Trả lời câu hỏi Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 13 Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng kèm sơ đồ tư duy trực quan, dễ hiểu và luyện tập trắc nghiệm có đáp án
Giải Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng
Câu hỏi mở đầu: Hoạt động vận động như ở các cầu thủ bóng đá trong hình bên cần tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Vậy, nguồn năng lượng đó đã được lấy từ đâu và chuyển đổi thành dạng nào để tế bào và cơ thể có thể sử dụng ngay khi cần thiết như vậy?
Trả lời:
– Nguồn năng lượng cung cấp cho tế bào và cơ thể trong hoạt động vận động của các cầu thủ bóng đá được lấy từ quá trình hô hấp tế bào. Trong quá trình này, tế bào thực hiện phân giải các chất hữu cơ có nguồn gốc từ thức ăn, chuyển đổi chúng thành năng lượng cần thiết để duy trì và thực hiện các chức năng của cơ thể.
– Để thực hiện các động tác vận động như chạy, nhảy và đá bóng, có sự chuyển đổi năng lượng từ dạng thế năng thành năng lượng động năng.
Câu hỏi: Kể tên một số dạng năng lượng tồn tại trong tế bào sinh vật.
Trả lời:
– Trong tế bào sinh vật, một số dạng năng lượng tồn tại là:
+ Động năng: Đây là năng lượng được sử dụng để thực hiện các hoạt động di chuyển hoặc thay đổi trạng thái. Ví dụ bao gồm nhiệt năng (năng lượng nhiệt độ cơ thể), cơ năng (sự co cơ, vận động của các cơ quan), và điện năng (xung thần kinh, chuỗi chuyển electron).
+ Thế năng: Năng lượng tiềm ẩn do vị trí hoặc trạng thái của vật chất tạo ra. Bao gồm năng lượng được lưu trữ trong các liên kết hóa học, cũng như sự chênh lệch về điện thế và nồng độ các chất giữa môi trường bên trong và bên ngoài tế bào.
Câu hỏi: Quan sát hình 13.1, nêu cấu tạo và chức năng của ATP. Phân tử ATP mang năng lượng loại nào? Vì sao nói ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào?
Trả lời:
* Cấu tạo ATP:
+ Phân tử adenine: một cấu trúc vòng bao gồm các nguyên tử C, H và N.
+ Phân tử đường ribose: một phân tử đường có 5 Carbon.
+ Phần đuôi với 3 gốc phosphate. Khi liên kết giữa các gốc phosphate bị phá vỡ sẽ giải phóng năng lượng.
* Chức năng của ATP:
– ATP dự trữ năng lượng ngắn hạn để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào ngay khi cần. ATP có vai trò quan trọng trong cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào. Các chức năng chính của ATP bao gồm:
+ Tổng hợp các chất hóa học mới cần thiết cho tế bào.
+ Vận chuyển các chất qua màng, đặc biệt là các quá trình vận chuyển chủ động.
+ Sinh công cơ học, bao gồm sự co cơ của các tế bào cơ như cơ tim và cơ xương.
* Tại sao ATP là “đồng tiền” năng lượng của tế bào?
– ATP có liên kết phosphate cao năng, dễ bị phá vỡ, giải phóng năng lượng → ATP đáp ứng được việc cung cấp năng lượng một cách nhanh chóng, kịp thời cho tế bào.
– ATP thường xuyên được sinh ra và ngay lập tức được sử dụng cho mọi hoạt động sống của tế bào như tổng hợp và vận chuyển các chất, co cơ,…
Câu hỏi: Thế nào là chuyển hóa năng lượng trong tế bào? Vì sao nói chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với chuyển hóa năng lượng?
Trả lời:
– Khái niệm chuyển hóa năng lượng trong tế bào: Chuyển hóa năng lượng là sự chuyển đổi của năng lượng từ dạng này sang dạng khác và luôn tuân theo các quy luật vật lí cơ bản về nhiệt động học.
– Quá trình chuyển hóa vật chất luôn đi kèm với sự chuyển đổi năng lượng là bởi vì:
+ Năng lượng chủ yếu được tích lũy trong các liên kết hóa học của các chất (vật chất) trong tế bào.
