Giáo án Sinh học 10 - Chuyên đề III: Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào

Số tiết: 05 (14-18) Chuyên đề III: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO I. MỤC TIÊU Sau khi học xong bài này, HS cần: 1. Kiến thức: - Trình bày được sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào (năng lượng, thế năng, động năng, chuyển hóa năng lượng, hô hấp, quang hợp). - Nêu được quá trình chuyển hóa năng lượng. Mô tả được cấu trúc và chức năng của ATP. - Nêu được vai trò của enzim trong tế bào, các nhân tố ảnh hưởng tới hoạt tính của enzim. Điều hòa hoạt động trao đổi chất. - Phân biệt được từng giai đoạn chính của quá trình quang hợp và hô hấp. 2. Kĩ năng: - Kỹ năng tư duy, kỹ năng giải quyết vấn đề. - Kỹ năng khoa học: quan sát, phân loại, định nghĩa. - Kỹ năng học tập: tự học, tự nghiên cứu, hợp tác, giao tiếp. - Làm được một số thí nghiệm về enzim. 3. Thái độ: Thấy rõ tính thống nhất về vật chất và năng lượng của tế bào có niềm tin vào khoa học. 4. Định hướng phát triển năng lực: - Năng lực chung : tự học, giải quyết vấn đề, tư duy, tự quản lý, giao tiếp, hợp tác, sử dụng ngôn ngữ, sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông. - Năng lực chuyên biệt : Tư duy hệ thống, kĩ năng quan sát, thu nhận kiến thức từ sơ đồ, các hình vẽ trong SGK. II. MẠCH KIẾN THỨC LIÊN QUAN 1. Mô tả chuyên đề Chuyên đề gồm 5 bài thuộc chương 3: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO – Sinh học 10 THPT: - Khái quát về năng lượng và chuyển hóa vật chất - Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất - Thực hành: Một số thí nghiệm về enzim - Hô hấp tế bào - Quang hợp 2. Thời lượng: học trong 5 tiết 3. Nội dung chuyên đề ------------- A - KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG VÀ CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT I. NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO 1. Khái niệm năng lượng - Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công - Có hai loại năng lượng: động năng và thế năng. + Động năng là dạng năng lượng sẵn sàng sinh ra công. + Thế năng là loại năng lượng dự trữ, có tiềm năng sinh công. - Năng lượng trong tế bào tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: hoá năng, nhiệt năng, điện năng, trong đó năng lượng chủ yếu của tế bào là dạng hoá năng (NL tiềm ẩn trong các liên kết hoá học). 2. ATP - đồng tiền năng lượng của tế bào - ATP là hợp chất hoá học được cấu tạo từ 3 thành phần: bazơ nitơ ađênin, đường ribôzơ và 3 nhóm phốtphat. - ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phôtphat cuối cùng để trở thành ADP rồi ngay lập tức lại được gắn thêm nhóm phốtphat để trở thành ATP. - Trong quá trình chuyển hoá vật chất, ATP liên tục được tạo ra và gần như ngay lập tức được sử dụng cho các hoạt động khác nhau của tế bào mà không được tích trữ lại. Vì thế mà người ta gọi ATP là đồng tiền năng lượng của tế bào. - Trong TB, NL trong ATP được sử dụng để: + Tổng hợp nên các chất hoá học cần thiết cho tế bào + Vận chuyển các chất qua màng (vận chuyển chủ động) + Sinh công cơ học II. CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT - Chuyển hoá vật chất là tập hợp các phản ứng sinh hoá xảy ra bên trong tế bào nhằm duy trì các hoạt động sống của tế bào. Gồm đồng hoá và dị hoá. - Đồng hoá: tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản và tích luỹ năng lượng. - Dị hoá: gồm phân huỷ các hợp chất phức tạp thành chất đơn giản đồng thời giải phóng năng lượng. - Chuyển hoá vật chất luôn kèm theo chuyển hoá năng