Bài tập về đồng hóa trong tế bào môn Sinh học tế bào | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

BÀI TẬP VỀ ĐỒNG HÓA TRONG TẾ BÀO
1.Bạn tạo ra một màng tế bào nhân tạo có chứa quang hệ của một loài vi khuẩn và ATP synthase từ ty thể
của tế bào tim bò. Quang hệ có khả năng bơm H+ vào bên trong màng khi có ánh sáng. Bên ngoài màng
bạn bổ sung thêm ADP và Pi (phosphate vô cơ) như thể hiện ở hình bên (Hình 2).
- Điều gì sẽ xảy ra khi có ánh sáng chiếu
vào? Nếu lật ngược chiều của ATP synthase lại thì
iều ó có thể xảy ra không?
- Điều gì sẽ xảy ra nếu dùng chất tẩy rửa có
khả năng làm màng tế bào thấm với các ion H+ ?
- Có thể rút ra ược iều gì khi sử dụng quang
hệ và ATP synthase có nguồn gốc từ hai loài khác nhau? 2.
a. Màu nào của ánh sáng có hiệu quả ít nhất trong việc thúc ẩy quang hợp? Giải thích?
b. So với dung dịch chlorophyll tách riêng, tại sao lục lạp nguyên vẹn giải phóng nhiệt và huỳnh
quang ít hơn khi ược chiếu sáng?
c. Trong các phản ứng sáng, chất nào là chất cho electron ban ầu? Các electron kết cuộc ở âu?
3. Trong một thí nghiệm rất cẩn thận ược thực hiện vào năm 1960, lần ầu tiên lục lạp ược ặt trong dung
dịch có pH = 4 ể trong không gian strôma và tilacôit bị axit hóa (mô phỏng hình 3 dưới ây). Sau ó chuyển
sang trạng thái cơ bản (dung dịch pH = 8), iều này nhanh chóng làm tăng pH chất nền bằng 8, có bổ sung
ADP và Pi, tạm thời tilacoid vẫn duy trì pH = 4. Hình 3 Hãy cho biết: a)
Trong thí nghiệm trên, ATP có ược tổng hợp không? Giải thích b)
Có cần ánh sáng ể thí nghiệm hoạt ộng không? c)
Điều gì sẽ xảy ra nếu như các bước thí nghiệm vẫn tiến hành như trên, tuy nhiên ở bước thứ nhất
ặt trong pH = 8 và bước thứ hai ặt trong pH = 4? d)
Nếu có thể bổ sung chất dinitrophenol (DNP) biết chất này có thể khuếch tán dễ dàng qua màng ti
thể và giải phóng 1 proton vào chất nền lục lạp trong thí nghiệm trên, thì quá trình tổng hợp ATP có xảy ra không? Giải thích.
4. Một trong những cơ chế iều hòa việc cố ịnh CO2 trong chu trình Canvin là hoạt ộng của các enzim phụ
thuộc pH. Các enzym này tăng hoạt tính ở pH cao. Hãy giải thích vai trò thúc ẩy cố ịnh CO2 của chúng dưới ánh sáng? 4.
a) Chất nào trực tiếp cho H+ và e- vào chu trình Canvin? Tại sao nước không cho H+ và e- trực tiếp
vào chu trình Canvin mà phải qua chất ó.
b) Khi nghiên cứu nguồn gốc của O2 thải ra trong quang hợp ở thực vật, các nhà khoa học ưa ra 2
giả thuyết: Giả thuyết thứ nhất cho rằng O2 có nguồn gốc từ CO2, giả thuyết thứ 2 cho rằng O2 có nguồn
gốc từ H2O. Đến những năm 1930, các nhà khoa học phát hiện ra cơ chế quang hợp
ở vi khuẩn lưu huỳnh, theo ó, vi khuẩn thực hiện tổng hợp chất hữu cơ theo phương trình tổng quát như sau:
2H2S + CO2 → [CH2O] + H2O + 2S. Kết quả nghiên cứu trên ã ủng hộ cho giả
thuyết nào trong hai giả thuyết trên? Giải thích.
