Giải Sinh 10 Bài 6: Các phân tử sinh học trong tế bào | Chân trời sáng tạo

Giải Sinh 10 Bài 6: Các phân tử sinh học trong tế bào CTST
Mở đầu trang 24 SGK Sinh 10 CTST
Tại sao dựa vào kết quả xét nghiệm DNA, người ta có thể xác định được hai người
thất lạc nhiều năm có quan hệ huyết thống với nhau, cũng như có thể tìm ra hung
thủ chỉ từ một mẫu mô rất nhỏ có ở hiện trường? Lời giải
- Các gen trên DNA trong nhân tế bào (DNA nằm trên NST) quy định các tính trạng
khác nhau của cơ thể. Nó được duy trì trong mỗi thế hệ và được di truyền từ thế hệ
này sang thế hệ khác. Con cái bao giờ cũng thừa hưởng các đặc tính di truyền thông
qua 23 NST từ tinh trùng của bố và 23 NST từ tế bào trứng của mẹ. Đồng thời, giữa
anh chị em ruột trong gia đình cũng có bộ NST tương đồng nhau nhưng tỉ lệ phần
trăm giống nhau cao hay thấp còn phụ thuộc vào quá trình tái tổ di truyền. Đó là cơ
sở để xác định quan hệ huyết thống ở người.
- Tương tự trong điều tra tội phạm: Lấy một mẫu DNA của đối tượng tình nghi, sau
đó so sánh với kết quả phân tích mẫu DNA đã thu thập được tại hiện trường. Sử
dụng kết quả so sánh được để xác định thủ phạm.
I. Khái quát về các phân tử sinh học trong tế bào
Câu 1 trang 24 SGK Sinh 10 CTST: Phân tử sinh học là gì? Kể tên một số phân tử sinh học trong tế bào. Lời giải
- Phân tử sinh học là các phân tử hữu cơ do sinh vật sống tạo thành, là thành phần
cấu tạo và thực hiện nhiều chức năng trong tế bào.
- Một số phân tử sinh học trong tế bào: Carbohydrate, lipid, protein, nucleic acid.
II. Các phân tử sinh học trong tế bào
Câu 2 trang 24 SGK Sinh 10 CTST: Dựa vào tiêu chí nào để phân loại carbohydrate? Lời giải
Dựa vào số lượng đơn phân trong phân tử để phân loại carbohydrate:
- Đường đơn: Chỉ gồm 1 đơn phân (1 phân tử đường đơn).
- Đường đôi: Gồm 2 đơn phân (2 phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic).
- Đường đa: Gồm nhiều đơn phân (nhiều phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic).
Câu 3 trang 25 SGK Sinh 10 CTST: Cấu tạo các loại đường đơn trong Hình 6.1
có đặc điểm gì giống nhau? Lời giải
Đặc điểm giống nhau của glucose, fructose, galactose là:
- Đều có công thức hóa học là C6H12O6.
- Đều có 1 nhóm (C=O) và nhiều nhóm -OH.
Câu 4 trang 25 SGK Sinh 10 CTST: Hãy kể tên một số loại thực phẩm có chứa các loại đường đôi. Lời giải
Kể tên một số loại thực phẩm có chứa các loại đường đôi:
- Saccharose có nhiều trong thực vật, đặc biệt là mía và củ cải đường.
- Maltose (còn gọi là đường mạch nha) có trong mầm lúa mạch, kẹo mạch nha.
- Lactose (đường sữa) có trong sữa người và động vật.
Câu 5 trang 25 SGK Sinh 10 CTST: Quan sát Hình 6.3a và cho biết các phân tử
cellulose liên kết với nhau như thế nào để hình thành vi sợi cellulose. Lời giải
Cấu tạo của các vi sợi cellulose:
- Các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết β 1 – 4 glycosidic tạo thành
một phân tử cellulose hình sợi dài.
- Các phân tử cellulose hình sợi dài liên kết với nhau bằng các liên kết hydrogen xếp
song song nhau hình thành bó sợi sơ cấp được gọi là micel.
