Lý thuyết Sinh học 10 Bài 13: Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào
A. Lý Thuyết
I. Năng lượng và chuyển hóa năng lượng
1. Các dạng năng lượng
- Trong tế bào, năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau:
+ Hóa năng: là dạng năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học.
+ Nhiệt năng: sinh ra trong quá trình chuyển hóa chất giúp duy trì nhiệt độ cho cơ thể.
+ Điện năng: tạo ra khi có sự chênh lệch nồng độ các ion trái dấu ở hai phía của màng tế bào.
+ Cơ năng: sinh ra trong quá trình co cơ, vận động của các cơ quan hay sự di chuyển của các chất.
- Trong các dạng năng lượng, hóa năng là dạng năng lượng chủ yếu được sử dụng cho các hoạt động sống của tế bào.
2. Sự chuyển hóa năng lượng
- Sự chuyển hóa năng lượng là sự biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác.
Trong quá trình quang hợp, quang năng được chuyển hóa thành hóa năng
- Trong tế bào, sự chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với sự chuyển hóa năng lượng.
II. ATP - "Đồng tiền" năng lượng tế bào
1. Cấu tạo và chức năng của ATP
- Cấu tạo: Adenosine triphosphate (ATP) gồm 3 nhóm phosphate, đường ribose và bazo nito Adenine.
- ATP là hợp chất mang năng lượng do các nhóm phosphate chứa liên kết cao năng. Khi các liên kết cao năng là loại liên kết khi bẻ gãy sẽ giải phóng một lượng lớn năng lượng.
- Chức năng: ATP cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào.
Cấu tạo phân tử ATP
2. Quá trình tổng hợp và phân giải ATP
ATP dễ biến đổi thuận nghịch để giải phóng hoặc tích lũy năng lượng:
Sự biến đổi thuận nghịch của ATP trong tế bào
- Khi tế bào sử dụng ATP để cung cấp năng lượng, ATP sẽ bị phân giải tạo thành ADP và giải phóng một nhóm phosphate. Nhóm phosphate này sẽ liên kết với chất cần được cung cấp năng lượng.
- Sau khi hoạt động chức năng, nhóm phosphate này sẽ liên kết trở lại với ADP để tạo thành ATP.
III. Enzyme
1. Khái niệm và cấu trúc của enzyme
- Khái niệm: Enzyme là chất xúc tác sinh học có vai trò làm tăng tốc độ phản ứng, nhờ đó các hoạt động sống được duy trì.
- Đặc điểm: Enzyme chỉ đẩy nhanh tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
- Cấu trúc:
+ Enzyme thường có bản chất là protein cho tế bào tổng hợp.
+ Trên bề mặt enzyme có vị trí để liên kết với cơ chất gọi là trung tâm hoạt động. Trung tâm hoạt động của enzyme có cấu trúc không gian phù hợp với cấu hình không gian của cơ chất.
Enzyme và cơ chất tương ứng
- Phân loại: Dựa vào cấu trúc, enzyme gồm hai loại:
+ Enzim chỉ có thành phần là protein.
+ Enzim có thành phần là protein liên kết với chất không phải protein (cofactor). Cofactor có thể là các ion kim loại (Fe2+, Cu2+, Zn2+,…) hoặc có thể là chất hữu cơ (NAD+, FAD, vitamin,…). Trường hợp cofactor là chất hữu cơ thì được gọi là coenzyme.
2. Cơ chế tác động của enzyme
Cơ chế tác động của enzyme
- Vùng trung tâm hoạt động của mỗi enzyme sẽ có cấu cấu hình không gian phù hợp với cấu trúc của cơ chất mà nó xúc tác theo mô hình “khớp cảm ứng”.
- Cơ chất liên kết với trung tâm hoạt động của enzyme bằng các liên kết tạo phức hợp enzyme - cơ chất.
- Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi cơ chất để hình thành sản phẩm của phản ứng.
- Khi kết thúc phản ứng, sản phẩm rời khỏi enzyme, enzyme được trở về trạng thái ban đầu và có thể sử dụng lại.
3. Sự ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt tính enzyme
- Khái niệm hoạt tính của enzyme: Là tốc độ phản ứng được xúc tác bởi enzyme đó và được đo bằng lượng sản phẩm hình thành sau phản ứng.
- Hoạt tính của enzyme bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:
+ Nhiệt độ: Mỗi enzyme hoạt động ở một khoảng nhiệt độ nhất định, ngoài khoảng nhiệt độ này, enzyme mất dần hoạt tính.
+ Độ pH: Độ pH môi trường cũng gây ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme, mỗi loại enzyme thích hợp hoạt động trong giới hạn pH nhất định.
