Bài 16: Phân giải các chất và giải phóng năng lượng

>> Xem chi tiết: Lý thuyết phân giải các chất và giải phóng năng lượng - Sinh 10 Chân trời sáng tạo

Mở đầu

Khi hoạt động nặng, nhu cầu oxygen của tế bào rất cao để cung cấp đủ năng lượng cho cơ thể. Tuy nhiên, trong trường hợp thiếu oxygen thì tế bào sẽ tạo ra năng lượng bằng cách nào?

Hướng dẫn giải:

Năng lượng được tế bào tạo ra bằng quá trình chuyển hóa các chất phức tạp thành các chất đơn giản. Quá trình phân giải có thể cần O₂ (phân giải hiếu khí) hoặc không cần O₂ (phân giải kị khí).

Lời giải chi tiết:

Khi cần năng lượng cho các hoạt động, trong trường hợp thiếu oxygen thì tế bào sẽ tạo năng lượng thông qua quá trình phân giải kị khí.

Câu hỏi

Câu 1: Cho một số ví dụ về quá trình phân giải các chất trong tế bào (nêu rõ nguyên liệu tham gia và sản phẩm được hình thành).

Câu 2: Tại sao nói quá trình phân giải các chất song song với giải phóng năng lượng?

Hướng dẫn giải:

Phân giải các chất trong tế bào là quá trình biến đổi các chất phức tạp thành những chất đơn giản, đồng thời giải phóng năng lượng được tích lũy trong các chất đó.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Một số ví dụ về quá trình phân giải các chất trong tế bào:

- Quá trình phân giải chất béo thành glycerol và acid béo.

- Quá trình phân giải protein thành các acid amin.

- Quá trình phân giải nucleic acid thành các nucleotide.

- ...

Câu 2: Quá trình phân giải các chất song song với giải phóng năng lượng vì trong quá trình phân giải các chất phức tạp thành các chất đơn giản sẽ đồng thời giải phóng năng lượng tích lũy từ các chất phức tạp đó.

Câu hỏi 

Câu 3: Hãy cho ví dụ chứng minh tốc độ của phân giải hiếu khí phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể.

Câu 4: Quan sát Hình 16.2, hãy cho biết quá trình phân giải hiếu khí gồm những giai đoạn nào? Mối quan hệ giữa các giai đoạn đó là gì?

Hướng dẫn giải:

- Tuỳ vào nhu cầu của cơ thể mà tốc độ của quá trình phân giải hiếu khí có thể diễn ra nhanh hay chậm.

- Quan sát hình 16.2 và nêu các giai đoạn của quá trình phân giải hiếu khí.

Lời giải chi tiết:

Câu 3: Ví dụ chứng minh tốc độ của phân giải hiếu khí phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng của cơ thể:

- Khi tập thể dục hoặc lao động nặng thì chúng ta lại thở mạnh để phổi hấp thụ được nhiều khí O₂ tạo ra năng lượng cho các hoạt động đó.

- Tốc độ của phân giải hiếu khí của một vận động viên đang thi đấu nhanh hơn một nhân viên văn phòng do vận động viên có nhu cầu năng lượng nhiều hơn.

Câu 4: Quá trình phân giải hiếu khí được chia thành ba giai đoạn: đường phân, oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs, chuỗi chuyền electron hô hấp.

Mối quan hệ giữa các giai đoạn: Sản phẩm của quá trình trước làm nguyên liệu cho quá trình sau.

Câu hỏi 

Câu 5: Tại sao quá trình đường phân tạo được 4 phân tử ATP nhưng hiệu quả thực sự chỉ có 2 phân tử ATP?

Hướng dẫn giải:

Nguyên liệu của quá trình đường phân: 1 phân tử glucose, 2 phân tử ATP và 2 phân tử NAD⁺.

Sản phẩm quá trình đường phân thu được gồm 2 phân tử pyruvic acid, 2 phân tử ATP và 2 phân tử NADH.

Lời giải chi tiết:

Quá trình đường phân tạo được 4 phân tử ATP nhưng do 2 phân tử ATP đã được sử dụng để hoạt hoá glucose nên chỉ thu được 2 ATP.

Câu hỏi

Câu 6: Sau khi kết thúc giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs, đã có những sản phẩm nào được tạo thành?