- Nhiều bó sợi sơ cấp (micel) sắp xếp thành từng nhóm sợi nhỏ dạng que thẳng gọi là vi sợi.
Câu 6 trang 26 SGK Sinh 10 CTST: Nêu vai trò của carbohydrate. Cho ví dụ. Lời giải
- Vai trò của carbohydrate:
+ Là nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống, đồng thời cũng là nguồn
năng lượng dự trữ của cơ thể.
+ Tham gia cấu tạo nên một số thành phần của tế bào và cơ thể sinh vật.
+ Tham gia cấu tạo nên các phân tử sinh học khác - Ví dụ:
+ Glucose là nguồn nguyên liệu chủ yếu của cho quá trình hô hấp tế bào, tạo ra
năng lượng cho các hoạt động sống của cơ thể.
+ Tinh bột là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể thực vật, glycogen là nguồn năng
lượng dự trữ ngắn hạn ở cơ thể động vật và nấm.
+ Cellulose cấu tạo nên thành tế bào thực vật, chitin cấu tạo nên thành tế bào nấm
và bộ xương ngoài của côn trùng, peptidoglycan cấu tạo nên thành tế bào vi khuẩn.
+ Một số carbohydrate còn liên kết với protein hoặc lipid tham gia cấu tạo màng
sinh chất và kênh vận chuyển các chất trên màng.
+ Các đường đơn 5 carbon (ribose, deoxyribose) tham gia cấu tạo nucleic acid.
Luyện tập trang 26 SGK Sinh 10 CTST: Tại sao các vận động viên chơi thể thao
thường ăn chuối chín vào giờ giải lao? Lời giải
Các vận động viên chơi thể thao thường ăn chuối chín vào giờ giải lao vì:
- Chuối giúp bổ sung năng lượng một cách nhanh chóng: Chuối đặc biệt phù hợp
với những người có quãng thời gian nghỉ ngắn trước hoặc sau buổi tập. Nguồn tinh
bột từ chuối giúp đẩy nhanh tốc độ hình thành glycogen trong cơ bắp, giúp cơ bắp
nhanh chóng được hồi phục sau khi cạn kiệt năng lượng, đảm bảo việc có thể tiếp
tục bắt đầu buổi tập hoặc buổi thi đấu với lượng glycogen dự trữ gần như đã được nạp đầy.
- Ngoài ra, chuối cung cấp một nguồn K dồi dào giúp giảm bớt nguy cơ bị chuột rút và ổn định tinh thần.
Câu 7 trang 26 SGK Sinh 10 CTST: Tại sao lipid không hòa tan hoặc rất ít tan trong nước? Lời giải
Trong cấu trúc của lipid chứa nhiều các liên kết C – H không phân cực dẫn đến lipid
không tan trong nước. Tuy nhiên, lipid tan trong các dung môi hữu cơ.
Câu 8 trang 26 SGK Sinh 10 CTST: Lipid đơn giản được cấu tạo từ những thành phần nào? Lời giải
Lipid đơn giản được cấu tạo từ 2 thành phần là: Glycerol và acid béo.
Câu 9 trang 26 SGK Sinh 10 CTST: Cấu tạo của acid béo no và không no có gì khác nhau? Lời giải
Sự khác nhau trong cấu tạo của acid béo no và không no: Các acid béo không no có
một hoặc nhiều liên kết đôi được hình thành do loại bỏ các nguyên tử hydrogen từ
khung cacbon. Ngược lại, trong cấu tạo của các acid béo no không có liên kết đôi.
Luyện tập trang 27 SGK Sinh 10 CTST: Ở bề mặt lá của một số cây như khoai
nước, chuối, su hào có phủ một lớp chất hữu cơ. Lớp chất hữu cơ này có bản chất là
gì? Hãy cho biết vai trò của chúng. Lời giải
- Lớp chất hữu cơ này là sáp có bản chất là lipid đơn giản. - Vai trò của lớp sáp:
+ Hạn chế sự thoát hơi nước cho cây.
+ Chống đọng nước ở bề mặt lá, đảm bảo bề mặt lá được khô ráo.
+ Giúp lá có khả năng chống lại sự tấn công của một số côn trùng gây hại.
