Giải Sinh học lớp 10 sách Chân trời sáng tạo, bài 13: Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào

Mở đầu trang 64: Tại sao khi hoạt động mạnh, thân nhiệt lại tăng cao hơn lúc bình thường?
Giải:
Khi hoạt động mạnh, thân nhiệt lại tăng cao hơn lúc bình thường là do: Khi hoạt động mạnh, quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong cơ thể (hô hấp tế bào) diễn ra nhanh hơn so với bình thường để cung cấp năng lượng cho tế bào và cơ thể. Mà một phần năng lượng được giải phóng ở dạng nhiệt. Bởi vậy, khi hoạt động càng mạnh, hô hấp tế bào càng nhanh, nhiệt giải phóng ra càng nhiều dẫn đến thân nhiệt tăng lên.

I. Năng lượng và chuyển hóa năng lượng
Câu hỏi 1 trang 64: Trong tế bào có những dạng năng lượng nào? Dạng năng lượng nào được tế bào sử dụng chủ yếu?
Giải:
- Trong tế bào có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: hóa năng, nhiệt năng, điện năng, cơ năng,…
- Dạng tế bào sử dụng chủ yếu là hóa năng, do các quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng của tế bào có bản chất là các phản ứng hóa học, trong đó, quá trình phân giải các chất sẽ giải phóng năng lượng tích lũy trong các liên kết hóa học.

Câu hỏi 2 trang 64: Quan sát Hình 13.1 và cho biết:
a) Năng lượng loài linh dương sử dụng được lấy từ đâu? Xác định dạng của năng lượng đó.
b) Khi linh dương chạy, năng lượng được biến đổi như thế nào?

Giải:
a) Năng lượng mà linh dương sử dụng được lấy từ thức ăn (thực vật). Dạng năng lượng này là hóa năng.
b) Khi linh dương chạy, hóa năng trong các hợp chất hóa học được sử dụng cho hoạt động chạy (cơ năng) và một phần năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt năng.

Luyện tập trang 65: Năng lượng được sinh vật lấy vào qua thức ăn có bị thất thoát không? Giải thích.
Giải:
- Năng lượng được sinh vật lấy vào qua thức ăn có bị thất thoát.
- Giải thích: Một phần năng lượng được sinh vật lấy vào qua thức ăn sẽ bị thất thoát ra bên ngoài do một phần cơ chất cơ thể sinh vật không sử dụng sẽ bị bài tiết ra ngoài (phân, nước tiểu,…); mặt khác, trong quá trình chuyển hóa, có một phần năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt năng.

II. ATP - "Đồng tiền" năng lượng của tế bào
Câu hỏi 3 trang 65: Quan sát Hình 13.2, hãy nêu các thành phần cấu tạo của phân tử ATP.

Giải:
Các thành phần cấu tạo của phân tử ATP: ba nhóm phosphate, đường ribose và adenine.

Câu hỏi 4 trang 65: Tại sao liên kết giữa các nhóm phosphate được gọi là liên kết cao năng?
Giải:
Liên kết giữa các nhóm phosphate được gọi là liên kết cao năng là do khi phá vỡ các liên kết này sẽ giải phóng một lượng lớn năng lượng.

Câu hỏi 5 trang 65: ATP được dùng để cung cấp năng lượng cho hoạt động nào sau đây?
a) Hoạt động lao động.
b) Tổng hợp các chất.
c) Vận chuyển thụ động.
d) Co cơ.
Giải:
- ATP được dùng để cung cấp năng lượng cho hoạt động là: hoạt động lao động, tổng hợp các chất, co cơ.
- Hoạt động vận chuyển thụ động không tiêu tốn năng lượng.

Câu hỏi 6 trang 65: Quan sát Hình 13.3, hãy mô tả quá trình tổng hợp và phân giải ATP

Giải:
- Quá trình tổng hợp ATP: Một nhóm phosphate liên kết với ADP để hình thành nên ATP.
- Quá trình phân giải ATP: Khi tế bào sử dụng ATP để cung cấp năng lượng, ATP sẽ bị phân giải thành ADP và giải phóng một nhóm phosphate.

Câu hỏi 6 trang 65: Các nhận định dưới đây là đúng hay sai? Giải thích.
a) Quá trình (1) là sự giải phóng năng lượng.
a) Quá trình (2) là sự tích lũy năng lượng.

