Lý thuyết và câu hỏi ôn tập chuyên đề 4 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào Sinh học 10

LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI ÔN TẬP

CHUYÊN ĐỀ 4. CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO SINH HỌC 10

A. KHÁI QUÁT NĂNG LƯỢNG VÀ CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT

I. KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG

1. Định nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công.

2. Phân loại:

Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng…

* Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng phân biệt: năng lượng mặt trời, năng lượng gió,…

* Dựa vào trạng thái sẵn sàng sinh ra công hay không, chia thành:

• Thế năng: là trạng thái tiềm ẩn của năng lượng (nước hay vật nặng ở một độ cao nhất định, năng lượng các liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ, chênh lệch các điện tích ngược dấu ở hai bên màng…).
• Động năng: Khi gặp các điều kiện nhất định năng lượng tiềm ẩn (thế năng) chuyển sang trại thái động năng có liên quan đến các hình thức chuyển động của vật chất (các ion, phân tử, các vật thể lớn) và tạo ra công tương ứng. Các dạng n.lượng có thể chuyển hoá tương hỗ và cuối cùng thành dạng nhiệt năng.

II. CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG

1. VD: Quang hợp: là sự chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học chứa trong các chất hữu cơ. Hô hấp nội bào: là sự sự chuyển hoá năng lượng hoá học trong các liên kết của các chất hữu cơ đã được tế bào tổng hợp thành năng lượng trong các liên kết cao năng (ATP) dễ sử dụng.

2. Định nghĩa:

• Là sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống.
• Trong cơ thể sinh vật có nhiều quá trình đòi hỏi năng lượng thường xuyên như các phản ứng sinh tổng hợp các chất, tái sinh các tổ chức (phân bào, sinh sản), thực hiện công cơ học (chuyển động của chất nguyên sinh, của bào quan) hay công điện học như phát sinh và chuyển các thông tin dưới dạng dòng điện sinh học.
• Dòng năng lượng sinh học là dòng năng lượng trong tế bào, dòng năng lượng từ tế bào này sang tế bào khác hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác. Trong các hệ sống năng lượng được dự trữ trong các liên kết hoá học.

III. ATP (Ađênôzin triphotphat) - ĐỒNG TIỀN NĂNG LƯỢNG CỦA TẾ BÀO

 {-- Nội dung phần III: ATP (Ađênôzin triphotphat) của Lý thuyết và câu hỏi ôn tập chuyên đề 4 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào Sinh học 10 các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}

IV. CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT

1) Khái niệm

• Chuyển hoá vật chất là tập hợp các phản ứng sinh hoá xảy ra bên trong tế bào.
• Chuyển hoá vật chất luôn kèm theo chuyển hoá năng lượng.
• Bản chất: đồng hoá, dị hoá.

2) Đồng hoá và dị hoá

• Đồng hoá: là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản, đồng thời tích luỹ năng lượng - dạng hoá năng.
• Dị hoá: là quá trình phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn, đồng thời giải phóng năng lượng.

So sánh đồng hóa và dị hóa:

Đồng hóa	Dị hóa
Xảy ra ở các bào quan thực hiện chức năng tổng hợp vật chất sống như: lục lạp, riboxom, gongi...	Xảy ra ở các bào quan thực hiện chức năng phân giải các chất như: Ti thể, Lizoxom...
Tổng hợp các chất	Phân giải các chất
Tích lũy năng lượng	Giải phóng năng lượng

 

Mối quan hệ giữa đồng hóa và dị hóa:

• Các chất được tổng hợp ở đồng hóa là nguyên liệu cho dị hóa.
• Do đó, năng lượng được tổng hợp ở đồng hóa sẽ được giải phóng trong quá trình dị hóa để cung cấp trở lại cho hoạt động tổng hợp của đồng hóa. 2 quá trình này tuy trái ngược nhau, mâu thuẫn nhau nhưng thống nhất với nhau.
• Nếu không có đồng hóa thì sẽ không có nguyên liệu cho dị hóa và ngược lại, nếu không có dị hóa thì sẽ không có năng lượng cho hoạt động đồng hóa.

B. ENZIM

I. ENZIM 

1. Khái niệm

Là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong tế bào sống, làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.

2. Đặc tính:

• Hoạt tính mạnh: Ở nhiệt độ cơ thể, trong 1 phút 1 phân tử enzim catalaza có thể phân huỷ được 5 triệu phân tử cơ chất peroxy hydro (H₂O₂).
• Tính chuyên hoá cao: Ureaza chỉ phân huỷ ure trong nước tiểu, mà không tác dụng lên bất cứ chất nào khác.
• E liên kết với cơ chất mang tính đặc thù - đặc hiệu: Mỗi enzim thường liên kết với 1 hoặc một vài cơ chất nhất định.

