Bài tập tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng
Kiến thức cần nhớ
Khái niệm tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng
- Tổng hợp là quá trình hình thành các chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản dưới sự xúc tác của enzyme.
- Trong quá trình tổng hợp, năng lượng có trong liên kết hóa học của các chất phản ứng được tích lũy trong liên kết hóa học của sản phẩm.
Ví dụ minh họa quá trình tổng hợp các chất
- Vai trò của tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng:
+ Cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên tế bào và cơ thể.
+ Tích lũy năng lượng cho tế bào.
Quang hợp
1. Khái niệm quang hợp
- Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi hệ sắc tố quang hợp.
- Phương trình tổng quát:
2. Cơ chế quang hợp
Quang hợp được diễn ra theo 2 pha: pha sáng và pha tối.
Sơ đồ hai pha của quá trình quang hợp
- Pha sáng:
+ Được thực hiện nhờ có hệ sắc tố quang hợp và các thành phần của chuỗi chuyền electron quang hợp nằm trên màng thylakoid.
+ Cơ chế: Hệ sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển vào chuỗi chuyền electron quang hợp và tổng hợp ra ATP, NADPH. Phân tử O2 được giải phóng từ pha sáng có nguồn gốc từ các phân tử nước.
- Pha tối (chu trình Calvin):
+ Diễn ra ở chất nền của lục lạp.
+ Cơ chế: Lấy ATP và NADPH từ pha sáng và tiến hành khử CO2 thành carbohydrate.
Sơ đồ tóm tắt chu trình Calvin
3. Vai trò của quang hợp
Quang hợp đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống của sinh giới:
- Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới.
- Cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học.
- Điều hòa hàm lượng O2 và CO2 trong khí quyển.
Hóa tổng hợp và quang tổng hợp ở vi khuẩn
1. Vai trò của quá trình hóa tổng hợp ở vi khuẩn
- Khái niệm hóa tổng hợp ở vi khuẩn: Hóa tổng hợp là quá trình các loài vi khuẩn hóa tự dưỡng có khả năng đồng hóa CO2 để hình thành các hợp chất hữu cơ khác nhau nhờ năng lượng của các phản ứng oxi hóa.
- Vai trò của quá trình hóa tổng hợp ở vi khuẩn:
+ Thực hiện quá trình oxi hóa nhiều hợp chất khác nhau để lấy năng lượng.
+ Phần năng lượng giải phóng ra được dùng để tổng hợp chất hữu cơ.
- Các nhóm vi khuẩn hóa
+ Nhóm vi khuẩn oxi hóa lưu huỳnh: gồm các vi khuẩn có khả năng oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh (H2S, S) thành sulfuric acid (H2SO4), một phần năng lượng từ quá trình đó được sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ.
+ Nhóm vi khuẩn oxi hóa nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hóa (oxi hóa NH3 thành HNO2) và nitrate hóa (oxi hóa HNO2 thành HNO3). Chúng sử dụng 6 – 7% năng lượng để tổng hơp glucose từ CO2.
+ Nhóm vi khuẩn oxi hóa sắt: gồm các nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxi hóa sắt hóa trị hai (FeCO3) thành sắt hóa trị ba (Fe(OH)3).
Hoạt động chuyển hóa nitrogen của vi khuẩn
2. Vai trò của quá trình quang khử ở vi khuẩn
- Khái niệm quang tổng hợp ở vi khuẩn: Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử CO2 thành chất hữu cơ.
- Tùy vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia làm 2 dạng:
+ Quang hợp (thải O2). Ví dụ: Vi khuẩn lam dùng H2O là chất cho electron và H+ như ở thực vật và có giải phóng khí O2.
Vi khuẩn lam
+ Quang khử (không thải O2). Ví dụ: Vi khuẩn lưu huỳnh lục và tía lại dùng H2S, S hoặc H2 là chất cho electron và H+ và không giải phóng khí O2.
Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía
- Quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn được thực hiện nhờ các phân tử sắc tố nằm trên màng thylakiod (có nguồn gốc từ màng sinh chất).
- Vai trò:
+ Cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng.
+ Điều hòa khí quyển và làm giảm ô nhiêm môi trường.
Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1: Hãy đưa ra các bằng chứng để chứng minh rằng: “Tất cả sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quang hợp”.
Hướng dẫn giải:
Quang hợp là quá trình tế bào sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ.
Trả lời:
- Các sinh vật có khả năng quang hợp tạo ra carbohydrate, các chất hữu cơ khác cung cấp cho các sinh vật dị dưỡng, đóng vai trò là nguồn thức ăn.
- Các sinh vật có khả năng quang hợp hấp thụ CO2 và thải O2, duy trì ổn định nồng độ 2 khí này trong khí quyển, đảm bảo cho hoạt động sống (hô hấp) của sinh vật.
