Sinh học lớp 10 Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng
A. Lý thuyết Sinh học 10 Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng
I. Khái quát về năng lượng và sự chuyển hóa
1. Các dạng năng lượng trong tế bào:
Năng lượng là khả năng sinh công hay khả năng tạo nên sự chuyển động của vật chất. Năng lượng trong tế bào tồn tại ở 2 dạng: động năng và thế năng.
2. ATP – đồng tiền năng lượng của tế bào:
Nguồn năng lượng phổ biến nhất cho các phản ứng hóa học của tế bào là ATP (adenosine triphosphate).
Một phân tử ATP được cấu tạo từ 3 thành phần: 1 gốc adenine + 1 gốc đường ribose + 3 gốc phosphate. Năng lượng dự trữ trong phân tử ATP nằm ở chính liên kết hóa học giữa các gốc phosphate.
3. Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào:
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.
Chuyển hóa năng lượng là sự chuyển đổi của năng lượng từ dạng này sang dạng khác, tuân theo quy luật nhiệt động học.
Hai quá trình chuyển hóa này luôn đi kèm với nhau.
II. Enzyme
1. Khái niệm, cấu trúc và cơ chế hoạt động:
Emzyme 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, và không bị biến đổi sau phản ứng.
Hầu hết enzyme được cấu tạo từ protein. Ngoài ra, một số enzyme có thêm cofactor (ion kim loại hoặc phân tử hữu cơ). Cofactor có thể liên kết tạm thời hoặc cố định với enzyme.
Mỗi enzyme có một trung tâm hoạt động – vị trí liên kết đặc hiệu với cơ chất (chất chịu tác động của enzyme) để xúc tác phản ứng diễn ra. Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một hoặc một nhóm phản ứng hóa học nhất định (tính đặc hiệu).
2. Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa
Enzyme khiến phản ứng xảy ra dễ dàng hơn trong cơ thể, giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết để một phản ứng xảy ra, nhờ đó tăng tốc độ phản ứng lên nhiều lần.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme:
Hoạt tính enzyme là tốc độ phản ứng xúc tác bởi enzyme và được đo bằng lượng cơ chất bị chuyển đổi trong một phút ở điều kiện tiêu chuẩn.
a) Nồng độ enzyme và cơ chất:
Nồng độ cơ chất không đổi, lượng enzyme tăng lên thì hiệu suất phản ứng tăng, đến khi biến đổi hết cơ chất.
Nếu lượng enzyme không đổi, tăng nồng độ cơ chất thì hiệu suất phản ứng sẽ tăng đến ngưỡng tất cả các enzyme đều hoạt động hết công suất.
b) Độ pH:
Mỗi loại enzyme đều có khoảng pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả, ngoài khoảng pH này enzyme không hoạt động (bất hoạt) hoặc giảm hoạt tính.
c) Nhiệt độ:
Mỗi loại enzyme chỉ hoặc đồng hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Hầu hết enzyme trong cơ thể đều hoạt động tốt ở nhiệt độ 37 độ C.
d) Chất điều hòa enzyme:
Chất ức chế và chất hoạt hóa ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme. Chất hoạt hóa liên kết vào enzyme sẽ làm tăng hoạt tính của enzyme. Chất ức chế liên kết vào enzyme sẽ cản trở enzyme liên kết với cơ chất và làm giảm hoạt tính enzyme.
4. Điều hòa quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng thông qua enzyme:
Tốc độ của các quá trình chuyển hóa luôn thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển, trạng thái của cơ thể. Vậy nên tế bào điều chỉnh tốc độ của quá trình này bằng cách điều chỉnh hoạt tính của enzyme thông qua chất hoạt hóa và chất ức chế.
Ngoài ra, ức chế ngược là quá trình điều hòa xảy ra khi sản phẩm chuyển hóa được tạo ra đủ nhu cầu sẽ quay lại ức chế enzyme xúc tác để dừng tổng hợp sản phẩm đó.
Mỗi enzyme được định vị ở từng vùng có điều kiện thích hợp trong các cơ quan để chúng hoạt động tối ưu nhất, giúp tăng hiệu quả chuyển hóa.