II. CẤU TRÚC:

1. Cấu trúc hoá học: (Bản chất hoá học)

Thành phần là protein và protein liên kết với chất khác, một số ít trường hợp có thể là ARN.

2. Cấu trúc không gian: Trung tâm hoạt động có đặc điểm:

• Là chỗ lõm xuống hay 1 khe hở nhỏ trên bề mặt của enzim.
• Là nơi liên kết tạm thời với cơ chất.
• Cấu hình không gian tương ứng với cấu hình cơ chất.

II. PHÂN LOẠI: Có 2 loại :

« Enzim một thành phần: chỉ gồm protein.

« Enzim hai thành phần:  Chiếm đa số trong tế bào, gồm: phần protein và phần không phải protein (coenzim)

Enzim tồn tại trong tế bào ở 2 dạng: hòa tan trong tế bào chất hoặc liên kết chặt với bào quan xác định.

IV. CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG

{-- Nội dung phần IV: Cơ chế tác động của enzim của Lý thuyết và câu hỏi ôn tập chuyên đề 4 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào Sinh học 10 các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}

V. VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT:  

Điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất: Cơ thể tự điều chỉnh thông qua điều khiển hoạt tính của enzim bằng các cách:

1. Tăng tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào: Bằng tăng các chất hoạt hoá hoặc tăng [enzim].

2. Giảm tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào: Bằng các chất ức chế:

a. Chất ức chế đặc hiệu: Liên kết với enzim → biến đổi cấu hình E → không liên kết được với S.

b. Chất ức chế là cơ chất: Ức chế ngược

Sản phẩm quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt E xúc tác cho phản ứng đầu con đường chuyển hoá.

Khi một enzim nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc bị bất hoạt thì không những sản phẩm không được tạo thanh mà cơ chất của enzim đó sẽ bị tích luỹ lại gây độc cho tế bào hoặc có thể được chuyển hoá theo con đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí. Các bệnh như vậy ở người được gọi là bệnh rối loạn chuyển hoá.

VD: Bệnh phenyl keto niệu. Do gen đột biến không tạo ra được enzim xúc tác cho phản ứng chuyển hoá axit amin phenylalanin thành tyrosin nên phenyalanin ứ đọng lại trong máu, chuyển lên não gây đầu độc tế bào thần kinh → thiểu năng trí tuệ, dẫn đến mất trí.

VI. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1. Nhiệt độ:

- Nhiệt độ tối ưu : E hoạt tính tối đa, làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất.

- Nếu nhiệt độ cao quá: Mất hoạt tính

- Nếu nhiệt độ quá thấp: Giảm hoạt tính, tạm thời ngừng hoạt động.

Ví dụ: Đa số các enzim ở tế bào cơ thể người hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 35-40^oC, nhưng enzim của vi khuẩn suối nước nóng lại hoạt động tốt nhất ở 70^oC hoặc cao hơn.

Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu của enzim thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng enzim. Tuy nhiên, khi đã qua nhiệt độ tối ưu của E. thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể E. bị mất hoàn toàn hoạt tính.

2. Độ pH: Mỗi Enzim có 1 độ pH thích hợp, đa số enzim có pH tối ưu từ 6 đến 8.

Ví dụ: Pepsin (dạ dày) pH = 2            Pespsin (tuyến tuỵ) pH = 8,5

3. Nồng độ enzim và nồng độ S (cơ chất)

+ [enzim]: Với 1 lượng S nhất định [enzim] càng tăng thì hoạt tính của enzim càng tăng.

+ [cơ chất]: Với 1 lượng enzim xác định, nếu [cơ chất] tăng dần trong dung dịch: lúc đầu hoạt tính Enzim tăng, sau đó không tăng vì tất cả các TTHĐ của enzim đã được bão hoà bởi cơ chất.

4. Chất ức chế, hoạt hoá

Hoạt tính E. được xác định bằng lượng sản phẩm được tạo ra từ 1 lượng cơ chất trên 1 đơn vị thời gian.

Chất hoạt hóa là chất khi liên kết với E. chúng làm tăng hoạt tính của E.

Chất ức chế là chất khi liên kết với E. chúng làm biến đổi cấu hình TTHĐ của E. làm giảm hoạt tính của enzim

Một số chất hoá học có thể ức chế hoạt động của enzim nên tế bào khi cần ức chế enzim nào đó cũng có thể tạo ra các chất ức chế đặc hiệu cho enzim ấy. Một số chất độc hại từ môi trường như thuốc trừ sâu DDT là những chất ức chế một số enzim quan trọng của hệ thần kinh người và động vật.
 

C. HÔ HẤP TẾ BÀO

I. KHÁI NIỆM

1. Định nghĩa: Là quá trình chuyển hoá năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống, trong đó các chất hữu cơ bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian rồi cuối cùng đến CO₂ và H₂O, đồng thời giải phóng năng lượng cho mọi hoạt động của tế bào là ATP.

