Giải Sinh học 10 Bài 11: Tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào
Lời giải:
Năng lượng vận động viên cử tạ tiêu tốn cho mỗi lần nâng tạ có nguồn gốc từ quá trình chuyển hoá vật chất và năng lượng (hô hấp tế bào).
I. Tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng trong tế bào
Lời giải:
- Khái niệm tổng hợp các chất trong tế bào: Tổng hợp các chất trong tế bào là quá trình chuyển hoá những chất đơn giản thành những chất phức tạp diễn ra trong tế bào với sự xúc tác của enzyme.
- Ý nghĩa của quá trình tổng hợp đối với sinh vật: Giúp hình thành các chất để xây dựng tế bào, đồng thời tích lũy năng lượng cho tế bào (năng lượng được tích lũy trong các hợp chất hữu cơ).
Lời giải:
- Tổng hợp có thể chia làm hai giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Tổng hợp chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ. Giai đoạn này được thực hiện thông qua các quá trình như quang tổng hợp, hoá tổng hợp, quang khử.
+ Giai đoạn 2: Tổng hợp các phân tử lớn từ các chất hữu cơ đơn giản. Đây là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ đặc trưng cho tế bào.
- Không phải tất cả các loài sinh vật đều thực hiện được hai giai đoạn tổng hợp trên. Ví dụ: Động vật là nhóm sinh vật dị dưỡng chỉ tổng hợp được các chất hữu cơ từ các chất hữu cơ khác nên giai đoạn 1 không diễn ra.
Câu hỏi 2 trang 68 Sinh học 10: Nêu khái niệm, ý nghĩa của quá trình quang tổng hợp.
Lời giải:
- Khái niệm quang tổng hợp: Quang tổng hợp (quang hợp) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để tổng hợp chất hữu cơ từ vô cơ.
- Ý nghĩa của quá trình quang tổng hợp:
+ Chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ (C6H12O6) → Cung cấp nguồn năng lượng cho sự sống của sinh vật.
+ Sản phẩm của quá trình quang tổng hợp là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp khác → Cung cấp vật chất cho sự sống của sinh vật.
+ Giải phóng O2 vào khí quyển → Cung cấp dưỡng khó cho sự sống của sinh vật.
Lời giải:
- Quang tổng hợp ở thực vật diễn ra ở bào quan lục lạp.
- Quang tổng hợp được chia làm hai pha: Pha phụ thuộc ánh sáng (pha sáng) và pha không phụ thuộc ánh sáng (chu trình Calvin).
Câu hỏi 4 trang 68 Sinh học 10: Cho biết vị trí, nguyên liệu, sản phẩm của pha sáng.
Lời giải:
- Vị trí của pha sáng: Pha sáng xảy ra ở màng thylakoid của lục lạp.
- Nguyên liệu của pha sáng: H2O, ADP, Pi, NADP+, năng lượng ánh sáng.
- Sản phẩm của pha sáng: ATP, NADPH, H+, O2.
Câu hỏi 5 trang 68 Sinh học 10: Năng lượng ánh sáng được chuyển hóa như thế nào trong pha sáng?
Lời giải:
Sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng trong pha sáng là từ quang năng thành năng lượng hóa học trong ATP, NADPH: Trong pha sáng, các sắc tố quang hợp nằm trên màng thylakoid thu nhận năng lượng ánh sáng và chuyển cho trung tâm phản ứng. Trung tâm phản ứng tiếp nhận năng lượng trở thành dạng kích động và truyền electron cho các chất trong chuỗi truyền electron để tổng hợp ATP, NADPH.
Lời giải:
Các yếu tố của môi trường ảnh hưởng đến hiệu quả của pha sáng là:
- Ánh sáng: Ánh sáng cung cấp năng lượng cho quang hợp. Mỗi loài có nhu cầu ánh sáng không giống nhau. Ánh sáng mạnh hoặc yếu và thời gian chiếu sáng có thể làm quang hợp của cây tăng lên hoặc giảm đi.
- Hàm lượng nước: Nước là nguyên liệu cho pha sáng của quang hợp. Khi thiếu nước, pha sáng sẽ bị ngưng trệ.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự hoạt động xúc tác của enzyme trong pha sáng. Khi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến hoạt tính của các enzyme quang hợp khiến pha sáng nói riêng và quá trình quang hợp nói chung đều bị giảm hoặc ngưng trệ.
Lời giải:
- Nguyên liệu của chu trình Calvin gồm: CO2, ATP, NADPH, RuBP.