Câu 10 trang 27 SGK Sinh 10 CTST: Quan sát Hình 6.5 và đọc đoạn thông tin,
hãy cho biết cấu tạo của steroid có gì khác so với các loại lipid còn lại. Lời giải
Sự khác biệt trong cấu tạo giữa steroid và các loại lipid khác:
- Steroid được cấu tạo từ alcol mạch vòng liên kết với acid béo.
- Các loại lipid còn lại được cấu tạo từ glycerol liên kết với acid béo hoặc glycerol
liên kết với acid béo và nhóm phosphate.
Câu 11 trang 27 SGK Sinh 10 CTST: Kể tên một số thực phẩm giàu lipid. Lời giải
Một số thực phẩm giàu lipid là: Thịt và da của gia súc/gia cầm, tảng thịt động vật có
mỡ, sữa nguyên kem, bơ, phô mai, kem, dầu dừa, dầu cọ, bơ, ca cao,…
Câu 12 trang 27 SGK Sinh 10 CTST: Lipid có những vai trò gì đối với sinh vật? Cho ví dụ. Lời giải
- Vai trò của lipid đối với sinh vật:
+ Lipid có vai trò chính là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể.
+ Ngoài ra, lipid còn tham gia cấu tạo tế bào và tham gia vào nhiều quá trình sinh lí của cơ thể. - Ví dụ:
+ Mỡ và dầu có vai trò dự trữ năng lượng.
+ Phospholipid, cholesterol cấu tạo nên màng sinh chất.
+ Estrogen, testosterone điều hòa sinh sản ở động vật.
+ Carotenoid tham gia vào quá trình quang hợp ở thực vật.
+ Lớp mỡ dưới da có vai trò cách nhiệt, đảm bảo việc duy trì nhiệt độ ổn định của
cơ thể động vật khi nhiệt độ lạnh.
Câu 13 trang 28 SGK Sinh 10 CTST: Tại sao các loại protein khác nhau có chức năng khác nhau? Lời giải
- Cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của protein quyết định chức năng của
protein trong cơ thể của chúng ta.
- Mà cấu trúc hóa học (đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của
hơn 20 loại amino acid) và cấu trúc không gian (gồm 4 bậc cấu trúc không gian) của
mỗi loại protein là khác nhau.
→ Các loại protein khác nhau có chức năng khác nhau.
Câu 14 trang 28 SGK Sinh 10 CTST: Kể tên các loại thực phẩm giàu protein Lời giải
Một số loại thực phẩm giàu protein như: Thịt, cá, trứng, sữa, phô mai, ức gà,…
Câu 15 trang 28 SGK Sinh 10 CTST: Quan sát Hình 6.8, hãy cho biết:
a) Cấu trúc bậc 1 của protein được hình thành như thế nào?
b) Cấu trúc bậc 2 của protein có mấy dạng phổ biến? Các dạng đó có đặc điểm gì?
c) Sự hình thành cấu trúc bậc 3 và bậc 4 của protein. Lời giải
a) Cấu trúc bậc 1 được hình thành do các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết
peptide tạo thành chuỗi polypeptide có dạng mạch thẳng. b)
- Cấu trúc bậc 2 của protein có 2 dạng phổ biến: Xoắn lò xo α hoặc gấp nếp tạo phiến β.
- Đặc điểm của 2 dạng này:
+ Chuỗi polypeptide ở cấu trúc bậc 2 không tồn tại ở dạng mạch thẳng mà xoắn lại hoặc gấp nếp.
+ Cấu trúc này được giữ ổn định nhờ liên kết hydrogen giữa các amino acid đứng gần nhau.
c) Sự hình thành cấu trúc bậc 3 và bậc 4 của protein:
- Cấu trúc bậc 3: Chuỗi polypeptide bậc 2 tiếp tục co xoắn tạo thành cấu trúc không
gian ba chiều đặc trưng. Cấu trúc bậc 3 của protein được giữ ổn định nhờ liên kết
hydrogen, cầu nối disulfite (S-S),…
- Cấu trúc bậc 4: Sự liên kết từ 2 hay nhiều chuỗi polypeptide bậc 3 tạo thành cấu trúc bậc 4.
