Câu hỏi mở đầu

Đề bài: Thừa cân, béo phì là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến bệnh tiểu đường, tim mạch cùng nhiều bệnh nguy hiểm khác cho con người. Vậy làm thế nào có thể giảm thiểu nguy cơ này để có được cuộc sống khoẻ mạnh?

Lời giải:

Thừa cân, béo phì xảy ra khi cơ thể tích luỹ quá nhiều lipid (mỡ) và carbohydrate (đường, tinh bột) dưới dạng năng lượng dự trữ. Để giảm thiểu nguy cơ này, cần:

• Chế độ ăn uống cân đối, khoa học:
  • Hạn chế thực phẩm nhiều lipid (đồ chiên rán, mỡ động vật, thức ăn nhanh) và nhiều đường, tinh bột (bánh kẹo, nước ngọt, cơm trắng nhiều).
  • Tăng cường rau xanh, hoa quả, ngũ cốc nguyên hạt.
  • Bổ sung protein từ nguồn lành mạnh: cá, thịt nạc, trứng, đậu.
  • Uống đủ nước (khoảng 1,5 – 2 lít/ngày).
• Tăng cường vận động: tập thể dục thể thao thường xuyên (ít nhất 30 phút/ngày) → đốt cháy năng lượng dư thừa.
• Sinh hoạt lành mạnh: ngủ đủ giấc, tránh stress, hạn chế đồ uống có cồn và đồ uống có gas.
• Khám sức khoẻ định kì để theo dõi cân nặng và các chỉ số sức khoẻ.

I. Khái niệm và thành phần cấu tạo của các phân tử sinh học trong tế bào

Câu 1 trang 28

Đề bài: Phân tử sinh học là gì?

Lời giải:

Phân tử sinh học là những phân tử hữu cơ được tổng hợp và tồn tại trong các tế bào sống.

Các phân tử sinh học chính bao gồm: protein, lipid, carbohydrate và nucleic acid.

Câu 2 trang 28

Đề bài: Nêu những đặc điểm chung của các phân tử sinh học.

Lời giải:

Các phân tử sinh học có những đặc điểm chung sau:

• Đều là phân tử hữu cơ, được tổng hợp và tồn tại trong tế bào sống.
• Thành phần hoá học chủ yếu là các nguyên tử carbon (C) và hydrogen (H) liên kết với nhau tạo nên bộ khung hydrocarbon đa dạng.
• Bộ khung hydrocarbon liên kết với các nhóm chức khác nhau (như nhóm amino, carboxyl,…) tạo ra vô số hợp chất với đặc tính hoá học khác nhau.
• Phần lớn là đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân (gồm nhiều đơn phân hợp thành) như protein, carbohydrate, nucleic acid → có kích thước lớn (gọi là polymer).

II. Các phân tử sinh học

1. Carbohydrate – chất đường bột

Câu 1 trang 31

Đề bài: Nêu đặc điểm cấu trúc và chức năng chính của các loại carbohydrate.

Lời giải:

Carbohydrate được cấu tạo từ 3 nguyên tố C, H, O với công thức chung là $\text{C}_n(\text{H}_2\text{O})_m$, được chia thành 3 loại:

a) Đường đơn (monosaccharide):

• Cấu trúc: thường có 6 nguyên tử carbon, tồn tại ở dạng vòng. Đại diện: glucose, fructose, galactose.
• Chức năng: cung cấp năng lượng cho tế bào; là nguyên liệu để tạo nên các phân tử sinh học khác.

b) Đường đôi (disaccharide):

• Cấu trúc: do 2 phân tử đường đơn liên kết với nhau (loại đi 1 phân tử nước) bằng liên kết glycosidic. Ví dụ: maltose, lactose, sucrose.
• Chức năng: là đường vận chuyển trong cơ thể sinh vật (vì không bị phân giải trong quá trình vận chuyển).

c) Đường đa (polysaccharide):

• Cấu trúc: là polymer gồm hàng trăm đến hàng nghìn đơn phân là đường đơn (chủ yếu là glucose). Đại diện: tinh bột, glycogen, cellulose, chitin.
• Chức năng: dự trữ năng lượng (tinh bột ở thực vật, glycogen ở động vật); cấu tạo nên một số thành phần của tế bào (cellulose – thành tế bào thực vật; chitin – bộ khung xương ngoài của tôm, cua,…).