- Sự tổng hợp các chất hữu cơ từ các nguyên liệu trên trong pha tối: Trong pha tối, ATP và NADPH cung cấp năng lượng và điện tử tham gia khử phân tử CO2 thành C6H12O6.
+ Đầu tiên, ribulose bisphosphate (RuBP) kết hợp với CO2 tạo ra 3-phosphoglycerate (3PG).
+ 3PG được khử thành glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) với sự tham gia của ATP và NADPH được tạo ra từ pha sáng.
+ Một phần G3P sẽ được sử dụng cho tái tạo RuBP, phần G3P còn lại sẽ sử dụng để tổng hợp glucose.
Lời giải:
Glucose được tạo ra từ quá trình quang hợp cần thiết cho tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ của tế bào vì: Glucose được tạo ra từ quá trình quang hợp có công thức hóa học là C6H12O6 sẽ cung cấp mạch “xương sống” carbon trong tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác cho tế bào như amino acid, acid béo,…
Vận dụng 1 trang 70 Sinh học 10: Trình bày vai trò của quang hợp đối với sinh giới.
Lời giải:
Quang hợp có vai trò quan trọng đối với sự sống của sinh giới:
- Chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ (C6H12O6) → Cung cấp nguồn năng lượng cho sự sống của sinh vật.
- Sản phẩm của quá trình quang tổng hợp là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp khác → Cung cấp vật chất cho sự sống của sinh vật.
- Giải phóng O2 vào khí quyển → Cung cấp dưỡng khó cho sự sống của sinh vật.
Lời giải:
Một số biện pháp nâng cao hiệu quả của quá trình quang hợp ở cây trồng.
- Tăng cường độ và hiệu suất quang hợp bằng chọn giống, lai tạo giống mới có khả năng quang hợp cao.
- Điều khiển sự sinh trưởng của diện tích lá bằng các biện pháp bón phân, tưới nước hợp lí.
- Trồng vào thời vụ và có mật độ trồng thích hợp để có các điều kiện ngoại cảnh như ánh sáng mặt trời, nhiệt độ, nước, hàm lượng khí CO2/O2,… thích hợp cho sự quang hợp của cây.
Luyện tập 2 trang 70 Sinh học 10: Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.1.
Lời giải:
Bảng 11.1. Tổng kết pha sáng và chu trình Calvin của quá trình quang tổng hợp
|
Tiêu chí |
Pha sáng |
Chu trình Calvin |
|
Nơi xảy ra |
Màng thylakoid |
Chất nền của lục lạp |
|
Nguyên liệu |
H2O, NADP+, ADP, Pi, NLAS |
CO2, ATP, NADPH, RuBP |
|
Sản phẩm |
ATP, NADPH, O2 |
C6H12O6, NADP+, ADP, Pi |
|
Phương trình tổng quát |
|
|
Lời giải:
- Giống nhau:
+ Đều là quá trình tổng hợp chất hữu cơ đặc trưng cho cơ thể từ các chất vô cơ.
+ Đều giai đoạn khử CO2 thành glucose.
- Khác nhau:
|
Quang tổng hợp |
Hóa tổng hợp |
|
Là quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ. |
Là quá trình tế bào chuyển hóa năng lượng hóa học trong các chất vô cơ thông qua phản ứng oxi hóa – khử thành năng lượng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ. |
|
- Cần phải có ánh sáng mặt trời. |
- Không cần có ánh sáng mặt trời. |
|
- Nước là nguyên liệu cho quá trình. |
- Nước là sản phẩm của quá trình. |
|
- O2 là sản phẩm của quá trình. |
- O2 là nguyên liệu cho quá trình. |
Câu hỏi 10 trang 71 Sinh học 10: Quang khử và quang tổng hợp giống và khác nhau ở những điểm nào?
Lời giải:
- Giống nhau:
+ Đều tổng hợp chất hữu cơ (C6H12O6) đặc trưng cho cơ thể từ các chất vô cơ (có CO2).
+ Đều có sự hấp thụ năng lượng ánh sáng bằng các sắc tố quang hợp.
