Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu
Đề bài: Mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể đều cần năng lượng ATP. Phân tử ATP giống như viên pin sạc. Vậy năng lượng nạp vào phân tử ATP để cung cấp cho các hoạt động sống được cơ thể lấy từ quá trình nào?
Lời giải:
Năng lượng “nạp” vào phân tử ATP được cơ thể lấy từ quá trình phân giải các chất hữu cơ trong tế bào:
- Phân giải hiếu khí (hô hấp tế bào): phân giải các chất hữu cơ (chủ yếu là glucose) trong điều kiện có $\text{O}_2$ → tạo ra nhiều ATP, $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$.
- Phân giải kị khí (lên men): phân giải chất hữu cơ trong điều kiện không có $\text{O}_2$ → tạo ra ít ATP hơn.
Ngoài ra, ở thực vật, năng lượng ban đầu được tích luỹ trong các chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp (sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$). Một số vi khuẩn còn có quá trình hoá tổng hợp và quang khử để tạo chất hữu cơ.
→ Năng lượng từ các chất hữu cơ này sẽ được giải phóng và tích luỹ vào ATP để cung cấp cho mọi hoạt động sống của tế bào.
I. Phân giải các chất và giải phóng năng lượng trong tế bào
Câu 1 trang 88
Đề bài: Phân giải các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh hoạ.
Lời giải:
Phân giải là quá trình phá vỡ các liên kết trong các phân tử sinh học để tạo ra các phân tử nhỏ hơn, đồng thời giải phóng năng lượng. Một phần năng lượng được tích luỹ trong ATP, phần còn lại giải phóng dưới dạng nhiệt năng.
Ví dụ:
- Phân giải đường glucose qua hô hấp tế bào tạo ra $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ và ATP.
- Phân giải đường glucose qua lên men tạo ra lactate hoặc ethanol và ATP.
- Phân giải protein thành các amino acid.
- Phân giải lipid thành glycerol và acid béo.
Câu 2 trang 88
Đề bài: Phân giải hiếu khí trong tế bào gồm những giai đoạn chính nào? Đặc trưng của mỗi giai đoạn này là gì?
Lời giải:
Phân giải hiếu khí (hô hấp tế bào) gồm 3 giai đoạn chính:
| Giai đoạn | Nơi diễn ra | Đặc trưng |
|---|---|---|
| 1. Đường phân | Tế bào chất | 1 phân tử glucose (6C) bị phân giải thành 2 phân tử pyruvate (3C), tạo ra 2 ATP và 2 NADH. Không cần $\text{O}_2$. |
| 2. Chu trình Krebs | Chất nền ti thể | Mỗi pyruvate chuyển thành acetyl-CoA đi vào chu trình Krebs → giải phóng $\text{CO}_2$, tạo NADH, $\text{FADH}_2$ và ATP. |
| 3. Chuỗi truyền electron | Màng trong ti thể | NADH và $\text{FADH}_2$ bị oxy hoá qua chuỗi truyền electron để tạo ra rất nhiều ATP (26 – 28) và nước. Đây là giai đoạn thu được nhiều ATP nhất. |
Phương trình tổng quát:
$$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \longrightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + (30-32)\,\text{ATP} + \text{Nhiệt năng}$$
Câu 3 trang 88
Đề bài: Trình bày các giai đoạn của quá trình lên men. Nêu sự khác nhau giữa lên men rượu và lên men lactate.
Lời giải:
a) Các giai đoạn của quá trình lên men: gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1 – Đường phân: diễn ra tương tự hô hấp hiếu khí (1 glucose → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH).
- Giai đoạn 2 – Lên men: electron từ glucose qua NADH được truyền đến phân tử hữu cơ khác (không qua chuỗi truyền electron, không cần $\text{O}_2$) để tạo sản phẩm cuối cùng.
b) Sự khác nhau giữa lên men rượu và lên men lactate:
| Tiêu chí | Lên men lactate | Lên men rượu (ethanol) |
|---|---|---|
| Chất nhận electron từ NADH | Pyruvate | Acetaldehyde |
| Sản phẩm cuối | Lactate (muối lactate) | Ethanol + $\text{CO}_2$ |
| Đối tượng | Tế bào động vật, người, một số vi khuẩn | Tế bào thực vật (chủ yếu), nấm men |
Câu 4 trang 88
Đề bài: So sánh hiệu quả năng lượng của quá trình hô hấp hiếu khí và lên men. Giải thích sự khác biệt này.
Lời giải:
So sánh hiệu quả năng lượng:
| Quá trình | Số ATP tạo ra từ 1 phân tử glucose |
|---|---|
| Hô hấp hiếu khí | 30 – 32 ATP (tối ưu: 36 – 38 ATP) |
| Lên men | Chỉ 2 ATP |
→ Hiệu quả năng lượng của hô hấp hiếu khí cao hơn rất nhiều so với lên men.