+ Khi có sự thay đổi về năng lượng, thành phần cấu trúc của vật chất cũng thay đổi. Ví dụ: Phân tử ATP giải phóng năng lượng khi chuyển thành ADP và AMP.
+ Các phản ứng hóa học trong tế bào liên quan đến chuyển hóa vật chất thường đi kèm với sự chuyển đổi năng lượng.
+ Phản ứng tổng hợp (đồng hóa) yêu cầu tiêu tốn năng lượng, trong khi phản ứng phân giải (dị hóa) giải phóng năng lượng.
Câu hỏi: Quan sát hình 13.2 và cho biết: Enzyme là gì? Nêu cấu trúc, cơ thể tác động và vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng.
Trả lời:
– Enzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể nhưng không bị biến đổi sau phản ứng.
– Cấu trúc của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
+ Thành phần enzyme có thể là protein hoặc protein kết hợp với cofactor như ion kim loại (Fe2+, Mg2+, Cu2+), các phân tử hữu cơ: nhân heme, biotin, FAD, NAD, các vitamin.
+ Mỗi enzyme thường có một trung tâm hoạt động, vùng cấu trúc không gian đặc biệt có khả năng liên kết đặc hiệu với cơ chất.
– Cơ chế tác động của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
Quá trình enzyme tác động tới cơ chất tạo thành sản phẩm là chuỗi biến đổi liên tục. Trải qua 3 giai đoạn:
– Enzyme kết hợp với cơ chất:
+ Liên kết đặc hiệu giữa trung tâm hoạt động của enzyme và cơ chất tạo nên phức hợp enzyme-cơ chất.
+ Liên kết này làm thay đổi cấu hình làm cho liên kết chặt chẽ hơn.
– Enzyme xúc tác phản ứng:
+ Enzyme xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm.
– Sản phẩm được tách khỏi enzyme:
+ Sản phẩm tạo thành rời khỏi enzyme, và cả hai trở lại cấu trúc ban đầu.
– Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa năng lượng:
+ Xúc tác phản ứng sinh hóa trong điều kiện sinh lí bình thường của tế bào và cơ thể.
+ Giảm năng lượng hoạt hóa, tăng tốc độ phản ứng nhiều lần, giúp duy trì các hoạt động sống của tế bào.
=> Nếu không có enzyme, tế bào không thể duy trì được các hoạt động sinh học và chuyển hóa năng lượng một cách hiệu quả.
Câu hỏi: Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng của những yếu tố nào và chúng có tác động như thế nào đến hoạt tính của enzyme?
Trả lời:
– Hoạt tính của enzyme chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố như nồng độ enzyme và cơ chất, độ pH, nhiệt độ, chất điều hòa enzyme.
– Tác động của các yếu tố đến hoạt tính của enzyme:
– Nồng độ cơ chất: Với một lượng enzyme không đổi, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì thoạt đầu hoạt tính của enzyme tăng dần, nhưng đến một lúc đó thì sự gia tăng về nồng độ cơ chất cũng không làm tăng hoạt tính của enzyme do lượng enzyme có trong môi trường đã hoạt động tối đa.
– Nồng độ enzyme: Với một lượng cơ chất không đổi, khi nồng độ enzyme càng cao thì hoạt tính của enzyme càng tăng nhưng chỉ đạt ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử dụng tối đa lượng cơ chất.
– Độ pH: Mỗi enzyme có một pH thích hợp, ngoài khoảng pH này enzyme có thể bị giảm hoạt tính hoặc bất hoạt. Ví dụ: Enzyme pepsin cần pH = 2.
– Nhiệt độ: Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối ưu, tại đó enzyme có hoạt tính tối đa làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất. Ngoài khoảng nhiệt độ đó, hoạt tính enzyme sẽ giảm, thậm chí mất hoàn toàn.
– Chất điều hòa enzyme: Một số chất hóa học có thể ức chế sự hoạt động của enzyme. Một số chất khác khi liên kết với enzyme làm tăng hoạt tính của enzyme.
Câu hỏi: Tế bào có thể điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng những yếu tố nào? Giải thích.