Câu 16 trang 29 SGK Sinh 10 CTST: Xác định các ví dụ sau đây thuộc vai trò nào của protein. a) Casein trong sữa mẹ.
b) Actin và myosin cấu tạo nên các cơ.
c) Kháng thể chống lại vi sinh vật gây bệnh.
d) Hormone insulin và glucagon điều hòa lượng đường trong máu. Lời giải
a) “Casein trong sữa mẹ” thể hiện vai trò là nguồn dự trữ các amino acid.
b) “Actin và myosin cấu tạo nên các cơ” thể hiện vai trò cấu tạo nên tế bào và cơ thể.
c) “Kháng thể chống lại vi sinh vật gây bệnh” thể hiện vai trò bảo vệ cơ thể.
d) “Hormone insulin và glucagon điều hòa lượng đường trong máu” thể hiện vai trò
điều hòa các hoạt động sinh lí trong cơ thể.
Luyện tập trang 29 SGK Sinh 10 CTST: Tại sao thịt bò, thịt lợn, thịt gà đều được
cấu tạo từ protein nhưng chúng lại khác nhau về nhiều đặc tính? Lời giải
Do sự khác nhau về số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của 20 loại acid amin
đồng thời có sự khác nhau về các bậc cấu trúc không gian nên mặc dù cùng là
protein nhưng thịt bò, thịt lợn, thịt gà lại khác nhau về nhiều đặc tính.
Câu 17 trang 30 SGK Sinh 10 CTST: Quan sát Hình 6.11, hãy cho biết thành
phần và sự hình thành của một nucleotide. Có bao nhiêu loại nucleotide? Nucleotide
cấu tạo nên DNA và RNA khác nhau như thế nào? Lời giải
• Thành phần của một nucleotide gồm có 3 thành phần: nitrogenous base (gồm các
loại là A, U, G, X, T), đường pentose (gồm 2 loại deoxyribose đối với DNA và
ribose đối với RNA) và nhóm phosphate (PO43-).
• Sự hình thành một nucleotide: Đường pentose liên kết với một trong bốn loại base
ở vị trí carbon số 1. Sau đó, nhóm phosphate gắn với đường pentose ở vị trí carbon
số 5. Kết quả tạo ra một nucleotide hoàn chỉnh.
• Có 5 loại nucleotide: Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C), Uracil (U).
• Nucleotide cấu tạo nên DNA và RNA khác nhau ở điểm:
- Nucleotide cấu tạo nên DNA: Có đường deoxyribose; 4 loại base gồm A, T, G, X.
- Nucleotide cấu tạo nên RNA: Có đường ribose; 4 loại base gồm A, U, G, X.
Câu 18 trang 31 SGK Sinh 10 CTST: Quan sát Hình 6.12, hãy cho biết mạch
polynucleotide được hình thành như thế nào. Xác định chiều hai mạch của phân tử DNA. Lời giải
• Mạch polynucleotide được hình thành do các nucleotide liên kết với nhau bằng
liên kết phosphodiester được hình thành giữa đường pentose của nucleotide này với
gốc phosphate của nucleotide kế tiếp.
• Chiều 2 mạch của phân tử DNA: Nếu mạch polynucleotide bắt đầu bằng một đầu
mang nhóm phosphate gắn với carbon ở vị trí 5’, kết thúc bởi đầu còn lại mang
nhóm OH gắn ở vị trí carbon 3’ thì mạch đó có chiều 5’ – 3’, ngược lại thì mạch sẽ
có chiều 3’ – 5’. Trong phân tử DNA, hai mạch polynucleotide có cấu trúc xoắn kép,
gồm 2 mạch song song và ngược chiều nhau (3’ – 5’, 5’ – 3’).
Câu 19 trang 31 SGK Sinh 10 CTST: Tính bền vững và linh hoạt trong cấu trúc
của DNA có được là nhờ đặc điểm nào? Lời giải
- Tính bền vững trong cấu trúc của DNA có được là nhờ:
+ Các nucleotide trên một mạch liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester được
hình thành giữa đường pentose của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide
kế tiếp. Đây là liên kết bền vững.