Hướng dẫn giải:

- Sản phẩm của giai đoạn oxi hóa pyruvic acid: 2 phân tử CO₂, 2 NADH.

- Sản phẩm của chu trình Krebs: 4 phân tử CO₂, 2 ATP, 2 FADH₂, 6 NADH

Lời giải chi tiết:

Sau khi kết thúc giai đoạn oxi hoá pyruvic acid và chu trình Krebs, sản phẩm tạo ra gồm: 6 CO₂, 2 ATP, 8NADH, 2FADH₂

Câu hỏi 

Câu 7: Trong quá trình phân giải hiếu khí, oxygen có vai trò gì?

Hướng dẫn giải:

Trong quá trình chuỗi chuyền electron hô hấp, electron được giải phóng từ NADH và FADH, được chuyển đến chất nhận electron cuối cùng là phân tử oxygen để tạo thành nước.

Lời giải chi tiết:

Vai trò của oxygen trong chuỗi truyền electron là vận chuyển electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron:

Các electron được vận chuyển từ nơi có thế năng oxi hóa khử - thấp đến nơi có thế năng oxi hóa - khử cao. Oxygen là chất nhận electron cuối cùng do oxygen có khả năng oxi hóa cao, do đó, nếu không có oxi, chuỗi truyền electron sẽ không diễn ra, và sẽ chuyển sang con đường hô hấp kị khí (lên men) có hiệu quả chuyển hóa năng lượng thấp hơn (lượng ATP tạo thành sẽ thấp) và tạo ra các sản phẩm (axit lactic, rượu etylic) làm đầu độc tế bào.

Câu hỏi

Câu 8: Trong trường hợp nào tế bào sẽ chuyển sang hình thức phân giải kị khí?

Câu 9: Tại sao quá trình phân giải kị khí không có sự tham gia của ti thể?

Câu 10: Tại sao quá trình phân giải kị khí tạo rất ít ATP nhưng vẫn được các sinh vật sử dụng?

Hướng dẫn giải:

- Khi trong tế bào không có O₂ nghĩa là không có chất nhận điện tử cuối cùng của chuỗi truyền electron, chuỗi truyền electron không diễn ra và chu trình Krebs cũng dừng lại.

- Phân giải hiếu khí được chia thành ba giai đoạn chính: đường phân (diễn ra ở tế bào chất), oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs (diễn ra ở chất nền ti thể) và chuỗi chuyển electron hô hấp (diễn ra ở màng trong ti thế).

Lời giải chi tiết:

Câu 8: Khi tế bào  không có oxygen, tế bào sẽ chuyển sang con đường hô hấp kị khí.

Câu 9: Trong quá trình phân giải kị khí, do không có oxygen nên pyruvic acid được giữ lại ở bào tương và chuyển hóa trực tiếp thành các sản phẩm khác mà không được chuyển vào ti thể, do đó quá trình phân giải kị khí không có sự tham gia của ti thể.

Câu 10: Quá trình phân giải kị khí tạo rất ít ATP nhưng vẫn được các sinh vật sử dụng vi kiểu hô hấp này vẫn được duy trì ở tế bào cơ vì không tiêu tốn oxygen.

Khi cơ thể vận động mạnh như chạy, nhảy, nâng vật nặng ... các tế bào cơ trong mô cơ co cùng một lúc, hệ tuần hoàn chưa kịp cung cấp đủ oxygen cho hô hấp hiếu khí, khi đó giải pháp tối ưu là hô hấp kị khí đáp ứng kịp thời ATP mà không cần đến oxygen.

Luyện tập

Tìm hiểu và cho biết một số ứng dụng của quá trình phân giải kị khí trong đời sống.

Hướng dẫn giải:

- Phân giải kị khí là quá trình phân giải chất hữu cơ trong điều kiện không có oxygen, trong đó, chất cho và nhận electron đều là chất hữu cơ.

- Hai hình thức lên men phổ biến là lên men rượu và lên men lactic.

Lời giải chi tiết:

Một số ứng dụng của quá trình phân giải kị khí trong đời sống: làm bánh mì; muối rau, củ, quả; ủ rượu; làm sữa chua;...

Câu hỏi 

Cho ví dụ để chứng minh mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và quá trình phân giải các chất trong tế bào.

