Thayhienedu.com chia sẽ đến các em Lý Thuyết Sinh Học 10 thống nhất 1 bộ sách trên cả nước là Kết nối tri thức với cuộc sống.
LÝ THUYẾT MÔN SINH HỌC LỚP 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.
- Trong tế bào, năng lượng tồn tại ở hai dạng chính: động năng (năng lượng đang giải phóng) và thế năng (năng lượng dự trữ).
|
Dạng
năng lượng |
Khái
niệm |
Ví
dụ trong tế bào |
|
Động
năng |
Năng
lượng từ vật thể đang chuyển động |
Nhiệt
năng, điện năng (xung thần kinh) |
|
Thế
năng |
Năng
lượng tiềm ẩn do vị trí/trạng thái |
Năng
lượng trong các liên kết hóa học |
2. ATP - "đồng tiền" năng lượng của tế bào
- Cấu tạo: Gồm 3 thành phần: gốc adenine,
đường ribose và 3 gốc phosphate.
- Chức năng: Là hợp chất cao năng, đóng vai trò
là "đồng tiền" năng lượng vì nó có khả năng dự trữ và giải phóng năng
lượng dễ dàng để cung cấp cho các hoạt động sống.
- Cơ chế: Khi liên kết giữa các gốc phosphate
bị phá vỡ (giải phóng năng lượng) → ATP chuyển thành ADP hoặc AMP.
Ngược lại, tế bào tổng hợp lại ATP từ ADP + Pi thông qua quá trình hô hấp tế
bào.
Ví dụ thực tế: Hoạt động co cơ của vận động viên
bóng đá đòi hỏi năng lượng tức thì. ATP được thủy phân ngay tại chỗ để cung cấp
năng lượng cho các sợi cơ trượt lên nhau, giúp cầu thủ sút bóng.
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.
- Hai quá trình song hành:
+ Tổng hợp (đồng hóa): Sử dụng năng lượng để tạo ra các chất
phức tạp.
+ Phân giải (dị hóa): Giải phóng năng lượng từ việc bẻ gãy
các chất phức tạp.
Ví dụ thực tế: Quá trình cây xanh quang hợp (tổng hợp
chất hữu cơ từ CO₂ và H₂O) là quá trình đồng hóa cần ánh sáng; ngược lại, quá
trình hô hấp ở rễ cây là dị hóa để giải phóng năng lượng duy trì sự sống.
II. ENZYME
1. Khái niệm, cấu trúc và cơ chế tác động của enzyme
- Khái niệm: Là chất xúc tác sinh học được tổng hợp
trong tế bào, làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
- Cấu trúc: Đa số là protein, thường có
thêm cofactor (ion kim loại hoặc phân tử hữu cơ).
- Trung tâm hoạt động: Vùng cấu trúc không gian đặc biệt,
nơi cơ chất gắn vào và xảy ra phản ứng.
- Cơ chế: Enzyme + Cơ chất → Phức hợp
Enzyme-Cơ chất → Sản phẩm + Enzyme (được giải phóng).
Ví dụ thực tế: Nước bọt chứa enzyme amylase,
giúp phân giải tinh bột trong thức ăn thành đường maltose ngay khi chúng ta
nhai cơm. Đây là lý do cơm nhai kỹ thấy có vị ngọt.
2. Vai trò của enzyme trong quá trình chuyển hóa
- Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa (năng lượng
cần thiết để phản ứng xảy ra), nhờ đó phản ứng xảy ra nhanh hơn trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất bình thường của cơ thể.
Ví dụ thực tế: Nếu không có enzyme, các phản ứng
tiêu hóa trong dạ dày có thể mất hàng chục năm mới xảy ra ở nhiệt độ cơ thể,
khiến chúng ta không thể sống sót.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme
- Nồng độ enzyme và cơ chất: Khi nồng độ cơ chất tăng, tốc độ phản
ứng tăng đến ngưỡng bão hòa (do hết enzyme).
- Độ pH: Mỗi loại enzyme có một pH tối ưu (ví
dụ: pepsin trong dạ dày thích hợp pH axit 2.0).
- Nhiệt độ: Mỗi loại enzyme có nhiệt độ tối ưu;
nếu quá cao, enzyme bị biến tính và mất hoạt tính.
- Chất điều hòa: Chất hoạt hóa (tăng hoạt tính) hoặc
chất ức chế (giảm hoạt tính).
Ví dụ thực tế: Khi bị sốt cao (trên 40°C), các
enzyme trong cơ thể người có thể bị biến tính (thay đổi cấu trúc không gian), dẫn
đến rối loạn chuyển hóa nguy hiểm đến tính mạng.
4. Điều hoà chuyển hoá vật chất và năng lượng thông qua enzyme
- Vai trò của enzyme trong chuyển
hoá: Enzyme
giúp tăng tốc độ các phản ứng hoá học trong tế bào, đảm bảo hoạt động sống diễn
ra nhịp nhàng.
- Cơ chế điều hoà: Tế bào điều chỉnh tốc độ chuyển
hoá bằng cách thay đổi tính hoạt động của enzyme (đặc biệt là ức chế enzyme).
- Cơ chế ức chế ngược:
+ Khi sản phẩm cuối cùng của chuỗi
chuyển hoá tạo ra đủ nhu cầu của tế bào, sản phẩm này sẽ quay lại liên kết với
enzyme ở đầu chuỗi.
+ Sự liên kết này làm enzyme biến đổi
cấu hình, mất khả năng liên kết với cơ chất, từ đó dừng tổng hợp sản phẩm để
tránh lãng phí năng lượng và nguyên liệu.
Ví dụ thực tế: Trong quá trình tổng hợp amino
acid threonine, khi lượng threonine trong tế bào đã dư thừa, phân tử threonine
sẽ tự động gắn vào enzyme đầu tiên của chuỗi phản ứng, làm enzyme này ngừng hoạt
động. Điều này giống như hệ thống tự ngắt của bình nóng lạnh khi nước đã đủ độ
nóng, giúp tiết kiệm điện năng cho gia đình.
- Sự phân bố enzyme trong tế bào:
+ Enzyme thường được định vị tại các
vị trí chuyên biệt (ví dụ: các ngăn trong lysosome, ty thể, lục lạp) để tạo điều
kiện thuận lợi cho phản ứng.
+ Sự phân bố này giúp các phản ứng diễn
ra theo một trình tự logic, sản phẩm của phản ứng trước là cơ chất của phản ứng
sau, giúp tăng hiệu suất và giảm ảnh hưởng từ các yếu tố môi trường bên ngoài.
Ví dụ thực tế: Enzyme tiêu hoá trong lysosome
luôn ở trạng thái bất hoạt. Khi tế bào cần phân huỷ các bào quan cũ, các bơm
trên màng lysosome sẽ bơm ion H⁺ vào trong để làm giảm pH (tăng tính acid), lúc
này enzyme mới được kích hoạt. Điều này giống như cơ chế "chìa khoá - ổ
khoá" để đảm bảo các enzyme chỉ hoạt động đúng lúc, đúng chỗ, tránh làm hại
chính tế bào.