Như vật, quang hợp có vai trò cung cấp nguồn năng lượng và cung cấp khí O2 cho hoạt động hô hấp của các sinh vật trên Trái Đất. Do đó, tất cả sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quang hợp.
Ví dụ 2: Khi nói về nguồn gốc của O2 được tạo ra từ quang hợp, có ý kiến cho rằng O2 có nguồn gốc từ CO2 trong khi ý kiến khác lại nói O2 có nguồn gốc từ H2O. Hãy đề xuất một phương án để kiểm chứng ý kiến nào đúng trong hai ý kiến trên.
Hướng dẫn giải:
- Trong pha sáng, chuỗi truyền electron tổng hợp ATP và NADPH, đồng thời thực hiện quá trình quang phân li nước cũng diễn ra giải phóng O2. Pha tối (còn gọi là chu trình Calvin) khử CO2 để hình thành carbohydrate nhờ ATP và NADPH lấy từ pha sáng.
Trả lời:
Chúng ta có thể thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng ý kiến đúng. Thí nghiệm này thực hiện với 2 mẫu vật thực vật: một mẫu thiếu khí CO2 (trồng trong hộp kín) và mẫu thiếu nước (không tưới cây, đất khô) và kiểm tra xem mẫu vật nào sản sinh ra khí O2.
Ví dụ 3: Trong trồng trọt, tại sao người ta thường trồng xen canh các cây ưa sáng và cây ưa bóng?
Hướng dẫn giải:
- Cây ưa sáng là những cây sinh trưởng tốt trong điều kiện ánh sáng mạnh, cường độ cao, cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng yếu. Cây ưa bóng có khả năng quang hợp khi ánh sáng yếu, cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng mạnh.
Trả lời:
Trong trồng trọt, người ta thường trồng xen canh các cây ưa sáng và cây ưa bóng để có thể thu hoạch được tối đa sản phẩm từ thực vật vì nhu cầu ánh sáng ở hai loại cây này khác nhau, nên việc trồng xen canh sẽ giúp cả hai loài đều thực hiện được quang hợp.
Bài tập tự luyện
Bài 1: Hiện nay, một trong những biện pháp góp phần hạn chế hiệu ứng nhà kính hiệu quả là bảo vệ rừng, trồng nhiều cây xanh nhằm làm giảm hàm lượng CO2 trong khí quyển. Biện pháp này được đưa ra dựa trên cơ sở nào?
Phương pháp giải:
Thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tổng hợp glucose từ CO2, H2O nhờ ánh sáng mặt trời.
Trả lời:
Thực vật có khả năng sử dụng CO2 để tổng hợp glucose, đây là cơ sở của biện pháp bảo vệ rừng, trồng nhiều cây xanh nhằm giảm hàm lượng CO, trong khí quyền.
Bài 2: Cho một số ví dụ về quá trình tổng hợp các chất trong tế bào (nêu rõ nguyên liệu tham gia, loại liên kết và sản phẩm được hình thành).
Phương pháp giải:
Tổng hợp các chất trong tế bào là quá trình sử dụng nguyên liệu là các chất đơn giản, dưới sự xúc tác của enzyme để hình thành các hợp chất phức tạp hơn, đồng thời tích lũy năng lượng.
Trả lời:
Một số ví dụ về quá trình tổng hợp các chất trong tế bào:
|
Quá trình |
Nguyên liệu |
Loại liên kết |
Sản phẩm |
|
Tổng hợp nucleic acid |
Nucleotide |
Hóa trị, hydrogen |
DNA, RNA |
|
Tổng hợp protein |
Amino acid |
Peptide |
Protein |
|
Tổng hợp cellulose |
Glucose |
Glycosidic |
Cellulose |
Bài 3: Tại sao nói quá trình tổng hợp các chất song song với tích lũy năng lượng?
Phương pháp giải:
Tổng hợp các chất trong tế bào là quá trình sử dụng nguyên liệu là các chất đơn giản, dưới sự xúc tác của enzyme để hình thành các hợp chất phức tạp hơn, đồng thời tích lũy năng lượng.
Trả lời:
Nói quá trình tổng hợp các chất song song với tích lũy năng lượng vì trong quá trình tổng hợp có sự hình thành liên kết hoá học giữa các chất phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm. Như vậy, năng lượng có trong liên kết hoá học của các chất phản ứng được tích lũy trong liên kết hoá học của sản phẩm.
Bài 4: Ở người, tại sao khi quá trình tổng hợp insulin (một loại hormone điều hòa hàm lượng đường trong máu) của tuyến tụy bị ức chế sẽ dẫn đến nguy cơ mắc bệnh tiểu đường?
Phương pháp giải:
- Bệnh tiểu đường là bệnh rối loạn chuyển hóa đặc trưng với biểu hiện lượng đường ở trong máu luôn ở mức cao hơn so với bình thường.