lượng. * Có 3 dạng chuyển hóa năng lượng cơ bản sau: Quang năng → hóa năng Hóa năng → hóa năng Hóa năng → nhiệt năng B – ENZIM – VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT – THÍ NGHIỆM VỀ ENZIM I. ENZIM - Là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong TB sống. - Enzym chỉ làm tăng tốc độ của phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng. 1. Cấu trúc - Enzim có thể được cấu tạo hoàn toàn từ protein hoặc pr kết hợp với các chất khác không phải là pr. - Enzim có vùng trung tâm hoạt động: + Là chỗ lõm xuống hay một khe nhỏ ở trên bề mặt của enzim để liên kết với cơ chất. + Cấu hình không gian của enzim tương ứng với cấu hình của cơ chất. + Là nơi enzim liên kết tạm thời với cơ chất. 2. Cơ chế tác động - Enzim + cơ chất (tại trung tâm hoạt động) enzim - cơ chất phản ứng xảy ra sản phẩm + enzim - Mỗi enzim chỉ xúc tác cho một hoặc một vài phản ứng. 3. Các yếu tố ảnh hưởng dến hoạt tính của enzim. - Hoạt tính của enzim được xác định bằng lượng sản phẩm được tạo thành từ một cơ chất trên một đơn vị thời gian. - Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim. + Nhiệt độ + Độ pH + Nồng độ cơ chất + Chất ức chế hoặc hoạt hoá enzim + Nồng độ enzim: Tế bào có thể điều hoà tốc độ chuyển hoá vật chất bằng việc tăng giảm nồng độ enzim trong tế bào. II. VAI TRÒ CỦA ENZIM TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT - Tế bào có thể điều hoà quá trình chuyển hoá các chất thông qua điều hoà hoạt tính của enzim. - Tế bào có thể điều khiển lượng enzim được tổng hợp ra nhiều hay ít, điều hoà mức hoạt tính của enzim thông qua điều khiển lượng các chất ức chế hoặc các chất hoạt hoá. C- THÍ NGHIỆM VỀ ENZIM 1. Chuẩn bị a. Mẫu vật: SGK b. Dụng cụ và hoá chất: SGK 2. Nội dung và cách tiến hành (SGK) * Tiến hành thí nghiệm với enzim catalaza. * Thí nghiệm sử dụng enzim trong quả dứa tươi để tách chiết ADN chỉ hướng dẫn cho HS làm ở nhà 3. Thu hoạch Tất cả các nhóm đều phải viết tường trình thí nghiệmvà trả lời một số câu hỏi sau: - Cho nước rửa chén bát vào dịch nghiền tế bào nhằm mục đích gì? Giải thích. - Dùng enzim trong quả dứa trong thí nghiệm này nhằm mục đích gì? Giải thích. D - HÔ HẤP TẾ BÀO I. KHÁI NIỆM HÔ HẤP TẾ BÀO 1. Khái niệm  - Hô hấp tế bào là một quá trình chuyển đổi năng lượng chất hữu cơ thành năng lượng ATP trong tế bào. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + NL (ATP+ nhiệt) - Xảy ra ở ti thể (tế bào nhân chuẩn) 2. Bản chất - Là một chuỗi các phản ứng ôxi hoá khử. - Phân tử glucôzơ phân giải từ từ, năng lượng giải phóng không ồ ạt. - Tốc độ quá trình hô hấp tuỳ thuộc nhu cầu năng lương của tế bào và được điều khiển thống nhất qua hệ enzim hô hấp. II. CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA QUÁ TRÌNH HÔ HẤP TẾ BÀO 1. Đường phân - Quá trình biến đổi glucôzơ xảy ra trong tế bào chất, kết quả thu được: + 2 phân tử axit pyruvic(C3) + 2 phân tử ATP + 2 phân tử NADH 2.Chu trình Crep Xảy ra ở chất nền của ti thể. - 2 axit Piruvic 2 axêtyl-CoA + 2CO2 + 2NADH - 2 axetyl-CoA + 2ADP + NAD + 2FAD 4CO2 + 2ATP + 6NADH + 2FADH2. KL: 1 phân tử glucôzơ các phân tử CO2, 4 phân tử ATP(chiếm một lượng nhỏ so với năng lượng Glucôzơ ban đầu) Phần lớn năng lượng toả ra tích luỹ trong các phân tử NADH, FADH2 3. Chuỗi truyền electron hô hấp - Xảy ra trên màng trong của ti thể . - Elêctron được truyền từ NADH và FADH2 tơi ôxi qua một chuỗi các phản ứng ôxi hoá khử kế tiếp nhau. Phản ứng cuối cùng ôxi bị khử tạo ra nước. Trong hô hấp tế bào, đa phần năng lượng của Glucôzơ đi theo