Trả lời:
– Tế bào có khả năng điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất bằng cách điều khiển hoạt tính của enzyme thông qua các yếu tố sau:
a. Điều chỉnh bằng các chất hoạt hóa (những loại phân tử khi liên kết sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme) hoặc chất ức chế (những loại phân tử khi liên kết sẽ làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzyme).
b. Ức chế ngược: Kiểu điều hòa, trong đó sản phẩm của con đường chuyển hóa khi đã đủ nhu cầu của tế bào sẽ quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzyme xúc tác cho phản ứng ở đầu con đường chuyển hóa để dùng tổng hợp sản phẩm.
Câu hỏi: Giải thích vì sao khi tăng nhiệt độ lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzyme thì hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính.
Trả lời:
– Khi nhiệt độ tăng lên quá cao so với nhiệt độ tối ưu của một enzyme thì hoạt tính của enzyme đó bị giảm hoặc bị mất hoàn toàn là do:
+ Enzyme có bản chất là protein. Mà protein là hợp chất dễ bị biến tính (biến đổi cấu trúc không gian) dưới tác động của nhiệt độ cao.
+ Khi cấu trúc không gian bị biến đổi, trung tâm hoạt động của enzyme không thể liên kết với cơ chế khiến cho enzyme không thể xúc tác biến đổi cơ chất – hoạt tính của enzyme bị giảm, thậm chí là mất hẳn hoạt tính.
Luyện tập và vận dụng
Câu hỏi: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phân tử ATP?
A. Phân tử ATP có cấu tạo từ ba thành phần cơ bản: adenine, đường deoxyribose và muối phosphate.
B. Trong phân tử ATP, các gốc phosphate liên kết rất chặt chẽ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.
C. Mỗi phân tử ATP có ba gốc phosphate liên kết với nhau tạo nên ba liên kết cao năng.
D. ATP liên tục được tổng hợp, vận chuyển và sử dụng trong tế bào sống.
Trả lời:
Đáp án đúng là: D
A. Sai. Phân tử ATP có cấu tạo từ ba thành phần cơ bản: adenine, đường ribose và 3 gốc phosphate.
B. Sai. Trong phân tử ATP, các gốc phosphate liên kết với nhau bằng các liên kết cao năng dễ bị phá vỡ để giải phóng ra năng lượng.
C. Sai. Mỗi phân tử ATP có ba gốc phosphate liên kết với nhau tạo nên 2 liên kết cao năng.
D. Đúng. ATP liên tục được tổng hợp, vận chuyển và sử dụng trong tế bào sống.
Câu hỏi: Phân tích sự phù hợp giữa cấu tạo và chức năng của phân tử ATP.
Trả lời:
* Sự phù hợp giữa cấu tạo và chức năng của phân tử ATP:
+ Cấu trúc của phân tử ATP phản ánh sự phù hợp chặt chẽ với chức năng. ATP bao gồm 3 thành phần cơ bản: adenine, ribose và 3 gốc phosphate. Liên kết ngoài cùng thường dễ bị phá vỡ hơn và ATP sẽ chuyển thành ADP. Đôi khi, cả hai liên kết cao năng đều sẽ bị phá vỡ giải phóng lượng năng lượng gấp đôi và ATP chuyển thành AMP.
+ Các nhóm phosphate được tách ra từ ATP sau khi được sử dụng sẽ quay trở lại gắn vào ADP, AMP để khôi phục lại ATP để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống tiếp theo.
Câu hỏi: Tế bào nhân thực được chia thành nhiều xoang tách biệt bởi hệ thống nội màng và các bào quan có màng bao bọc, điều này có ý nghĩa gì trong hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào? Giải thích.
Trả lời:
Tế bào nhân thực được chia thành nhiều xoang tách biệt bởi hệ thống nội màng và các bào quan có màng bao bọc, điều này có ý nghĩa quan trọng trong hoạt động của enzyme và quá trình chuyển hóa năng lượng trong tế bào:
+ Tạo điều kiện môi trường phù hợp cho enzyme: Mỗi loại enzyme có môi trường phù hợp để tạo hiệu suất hoạt động cao nhất. Bằng cách chia tế bào thành các xoang tách biệt bởi hệ thống nội màng và các bào quan có màng bao bọc sẽ tạo ra các môi trường khác nhau thích nghi cho sự hoạt động của các enzyme khác nhau trong cùng một tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến sự hoạt động của các enzyme khác.