- Một trong những tác dụng quan trọng nhất của insulin là chuyển phần lớn glucose ở gan thành dạng glycogen để dự trữ.
Trả lời:
Những người bị ức chế quá trình tổng hợp insulin của tuyến tụy sẽ không có khả năng chuyển hóa đường thành glycogen khi lượng đường trong máu tăng, do đó những người này có nguy cơ mắc bệnh tiểu đường.
Bài 5: Từ phương trình tổng quát, hãy cho biết nguyên liệu và sản phẩm của quang hợp là gì?
Trả lời:
- Nguyên liệu của quang hợp: CO2, H2O.
- Sản phẩm của quang hợp: O2, C6H12O6.
Bài 6: Dựa vào Hình 15.2, hãy phân biệt pha sáng và pha tối về: nơi diễn ra, điều kiện ánh sáng, nguyên liệu tham gia và sản phẩm tạo thành.
Trả lời:
|
Tiêu chí |
Pha sáng |
Pha tối |
|
Nơi diễn ra |
Màng thylakoid của lục lạp |
Chất nền của lục lạp |
|
Điều kiện ánh sáng |
Cần ánh sáng |
Không cần ánh sáng |
|
Nguyên liệu tham gia |
H2O, NADP+, ADP |
ATP, CO2, NADPH |
|
Sản phẩm tạo thành |
NADPH, ATP, O2 |
Chất hữu cơ (C6H12O6), ADP, NADP+ |
Bài 7: Trong pha sáng, quang năng đã được chuyển hóa thành hóa năng như thế nào?
Hướng dẫn giải:
Quan sát hình 15.2 và đưa ra câu trả lời.
Trả lời:
Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi các sắc tố năng lượng và được chuyển cho trung tâm phản ứng. Trung tâm phản ứng tiếp nhận năng lượng và trở thành dạng kích động và truyền electron cho các chất trong chuỗi truyền electron để tổng hợp ATP và NADPH
Bài 8: Quan sát Hình 15.3, hãy cho biết chu trình Calvin gồm mấy giai đoạn. Đó là những giai đoạn nào? Mô tả diễn biến trong mỗi giai đoạn đó.
Hướng dẫn giải:
Quan sát các chất tham gia và các sản phẩm tạo thành của chu trình Calvin và đưa ra câu trả lời.
Trả lời:
Chu trình Calvin gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Cố định CO2
Trong giai đoạn này RuBP (ribulose bisphosphate)được chuyển hóa thành APG (Phosphoglyceric acid) và có sự tham gia của CO2 đồng thời ATP được chuyển hóa thành ADP và NADPH bị chuyển thành NADP+
Giai đoạn 2: Khử
APG bị khử thành AlPG (Aldehyde phosphoglyceric) và tạo ra glucose, glucose liên kết với các phân tử đường khác để tạo thành các polysaccharide như tinh bột, saccharose.
Giai đoạn 3: Tái tạo chất nhận
Giai đoạn này có sự tham gia của ATP, năng lượng từ ATP chuyển hóa AlPG (Aldehyde phosphoglyceric) thành RuBP (ribulose bisphosphate) để tiếp tục tổng hợp các polysaccharide mới.
Bài 9: Hãy vẽ sơ đồ thể hiện vai trò cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh giới của quang hợp.
Hướng dẫn giải:
Quang hợp vai trò quan trọng đối với sinh giới cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới.
Trả lời:
Sơ đồ thể hiện vai trò cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh giới của quang hợp:
Thực vật → Động vật ăn thực vật → Động vật ăn động vật → Sinh vật phân giải
Bài 10: Nếu không có ánh sáng thì pha tối có diễn ra được không? Tại sao?
Hướng dẫn giải:
Quá trình quang tổng hợp ở thực vật và tảo diễn ra ở lục lạp và được chia thành hai pha: pha phụ thuộc ánh sáng (pha sáng) và pha không phụ thuộc ánh sáng (pha tối/ chu trình Calvin)
Trả lời:
Nếu không có ánh sáng, pha sáng sẽ không được diễn ra, nên sẽ không cung cấp được các nguyên liệu cho pha tối. Vậy nếu không có ánh sáng, pha tối sẽ không diễn ra.
Bài 11: Hãy cho biết các vai trò sau đây là của nhóm vi khuẩn nào?
a) Đảm bảo sự tuần hoàn của chu trình vật chất trong tự nhiên (chu trình nitrogen).
b) Cung cấp nguồn nitrogen cho thực vật.
c) Góp phần làm sạch môi trường nước.
d) Tạo ra các mỏ quặng.
Hướng dẫn giải:
Các nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp chủ yếu gồm:
- Nhóm vi khuẩn oxi hoá lưu huỳnh: gồm các vi khuẩn có khả năng oxi hoá các hợp chất chứa lưu huỳnh (H2S, S) thành sulfuric acid (H2SO4), một phần năng lượng từ quá trình đó được dùng để tổng hợp chất hữu cơ.