5. Rubisco là một enzym quan trọng trong sự cố ịnh cacbon ở thực vật. Ngoài việc tham gia xúc tác cho
phản ứng cacboxyl hóa thì enzym này còn xúc tác cho phản ứng oxi hóa. Ở cây thủy sinh, tần xuất của phản
ứng oxi hóa phụ thuộc vào nồng ộ tương ối của chất tham gia phản ứng CO2 và O2 trong dung dịch nước
còn nồng ộ CO2 và O2 lại phụ thuộc vào nhiệt ộ. Các hình dưới ây cho thấy nồng ộ tuyệt ối (a) và tương ối
(b) của CO2 và O2 tan trong nước ở mức ộ cân bằng với nồng ộ các chất này trong khí quyển.
a) Hoạt tính oxigenase và carboxylase của enzyme Rubisco có ý nghĩa gì trong sự chuyển hóa vật chất
và năng lượng của thực vật?
b) Hãy giải thích mối quan hệ giữa nhiệt ộ nước và tần suất phản ứng oxi hóa của enzyme Rubisco.
c) Giải thích nguyên nhân vì sao ở thực vật C4, hoạt tính oxigenase của Rubisco rất ít hoặc không ược biểu hiện.
6. Cho biết rằng nồng ộ ATP trong tế bào cao hơn rất nhiều so với nồng ộ AMP. Đồng thời, trong tế bào
cũng tồn tại một loại enzyme có khả năng phân hủy ADP thành AMP. Quá trình chuyển hóa là: ATP -> ADP -> AMP
3.1. Dựa vào những dự kiện trên, hãy cho biết tại sao tỷ lệ ATP/AMP lại ược chọn là tín hiệu
thông báo mức năng lượng trong nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể thay vì ADP?
3.2. Trong tế bào gan, biết rằng nồng ộ ATP luôn ở mức cao. Hãy cho biết tại sao ở loại tế bào
này ATP/AMP lại không ược chọn là tín hiệu năng lượng nữa?
7. Các nhà khoa học tách riêng tilacôit của lục lạp và ưa vào môi trường tương tự như chất nền lục lạp. a.
Khi chiếu sáng, pH của môi trường chứa tilacoit thay ổi như thế nào? Giải thích. b.
Trong quá trình chiếu sáng, nếu thêm chất M vào môi trường thì pH của môi trường chứa tilacôit
thay ổi như thế nào? Giải thích. Biết rằng chất M ức chế quá trình truyền iện tử giữa hệ quang hóa I và II.
8.Quan sát ồ thị và cho biết : Hai chất 1 và 2 có tên là gì ? Giải thích ?
9. Các nhà khoa học tách riêng tilacôit của lục lạp và ưa vào môi trường tương tự như chất nền lục lạp.
Theo dõi pH của môi trường chứa tilacôit ở các iều kiện khác nhau và thu ược kết quả thể hiện ở hình 2.
Trong ó (i) là thời iểm bắt ầu chiếu sáng, (ii) là thời iểm một chất X ược thêm vào môi trường ang ược chiếu sáng
a. Trong khoảng thời gian từ 5 ến 10 phút tính từ khi bắt ầu thí nghiệm, pH của môi trường chứa tilacôit
thay ổi như thế nào so với trước khi chiếu sáng? Giải thích? b. X có thể là chất ức chế quá trình nào dưới ây? Giải thích.