+ Nồng độ cơ chất: Khi nồng độ cơ chất tăng thì hoạt tính của enzyme cũng tăng theo. Nhưng khi đạt đến trạng thái bão hòa, dù tăng nồng độ cơ chất thì hoạt tính enzyme cũng không đổi.
+ Chất hoạt hóa và chất ức chế: Chất hoạt hóa làm tăng hoạt tính của enzyme, chất ức chế làm giảm hoạt tính của enzyme.
4. Vai trò của enzyme
- Enzyme làm tăng tốc độ phản ứng, nhờ đó, các hoạt động sống được duy trì.
- Tế bào có thể điều chỉnh quá trình chuyển hóa vật chất để thích ứng với môi trường thông qua điều chỉnh hoạt tính của enzyme nhờ sự thay đổi các yếu tố ảnh hưởng hoặc được điều chỉnh thông qua sự ức chế ngược (sản phẩm quay lại ức chế hoạt tính của enzyme).
Cơ chế ức chế ngược
- Khi một enzyme không được tổng hợp hoặc được tổng hợp nhưng mất hoạt tính sẽ làm ngưng quá trình chuyển hóa cơ chất tương ứng, gây nên các bệnh rối loạn chuyển hóa.
B. Trắc Nghiệm
Câu 1: Trong các dạng năng lượng sau đây, có bao nhiêu dạng năng lượng tồn tại trong tế bào?
(1) Hóa năng
(2) Nhiệt năng
(3) Điện năng
(4) Cơ năng
A. 1.
B. 2.
C. 3.
D. 4.
Đáp án đúng là: D
Trong tế bào, năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như: hóa năng, nhiệt năng, điện năng, cơ năng.
Câu 2: Trong tế bào, dạng năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học được gọi là
A. hóa năng.
B. cơ năng.
C. điện năng.
D. nhiệt năng.
Đáp án đúng là: A
Hóa năng là năng lượng dữ trữ trong các liên kết hóa học.
Câu 3: Dạng năng lượng được sử dụng chủ yếu cho các hoạt động sống của tế bào là
A. hóa năng.
B. nhiệt năng.
C. điện năng.
D. cơ năng.
Đáp án đúng là: A
Hóa năng là dạng năng lượng chủ yếu được sử dụng cho các hoạt động sống của tế bào.
Câu 4: Sự chuyển hóa năng lượng là
A. sự tạo thành năng lượng ATP cung cấp cho tế bào.
B. sự tạo thành nhiệt duy trì nhiệt độ cơ thể.
C. sự hao phí năng lượng trong quá trình sống của tế bào.
D. sự biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác.
Đáp án đúng là: D
Sự chuyển hóa năng lượng là sự biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác.
Câu 5: Sự chuyển hóa năng lượng xảy ra trong quá trình quang hợp là
A. hóa năng thành quang năng.
B. quang năng thành hóa năng.
C. hóa năng thành điện năng.
D. điện năng thành hóa năng.
Đáp án đúng là: B
Trong quang hợp, thực vật chuyển hóa năng lượng mặt trời (quang năng) thành năng lượng được tích lũy trong các hợp chất hữu cơ (hóa năng).
Câu 6: Sự chuyển hóa năng lượng xảy ra trong quá trình thi đấu của một vận động viên điền kinh là
A. hóa năng được chuyển hóa chủ yếu thành cơ năng và một phần nhiệt năng.
B. hóa năng được chuyển hóa chủ yếu thành nhiệt năng và một phần cơ năng.
C. nhiệt năng được chuyển hóa chủ yếu thành hóa năng và một phần cơ năng.
D. nhiệt năng được chuyển hóa chủ yếu thành cơ năng và một phần hóa năng.
Đáp án đúng là: A
Khi một vận động viên đang thi đấu, năng lượng được tích lũy trong các chất hóa học (hóa năng) được sử dụng vào hoạt động chạy (cơ năng) và một phần năng lượng đó được chuyển hóa thành nhiệt năng.
Câu 7: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về mối quan hệ giữa chuyển hóa vật chất và chuyển hóa năng lượng trong tế bào?
A. Sự chuyển hóa năng lượng luôn diễn ra trước sự chuyển hóa vật chất.
B. Sự chuyển hóa vật chất luôn diễn ra trước sự chuyển hóa năng lượng.
C. Sự chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với sự chuyển hóa năng lượng.
D. Sự chuyển hóa năng lượng diễn ra độc lập với sự chuyển hóa vật chất.
Đáp án đúng là: C
Trong tế bào, sự chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với sự chuyển hóa năng lượng.