+ Các nucleotide giữa hai mạch liên kết với nhau bằng số lượng lớn các liên kết
hydrogen tạo ra tính bền vững tương đối cho DNA.
+ Ngoài ra, DNA có thể cuộn xoắn và liên kết với nhiều loại protein để tăng cường tính bền vững.
- Tính linh hoạt trong cấu trúc của DNA có được là nhờ: Các nucleotide ở 2 mạch
liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen. Liên kết hydrogen là liên kết yếu dễ dàng
được phá vỡ và thành lập lại. Nhờ tính chất này mà hai mạch của phân tử DNA trở
nên linh hoạt hơn, giúp 2 mạch của DNA dễ dàng tách nhau ra khi nhân đôi và
phiên mã, và liên kết lại sau khi kết thúc hai quá trình trên.
Câu 20 trang 31 SGK Sinh 10 CTST: Nhờ quá trình nào mà thông tin trên DNA
được di truyền ổn định qua các thế hệ? Lời giải
Thông tin trên DNA được di truyền ổn định qua các thế hệ nhờ vào quá trình tái bản DNA trong phân bào.
Câu 21 trang 32 SGK Sinh 10 CTST: Quan sát Hình 6.13, hãy lập bảng phân biệt
3 loại RNA dựa vào các tiêu chí sau: dạng mạch, số liên kết hydrogen, cấu trúc phân
thùy, cấu trúc xoắn cục bộ. Lời giải Tiêu chí tRNA mRNA rRNA Dạng mạch Đơn Đơn Đơn Số liên kết Nhiều. Không Nhiều hơn tARN hydrogen Cấu trúc Có, chia làm 3 thùy. Không Không phân thùy Cấu trúc Có Không Có xoắn cục bộ
Luyện tập trang 32 SGK Sinh 10 CTST: Tại sao thế hệ con thường có nhiều đặc điểm giống bố mẹ? Lời giải
Nhờ sự kết hợp của 3 quá trình nhân đôi DNA, giảm phân và thụ tinh, thế hệ con
nhận được sự kế thừa vật chất di truyền (DNA) từ bố và mẹ. Mà DNA là phân tử có
chức năng lưu trữ thông tin di truyền, từ thông tin di truyền trên DNA qua quá trình
phiên mã và dịch mã để biểu hiện nên thành tính trạng của cơ thể. Bởi vậy, thế hệ
con thường có nhiều đặc điểm giống bố mẹ.
Vận dụng trang 32 SGK Sinh 10 CTST: Trong khẩu phần ăn cho người béo phì,
chúng ta có nên cắt giảm hoàn toàn lượng lipid không? Tại sao? Lời giải
- Chúng ta không nên cắt giảm hoàn toàn lượng lipid trong khẩu phần ăn của người béo phì.
- Giải thích: Chất béo (lipid) là một đại phân tử có vai trò vô cùng quan trọng đối
với cơ thể. Ngoài vai trò cung cấp và dự trữ năng lượng cho cơ thể, lipid còn có
nhiều chức năng quan trọng khác như cấu trúc nên tế bào và cơ thể, ổn định thân
nhiệt, hỗ trợ hấp thụ vitamin tan trong dầu,… Do đó, nếu cắt giảm hoàn toàn lipid
sẽ dẫn đến tình trạng thiếu hụt lipid, khiến cơ thể không thể hoạt động bình thường.
Cụ thể, cơ thể sẽ gặp các triệu chứng: dễ cảm thấy lạnh, da khô, thiếu hụt vitamin,
đường huyết không ổn định, thần kinh ảnh hưởng, bệnh tim mạch,… Bởi vậy, trong
khẩu phần ăn của người béo phì vẫn nên sử dụng lipid nhưng với lượng nhất định.
Bài tập trang 32 SGK Sinh 10 CTST
Câu 1: Đặc điểm nào giúp cellulose trở thành hợp chất bền vững có chức năng bảo vệ tế bào? Lời giải
Đặc điểm giúp cellulose trở thành hợp chất bền vững có chức năng bảo vệ tế bào:
- Phân tử cellulose được tạo ra bằng các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên
kết β 1 – 4 glycosidic bền vững, khó bị phân giải bởi các enzyme thủy phân.