- Nhóm vi khuẩn oxi hoá nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hóa (oxi hóa NH3 thành HNO3) và nitrate hoá (oxi hóa HNO2 thành HNO3). Chúng sử dụng 6 – 7% năng lượng để tổng hợp glucose từ CO2.
- Nhóm vi khuẩn oxi hoá sắt: gồm các nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxi hoá sắt hoá trị hai (FeCO3) thành sắt hoá trị ba (Fe(OH)3).
Trả lời:
a) Đảm bảo sự tuần hoàn của chu trình vật chất trong tự nhiên (chu trình nitrogen) là vai trò của: Nhóm vi khuẩn oxi hóa nitrogen.
b) Cung cấp nguồn nitrogen cho thực vật là vai trò của: Nhóm vi khuẩn oxi hóa nitrogen.
c) Góp phần làm sạch môi trường nước là vai trò của: Nhóm vi khuẩn oxi hóa lưu huỳnh.
d) Tạo ra các mỏ quặng là vai trò của: Nhóm vi khuẩn oxi hóa sắt.
Bài 12: Sự khác nhau giữa quang tổng hợp có giải phóng O2 và không giải phóng O2 là gì?
Hướng dẫn giải:
- Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử CO2 thành chất hữu cơ. Tuỳ vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia thành hai dạng: quang hợp (thải O2) và quang khử (không thải O2).
- Quá trình quang khử ở vi khuẩn có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường.
- Quang hợp có nhiều vai trò quan trọng đối với thực vật và đời sống con người như: tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng; cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới; cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học; điều hoà hàm lượng O2, và CO2 trong khí quyển.
Trả lời:
Quang hợp có sự tham gia của H2O làm chất cho electron và có giải phóng khí O2, trong khi quang khử không sử dụng H2O mà sử dụng H2S hoặc H2 để làm chất cho electron.
Bài 13: Vai trò của quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn có giống với ở thực vật không? Giải thích.
Hướng dẫn giải:
- Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử CO2 thành chất hữu cơ. Tuỳ vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia thành hai dạng: quang hợp (thải O2) và quang khử (không thải O2).
- Quá trình quang khử ở vi khuẩn có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường.
- Quang hợp có nhiều vai trò quan trọng đối với thực vật và đời sống con người như: tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng; cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới; cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học; điều hoà hàm lượng O2, và CO2 trong khí quyển.
Trả lời:
Quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn có vai trò giống với ở thực vật vì cả hai quá trình đều có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường, cung cấp các nguyên liệu cho các hoạt động sản xuất của con người.
Bài 14: Quá trình quang khử ở vi khuẩn có góp phần làm sạch môi trường nước không? Giải thích.
Hướng dẫn giải:
- Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử CO2 thành chất hữu cơ. Tuỳ vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia thành hai dạng: quang hợp (thải O2) và quang khử (không thải O2).
- Quá trình quang khử ở vi khuẩn có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường.
- Quang hợp có nhiều vai trò quan trọng đối với thực vật và đời sống con người như: tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng; cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới; cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học; điều hoà hàm lượng O2, và CO2 trong khí quyển.
Trả lời:
Quá trình quang khử ở vi khuẩn giúp góp phần làm sạch môi trường nước vì trong nguồn nước bị ô nhiễm có thể chứa các chất gây ô nhiễm như H2S, sử dụng vi khuẩn lưu huỳnh lục và tía có thể giúp loại bỏ chất này ra khỏi nguồn nước.
Bài 15: Hoạt động của vi khuẩn oxi hóa nitrogen có ý nghĩa gì với quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật?
Hướng dẫn giải:
- Nhóm vi khuẩn oxi hoá nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hóa (oxi hóa NH3 thành HNO3) và nitrate hoá (oxi hóa HNO2 thành HNO3). Chúng sử dụng 6 – 7% năng lượng để tổng hợp glucose từ CO2.
Trả lời:
Các vi khuẩn oxi hóa nitrogen có khả năng biến đổi nitơ trong đất và không khí thành các dạng mà thực vật có thể hấp thu được. Vậy, hoạt động của vi khuẩn oxi hoá nitrogen cung cấp đạm cho các hoạt động trong quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật.
Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác:
50 Bài tập thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật (2024) có đáp án
30 bài tập về Vận chuyển các chất qua màng sinh chất (2024) có đáp án chi tiết nhất
30 bài tập về Sự đa dạng và phương pháp nghiên cứu vi sinh vật (2024) có đáp án chi tiết nhất
30 bài tập về Hô hấp tế bào (2024) có đáp án chi tiết nhất
30 bài tập về lý thuyết trao đổi chất qua màng tế bào (2024) có lời giải chi tiết nhất