(1) Quá trình phôtphorin hóa oxi hóa
(2) Quá trình tổng hợp enzim rubiscô
(3) Quá trình truyền iện tử giữa hệ quang hóa I và II
(4) Quá trình phân hủy NADPH
10. Chi tiết của chuỗi phản ứng tối quang hợp ược phát hiện bởi Melvin Calvin và cộng sự nhờ việc sử dụng thực nghiệm với bình
“lollipop” ược mô tả như hình dưới ây:
Trong thực nghiệm này, các tế bào tảo ược nuôi cấu trong một bình thủy tinh có chiếu sáng. Nguồn
carbon vô cơ ược bơm vào dưới dạng HCO -3 ược ánh dấu phóng xạ 14C. Cứ sau mỗi 5 giây, van tự ộng sẽ
mở ể một ít mẫu tảo ược rơi xuống ống nghiệm chứa methanol nóng. Thành phần chứa trong tảo rơi
xuống sau ó em phân tích những tính chất có ánh dấu phóng xạ. Thành phần sản phẩm thể hiện qua bảng dưới ây: Thời gian (giây)
Cơ chất ược ánh dấu phóng xạ 0 HCO3- 5 3 – Phosphoglycerate 10 G3P + triosephosphate 15
G3P + triosephosphate + glucose 20
G3P + triosephosphate + glucose + RiDP a)
Chỉ ra hai lý do tại sao cần cung cấp nguồn carbon có tính phóng xạ trong thực nghiệm kể trên? b)
Giải thích tại sao thông tin có trong bảng trên cung cấp bằng chứng cho thấy G3P ược chuyển hóa thành triosephosphate. c)
Vai trò của methanol nóng ược sử dụng trong thực nghiệm này là gì? Lý giải cơ chế của hiện tượng. d)
Trong thực nghiệm tiếp theo, các mẫu tảo ược thu nhận trong các khoảng thời gian 1 phút,
thu 5 lần trong 5 phút. Lượng G3P và RiDP ược o. Thời iểm ầu của thực nghiệm, nguồn cung cấp HCO -3
rất cao. Sau 2 phút, ột ngột làm giảm nguồn cung cấp HCO -3. Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong 2 phút
ầu, nồng ộ RiDP và G3P không ổi, trong ó G3P ở mức cao hơn. Khi làm giảm HCO -3 , nồng ộ G3P suy
giảm nhanh chóng về một mức cân bằng. Còn RiDP tăng lên nhanh chóng ến một hàm lượng tối a (3 phút
30 giây) rồi giảm nhẹ. Ở phút thứ 5, nồng ộ RiDP cao hơn G3P. Giải thích sự biến ổi nồng ộ RiDP và G3P
11. Methylene blue (MB) có màu xanh và bị mất màu khi ở dạng bị khử (MBH2). Khi cho lục lạp tách rời
(vẫn thực hiện ược các chức năng như trong cơ thể) vào môi trường có chứa MB và chiếu sáng thì màu xanh biến mất.
- Hãy giải thích kết quả trên.
- Trong quang hợp tự nhiên, hợp chất nào sẽ thay thế MB nói trên?
12. Tảo ơn bào Chlorella ược dùng ể nghiên cứu sự có mặt của 14C trong hai hợp chất hữu cơ X và Y
thuộc chu trình Canvin bằng cách bổ sung 14CO2 vào môi trường nuôi và o tín hiệu phóng xạ trong hai thí nghiệm sau: -
Thí nghiệm 1: Tảo ược nuôi trong iều kiện chiếu sáng và ược cung cấp một lượng CO2 (không ánh
dấu phóng xạ) nhất ịnh. Ngay khi CO2 bị tiêu thụ hết, nguồn sáng bị tắt và 14CO2 ược bổ sung vào môi
trường nuôi tảo (thời iểm thể hiện bằng ường nét ứt ở Hình 1). -
Thí nghiệm 2: Tảo ược nuôi trong iều kiện chiếu sáng liên tục và ược cung cấp một lượng 14CO2
nhất ịnh. Khi 14CO2 bị tiêu thụ hết (thời iểm thể hiện bằng nét ứt trên Hình 2), không bổ sung thêm bất kỳ nguồn CO2 nào. a.
Mỗi chất X và Y là chất gì? Giải thích. b.
Nồng ộ chất Y thay ổi như thế nào trước và sau khi tắt nguồn sáng trong thí nghiệm 1? c.
Tại sao tín hiệu phóng xạ của chất X luôn lớn hơn Y trong iều kiện có cả ánh sáng và 14CO2 ở thí nghiệm 2?