Câu 2 trang 31

Đề bài: Con người thường ăn những bộ phận nào của thực vật để lấy tinh bột?

Lời giải:

Con người thường ăn các bộ phận dự trữ tinh bột của thực vật như:

• Củ: khoai lang, khoai tây, sắn, củ cải đường,…
• Quả: chuối, mít,…
• Hạt: gạo, ngô, lúa mì, đậu,…
• Thân cây: mía,…

Câu 3 trang 31

Đề bài: Tại sao nên ăn nhiều loại rau xanh khác nhau trong khi thành phần chính của các loại rau là cellulose – chất mà con người không thể tiêu hoá được?

Lời giải:

Mặc dù cơ thể người không tiêu hoá được cellulose, nhưng cellulose vẫn rất có ích cho tiêu hoá:

• Kích thích các tế bào niêm mạc ruột tiết dịch nhầy → giúp thức ăn di chuyển trơn tru trong đường ruột.
• Cuốn trôi các chất cặn bã bám vào thành ruột ra ngoài → tránh táo bón.

Ngoài ra, mỗi loại rau xanh còn chứa các vitamin và khoáng chất khác nhau. Ăn nhiều loại rau xanh khác nhau giúp bổ sung đa dạng các chất cần thiết cho cơ thể.

2. Lipid – chất béo

Câu 1 trang 33

Đề bài: Chất béo là gì? Nêu một số chức năng của dầu, mỡ, phospholipid và steroid.

Lời giải:

Chất béo (lipid) là một nhóm chất rất đa dạng về cấu trúc nhưng có đặc tính chung là kị nước (không tan hoặc rất ít tan trong nước).

Chức năng của một số loại lipid:

• Dầu, mỡ: là chất dự trữ năng lượng của tế bào và cơ thể; lớp mỡ dưới da còn có tác dụng giữ ấm cho cơ thể; là dung môi hoà tan các vitamin A, D, E, K.
• Phospholipid: là thành phần chính cấu tạo nên màng tế bào.
• Steroid: cholesterol là thành phần của màng tế bào và là tiền chất tạo nên các hormone testosterone, estrogen – các hormone giúp phát triển đặc điểm khác biệt giữa nam và nữ.

Câu 2 trang 33

Đề bài: Đặc điểm nào về mặt cấu trúc hoá học khiến phospholipid là một chất lưỡng cực?

Lời giải:

Phân tử phospholipid có 2 phần với đặc tính trái ngược nhau:

• Đầu phosphate (gắn với nhóm choline): có tính ưa nước (phân cực).
• Hai đuôi acid béo: có tính kị nước (không phân cực).

→ Trong cùng một phân tử có một đầu ưa nước và một đầu kị nước nên phospholipid được gọi là chất lưỡng cực.

Câu 3 trang 33

Đề bài: Khi ăn cà chua hoặc hành chưng trong mỡ, cơ thể người có thể hấp thụ được những loại vitamin gì? Giải thích.

Lời giải:

Khi ăn cà chua hoặc hành chưng trong mỡ, cơ thể có thể hấp thụ được các vitamin tan trong dầu mỡ, đó là vitamin A, D, E, K.

Giải thích:

• Dầu, mỡ là dung môi hoà tan các vitamin A, D, E, K.
• Trong cà chua và hành có chứa nhiều carotenoid (tiền chất tạo vitamin A) cùng các vitamin tan trong dầu khác.
• Khi chưng trong mỡ, các vitamin này được hoà tan vào dầu mỡ → cơ thể dễ dàng hấp thụ hơn so với khi ăn sống.

3. Protein – chất đạm

Câu 1 trang 36

Đề bài: Các amino acid khác nhau ở những đặc điểm nào?