- Khác nhau:
|
Quang tổng hợp |
Quang khử |
|
- Diễn ra ở thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng quang tổng hợp. |
- Diễn ra ở một số vi khuẩn. |
|
- Vẫn diễn ra khi môi trường có O2. |
- Diễn ra khi môi trường không có O2. |
|
- H2O là nguyên liệu của quá trình. |
- H2O là sản phẩm của quá trình, nguyên liệu H2X không phải là H2O. |
|
- Có giải phóng khí O2. |
- Không giải phóng khí O2. |
Lời giải:
Các phân tử lớn như protein, lipid, tinh bột, cellulose, glycogen được tế bào tổng hợp có vai trò tham gia xây dựng tế bào và cơ thể, dự trữ năng lượng và tham gia thực hiện các hoạt động sống của tế bào:
- Protein tham gia cung cấp năng lượng, là nguyên liệu xây dựng tế bào, tham gia điều hòa hoạt động sống, vận chuyển các chất và bảo vệ cơ thể,…
- Lipid có vai trò cung cấp và dự trữ năng lượng, tham gia cấu trúc màng tế bào,…
- Tinh bột, cellulose, glycogen có vai trò cung cấp năng lượng, cấu tạo nên tế bào và các mô.
II. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng trong tế bào
Lời giải:
- Khái niệm phân giải các chất trong tế bào: Phân giải các chất trong tế bào là quá trình chuyển hoá các chất phức tạp thành các chất đơn giản diễn ra trong tế bào nhờ sự xúc tác của các enzyme.
- Ý nghĩa của quá trình phân giải đối với tế bào sinh vật:
+ Giải phóng ra năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào.
+ Tạo ra các phân tử nhỏ là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.
Lời giải:
- Khái niệm hô hấp tế bào: Hô hấp tế bào là chuỗi các phản ứng phân giải hợp chất hữu cơ (glucose) diễn ra trong tế bào. Thông qua các phản ứng này, hợp chất hữu cơ được phân giải thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng tích lũy trong các phân tử ATP.
- Vị trí diễn ra của hô hấp tế bào: Ở sinh vật nhân thực, quá trình hô hấp tế bào diễn ra trong bào tương và ti thể.
- Quá trình hô hấp tế bào gồm 3 giai đoạn: đường phân; oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs (chu trình citric acid; chuỗi truyền electron).
Câu hỏi 14 trang 72 Sinh học 10: Nêu ý nghĩa của hô hấp tế bào?
Lời giải:
Ý nghĩa của hô hấp tế bào:
- Giải phóng năng lượng dễ sử dụng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.
- Giải phóng một phần năng lượng nhiệt giúp duy trì thân nhiệt của sinh vật.
- Các sản phẩm trung gian của quá trình phân giải cung cấp nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.
Lời giải:
Số phân tử năng lượng được tạo ra ở mỗi giai đoạn trong hô hấp tế bào:
- Giai đoạn đường phân tạo ra 2 ATP.
- Giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs tạo ra 2 ATP.
- Giai đoạn chuỗi truyền electron tạo ra 28 ATP.
→ Nhận xét: Trong 3 giai đoạn, chuỗi truyền electron tạo ra nhiều ATP nhất, giai đoạn 1 và 2 của hô hấp tế bào chỉ tạo ra 4 ATP. Như vậy, trong quá trình hô hấp tế bào, năng lượng được giải phóng dần qua từng giai đoạn.
Câu hỏi 15 trang 72 Sinh học 10: Đường phân diễn ra ở đâu và hình thành nên các sản phẩm nào?
Lời giải:
- Vị trí diễn ra: Đường phân diễn ra ở tế bào chất.
- Sản phẩm của quá trình đường phân: Kết quả của quá trình đường phân là từ 1 phân tử glucose sẽ tạo ra 2 phân tử pyruvic acid, 2 phân tử ATP, 2 phân tử NADH (thực tế đã tạo ra 4 phân tử ATP nhưng sử dụng mất 2 ATP để hoạt hóa glucose).
Lời giải:
- Vị trí diễn ra: Giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs diễn ra ở chất nền ti thể.
- Sản phẩm của giai đoạn oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs: Kết quả tạo ra các sản phẩm là 6 CO2, 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2.
Lời giải:
Ở một số vi sinh vật, nếu chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron không phải là O2 mà là một chất khác như SO42-, NO3-, fumarate,... thì kiểu hô hấp của sinh vật đó là hô hấp kị khí (hô hấp trong điều kiện không có O2).
Lời giải:
- Vị trí diễn ra: Chuỗi truyền electron diễn ra ở màng trong ti thể.
- Năng lượng giải phóng từ chuỗi truyền electron hô hấp sẽ được sử dụng cho sự tổng hợp ATP.
Câu hỏi 18 trang 74 Sinh học 10: Nêu vai trò của oxygen trong chuỗi truyền electron.