Giải:
a) Quá trình (1) là quá trình tổng hợp ATP → Quá trình (1) là sự tích lũy năng lượng.
b) Quá trình (2) là quá trình phân giải ATP → Quá trình (2) là sự giải phóng năng lượng.

Luyện tập trang 66: Tại sao ATP được gọi là “đồng tiền” năng lượng của tế bào?
Giải:
ATP được gọi là “đồng tiền” năng lượng của tế bào là do:
- ATP có các liên kết phosphate cao năng dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng → Điều đó giúp ATP đáp ứng được việc cung cấp năng lượng một cách nhanh chóng, kịp thời cho tế bào.
- Hầu hết các hoạt động sống của tế bào đều sử dụng năng lượng ATP.

III. ENZYME
Câu hỏi 8 trang 66: Quan sát Hình 13.4, em có thể rút ra kết luận gì về mối liên kết giữa cơ chất và trung tâm hoạt động của enzyme?

Giải:
Mối liên kết giữa cơ chất và trung tâm hoạt động của enzyme: Vùng trung tâm hoạt động của enzyme có cấu hình không gian phù hợp với cấu hình không gian của cơ chất mà nó xúc tác. Cơ chất và trung tâm hoạt động của enzyme liên kết theo mô hình "khớp cảm ứng".

Câu hỏi 9 trang 66: Thế nào là tính đặc hiệu của enzyme?
Giải:
- Tính đặc hiệu của enzyme là mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một hoặc một số phản ứng nhất định. Tính đặc hiệu của enzyme là do enzyme chỉ tác động đến cơ chất có cấu hình không gian phù hợp với trung tâm hoạt động.
- Ví dụ: Enzyme saccharase chỉ xúc tác cho phản ứng thủy phân sucrose mà không xúc tác cho phản ứng thủy phân các đường đôi khác.

Luyện tập trang 66: Tại sao một số người mắc hội chứng không dung nạp lactose thì không thể tiêu hóa được sữa?
Giải:
Người mắc hội chứng không dung nạp lactose cơ thể không sản sinh enzyme lactase để phân giải đường lactose có trong sữa thành glucose và galactose nên cơ thể không hấp thụ được loại đường này.

Câu hỏi 10 trang 67: Quan sát Hình 13.5, hãy mô tả cơ chế xúc tác của enzyme.

Giải:
Cơ chế xúc tác của enzyme:
- Cơ chất liên kết với trung tâm hoạt động của enzyme bằng các liên kết yếu và tạo thành phức hệ enzyme – cơ chất.
- Enzyme xúc tác biến đổi cơ chất để hình thành sản phẩm của phản ứng.
- Sau khi phản ứng hoàn thành, sản phẩm rời khỏi enzyme, enzyme trở về trạng thái ban đầu và có thể sử dụng trở lại.

Câu hỏi 11 trang 67: Quan sát các đồ thị trong Hình 13.6, hãy rút ra nhận xét về sự ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt tính của enzyme.

Giải:
Mỗi enzyme hoạt động tối ưu ở một số điều kiện cụ thể:
- 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.
- Độ pH: Mỗi enzyme có hoạt tính tối đa ở một độ pH thích hợp, đa số là pH từ 6 đến 8.
- Nồng độ cơ chất: Với một lượng enzyme xác định, nếu tăng dần lượng cơ chất trong dung dịch thì lúc đầu hoạt tính của enzyme tăng, sau khi đạt trạng thái bão hòa, dù tăng nồng độ cơ chất thì hoạt tính của enzyme cũng không thay đổi.
- Nồng độ enzyme: Với một lượng cơ chất nhất định, khi nồng độ enzyme càng tăng thì hoạt tính enzyme cũng tăng theo.