2. Bản chất: Là một chuỗi các phản ứng oxy hoá khử sinh học (chuỗi phản ứng enzim) phân giải dần dần các phân tử chất hữu cơ (chủ yếu là glucôzơ) và năng lượng không giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau.

3. Phương trình tổng quát phân giải hoàn toàn 1 phân tử Glucozo:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + năng lượng (ATP + nhiệt năng)

II. CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO

{-- Nội dung phần II: Các giai đoạn chính của hô hấp tế bào của Lý thuyết và câu hỏi ôn tập chuyên đề 4 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào Sinh học 10 các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}

D. HOÁ TỔNG HỢP VÀ QUANG TỔNG HỢP

Hóa tổng hợp là hình thức tự dưỡng xuất hiện trước và quang tồng hợp là hình thức tự dưỡng tiến hóa cao hơn.

I. HOÁ TỔNG HỢP

1. Khái niệm

Hóa tổng hợp là quá trình đồng hoá CO₂ nhờ năng lượng của các phản ứng oxy hoá để tổng hợp thành các chất hữu cơ khác nhau của cơ thể.

2. Phương trình tổng quát:
A (Chất vô cơ) + O₂  ^{Vi sinh vật}       AO₂ + Năng lượng (Q) 

                               → → → → →

 

CO₂ + RH₂ + Q  ^{Vi sinh vật}      Chất hữu cơ

                      → → → → →
(Trong đó:  Q là năng lượng do các phản ứng oxy hoá khử tạo ra; RH₂ là chất cho hydro)
3. Các nhóm vi khuẩn hoá tổng hợp
a) Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa lưu huỳnh

* Có khả năng oxy hoá H₂S tạo ra năng lượng rồi sử dụng một phần nhỏ để tổng hợp chất hữu cơ:
          2H₂S + O₂ → 2H₂O + 2S + Q 

          2S + 2H₂O + 3O₂ → 2 H₂SO₄ + Q  

          CO₂ + 2H₂S + Q → 1/6 C₆H₁₂O₆ + H₂O + 2S 
* Vai trò: Hoạt động của nhóm vi khuẩn này đã góp phần làm sạch môi trường nước.

b) Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa nitơ.

Nhóm vi khuẩn tự dưỡng này đông nhất, gồm 2 nhóm nhỏ:

• Các vi khuẩn nitrit hoá (như Nitrosomonas): Oxy hoá NH₃ thành axit nitro để lấy năng lượng.

        2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O + Q 
   6% năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucôzơ từ CO₂
        CO₂ + 4H + Q → 1/6 C₆H₁₂O₆ + H₂O  

• Các vi khuẩn nitrat hoá (như Nitrobacter): oxy hoá HNO₂ thành HNO₃

         2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃ + Q 
7% năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucôzơ từ CO₂
          CO₂  + 4H + Q → 1/6 C₆H₁₂O₆ + H₂O 
* Vai trò: Trong tự nhiên, đảm bảo chu trình tuần hoàn vật chất.

c) Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa sắt

Bằng cách oxy hoá sắt hoá trị 2 thành sắt hoá trị 3:

         4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + Q       

Một phần năng lượng được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ.

* Vai trò: Nhờ hoạt động của nhóm vi khuẩn này mà Fe(OH)₃ kết tủa dần dần tạo ra các mỏ sắt.

Ngoài ra, còn có nhóm vi khuẩn hydro có khả năng oxy hoá hydro phân tử (H₂) và sử dụng một phần năng lượng được giải phóng để tổng hợp chất hữu cơ.

II. QUANG TỔNG HỢP (QUANG HỢP)

{-- Nội dung phần II: Quang hợp của Lý thuyết và câu hỏi ôn tập chuyên đề 4 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào Sinh học 10 các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}

III. MỐI LIÊN QUAN GIỮA HÔ HẤP VÀ QUANG HỢP

Đặc điểm	Hô hấp	Quang hợp
1. PTTQ	C6H12O6 + 6O2 => 6CO2 + 6H2O + NL (ATP + nhiệt năng)	A. sáng  CO2 + 2H2O →→→→ →→[CH2­O] + O2                     Lục lạp         cacbonhidrat
2. Nơi thực hiện	Ti thể	Lục lạp
3. Năng lượng	Giải phóng	Tích luỹ
4. Sắc tố	Không có	Có sắc tố
5. Đặc điểm khác	Diễn ra ở mọi TB, vào mọi lúc	Chỉ có ở TB QH (phần xanh của TV) khi có đủ ánh sáng.

 

MỘT SỐ CÂU HỎI ÔN TẬP

{-- Nội dung Câu hỏi ôn tập của Lý thuyết và câu hỏi ôn tập chuyên đề 4 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào Sinh học 10 các bạn vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}