Lời giải:
Oxygen tham gia vào giai đoạn chuỗi truyền điện tử của hô hấp với vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng: Các electron được vận chuyển từ nơi có thế năng oxi hóa - khử thấp đến nơi có thế năng oxi hóa - khử cao. Oxygen là chất nhận electron cuối cùng do oxygen có khả năng oxi hóa cao. Nếu không có oxygen thì chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Kreb cũng dừng lại dẫn đến hiệu quả chuyển hóa năng lượng thấp (lượng ATP tạo thành sẽ thấp) đồng thời các sản phẩm tạo ra (lactic acid, ethanol,…) gây đầu độc tế bào.
Lời giải:
Khi tập thể dục hoặc lao động nặng thì chúng ta lại thở mạnh vì: Khi tập thể dục hoặc lao động nặng, các cơ hoạt động liên tục đòi hỏi phải được cung cấp một lượng lớn năng lượng ATP. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng ATP, tế bào tăng cường hoạt động hô hấp tế bào. Mà quá trình hô hấp tế bào cần oxygen và thải ra carbon dioxide. Do đó, chúng ta sẽ thở mạnh hơn để tăng cường cung cấp oxygen và đào thải khí carbon dioxide ra ngoài.
Luyện tập 4 trang 74 Sinh học 10: Hãy lựa chọn thông tin phù hợp để hoàn thành bảng 11.2.
Lời giải:
Bảng 11.2. Tổng kết các giai đoạn của hô hấp tế bào
|
Đường phân |
Oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs |
Chuỗi truyền electron |
|
|
Nơi xảy ra |
Tế bào chất |
Chất nền ti thể |
Màng trong ti thể |
|
Nguyên liệu |
Glucose, ADP, NAD+, Pi |
Pyruvic acid, ADP, Pi, NAD+, FAD |
NADH, FADH2, ADP, Pi, O2 |
|
Sản phẩm |
Pyruvic acid, ATP, NADH |
ATP, NADH, FADH2, CO2 |
ATP, H2O, NAD+, FAD+ |
|
Phương trình tổng quát |
Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 pyruvic acid + 2 ATP + 2 NADH |
2 pyruvic acid + 2 ADP + 2 Pi + 8 NAD+ + 2 FAD+ → 6 CO2 + 2 ATP + 8 NADH + FADH2 |
10 NADH + 2 FADH2 + 34 ADP + 34 Pi + 3 O2 → 10 NAD+ + 2 FAD + 34 ATP + 6 H2O |
Lời giải:
Khi trong tế bào không có O2, glucose sẽ được chuyển hóa theo con đường lên men: Khi trong tế bào không có O2, nghĩa là không có chất nhận điện tử cuối cùng của chuỗi truyền electron, chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Krebs cũng dừng lại. Khi đó, pyruvic acid được giữ lại ở tế bào chất và được chuyển hoá thành lactic acid, ethanol hoặc hợp chất hữu cơ khác theo con đường lên men.
Lời giải:
Khi muối chua rau quả (lên men lactic) người ta thường đổ ngập nước và đậy kín để tạo môi trường thiếu khí O2 (môi trường yếm khí). Môi trường yếm khísẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic phát triển để thực hiện quá trình lên men lactic rau quả đồng thời hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lên men thối.
III. Mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải các chất trong tế bào
Lời giải:
- Tổng hợp và phân giải là hai quá trình đối lập vì: Quá trình tổng hợp là quá trình tạo ra các hợp chất phức tạp từ các hợp chất đơn giản và dự trữ năng lượng. Còn quá trình phân giải là quá trình phân giải các hợp chất phức tạp thành các chất đơn giản và giải phóng năng lượng.
- Tổng hợp và phân giải là hai quá trình thống nhất trong hoạt động sống của tế bào và sinh vật vì: Quá trình phân giải cung cấp năng lượng và nguyên liệu phù hợp cho quá trình tổng hợp. Đồng thời, quá trình phân giải không thể diễn ra nếu không có chất hữu cơ do quá trình tổng hợp tạo ra. Sự kết hợp nhịp nhàng của hai quá trình này đảm bảo cho sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của tế bào và cơ thể.
→ Tổng hợp và phân giải là hai quá trình đối lập nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào và sinh vật.
Lời giải:
Sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp tế bào ở thực vật:
Xem thêm các bài giải SGK Sinh học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:
Bài 9: Trao đổi chất qua màng sinh chất
Bài 10: Sự chuyển hóa năng lượng và enzyme