con đường: Glucôzơ NADH, FADH2 chuỗi truyền electron hô hấp ATP D - QUANG HỢP I. KHÁI NIỆM QUANG HỢP 1. Khái niệm quang hợp Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ. Phương trình quang hợp: CO2 + H2O + Nla/s (CH2O) + O2 2. Các sắc tố quang hợp - Có 3 nhóm chính: + Clorôphin(chất diệp lục) có vai trò hấp thu quang năng. + Carôtenôit + Phicôbilin Sắc tố phụ bảo vệ diệp lụckhỏi bị phân huỷ khi cường độ ánh sáng quá cao. II. CÁC PHA CỦA QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Tính chất hai pha của quá trình quang hợp: - Pha sáng: Chỉ diễn ra khi có ánh sáng, năng lượng ánh sáng được biến đổi thành năng lượng trong các phân tử ATP. - Pha tối: diễn ra cả khi có ánh sáng và cả trong bóng tối. Nhờ ATP và NADPH mà CO2 lấy từ môi trường được biến đổi thành cacbohiđrat. 1. Pha sáng - Diễn ra tại màng tilacôit. + Biến đổi quang lí: DL hấp thụ NL của ánh áng trở thành dạng kích động điện tử. + Biến đổi quang hoá: DL ở trạng thái kích động truyền năng lượng cho các chất nhận để thực hiện quá trình quang phân li nước H2O2H+ + 1/2O2 + 2e- hình thành chất có tính khử mạnh: NADH, NADPHTổng hợp ATP Sơ đồ: NLAS + H2O + NADP+ + PiNADPH + ATP + O2. 2. Pha tối - Diễn ra trong chất nền của lục lạp. + CO2 bị khử thành cacbohiđratcố định CO2. + Con đường cố định CO2 phổ biến là chu trình C3(chu trình Canvin) + Chu trình C3 gồm nhiều phản ứng hoá học xúc tác bởi các enzim trong chất nền của lục lạpvà sử dụng ATP, NADPH từ pha sáng, biến đổi CO2 của khí quyển thành cacbohiđrat. CO2 kết hợp với hợp chất 5 cacbon (RiDP) hợp chất 6C không bền. Sản phẩm cố định đầu tiên là hợp chất 3C biến đổi thành AlPG phần AlPG tái tạo RiDP giúp tế bào hấp thụ nhiều CO2 phần còn lại AlPG được sử dụng tạo ra tinh bột và saccarôzơ. ---------------- III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC - Phương pháp dạy học : thảo luận, đàm thoại gợi mở, thuyết trình - Phương tiện dạy học: sgk, sgv, tài liệu có liên quan, phiếu học tập IV. TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ Thời gian Hoạt động Của giáo viên Hoạt động của học sinh Mục tiêu Tiết 1 Hoạt động 1: Giới thiệu, phân công nhiệm vụ - Giới thiệu về mục tiêu, nội dung chính của chuyên đề cho cả lớp cùng biết. - Nhịp thở của một vận động viên đang luyện tập thay đổi nhu thế nào? - Tại sao khi ăn nộm đu đủ với thịt bò thì dễ tiêu hóa hơn ăn riêng thịt bò? - Tại sao người lớn không uống được sữa của trẻ em hoặc ngược lại? - Oxi mà con người sử dụng có nguồn gốc từ đâu? - Tế bào là đơn vị cơ bản cấu tạo nên mọi cơ thể sống. Vậy tế bào hoạt động như thế nào? Nguồn năng lượng mà TB sử dụng có từ đâu? - Chia lớp thành 4 nhóm tương ứng với 4 nội dung: + Khái quát về năng lượng và chuyển hóa vật chất + Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất + Hô hấp tế bào + Quang hợp Hoạt động 2: Tìm hiểu Khái quát về năng lượng và chuyển hóa vật chất - GV bổ sung: khái niệm chuyển hóa năng lượng, các dạng năng lượng trong tế bào. Hs ghi chép nội dung công việc được phân công. Mỗi bài chia cho 1 nhóm, các nhóm tự phân công nhiệm vụ chuẩn bị cụ thể cho từng thành viên của nhóm sử dụng sgk nêu các nội dung - Nhóm 1: cử đại diện trình bày Khái niệm năng lượng, cấu truc và chức năng của ATP, quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào - Nhóm 2,3,4 bổ sung - HS biết được mục tiêu của chuyên đề - Các nhóm phân công nhiệm vụ trong nhóm, nghiên cứu tài liệu, thống nhất nội dung, hình thức trình bày. - Giao nhiệm vụ về nhà NL: phát triển cho hs năng lực giao tiếp, hợp tác HS