Sơ đồ tư duy khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng:
B. Bài tập trắc nghiệm Sinh học 10 Bài 13: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng
Câu 1: Cây xanh có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và H2O nhờ năng lượng ánh sáng. Quá trình chuyển hóa năng lượng kèm theo quá trình này là
A. chuyển hóa từ hóa năng sang quang năng.
B. chuyển hóa từ quang năng sang hóa năng.
C. chuyển hóa từ nhiệt năng sang quang năng.
D. chuyển hóa từ hóa năng sang nhiệt năng.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: B
Trong quá trình quang hợp, quang năng (năng lượng ánh sáng) được chuyển hóa thành hóa năng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ.
Câu 2: Enzyme là
A. chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt hóa, giúp các phản ứng xảy ra được trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể.
B. chất xúc tác hóa học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt hóa, giúp các phản ứng xảy ra được trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể.
C. chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng năng lượng hoạt hóa, giúp các phản ứng xảy ra được trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể.
D. chất xúc tác hóa học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm tăng năng lượng hoạt hóa, giúp các phản ứng xảy ra được trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
Enzyme là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong các tế bào sống, có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt hóa, giúp các phản ứng xảy ra được trong điều kiện sinh lí bình thường của cơ thể.
Câu 3: Cho S là cơ chất, E là enzyme, P là sản phẩm. Sơ đồ nào sau đây là đúng với cơ chế xúc tác của enzyme?
A. S + E → ES → EP → E + P.
B. P + E → PE → ES → E + S.
C. S + E → EP → E + P.
D. P + E → ES → E + S.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
Sơ đồ cơ chế xúc tác của enzyme: S + E → ES → EP → E + P.
Enzyme (E) kết hợp với cơ chất (S) tại trung tâm hoạt động tạo thành phức hợp enzyme – cơ chất (ES). Sau đó, enzyme xúc tác cho phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm (P). Cuối cùng, sản phẩm (P) được giải phóng khỏi enzyme (E).
Câu 4: Tính đặc hiệu của enzyme được quy định bởi
A. cofactor của enzyme.
B. điểm ức chế của enzyme.
C. điểm hoạt hóa của enzyme.
D. trung tâm hoạt động của enzyme.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
Mỗi enzyme thường có một trung tâm hoạt động và thường chỉ liên kết với một hay một số chất có cấu hình không gian tương ứng nên chỉ xúc tác cho một hoặc một nhóm phản ứng hóa học nhất định. Đây chính là tính đặc hiệu của enzyme.
Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về sự ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt tính của enzyme?
A. Nhiệt độ càng cao thì hoạt tính của enzyme càng tăng.
B. Độ pH càng thấp thì hoạt tính của enzyme càng tăng.
C. Với một lượng cơ chất không đổi, nồng độ enzyme càng cao thì hoạt tính của enzyme càng tăng.
D. Với một lượng enzyme không đổi, nồng độ cơ chất tăng thì hoạt tính của enzyme cũng tăng cho tới khi đạt ngưỡng.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
A. Sai. Nhiệt độ càng cao thì hoạt tính của enzyme càng tăng chỉ xảy ra khi nhiệt độ trong ngưỡng cho phép.
B. Sai. Mỗi loại enzyme thường có khoảng pH phù hợp nhất để hoạt động hiệu quả.
C. Sai. Với một lượng cơ chất không đổi, nồng độ enzyme tăng lên thì hoạt tính của enzyme cũng tăng nhưng chỉ đạt ngưỡng nhất định rồi dừng lại do đã sử dụng tối đa lượng cơ chất.
D. Đúng. Với một lượng enzyme không đổi, nồng độ cơ chất tăng thì hoạt tính của enzyme cũng tăng cho tới khi đạt ngưỡng do lượng enzyme có trong môi trường đã hoạt động tối đa.
Câu 6: Trong tế bào, năng lượng được tích lũy chủ yếu dưới dạng
A. nhiệt năng.
B. cơ năng.
C. hóa năng.
D. điện năng.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: C
Trong tế bào, năng lượng được tích lũy chủ yếu dưới dạng hóa năng (năng lượng trong các liên kết hóa học).
Câu 7: Hợp chất nào sau đây được coi là “đồng tiền năng lượng của tế bào”?
A. NADPH.
B. ATP.
C. ADP.
D. FADH2.
Hướng dẫn giải
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: B
ATP là hợp chất cao năng được coi là “đồng tiền năng lượng của tế bào”.
Câu 8: 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.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: C
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 9: 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.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: B
– 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 10: 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.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
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.
Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Sinh học 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:
Bài 12: Truyền tin tế bào
Bài 14: Phân giải và tổng hợp các chất trong tế bào
Bài 16: Chu kì tế bào và nguyên phân
Bài 17: Giảm phân