Câu hỏi 12 trang 68: Quan sát Hình 13.7, hãy:
a) Cho biết ức chế ngược là gì?
b) Nếu không có ức chế ngược, hãy dự đoán chất nào sẽ bị dư thừa. Giải thích.
c) Nếu enzyme B bị mất hoạt tính, hãy dự đoán chất nào sẽ bị tích lũy. Giải thích.
Giải:
a) Ức chế ngược là một quá trình điều hòa trong đó sản phẩm của con đường chuyển hóa quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt enzyme xúc tác cho phản ứng ở đầu con đường chuyển hóa.
b) Nếu không có ức chế ngược thì chất D sẽ bị dư thừa do hoạt động xúc tác của enzyme trong chuỗi phản ứng chuyển hóa diễn ra liên tục nên chất D được tạo ra ngày càng nhiều dẫn đến dư thừa.
c) Nếu enzyme B bị mất hoạt tính thì chất B sẽ bị tích lũy do khi enzyme B bị mất hoạt tính sẽ không thể chuyển hóa chất B thành chất C trong khi chất A vẫn được chuyển hóa thành chất B dưới sự xúc tác của enzyme A.

Luyện tập trang 68: Hãy kể tên một số bệnh rối loạn chuyển hóa hiện nay do enzyme.
Giải:
Một số bệnh rối loạn chuyển hóa hiện nay do enzyme:
- Galactosemia: Là tình trạng suy giảm khả năng phân hủy đường galactose dẫn đến vàng da, nôn mửa và gan to sau khi trẻ sơ sinh bú sữa mẹ hoặc sữa công thức.
- Bệnh siro niệu: Là tình trạng thiếu hụt một loại enzyme có tên là BCKD gây ra sự tích tụ các amino aicd trong cơ thể dẫn đến tổn thương dây thần kinh và nước tiểu có mùi như siro.
- Bệnh Phenylketonuria (PKU): Là tình trạng cơ thể thiếu hụt enzyme phenylalanine hydroxylase dẫn đến lượng phenylalanine trong máu cao dẫn đến khuyết tật trí tuệ nếu tình trạng không được phát hiện và điều trị.
- Bệnh tay – Sachs: Là tình trạng cơ thể thiếu hụt enzyme hexosaminidase A nên không phân hủy được lipid dẫn đến lipid tích tụ quá mức trong não.

Vận dụng trang 68: Hãy xác định chất nào sẽ bị dư thừa trong sơ đồ mô tả con đường chuyển hóa giả định sau (trong trường hợp chất I và D dư thừa trong tế bào).

Giải:
Chất sẽ bị dư thừa trong con đường chuyển hóa trên là chất H. Vì: Khi chất I dư thừa sẽ ức chế quá trình chuyển hóa chất E thành chất F làm cho chất E chuyển hóa thành chất D. Khi chất D dưa thừa sẽ ức chế quá trình chuyển hóa chất B thành chất C làm cho chất B chuyển hóa thành chất H.

* Bài tập trang 68
Bài 1 trang 68. Bản chất của men tiêu hóa là gì? Nó có tác động như thế nào đến cơ thể?
Giải:
- Bản chất của men tiêu hóa là các enzyme.
- Khi uống men tiêu hóa, cơ thể được bổ sung enzyme nhờ đó nồng độ enzyme tăng lên hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa thức ăn được diễn ra hiệu quả hơn.

Bài 2 trang 68. Tại sao cơ thể động vật có thể tiêu hóa được rơm, cỏ, củ,… có thành phần là tinh bột và cellulose, trong khi con người có thể tiêu hóa được tinh bột nhưng lại không thể tiêu hóa được cellulose?
Giải:
- Trong cơ thể động vật ăn cỏ, có cả enzyme amylase trong ống tiêu hóa và enzyme cellulase do vi sinh vật cộng sinh trong ống tiêu hóa tiết ra nên chúng có khả năng tiêu hóa cả tinh bột lẫn cellulose.
- Ở người chỉ có enzyme amylase trong ống tiêu hóa mà không có enzyme cellulase nên chỉ tiêu hóa được tinh bột mà không tiêu hóa được cellulose.

Bài 3 trang 68. Móng giò hầm đu đủ xanh là một món ăn không chỉ thơm ngon, bổ dưỡng mà còn giúp các bà mẹ sau sinh có nhiều sữa. Một điều thú vị hơn là khi hầm móng giò với đu đủ xanh thì móng giò sẽ mềm hơn so với khi hầm với các loại rau, củ khác. Nguyên nhân nào dẫn đến hiện tượng trên?
Giải:
Khi hầm móng giò với đu đủ xanh thì móng giò sẽ mềm hơn so với khi hầm với các loại rau, củ khác là do trong đu đủ xanh có chứa enzyme papain - một loại protease có khả năng phân giải protein trong móng giò.