Lời giải:

Mỗi amino acid đều được cấu tạo từ một nguyên tử carbon trung tâm liên kết với:

• Một nhóm amino ($-\text{NH}_2$).
• Một nhóm carboxyl ($-\text{COOH}$).
• Một nguyên tử H.
• Một chuỗi bên (nhóm R).

→ Các amino acid chỉ khác nhau ở chuỗi bên (nhóm R). Có 20 loại nhóm R khác nhau nên có 20 loại amino acid khác nhau cấu tạo nên protein.

Câu 2 trang 36

Đề bài: Protein có những chức năng gì? Đặc điểm cấu trúc nào giúp protein có chức năng rất đa dạng?

Lời giải:

Một số chức năng chính của protein:

• Cấu trúc: cấu tạo nên các bào quan, bộ khung tế bào.
• Xúc tác: cấu tạo nên các enzyme xúc tác cho các phản ứng hoá học trong tế bào.
• Bảo vệ: các kháng thể có bản chất là protein, chống lại các tác nhân gây bệnh (vi khuẩn, virus,…).
• Vận động: giúp tế bào thay đổi hình dạng và di chuyển.
• Tiếp nhận thông tin: cấu tạo nên các thụ thể của tế bào.
• Điều hoà: nhiều hormone có bản chất là protein, đóng vai trò điều hoà hoạt động của gene và các chức năng sinh lí của cơ thể.

Đặc điểm cấu trúc giúp protein có chức năng đa dạng:

• Protein được cấu tạo từ 20 loại amino acid khác nhau → có thể tạo ra vô số chuỗi polypeptide khác nhau về số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các amino acid.
• Mỗi chuỗi polypeptide còn có cấu trúc không gian (bậc 1, 2, 3, 4) đặc thù → mỗi protein có chức năng riêng.

Câu 3 trang 36

Đề bài: Bậc cấu trúc nào đảm bảo protein có được chức năng sinh học? Các liên kết yếu trong phân tử protein có liên quan gì đến chức năng sinh học của nó?

Lời giải:

• Bậc cấu trúc đảm bảo chức năng sinh học: cấu trúc bậc 3 (và bậc 4 đối với protein có nhiều chuỗi polypeptide). Đây là cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng giúp protein thực hiện chức năng.
• Liên kết yếu và chức năng sinh học:Các liên kết yếu (liên kết hydrogen, tương tác kị nước, tương tác Van der Waals, liên kết ion,…) cùng với liên kết cộng hoá trị S–S (disulphide) giúp duy trì cấu trúc không gian bậc 3 và bậc 4 của protein.Khi điều kiện môi trường thay đổi (pH, nhiệt độ, áp suất, nồng độ ion,…) đến một mức độ nào đó sẽ làm đứt gãy các liên kết yếu → cấu trúc không gian bị phá vỡ → protein bị biến tính và mất chức năng sinh học.

Câu 4 trang 36

Đề bài: Tại sao chúng ta nên bổ sung protein cho cơ thể từ nhiều loại thức ăn khác nhau mà không nên chỉ ăn một vài loại thức ăn dù những loại đó rất bổ dưỡng?

Lời giải:

• Có 20 loại amino acid cấu tạo nên protein, trong đó có 9 loại amino acid không thay thế mà cơ thể người không tự tổng hợp được, phải lấy từ thức ăn.
• Mỗi loại thức ăn chứa thành phần và hàm lượng amino acid khác nhau. Không có loại thức ăn nào chứa đầy đủ tất cả các amino acid cần thiết.

→ Vì vậy, cần ăn nhiều loại thức ăn khác nhau để cung cấp đủ và đa dạng các loại amino acid, đặc biệt là 9 amino acid không thay thế, giúp cơ thể tổng hợp được các protein cần thiết.

4. Nucleic acid

Câu 1 trang 37

Đề bài: Quan sát hình 5.10, nêu và giải thích các đặc điểm cấu trúc khiến DNA đảm nhận được chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

Lời giải:

Các đặc điểm cấu trúc của DNA:

• DNA được cấu tạo từ hai chuỗi polynucleotide song song, ngược chiều nhau, xoắn quanh một trục (xoắn kép).
• Mỗi nucleotide gồm 3 thành phần: gốc phosphate, đường deoxyribose và một trong 4 loại base (A, T, G, C).
• Hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T (2 liên kết hydrogen), G liên kết với C (3 liên kết hydrogen).