Giải thích:
- Hô hấp hiếu khí phân giải hoàn toàn glucose thành $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$, đi qua đầy đủ 3 giai đoạn, đặc biệt là chuỗi truyền electron – nơi tạo ra nhiều ATP nhất.
- Lên men phân giải không hoàn toàn glucose, chỉ qua đường phân và lên men (không có chu trình Krebs và chuỗi truyền electron) → tạo rất ít ATP. Phần lớn năng lượng vẫn còn tích trong sản phẩm cuối (lactate, ethanol) và chưa được khai thác hết.
II. Tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng trong tế bào
Câu 1 trang 92
Đề bài: Tổng hợp các chất trong tế bào là gì? Nêu một số ví dụ minh hoạ cho quá trình tổng hợp các chất trong tế bào.
Lời giải:
Tổng hợp là sự hình thành các hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng. Quá trình tổng hợp giúp tạo ra các hợp chất xây dựng nên tế bào, cơ thể và cung cấp cho các hoạt động sống.
Ví dụ:
- Tổng hợp protein từ các amino acid (nhờ liên kết peptide).
- Tổng hợp nucleic acid (DNA, RNA) từ các nucleotide (nhờ liên kết phosphodiester).
- Tổng hợp lipid từ glycerol và các acid béo.
- Tổng hợp carbohydrate (tinh bột, glycogen, chitin,…) từ các đường đơn (glucose, fructose, galactose,…).
Câu 2 trang 92
Đề bài: Quang hợp có vai trò như thế nào trong tổng hợp các chất và dự trữ năng lượng?
Lời giải:
Vai trò của quang hợp:
- Tổng hợp chất hữu cơ: thực vật và các sinh vật quang tự dưỡng sử dụng $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$, dưới tác dụng của ánh sáng và hệ sắc tố, tổng hợp nên carbohydrate (glucose) và giải phóng khí $\text{O}_2$.
- Tích luỹ năng lượng: chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá học bền vững tích trữ trong các liên kết của phân tử hữu cơ.
- Cung cấp nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật dị dưỡng và cung cấp $\text{O}_2$ cho khí quyển.
Phương trình tổng quát:
$$6\text{H}_2\text{O} + 6\text{CO}_2 \xrightarrow[\text{Enzyme}]{\text{Ánh sáng, hệ sắc tố}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$$
Câu 3 trang 92
Đề bài: Hoá tổng hợp và quang khử ở vi khuẩn có gì khác so với quang hợp ở thực vật?
Lời giải:
| Đặc điểm | Quang hợp (thực vật) | Quang khử (vi khuẩn) | Hoá tổng hợp (vi khuẩn) |
|---|---|---|---|
| Nguồn năng lượng | Ánh sáng | Ánh sáng | Năng lượng từ phản ứng oxy hoá các chất vô cơ |
| Nguồn cung $\text{H}^+$ / electron | $\text{H}_2\text{O}$ | $\text{H}_2\text{S}$, S, $\text{H}_2$, một số chất hữu cơ | Các chất vô cơ |
| Có tạo $\text{O}_2$ không | Có | Không | Không |
| Sản phẩm chính | Chất hữu cơ + $\text{O}_2$ | Chất hữu cơ (không tạo $\text{O}_2$) | Chất hữu cơ (không tạo $\text{O}_2$) |
Câu 4 trang 92
Đề bài: Quá trình tổng hợp và phân giải có mối quan hệ với nhau như thế nào?
Lời giải:
Tổng hợp và phân giải là hai quá trình trái ngược nhau nhưng thống nhất và liên quan mật thiết với nhau:
a) Trái ngược về bản chất:
- Tổng hợp: tạo phân tử phức tạp từ phân tử đơn giản → tiêu tốn năng lượng.
- Phân giải: phá vỡ phân tử phức tạp thành đơn giản → giải phóng năng lượng.
b) Liên quan mật thiết:
- Sản phẩm của quá trình tổng hợp → là nguyên liệu cho quá trình phân giải.
- Năng lượng và các sản phẩm trung gian của quá trình phân giải → được sử dụng cho quá trình tổng hợp.
→ Hai quá trình diễn ra song song, đảm bảo tế bào tồn tại và hoạt động ổn định.
Luyện tập và vận dụng
Câu 1 trang 93
Đề bài: So sánh quá trình quang hợp, hoá tổng hợp và quang khử.