nắm được: - Năng lượng là gì? Các dạng năng lượng trong tế bào - Cấu trúc và chức năng của ATP - Quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào NL: tự học, tự nghiên cứu, thuyết trình, khái quát hóa Tiết 2 Tiết 3 Hoạt động 1: Tìm hiểu Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất - GV chiếu hình 14.1 SGK, GV nhấn mạnh yếu tố nhiệt độ và sự thay đổi của nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim. GV cho một số ví dụ về tốc độ phản ứng khi có mặt của enzim và giảng giải thêm về cơ chế ức chế ngược Hoạt động 1: Làm thí nghiệm với enzim catalaza - GV hướng dẫn HS về nhà làm thí nghiệm sử dụng enzim trong quả dứa tươi để tách chiết ADN Yêu cầu HS nộp báo cáo thực hành vào tiết tiếp theo. HS quan sát kết hợp phần chuẩn bị ở nhà, cử đại diện trình bày: + Khái niệm enzim + Cấu trúc phân tử enzim + Cơ chế tác động (quan sát hình động) + Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của en zim + Vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất - 4 nhóm hs độc lập làm thí nghiệm trên mẫu vật đã chuẩn bị, quan sát và giải thích hiện tượng HS nắm được: + Khái niệm enzim + Cấu trúc phân tử enzim + Cơ chế tác động + Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của en zim + Vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất NL: tự học, tự nghiên cứu, thuyết trình, khái quát hóa - HS biết cách bố trí thí nghiệm và tự đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lên hoạt tính của enzim catalaza. - HS tự tiến hành được thí nghiệm theo quy trình đã cho trong SGK. Tiết 4 Hoạt động 1: Tìm hiểu Khái niệm hô hấp tế bào - Tại sao tế bào không sử dụng luôn năng lượng của các phân tử glucozo mà phải đi vòng qua hoạt động sản xuất ATP của ti thể? - HS thảo luận nhóm và trả lời câu hỏi - GV bổ sung, hoàn thiện. Hoạt động 2: Tìm hiểu Các giai đoạn chính của quá trình hô hấp tế bào - Qua quá trình đường phân và chu trình Crep, tế bào thu được bao nhiêu phân tử ATP? - Quá trình hít thở của con người có liên quan như thế nào với quá trình hô hấp tế bào? - GV bổ sung, hoàn thiện. - Nhóm hs được phân công chuẩn bị trình bày khái niệm hô hấp tế bào, viết phương trình tổng quát, nêu bản chất của quá trình hô hấp tế bào - Nhóm hs được phân công chuẩn bị cử đại diện trình bày các giai đoạn chính của quá trình hô hấp tế bào - HS thảo luận nhóm và trả lời câu hỏi - HS nắm được khái niệm hô hấp tế bào, phương trình tổng quát, bản chất của quá trình hô hấp tế bào HS nắm được: + nơi xảy ra + nguyên liệu + sản phẩm của từng giai đoạn NL: tự học, tự nghiên cứu, thuyết trình, khái quát hóa Tiết 5 Hoạt động 1: tìm hiểu Khái niệm quang hợp GV hoàn thiện Hoạt động 2: tìm hiểu Các pha của quá trình quang hợp - Nhóm 4: trình bày hai pha của quá trình quang hợp - Pha tối của quang hợp hoàn toàn không phụ thuộc vào ánh sáng có chính xác không? Vì sao? - HS thảo luận nhóm và trả lời câu hỏi - GV bổ sung, hoàn thiện. - Nhóm hs được phân công trình bày khái niệm quang hợp, viết phương trình tổng quát, các sinh vật có khả năng quang hợp - Các Nhóm còn lại nhận xét, bổ sung, đặt câu hỏi liên quan HS nắm được khái niệm quang hợp, phương trình tổng quát, các sinh vật có khả năng quang hợp Hiểu và phân biệt được pha sáng và pha tối của quang hợp. Mối quan hệ giữa hai pha NL: tự học, tự nghiên cứu, thuyết trình, khái quát hóa IV. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHUYÊN ĐỀ * Bảng ma trận kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển năng lực Nội dung Nhận biết Thông hiểu Vận dụng thấp Vận dụng cao 1. Khái quát về năng lượng và chuyển hóa vật chất Khái niệm năng lượng, các dạng năng lượng trong tế bào Cấu trúc và chức năng của ATP Giải thích được vì sao nói: ATP là đồng tiền năng lượng của tế bào Giải thích được mối quan hệ giữa các hai quá trình đồng hóa và dị hóa 2. Enzim và vai trò của enzim trong quá trình chuyển hóa vật chất Khái niệm và vai trò của enzim, các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của en zim Cấu trúc và chức năng của enzim Giải thích được sự sự thay đổi hoạt tính của enzim thay các yếu tố của môi trường Tự bố trí thí nghiệm và đánh giá được mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lên hoạt tính của enzim catalaza. 3. Hô hấp tế bào Khái niệm, phương trình tổng quát Các giai đoạn chính của quá trình hô hấp tế bào, bản chất của hô hấp TB Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến hô hấp TB Tính được số ATP tạo ra từ nguyên liệu hô hấp là glucozo 4. Quang hợp Khái niệm, phương trình tổng quát Hai pha của quá trình quang hợp Phân biệt được pha sáng và pha tối Giải thích được một số vấn đề liên quan * Hệ thống các câu hỏi, bài tập tự luận 1. Tại sao ATP được xem là “đồng tiền năng lượng” của tế bào? 2. Trình bày ngắn gọn khái niệm, cấu trúc và cơ chế hoạt động của enzim. 3. Giải thích tại sao người ta có thể sử dụng cách: đun nóng, ngâm chua, ướp lạnh để bảo quản thức ăn. 4. Hô hấp tế bào có thể chia thành mất giai đoạn chính? Là những giai đoạn nào? Mỗi giai đoạn của quá trình hô hấp tế bào xảy ra ở đâu? 5. Quá trình hô hấp tế bào của một vận động viên đang tập luyện diễn ra mạnh hay yếu? Vì sao? 6. Oxi được sinh ra từ chất nào và trong pha nào của quá trình quang hợp? 7. Pha tối cuarq uang hợp diễn ra ở đâu? Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình C3 là gì? Tại sao người ta lại gọi con đường C3 là chu trình? * Câu hỏi trắc nghiệm khách quan: Câu 1. ATP được cấu tạo từ 3 thành phần là A. ađenôzin, đường ribôzơ, 3 nhóm photphat. B. ađenôzin, đường deôxiribozơ, 3 nhóm photphat. C. ađenin, đường ribôzơ, 3 nhóm photphat. D. ađenin, đường đeôxiribôzơ, 3 nhóm photphat. Câu 2. Trong quá trình hô hấp tế bào, giai đoạn tạo ra nhiều ATP nhất là A. đường phân. B. trung gian . C. chu trình Crep. D. chuỗi truyền electron hô hấp. Câu 3. ATP là một phân tử quan trọng trong trao đổi chất vì A- nó có các liên kết phốtphát cao năng dễ bị phá vỡ để giải phóng năng lượng. B- các liên kết phốtphát cao năng dễ hình thành nhưng không dễ phá huỷ. C- nó dễ dàng thu được từ môi trường ngoài cơ thể. D- nó vô cùng bền vững và mang nhiều năng lượng. Câu 4. Đồng hoá là A. tập hợp tất cả các phản ứng sinh hoá xảy ra bên trong tế bào. B. tập hợp một chuỗi các phản ứng kế tiếp nhau. C. quá trình tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản. D. quá trình phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản. Câu 5. Dị hoá là A. tập hợp tất cả các phản ứng sinh hoá xảy ra bên trong tế bào. B. tập hợp một chuỗi các phản ứng kế tiếp nhau. C. quá trình tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản. D. quá trình phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản. Câu 6. Thành phần cơ bản của ezim là A. lipit. B. axit nucleic. C. cacbon hiđrat. D. protein. Câu 7. Khi enzim xúc tác phản ứng, cơ chất liên kết với A. cofactơ. B. protein. C. coenzim. D. trung tâm hoạt động. Câu 8. Tế bào cơ thể điều hoà tốc độ chuyển hoá hoạt động vật chất bằng bằng việc tăng giảm A. nhiệt độ tế bào. B. độ pH của tế bào. C. nồng độ cơ chất D. nồng độ enzim trong tế bào