Các đặc điểm trên giúp DNA thực hiện chức năng:

• Mang thông tin di truyền: trình tự sắp xếp các nucleotide trên mạch DNA chính là mã mang thông tin di truyền (các gene).
• Bảo quản thông tin di truyền: cấu trúc xoắn kép cùng với rất nhiều liên kết hydrogen giữa 2 mạch → DNA có cấu trúc bền vững, ít bị biến đổi.
• Truyền đạt thông tin di truyền: nhờ nguyên tắc bổ sung, từ 1 mạch DNA làm khuôn có thể tổng hợp nên mạch bổ sung → DNA được nhân đôi chính xác trước mỗi lần tế bào phân chia, truyền lại cho các tế bào con.

Câu 2 trang 37

Đề bài: Những thông số nào về DNA là đặc trưng cho mỗi loài?

Lời giải:

Các thông số đặc trưng cho mỗi loài về DNA:

• Số lượng các phân tử DNA trong tế bào.
• Trình tự sắp xếp các nucleotide trong mỗi phân tử DNA (riêng trình tự nucleotide còn có những đoạn đặc trưng cho từng cá thể).

Câu 1 trang 39

Đề bài: Quan sát hình trong mục II.4b, phân biệt các loại RNA về cấu trúc và chức năng.

Lời giải:

Câu 2 trang 39

Đề bài: Trình bày sự khác biệt về mặt cấu trúc giữa DNA và RNA.

Lời giải:

Luyện tập và vận dụng

Câu 1 trang 40

Đề bài: Phân tử glucose có công thức cấu tạo là $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$. Nếu 10 phân tử glucose liên kết với nhau tạo nên một phân tử đường đa thì phân tử này sẽ có công thức cấu tạo như thế nào? Giải thích.

Lời giải:

Phân tích: Khi 2 phân tử đường đơn liên kết với nhau, loại đi 1 phân tử nước ($\text{H}_2\text{O}$).

→ Khi 10 phân tử glucose liên kết với nhau, cần tạo 9 liên kết glycosidic → loại đi 9 phân tử nước.

Tính toán:

• Tổng từ 10 phân tử glucose: $10 \times \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 = \text{C}_{60}\text{H}_{120}\text{O}_{60}$.
• Loại đi 9 phân tử nước: $9 \times \text{H}_2\text{O} = \text{H}_{18}\text{O}_9$.

Công thức phân tử đường đa thu được:

$$\text{C}_{60}\text{H}_{120-18}\text{O}_{60-9} = \text{C}_{60}\text{H}_{102}\text{O}_{51}$$

Câu 2 trang 40

Đề bài: Tại sao cùng có chung công thức cấu tạo là $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ nhưng glucose và fructose lại có vị ngọt khác nhau?

Lời giải:

Glucose và fructose tuy có cùng công thức phân tử $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ nhưng có cấu trúc không gian khác nhau:

• Glucose tồn tại ở dạng vòng 6 cạnh.
• Fructose tồn tại ở dạng vòng 5 cạnh.

→ Sự khác nhau về cấu trúc dẫn đến đặc tính vật lí và hoá học khác nhau, trong đó có vị ngọt khác nhau (fructose có vị ngọt hơn glucose).

Câu 3 trang 40

Đề bài: Tại sao cùng được cấu tạo từ các phân tử đường glucose nhưng tinh bột và cellulose lại có đặc tính vật lí và chức năng sinh học khác nhau?

Lời giải:

Mặc dù cùng được cấu tạo từ các phân tử glucose nhưng tinh bột và cellulose khác nhau về cách liên kết và sắp xếp các phân tử glucose:

• Tinh bột: các phân tử glucose liên kết tạo thành mạch ít phân nhánh, dễ bị enzyme phân giải → là chất dự trữ năng lượng ở thực vật.
• Cellulose: các phân tử glucose liên kết tạo thành mạch thẳng, không phân nhánh; nhiều phân tử cellulose liên kết với nhau tạo thành các bó sợi dài, song song, có cấu trúc vững chắc → là thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật.