- Sự hiện diện của các nhóm hydroxyl –OH phóng ra từ mỗi phân tử cellulose theo
mọi hướng, từ đó làm tăng mối liên kết giữa các phân tử cellulose liền kề. Chính
nhờ mối liên kết mà độ bền kéo của cấu trúc cellulose tăng lên, ngăn không cho tế
bào bị vỡ khi nước xâm nhập qua thẩm thấu.
- Cellulose không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu cơ thông thường.
Câu 2: Phân biệt cấu tạo, chức năng của DNA và RNA. Lời giải
Phân biệt cấu tạo, chức năng của DNA và RNA: Cấu tạo Tiêu Chức năng chí Phân tử Nitrogenous Cấu trúc đường base không gian Đường A, T, G, C. Phần lớn có 2 Lưu trữ, bảo quản, deoxyribose mạch song song truyền đạt thông tin DNA (C5H10O4) và ngược chiều. di truyền. Đường ribose A, U, G, C. Phần lớn chỉ có Mang nhiều chức (C5H10O5) một mạch. năng khác nhau tùy thuộc vào từng loài RNA. Trong đó, có 3 loại RNA chính có vai trò khác nhau trong quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ DNA sang RNA protein. - mRNA: làm khuôn thực hiện dịch mã. - tARN: vận chuyển các amino acid. - rARN: cấu tạo nên ribosome.
Câu 3: Hãy tìm hiểu và giải thích tại sao một số vi sinh vật sống được trong suối
nước nóng có nhiệt độ xấp xỉ 100oC mà protein của chúng không bị biến tính? Lời giải
Mỗi loại protein có một giới hạn chịu nhiệt khác nhau. Bởi vậy, một số vi sinh vật
sống được trong suối nước nóng có nhiệt độ xấp xỉ 100oC mà protein của chúng
không bị biến tính vì các protein của những vi sinh vật này có giới hạn chịu nhiệt
cao. Khi ở nhiệt độ cao, chất ức chế protein bị phân hủy từ đó protein không còn bị
ức chế nữa và chúng sẽ hoạt động.
Câu 4: Tại sao các loài động vật sống ở vùng cực thường có lớp mỡ dưới da dày
hơn so với các loài sống ở vùng nhiệt đới? Lời giải
Các loài động vật sống ở vùng cực thường có lớp mỡ dưới da dày hơn so với các
loài sống ở vùng nhiệt đới vì lớp mỡ dưới da có vai trò quan trọng, quyết định sự
sống còn của những động vật sống ở vùng cực lạnh giá:
- Lớp mỡ dày dưới da của các loài động vật sống ở vùng cực được xem như lớp
cách nhiệt giúp tránh thất thoát nhiệt ra môi trường (giữ ấm cho cơ thể).
- Ngoài ra, lớp mỡ dưới da còn là nguồn dự trữ năng lượng giúp những động vật ở
vùng cực sống qua mùa đông lạnh giá, nguồn thức ăn trở nên khan hiếm.
Câu 5: Người ta tiến hành tổng hợp các đoạn DNA nhân tạo trong ống nghiệm, quá
trình này được xúc tác bởi enzyme A (có bản chất là protein). Ở nhiệt độ 30oC, sau
hai giờ, người ta nhận thấy số lượng DNA tăng lên. Sau đó, tăng nhiệt độ lên 50oC
thì trong hai giờ tiếp theo, số lượng DNA không tăng lên nữa. Biết cấu trúc của
DNA không bị thay đổi khi nhiệt độ tăng. Hãy giải thích tại sao. Lời giải
Qua thí nghiệm trên cho thấy enzyme A (có bản chất là protein) chỉ hoạt động tốt
khi ở nhiệt độ 30oC giúp đẩy nhanh tốc độ nhân đôi DNA. Khi tăng nhiệt độ lên
50oC lúc này enzyme A (có bản chất là protein) bị biến tính và không hoạt động
được, kéo theo quá trình nhân đôi DNA không được diễn ra nữa.