Lời giải:
a) Điểm giống nhau: đều là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ và tích luỹ năng lượng trong các liên kết hoá học của sản phẩm.
b) Điểm khác nhau:
| Tiêu chí | Quang hợp | Quang khử | Hoá tổng hợp |
|---|---|---|---|
| Đối tượng | Thực vật, tảo, một số vi khuẩn | Một số vi khuẩn màu lục, màu tía | Vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn sắt,… |
| Nguồn năng lượng | Ánh sáng | Ánh sáng | Phản ứng oxy hoá các chất vô cơ |
| Nguồn cung $\text{H}^+$ / electron | $\text{H}_2\text{O}$ | $\text{H}_2\text{S}$, S, $\text{H}_2$, một số chất hữu cơ | Các chất vô cơ |
| Có giải phóng $\text{O}_2$ | Có | Không | Không |
Câu 2 trang 93
Đề bài: Kẻ và hoàn thành bảng vào vở theo mẫu sau:
| Chỉ tiêu so sánh | Đường phân | Chu trình Krebs | Chuỗi truyền electron |
|---|---|---|---|
| Nơi diễn ra | ? | ? | ? |
| Nhu cầu $\text{O}_2$ | ? | ? | ? |
| Nguyên liệu | ? | ? | ? |
| Sản phẩm | ? | ? | ? |
Lời giải:
| Chỉ tiêu so sánh | Đường phân | Chu trình Krebs | Chuỗi truyền electron |
|---|---|---|---|
| Nơi diễn ra | Tế bào chất | Chất nền ti thể | Màng trong ti thể |
| Nhu cầu $\text{O}_2$ | Không cần | Không trực tiếp cần | Cần ($\text{O}_2$ là chất nhận electron cuối) |
| Nguyên liệu | Glucose, $\text{NAD}^+$, ADP | Acetyl-CoA, $\text{NAD}^+$, $\text{FAD}^+$, ADP | NADH, $\text{FADH}_2$, $\text{O}_2$, ADP |
| Sản phẩm | 2 pyruvate, 2 ATP, 2 NADH | $\text{CO}_2$, NADH, $\text{FADH}_2$, ATP | ATP (26 – 28), $\text{H}_2\text{O}$ |
Câu 3 trang 93
Đề bài: Chứng minh quá trình chuyển hoá vật chất luôn đi kèm với quá trình chuyển hoá năng lượng thông qua hai quá trình quang hợp và hô hấp.
Lời giải:
a) Quang hợp:
- Chuyển hoá vật chất: từ $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ (chất vô cơ đơn giản) → tổng hợp thành $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ và $\text{O}_2$ (chất hữu cơ phức tạp).
- Chuyển hoá năng lượng: năng lượng ánh sáng được chuyển thành hoá năng tích trữ trong các liên kết hoá học của phân tử đường.
b) Hô hấp tế bào:
- Chuyển hoá vật chất: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ và $\text{O}_2$ (chất phức tạp) → phân giải thành $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ (chất đơn giản).
- Chuyển hoá năng lượng: hoá năng trong liên kết hoá học của đường → giải phóng thành năng lượng dạng ATP (cho hoạt động sống) và nhiệt năng.
→ Trong cả 2 quá trình, mỗi khi vật chất biến đổi thì năng lượng cũng biến đổi theo (chuyển từ dạng này sang dạng khác). Vậy chuyển hoá vật chất luôn đi kèm với chuyển hoá năng lượng.
Câu 4 trang 93
Đề bài: Ở người, hiện tượng đau mỏi cơ khi vận động nhiều là do lượng lactic acid được sản sinh và tích luỹ quá nhiều đã gây độc cho cơ. Dựa vào hiểu biết về quá trình lên men, hãy giải thích cơ chế gây ra hiện tượng này và cách phòng tránh.
Lời giải:
a) Cơ chế gây đau mỏi cơ:
- Khi vận động mạnh kéo dài, tế bào cơ cần rất nhiều ATP để co cơ.
- Quá trình hô hấp hiếu khí không cung cấp đủ ATP do $\text{O}_2$ vận chuyển đến cơ không kịp.
- → Tế bào cơ chuyển sang lên men lactate để tạo thêm ATP (dù hiệu quả thấp).
- Lên men lactate sinh ra lactic acid tích luỹ trong cơ → gây cảm giác đau mỏi cơ.
b) Cách phòng tránh:
- Khởi động kỹ trước khi vận động mạnh để cơ thể thích nghi dần.
- Vận động vừa sức, có thời gian nghỉ ngơi hợp lý giữa các hiệp tập.
- Hít thở sâu, đều khi tập để cung cấp đủ $\text{O}_2$ cho cơ.
- Sau khi vận động, nên xoa bóp, thư giãn cơ và uống đủ nước để giúp đào thải lactic acid.
- Tập luyện thường xuyên để tăng dần sức bền và khả năng chịu đựng của cơ.
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú