Giải SBT Sinh 10 kết nối Bài 4: Chuyển hóa năng lượng trong tế bào có đáp án

Đáp án đúng là: A

- Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần để làm cho các chất tham gia phản ứng chuyển đổi từ trạng thái ổn định sang trạng thái không ổn định khiến các liên kết dễ bị bẻ gãy hoặc dễ được hình thành.

Đáp án đúng là: C

A. Sai. Liên kết ngoài cùng thường dễ bị phá vỡ.

B. Sai. ATP thường xuyên được sinh ra và ngay lập tức được sử dụng cho mọi hoạt động sống của tế bào.

C. Đúng. Liên kết giữa các gốc phosphate trong ATP là những liên kết kém bền vững, rất dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng.

D. Sai. ATP chuyển nhóm phosphate cuối cùng để trở thành ADP.

Đáp án đúng là: B

A. Sai. Trung tâm hoạt động có vị trí liên kết đặc hiệu với cơ chất

B. Đúng.

C. Sai. Enzyme sau khi liên kết với cơ chất tại trung tâm hoạt động thì cả hai sẽ bị biến đổi cấu hình làm cho liên kết chặt chẽ hơn.

D. Sai. Trung tâm hoạt động có thể liên kết với nhiều cơ chất (theo thuyết tiếp xúc cảm ứng của Koshland).

Đáp án đúng là: D

- Khi nồng độ cơ chất tăng sẽ kết hợp với trung tâm hoạt động của enzyme, làm tăng vận tốc xúc tác và tăng tốc độ phản ứng, đường cong đồ thị đi lên. Nhưng khi nồng độ cơ chất càng tăng, mà lượng enzyme không đổi, sẽ làm nồng độ cơ chất và enzyme bị bão hòa, làm cho đường cong đồ thị cân bằng.

Đáp án đúng là: C

- Khi một enzyme trong dung dịch bão hòa cơ chất, có nghĩa là lượng enzyme không đủ để xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất, do đó nếu muốn tăng sản phẩm thì phải tăng thêm enzyme để xúc tác cho phản ứng.

Đáp án đúng là: C

- Enzyme xúc tác đặc hiệu cho từng phản ứng và cũng có cơ chế điều chỉnh hoạt tính (bằng các chất hoạt hóa hoặc ức chế). Ức chế ngược là khi sản phẩm cuối cùng của một con đường chuyển hóa được tạo ra quá nhiều thì sản phẩm này lại là chất ức chế enzyme xúc tác cho phản ứng đầu tiên của chuỗi phản ứng chuyển hóa dẫn đến làm ngừng quá trình tổng hợp sản phẩm.

Đáp án đúng là: A

- Nguyên nhân làm cho sự chuyển hóa xảy ra theo một trình tự xác định từ chất A đến sản phẩm cuối cùng là do các enzyme xúc tác cho các phản ứng trong chuỗi chuyển hóa được cố định và nằm liền nhau theo đúng trình tự.

Đáp án đúng là: C

- Hô hấp tế bào là quá trình phân tử đường bị phân giải hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước với sự tham gia của O2, đồng thời giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động của tế bào.

Đáp án đúng là: D

- Trình tự phản ánh đúng quá trình hô hấp tế bào :

Đường phân → Chu trình Krebs → Chuỗi truyền điện tử.

Đáp án đúng là: B, D

A. Sai. Đường phân tiêu tốn 2 ATP, tạo ra được 4 ATP và 2 NADH.

C. Sai. Một phân tử glucose qua chu trình Krebs tạo ra 2 ATP.

Đáp án đúng là: C

A. Sai. Đường phân xảy ra ở tế bào chất.

B. Sai. Chu trình Krebs xảy ra ở chất nền của ti thể.

C. Đúng.

D. Sai. Chuỗi truyền điện tử xảy ra ở màng trong của ti thể.

Đáp án đúng là: A, C

B. Sai. Lên men không có sự tham gia của O2 và chuỗi chuyền điện tử.

D. Sai. Mỗi phân tử glucose qua lên men ethanol tạo ra 2 ATP.

Đáp án đúng là: A, C

- Trong quá trình đường phân cần có NAD+ để tạo ra NADH, còn trong lên men NADH được chuyển thành NAD+.

- Trong quá trình lên men chất nhận điện tử là chất hữu cơ.

- Lên men ethanol tạo ra lượng ATP như lên men lactate.

Đáp án đúng là: D

- Pha sáng của quang hợp diễn ra ở màng thylakoid, còn pha tối diễn ra trong chất nền của lục lạp.

Đáp án đúng là: B

- Hô hấp ở thực vật xảy ra cả ban ngày lẫn ban đêm.

- Hô hấp ở thực vật là quá trình chuyển đổi năng lượng của tế bào sống, trong đó các phân tử carbohidrat bị phân giải thành CO2 và nước, đồng thời giải phóng năng lượng, một phần năng lượng được tích lũy trong ATP.

a) Điền tiếp các khái niệm và chỉ ra một lỗi sai cần phải bỏ:

- Khi tăng nồng độ enzyme D – luciferin từ 0 lên 1 đơn vị thì lượng ánh sáng gia tăng rất mạnh, vì nếu nồng độ cơ chất không đổi, lượng enzyme tăng lên thì hiệu suất của phản ứng cũng tăng.

- Còn khi lượng enzyme gia tăng từ 1 lên 2 đơn vị thì lượng ánh sáng lại gia tăng chậm hơn nhiều, vì sự gia tăng của hiệu suất phản ứng chỉ đạt tới ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử dụng tối đa lượng cơ chất.

b) Vai trò của mỡ nâu đối với cơ thể động vật và người:

- Mỡ nâu có vai trò dự trữ năng lượng trong một không gian nhỏ hơn mỡ trắng. Mỡ nâu chứa các ti thể giàu chất sắt – đó là lý do loại mỡ này có màu nâu.

- Khi được đốt cháy, mỡ nâu sẽ tạo ra nhiệt lượng. Đây được gọi là quá trình sinh nhiệt. Trong quá trình này, mỡ nâu cũng đốt cháy calo. Các nghiên cứu đã nhận thấy rằng mỡ nâu giúp ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị thừa cân, béo phì cũng như một số hội chứng chuyển hóa.

- Ở người trưởng thành mỡ nâu có thể đóng vai trò giữ ấm cho máu khi máu chảy ngược về tim và não từ các chi lạnh của cơ thể.

- Trẻ em có nhiều mỡ nâu hơn người lớn vì do trẻ chưa có khả năng run để giữ ấm nên mỡ nâu giúp trẻ sơ sinh giữ ấm cơ thể. Khi lạnh, norepinephrine được giải phóng ra các đầu mút thần kinh trong lớp mỡ nâu, mỡ nâu trực tiếp chuyển hóa. Khi đốt cháy, các tế bào mỡ nâu tạo ra nhiều năng lượng hơn bất cứ mô nào khác trong cơ thể, tạo ra nhiệt cho những vùng sâu trong cơ thể và làm ấm máu tuần hoàn đi qua đó. Quá trình sinh nhiệt được gọi là “sinh nhiệt không run cơ”.

- Chọn lọc tự nhiên vẫn duy trì hai kiểu hô hấp tế bào và lên men lactate song hành cùng nhau mà không loại bỏ lên men lactate ở người vì:

+ Ở người, khi vận động cần rất nhiều năng lượng, mà năng lượng người vận động cần không thể được cung cấp đủ nhanh bởi quá trình hô hấp hiếu khí. Thay vào đó, các tế bào cơ của chúng phải sử dụng một quá trình khác để cung cấp năng lượng. Mặc dù lên men lactate tạo ít ATP hơn, nhưng nó có lợi thế là tạo ra nhanh, cho phép cơ bắp của bạn có được năng lượng cần hoạt động cường độ cao trong thời gian ngắn.

a) Giả thuyết giải thích tại sao không thấy khí thoát ra khi cây rong được chiếu sáng:

- Quá trình quang hợp chịu sự chi phối của các nhân tố ngoại cảnh như ánh sáng, lượng CO2 hòa tan trong nước. Vì vậy có thể do các nhân tố này làm cho cây rong không quang hợp và không có bọt khí thoát ra.

b) Chứng minh được khí thoát ra từ cây rong trong thí nghiệm của bạn Lan là khí oxygen:

- Lấy cành rong đuôi chó cho vào ống nghiệm, đổ nước đầy vào ống nghiệm sau đó úp vào cốc thủy tinh đựng đầy nước sao cho không có bọt khí lọt vào ống nghiệm.

- Đặt cốc ra chỗ sáng, sau 6 giờ lấy ống nghiệm ra khỏi cốc, đưa nhanh que đóm đang vừa tắt vào miệng ống nghiệm, nếu que đóm sáng lên hoặc bùng cháy trở lại, chứng tỏ trong ống nghiệm có khí oxygen do cành rong nhả ra.

- Nhiệt độ hoạt động tối ưu của hầu hết các enzyme ở người dao động xung quanh 40oC vì:

+ Bản chất hóa học của enzyme là protein, nên khác với các phản ứng hóa học, vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác chỉ tăng lên khi tăng nhiệt độ trong một giới hạn nhất định, khi chưa ảnh hưởng đến cấu trúc của enzyme. Đó gọi là nhiệt độ hoạt động thích hợp của enzyme.

+ Nếu nhiệt độ quá cao (>40oC rất nhiều) thì sẽ ảnh hưởng tới độ bền của enzyme, enzyme bị mất hoàn toàn hoạt động và biến tính ở điều kiện nhiệt độ nhất định, tùy từng loại enzyme. Do đó, để enzyme ở người có hoạt độ cao nhất thì nhiệt độ hoạt động dao động xung quanh 40oC.

- Khái niệm:Enzyme là chất xúc tác sinh học có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi sau phản ứng.

- Cấu trúc: Enzyme được cấu tạo chủ yếu từ protein, một số có thể là RNA. Ngoài protein, enzyme còn có thể được cấu tạo từ các thành phần khác được gọi là cofactor (là những ion kim loại hoặc các chất vô cơ) hoặc coenzyme (những chất hữu cơ không có bản chất là protein). Enzyme có cấu hình không gian ba chiều đặc trưng, trong đó, có vị trí có thể liên kết đặc hiệu với cơ chất (gọi là trung tâm hoạt động) và vị trí liên kết với chất điều hoà hoạt động của enzyme (nơi liên kết với chất hoạt hoá hoặc chất ức chế).

- Cơ chế hoạt động:

+ Enzyme kết hợp với cơ chất sự liên kết đặc hiệu (trung tâm hoạt động của enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cơ chất) tạo nên phức hợp enzyme – cơ chất. Khi liên kết xảy ra thì cả hai đều biến đổi cấu hình làm cho liên kết chặt chẽ hơn. Sau đó, cơ chất bị biến đổi để tạo thành sản phẩm dưới sự xúc tác của enzyme. Sau khi phản ứng xảy ra, sản phẩm tạo thành sẽ có cấu hình không gian thay đổi và rời khỏi enzyme, enzyme trở lại hình dạng ban đầu.

+ Enzyme có thể làm tăng tốc độ phản ứng vì có thể làm giảm năng lượng hoạt hoá các chất tham gia phản ứng, khiến cho phản ứng hoá học dễ xảy ra hơn. Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hoá bằng cách vặn xoắn, kéo căng cơ chất khiến cho liên kết hoá học dễ bị đứt gãy. Enzyme cũng có thể cung cấp vị trí giúp các cơ chất dễ dàng định hướng để hình thành các liên kết hoá học với nhau tạo ra sản phẩm. Các cofactor, coenzyme cũng có thể lấy hoặc truyền điện tử hay các nhóm chức nhất định từ cơ chất, làm cho cơ chất thay đổi điện tích, thay đồi đặc tính dẫn đến dễ liên kết với chất khác hoặc bị phân giải.

- Vai trò: Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hoá cần thiết cho các phản ứng, nhờ đó làm tăng tốc độ của phản ứng lên nhiều lần ngay trong điều kiện bình thường của cơ thể. Nếu không có enzyme xúc tác, ở điều kiện nhiệt độ của cơ thể, các phản ứng hoá sinh sẽ xảy ra không đủ nhanh để duy trì các hoạt động sống của tế bào. Enzyme xúc tác đặc hiệu cho từng phản ứng và có cơ chế điều chỉnh hoạt tính (bằng các chất hoạt hoá hoặc ức chế) nên tế bào có thề dễ dàng điều khiển các hoạt động chuyển hoá vật chất và năng lượng đáp ứng nhu cầu của tế bào. Ví dụ: Khi sản phẩm cuối cùng của một con đường chuyển hoá được tạo ra quá nhiều thì chính sản phẩm này lại là chất ức chế enzyme xúc tác cho phản ứng đầu tiên của chuỗi phản ứng chuyển hoá dẫn đến làm ngừng việc sản xuất ra sản phẩm cuối cùng. Như vậy, tế bào sẽ tiết kiệm được năng lượng, không tạo ra các chất trung gian cũng như không tạo ra các sản phẩm khi không có nhu cầu.

- Hoạt tính enzyme hay tốc độ của phản ứng được xúc tác bởi một enzyme là lượng sản phẩm được tạo thành sau phản ứng trên một đơn vị thời gian (thường là một phút) trong điều kiện tiêu chuẩn.

- Các nhân tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme bao gồm:

+ Lượng cơ chất: Lượng cơ chất càng cao (khi lượng enzyme không đổi) thì tốc độ phản ứng tăng mạnh ở giai đoạn đầu nhưng sau đó sẽ không tiếp tục tăng khi các enzyme đã bão hoà về cơ chất (nói cách khác enzyme đã hoạt động hết công suất).

+ Nồng độ enzyme: Khi lượng cơ chất không đổi còn lượng enzyme tăng dần thì tốc độ phản ứng cũng tăng nhanh trong giai đoạn đầu, sau đó thì dần ổn định mà không gia tăng thêm do đã sử dụng tối đa lượng cơ chất.

+ Nhiệt độ: Tốc độ phản ứng sẽ đạt mức cao nhất trong một khoảng nhiệt độ tối ưu. Lí do: Nhiệt độ quá thấp làm tốc độ chuyển động của các phân tử chậm, dẫn đến tốc độ phản ứng xảy ra chậm; còn nhiệt độ cao quá mức tối ưu, enzyme có thể bị biến tính, không còn khả năng liên kết với cơ chất nên tốc độ phản ứng không những giảm mà còn có thể trở về 0.

+ Độ pH: Mỗi enzyme có một pH thích hợp, ngoài khoảng pH này enzyme có thể bị giảm hoạt tính hoặc bất hoạt. Lí do: Ngoài khoảng pH, enzyme có thể bị biến tính, không còn khả năng liên kết với cơ chất nên tốc độ phản ứng không những giảm mà còn có thể trở về 0.

+ Chất điều hòa enzyme: Chất ức chế khi liên kết với enzyme sẽ làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzyme. Chất hoạt hóa khi liên kết với enzyme sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme.

Tế bào có thể điều hoà quá trình chuyển hoá vật chất thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng những cơ chế sau:

- Điều hoà bằng chất hoạt hoá hoặc chất ức chế: Chất hoạt hoá là chất khi liên kết với enzyme ở vị trí xác định sẽ làm gia tăng tốc độ phản ứng. Chất ức chế khi liên kết với cơ chất sẽ ngăn cản enzyme liên kết với cơ chất hoặc làm biến dạng cấu hình enzyme khiến nó không thể liên kết với cơ chất.

- Điều hoà kiểu ức chế ngược âm tính: Đó là khi sản phẩm cuối cùng của chuỗi chuyển hoá tạo ra quá nhiều sẽ quay lại ức chế enzyme xúc tác cho phản ứng đầu tiên của chuỗi chuyển hoá dẫn đến làm ngừng quá trình tổng hợp sản phẩm.

- Điều hoà bằng các yếu tố khác như độ pH, nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất.

Việc chia tế bào thành nhiều xoang tách biệt tạo điều kiện thuận lợi để enzyme hoạt động, từ đó, quá trình chuyển hoá năng lượng trong tế bào diễn ra hiệu quả:

- Enzyme sẽ hoạt động tốt hơn trong các không gian riêng biệt như trong các bào quan có màng bao bọc hoặc trong hệ thống lưới nội chất vì hoạt tính của enzyme sẽ không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ pH, các chất ức chế.

- Những enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp một chất nào đó trong một con đường chuyển hóa thường được cố định liền nhau trong hệ thống mạng lưới nội chất hoặc trong bào quan, nhờ vậy, sản phẩm của phản ứng này được dùng làm cơ chất cho phản ứng kế tiếp, do đó sẽ tiết kiệm năng lượng vận chuyển cơ chất đến enzyme cũng như tiết kiệm thời gian tổng hợp các chất.

- Các enzyme nằm trong các xoang riêng biệt cũng dễ dàng được hoạt hoá hay làm bất hoạt khi tế bào thay đổi các chất hoạt hoá hay ức chế enzyme. Ví dụ: Enzyme trong lysosome thường được giữ ở trạng thái bất hoạt nhờ có độ pH cao trong lysosome. Khi lysosome cần phân giải các chất thì các bơm proton sẽ bơm H$^{+}$ vào làm giảm pH dẫn đến hoạt hoá enzyme.

- Ngoài việc tham gia cấu tạo nên các chất trong tế bào, nguyên tố vi lượng còn tham gia vào cấu tạo nên các loại enzyme và các protein khác nhau như các cofactor.

- Vitamin cũng tham gia vào hoạt động của enzyme như những coenzyme.

→ Vì vậy, việc bổ sung đầy đủ các nguyên tố khoáng và vitamin vào chế độ dinh dưỡng của cây trồng và vật nuôi sẽ đảm bảo cho các cây, con phát triển tối ưu.

- Trong sinh học, phân giải các chất hay sự dị hoá, được hiểu là các phản ứng oxy hoá khử được xúc tác bởi các enzyme, biến các chất hữu cơ phức tạp thành các phân tử nhỏ hơn. Quá trình dị hoá giải phóng dần năng lượng tiềm ẩn trong các liên kết hoá học thành dạng thế năng trong các phân tử ATP mà tế bào có thể dễ dàng sử dụng cho mọi loại hoạt động sống, đồng thời tạo ra các phân tử nhỏ hơn làm nguyên liệu tổng hợp nên những hợp chất hữu cơ cần thiết cho tế bào.

- Ví dụ: Tế bào tiết các enzyme phân giải tinh bột thành glucose,...

- Phân giải hiếu khí trong tế bào gồm ba giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs, chuỗi truyền electron.

- Đặc trưng của mỗi giai đoạn:

+ Đường phân: xảy ra trong tế bào chất và không có sự tham gia của O$_{2}$. Trong quá trình này, mỗi phân tử đường glucose (hợp chất 6 carbon) được phân giải thành hai phân tử pyruvate (hợp chất 3 carbon), đồng thời tạo 2 phân tử NADH và 2 phân tử ATP.

+ Chu trình Krebs: xảy ra trong chất nền của ti thể. Mỗi phân tử pyruvate chuyển hóa thành một phân tử acetyl-coA đi vào chu trình Krebs giải phóng 2 phân tử CO$_{2}$, 3 NADH, 1 FADH$_{2}$ và 1 ATP. Tổng cộng một phân tử đường glucose cho 8 NADH, 2 FADH$_{2}$, và 2 ATP.

+ Chuỗi truyền electron (chuỗi truyền điện từ): diễn ra ở màng trong ti thể, đây là giai đoạn thu được nhiều ATP nhất. Trong đó, các phân tử NADH và FADH$_{2}$ được sinh ra trong giai đoạn đường phân và chu trình Krebs sẽ bị oxy hóa qua một chuỗi phản ứng oxy hóa khử để tạo ra ATP và nước.

Các electron cao năng và H$^{+}$ từ NADH và FADH, được chuyển vào một chuỗi các protein nhận và truyền electron ở màng trong ti thể. Các protein này cũng là những chiếc bơm proton.

Dòng electron được truyền từ protein này sang protein khác và năng lượng từ chúng được giải phóng dùng để bơm H$^{+}$ từ chất nền ti thể vào xoang giữa hai lớp màng ti thể. Các electron ở cuối chuỗi truyền điện tử được oxygen phân tử tiếp nhận cùng với H$^{+}$tạo thành các phân tử nước.

Hoạt động của chuỗi truyền điện tử đã tạo nên một sự chênh lệch lớn về nồng độ điện hoá (vừa chênh lệch về nồng độ H$^{+}$, vừa chênh lệch về điện thế) giữa hai phía màng trong ti thể tạo nên lực đẩy H$^{+}$ qua kênh protein ATP – synthase trở lại chất nền ti thể, nhờ đó tạo ra ATP. Sự tạo thành ATP nhờ chuỗi truyền electron được gọi là sự tổng hợp ATP kiểu oxy hoá hay còn gọi là sự hoá thẩm.

- Mức năng lượng được giải phóng trong hô hấp hiếu khí cao hơn rất nhiều so với mức năng lượng được giải phóng trong lên men: Từ một phân tử glucose, qua quá trình hô hấp hiếu khí tạo ra khoảng 34 – 36 ATP, trong khi quá trình lên men chỉ tạo ra 2 ATP.

- Sự khác biệt về lượng ATP ở đây là do trong hô hấp hiếu khí, năng lượng trong các liên kết ở đường glucose được giải phóng hết và sản phẩm cuối cùng là CO$_{2}$ và nước. Trong khi ở quá trình lên men, glucose chỉ được phân giải thành 2 phân tử 3 carbon, năng lượng tiềm ẩn trong các liên kết hoá học ở các phân tử 3 carbon vẫn chưa được giải phóng hết.