→ Cấu trúc khác nhau quy định chức năng khác nhau.

Câu 4 trang 40

Đề bài: Trong số các phân tử sinh học, protein là loại có nhiều chức năng nhất. Tại sao?

Lời giải:

Protein có nhiều chức năng nhất vì:

• Được cấu tạo từ 20 loại amino acid khác nhau → có thể tạo ra vô số chuỗi polypeptide khác nhau về số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các amino acid.
• Mỗi protein còn có cấu trúc không gian (bậc 1, 2, 3, 4) đặc thù → mỗi protein có một chức năng riêng.

→ Nhờ sự đa dạng tuyệt vời về cấu trúc, protein đảm nhận được rất nhiều chức năng: cấu trúc, xúc tác, vận chuyển, vận động, bảo vệ, tiếp nhận thông tin, điều hoà,…

Câu 5 trang 40

Đề bài: Để giảm béo, nhiều người đã cắt bỏ hoàn toàn chất béo trong khẩu phần ăn. Theo em, điều này là nên hay không nên? Dưới góc độ sinh học, chúng ta cần làm gì để duy trì cân nặng với một cơ thể khoẻ mạnh?

Lời giải:

Điều này là KHÔNG NÊN.

Lý do: Chất béo có vai trò rất quan trọng đối với cơ thể:

• Dự trữ năng lượng cho tế bào và cơ thể.
• Phospholipid là thành phần chính cấu tạo nên màng tế bào.
• Là dung môi hoà tan các vitamin A, D, E, K.
• Steroid (cholesterol) là tiền chất tạo hormone testosterone, estrogen.

→ Nếu cắt bỏ hoàn toàn chất béo, cơ thể sẽ thiếu các chất quan trọng nói trên, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ.

Để duy trì cân nặng với cơ thể khoẻ mạnh:

• Ăn uống cân đối, đủ chất (vừa đủ chất béo, hạn chế đồ chiên rán, chất béo trans, đường fructose, glucose dư thừa).
• Phối hợp cân đối giữa mỡ động vật và dầu thực vật.
• Tập thể dục thường xuyên để tiêu hao năng lượng.

Câu 6 trang 40

Đề bài: Tại sao khi luộc trứng thì protein của trứng lại bị đông đặc lại?

Lời giải:

Khi luộc trứng, nhiệt độ cao làm:

• Các liên kết yếu (liên kết hydrogen, tương tác kị nước, tương tác Van der Waals, liên kết ion) duy trì cấu trúc không gian bậc 3 và bậc 4 của protein bị đứt gãy.
• → Protein bị biến tính, cấu trúc không gian thay đổi.
• Các phân tử protein bị biến tính kết hợp lại với nhau tạo thành khối đông đặc mà ta thấy ở lòng trắng và lòng đỏ trứng chín.

Câu 7 trang 40

Đề bài: Giải thích vì sao khi khẩu phần ăn thiếu protein thì cơ thể, đặc biệt là trẻ em, thường gầy yếu, chậm lớn, hay bị phù nề và dễ mắc bệnh truyền nhiễm?

Lời giải:

Protein có rất nhiều chức năng quan trọng trong cơ thể, nên khi khẩu phần ăn thiếu protein sẽ dẫn đến:

• Thiếu nguyên liệu cấu tạo tế bào và bộ phận của cơ thể → cơ thể không phát triển được → gầy yếu, chậm lớn (đặc biệt nghiêm trọng ở trẻ em đang trong giai đoạn phát triển).
• Thiếu enzyme (bản chất là protein) → các phản ứng sinh hoá trong cơ thể bị rối loạn.
• Thiếu kháng thể (bản chất là protein) → hệ miễn dịch suy giảm → dễ mắc các bệnh truyền nhiễm.
• Thiếu protein trong máu → khả năng giữ nước của máu giảm → nước thoát ra các mô → gây phù nề.

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