Câu 8: ATP được cấu tạo từ 3 thành phần gồm
A. adenosine, đường ribose, 2 nhóm phosphate.
B. adenosine, đường deoxyribose, 3 nhóm phosphate.
C. adenine, đường ribose, 3 nhóm phosphate.
D. adenine, đường deoxyribose, 1 nhóm phosphate.
Đáp án đúng là: C
ATP được cấu tạo từ 3 thành phần là: adenine, đường ribose, 3 nhóm phosphate.
Câu 9: Số liên kết cao năng có trong 1 phân tử ATP là
A. 3 liên kết.
B. 2 liên kết.
C. 4 liên kết.
D. 1 liên kết.
Đáp án đúng là: B
Phân tử ATP có 3 gốc phosphate do đó có 2 liên kết cao năng.
Câu 10: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về ATP?
A. Khi bẻ gãy các liên kết cao năng trong ATP sẽ giải phóng một lượng lớn năng lượng.
B. ATP có tính chất dễ biến đổi thuận nghịch để giải phóng hoặc tích lũy năng lượng.
C. Mọi hoạt động trong tế bào đều cần năng lượng được giải phóng ra từ phân tử ATP.
D. Sự tổng hợp và phân giải ATP gắn liền với sự tích lũy và giải phóng năng lượng.
Đáp án đúng là: C
C. Sai. ATP chỉ được sử dụng cho các hoạt động sống cần năng lượng của tế bào mà không phải hoạt động sống nào của tế bào cũng cần sử dụng năng lượng ví dụ như sự vận chuyển thụ động các chất qua màng tế bào.
Câu 11: Cho các hoạt động sau:
(1) Phân hủy các chất dư thừa tích lũy trong tế bào.
(2) Tổng hợp nên các chất hóa học cần thiết cho tế bào.
(3) Vận chuyển các chất qua màng.
(4) Sinh công cơ học.
Trong tế bào, năng lượng ATP được sử dụng vào các hoạt động chủ yếu là
A. (1), (2).
B. (1), (3).
C. (1), (2), (3).
D. (2), (3), (4).
Đáp án đúng là: D
Trong tế bào, năng lượng ATP được sử dụng vào các việc chính là:
- Tổng hợp nên các chất hóa học cần thiết cho tế bào.
- Vận chuyển các chất qua màng.
- Sinh công cơ học.
Câu 12: Đặc điểm nào dưới đây không phải của enzyme?
A. Là hợp chất cao năng.
B. Là chất xúc tác sinh học.
C. Được tổng hợp trong các tế bào sống.
D. Có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng.
Đáp án đúng là: A
Enzyme không phải là hợp chất cao năng.
Câu 13: Enzyme có bản chất là
A. nucleic acid.
B. protein.
C. carbohydrate.
D. phospholipid.
Đáp án đúng là: B
Enzyme có bản chất là protein.
Câu 14: Tính đặc hiệu của enzyme được quy định bởi
A. sự phù hợp giữa cấu hình không gian của trung tâm hoạt động trên enzyme với cấu trúc của cơ chất.
B. sự phù hợp giữa cấu hình không gian của chất kích thích trên enzyme với cấu trúc của cơ chất.
C. sự phù hợp giữa cấu hình không gian của chất ức chế trên enzyme với cấu trúc của cơ chất.
D. sự phù hợp giữa cấu hình không gian của cofactor trên enzyme với cấu trúc của cơ chất.
Đáp án đúng là: A
Vùng trung tâm hoạt động của mỗi enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cấu trúc của cơ chất mà nó xúc tác theo mô hình "khớp cảm ứng". Điều này tạo nên tính đặc hiệu của enzyme (mỗi enzyme chỉ xác tác cho một hoặc một vài cơ chất nhất định).
Câu 15: Một nguyên tử sắt phải mất khoảng 300 năm để phân hủy một phân tử H2O2 thành H2O và CO2. Nhưng một phân tử enzyme catalase thì chỉ cần một giây đã có thể phân hủy một phân tử H2O2 thành H2O và CO2. Ví dụ trên muốn nói đến đặc tính nào của enzyme?
A. Có khả năng xúc tác thuận nghịch.
B. Có tính đặc hiệu và chọn lọc.
C. Cóhoạt tính xúc tác mạnh.
D. Có mức năng lượng lớn.
Đáp án đúng là: C
Ví dụ trên cho thấy enzyme có khả năng giúp tăng nhanh tốc độ phản ứng → Đặc tính được nói đến của enzyme là có hoạt tính xúc tác mạnh.
Xem thêm các bài Lý thuyết Sinh học 10 sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:
Lý thuyết Bài 9: Tế bào nhân thực
Lý thuyết Bài 11: Vận chuyển các chất qua màng sinh chất
Lý thuyết Bài 15: Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng
Lý thuyết Bài 16: Phân giải các chất và giải phóng năng lượng