+ Bảo vệ cấu trúc và hoạt động của tế bào: Nhiều loại enzyme xúc tác cho quá trình phân hủy các chất, các tế bào già, các phân tử sinh học không còn chức năng,… Nếu enzyme không được ao bọc cẩn thận trong các xoang và các bào quan có màng thì chúng có thể tấn công và phá hủy cấu trúc và sự hoạt động của cả những tế bào, những phân tử sinh học vẫn còn chức năng.
Câu hỏi: Dựa vào thành phần cấu tạo và cơ chế điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng của enzyme, hãy giải thích vì sao trong trồng trọt và chăn nuôi, muốn thu được năng suất cao, con người phải chú ý bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng vi lượng, vitamin vào chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi.
Trả lời:
– Việc bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng vi lượng và vitamin trong chế độ dinh dưỡng cho cây trồng và vật nuôi trong trồng trọt và chăn nuôi là quan trọng vì:
+ Năng suất của cây trồng và vật nuôi phụ thuộc vào tốc độ quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào. Tốc độ của quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào lại phụ thuộc vào hoạt tính của enzyme.
+ Nhiều enzyme trong tế bào bình thường ở trạng thái bất hoạt cần phải có sự xúc tác các các nguyên tố khoáng vi lượng hoặc vitamin để trở thành trạng thái hoạt động. Sự thiếu hụt các nguyên tố vi lượng, vitamin làm cho enzyme không được hình thành và không hoạt động ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào, cũng như sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng và vật nuôi.
Sơ đồ tư duy Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 13
Trắc nghiệm Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng
Câu 1: Trong tế bào, năng lượng được tích lũy chủ yếu dưới dạng
A. nhiệt năng.
B. cơ năng.
C. hóa năng.
D. điện năng.
Giải thích:
Trong tế bào, năng lượng được tích lũy chủ yếu dưới dạng hóa năng (năng lượng trong các liên kết hóa học).
Câu 2: Hợp chất nào sau đây được coi là “đồng tiền năng lượng của tế bào”?
A. NADPH.
B. ATP.
C. ADP.
D. FADH2.
Giải thích:
Đáp án đúng là: B
ATP là hợp chất cao năng được coi là “đồng tiền năng lượng của tế bào”.
Câu 3: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về ATP?
A. ATP thường xuyên được sinh ra và lập tức được sử dụng cho mọi hoạt động sống cần năng lượng của tế bào.
B. Mỗi phân tử ATP có cấu tạo gồm ba thành phần: phân tử adenine, phân tử đường ribose và 3 gốc phosphate.
C. Trong phân tử ATP có 3 liên kết cao năng, trong đó, liên kết ngoài cùng thường dễ bị phá vỡ hơn.
D. Quá trình tổng hợp ATP là quá trình tích lũy năng lượng còn quá trình phân giải ATP là quá trình giải phóng năng lượng.
Giải thích:
C. Sai. Trong phân tử ATP có 2 liên kết cao năng, trong đó, liên kết ngoài cùng thường dễ bị phá vỡ hơn.
Câu 4: Cho một số hoạt động sau:
(1) Tế bào thận vận chuyển chủ động glucose qua màng.
(2) Tim co bóp đẩy máu chảy vào động mạch.
(3) Vận động viên đang nâng quả tạ.
(4) Vận chuyển nước qua màng sinh chất.
Trong các hoạt động trên, số hoạt động cần tiêu tốn năng lượng ATP là
A. 2.
B. 3.
C. 4.
D. 1.
Giải thích:
– Các hoạt động cần tiêu tốn năng lượng ATP là: (1), (2), (3).
– Vận chuyển nước qua màng sinh chất được thực hiện theo cơ chế vận chuyển thụ động, không tiêu tốn năng lượng ATP.
Câu 5: Chuyển hóa vật chất là
A. sự chuyển đổi chất này thành chất khác.
B. sự chuyển đổi chất đơn giản thành chất phức tạp.
C. sự chuyển đổi chất phức tạp thành chất đơn giản.
D. sự chuyển đổi chất vô cơ thành chất hữu cơ.
Giải thích:
Chuyển hóa vật chất là tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào làm chuyển đổi chất này thành chất khác.