên ngoài môi trường sẽ cao hơn nồng độ chất tan trong tế bào thực phẩm (tạo môi trường ưu trương) nên nước sẽ đi từ trong tế bào ra. Khi nước đi ra ngoài bớt thực phẩm khó bị thối, hỏng hơn.
- Ngoài ra, ướp muối cũng tạo môi trường ưu trương đối với những vi khuẩn gây thối, hỏng thức ăn, làm cho chúng bị mất nước khiến chúng không thể phân chia hoặc chết → Làm giảm tác hại của vi khuẩn gây thối giúp thực phẩm khó bị thối, hỏng hơn.
Câu 22: Tại sao khi chẻ cuống rau muống ngâm vào nước thì các sợi rau lại cuộn tròn lại?
Trả lời:
Khi chẻ cuống rau muống ngâm vào nước thì các sợi rau lại cuộn tròn lại vì :
- Do môi trường bên ngoài tế bào là môi trường nhược trương (nồng độ chất tan trong tế bào cao hơn nồng độ chất tan ở môi trường), nước sẽ đi vào bên trong tế bào làm tế bào trương lên.
- Tuy nhiên, ở rau muống, thành tế bào bên trong và bên ngoài không đều nhau, các tế bào bên ngoài có thành dày hơn các tế bào bên trong nên nước hút vào không đều nhau, vách tế bào bên trong mỏng hơn, căng lên làm rau muống chẻ cong ra bên ngoài.
Câu 23: Hiện tượng xâm nhập mặn có thể gây hậu quả nghiêm trọng khiến hàng loạt các cây trồng bị chết và không còn tiếp tục gieo trồng được những loại cây đó trên vùng đất này nữa. Em hãy giải thích hiện tượng trên.
Trả lời:
Vì khi bị xâm nhập mặn, nồng độ chất tan ngoài môi trường cao hơn bên trong tế bào cây (môi trường ưu trương) nên nước từ bên trong tế bào của cây trồng sẽ đi ra ngoài khiến cho cây bị thiếu nước, đồng thời cây cũng không hút được nước và ion khoáng → cây trồng bị chết.
Câu 24: Tại sao động vật và người lại dự trữ năng lượng dưới dạng glycogen mà không dự trữ dưới dạng dễ sử dụng là glucose?
Trả lời:
- Ở động vật thường xuyên hoạt động, di chuyển nhiều, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Do đó dự trữ năng lượng dưới dạng glycogen dễ huy động, dễ phân hủy và đây là nguồn dự trữ năng lượng ngắn hạn, tích trữ ở gan và cơ. Nguồn cấp năng lượng từ glycogen có thể nhanh chóng biến đổi thành dạng năng lượng đáp ứng ngay lập tức yêu cầu cần thiết của cơ thể về glucose.
- Nếu dự trữ dưới dạng glucose thì sẽ không dự trữ được nhiều năng lượng, chưa kể cơ thể động vật không thể tự tổng hợp được glucose như ở thực vật.
Xem thêm các dạng bài tập chi tiết và hay khác:
50 Bài tập trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật (có đáp án năm 2023) - Sinh 10
50 Bài tập công nghệ tế bào (có đáp án năm 2023) - Sinh 10
50 Bài tập giảm phân (có đáp án năm 2023) - Sinh 10
50 Bài tập thông tin giữa các tế bào (có đáp án năm 2023) - Sinh 10
50 Bài tập phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào (có đáp án năm 2023) - Sinh 10