Hướng dẫn giải:

Quá trình tổng hợp tạo nên các chất cung cấp nguyên liệu cho quá trình phân giải, ngược lại, quá trình phân giải các chất cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp.

Lời giải chi tiết:

Thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tổng hợp các cacbohidrat, cacbohidrat này lại là nguyên liệu cho quá trình hô hấp hiếu khí ở thực vật. Năng lượng và sản phẩm do quá trình hô hấp hiếu khí sẽ được cung cấp cho quá trình quang hợp.

Vận dụng

Cyanide là một hợp chất có một nguyên tử carbon liên kết với một nguyên tử nitrogen bằng liên kết ba (C ≡ N). Đây là hợp chất được sử dụng làm thuốc độc từ xa xưa. Nếu hít phải một lượng khí có chứa 0,2 % cyanide có thể tử vong ngay lập tức. Hãy tìm hiểu và cho biết tại sao cyanide có thể gây tử vong.

Hướng dẫn giải:

- Khi cyanide đi vào cơ thể người sẽ tạo liên kết hóa học với các heme trong máu (như hemoglobin) và khiến cho các tế bào này không lấy được oxygen để thực hiện quá trình hô hấp, dẫn đến các tế bào bị hủy hoại.

- Cyanide khi đi vào cơ thể sẽ di chuyển rất nhanh đến các cơ quan

Lời giải chi tiết:

Cyanide khi đi vào cơ thể sẽ di chuyển rất nhanh đến các cơ quan và phá hủy các cơ quan bằng cách ngăn các tế bào lấy khí oxygen để thực hiện hô hấp tế bào, trong đó tim và não là hai cơ quan bị tổn thương nhiều nhất vì đây là hai cơ quan có nhiều oxygen nhất, do đó khi hít phải khí có chứa cyanide thì có thể tử vong ngay lập tức.

Bài tập

Bài 1: Tại sao khi cường độ hô hấp giảm sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất của tế bào?

Bài 2: Có ý kiến cho rằng: "Phân tử glucose được vận chuyển vào trong ti thể để tham gia vào quá trình hô hấp tế bào". Ý kiến trên là đúng hay sai? Hãy thiết kế một thí nghiệm đơn giản để chứng minh.

Bài 3: So sánh phân giải hiếu khí và phân giải kị khí.

Bài 4: Nếu cho vào tế bào một chất hoá học để phá huỷ màng trong ti thể, hãy cho biết:

a. Hậu quả gì sẽ xảy ra đối với tế bào?

b. Trong trường hợp này, số ATP được giải phóng sẽ là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

- Phân giải hiếu khí được chia thành ba giai đoạn chính: đường phân (diễn ra ở tế bào chất), oxi hóa pyruvic acid và chu trình Krebs (diễn ra ở chất nền ti thể) và chuỗi chuyển electron hô hấp (diễn ra ở màng trong ti thế).

Lời giải chi tiết:

Bài 1: Khi cường độ hô hấp giảm, sẽ không tạo ra được nhiều năng lượng cho hoạt động của tế bào và lượng sản phẩm tạo ra cũng sẽ giảm đi, nên khi cường độ hô hấp giảm sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất của tế bào.

Bài 2: Ý kiến này sai vì chất đi vào ti thể là acid pyruvic, là sản phẩm của đường phân khi chuyển hóa glucose ở tế bào chất.

Thí nghiệm đề xuất:

Em có thể thiết kế thí nghiệm gồm 2 mẫu ống nghiệm: một ống chứa glucose và dịch nghiền tế bào, một ống chứa glucose và ti thể, sau đó sử dụng ống dẫn khí (cắm vào nút bịt ống nghiệm), để ở miệng ống dẫn khí cốc chứa nước vôi trong và kiểm tra xem ống dẫn khí nào chứa CO2 (ống làm đục nước vôi trong) để kiểm chứng.

Bài 3:

Bài 4:

a. Nếu chất hóa học phá hủy màng trong ti thể, chuỗi truyền electron sẽ không diễn ra, dẫn đến hô hấp hiếu khí không được thực hiện, tế bào chuyển sang hô hấp kị khí.

b. Trong trường hợp này, số ATP được giải phóng là 2 ATP.