Giải bài tập Sinh học lớp 10 Bài 5: Các phân tử sinh học

Mở đầu trang 28 Sinh học 10: Thừa cân, béo phì là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến bệnh tiểu đường, tim mạch cùng nhiều bệnh nguy hiểm khác cho con người. Vậy làm thế nào có thể giảm thiểu nguy cơ này để có được cuộc sống khỏe mạnh?

Trả lời:

Một số biện pháp giảm nguy cơ thừa cân, béo phì để có được cuộc sống khỏe mạnh là:

- Thực hiện chế độ ăn uống lành mạnh, khoa học: giảm chất béo, đường, chất béo no, tăng cường ăn nhiều rau củ, quả, chất béo không no.

- Thường xuyên tập luyện thể dục thể thao.

- Đi khám sức khỏe định kì.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 28)

Câu hỏi 1 trang 28 Sinh học 10: Phân tử sinh học là gì?

Trả lời:

Phân tử sinh học là những phân tử hữu cơ được tổng hợp và tồn tại trong các tế bào sống.

Câu hỏi 2 trang 28 Sinh học 10: Nêu những đặc điểm chung của các phân tử sinh học.

Trả lời:

Những đặc điểm chung của các phân tử sinh học:

- Có kích thước và khối lượng phân tử lớn.

- Thành phần chủ yếu là các nguyên tử C và H, chúng liên kết với nhau thành bộ khung hydrocarbon rất đa dạng, bộ khung này có thể liên kết với các nhóm chức khác nhau.

- Protein, nucleic acid, carbonhydrat đều cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 31)

Câu hỏi 1 trang 31 Sinh học 10: Nêu đặc điểm cấu trúc và chức năng chính của các loại carbohydrate.

Trả lời:

Dựa theo số lượng đơn phân trong phân tử mà người ta chia carbohydrate thành 3 loại:

Câu hỏi 2 trang 31 Sinh học 10: Con người thường ăn những bộ phận nào của thực vật để lấy tinh bột?

Trả lời:

Tùy vào loài thực vật mà con người có thể ăn rễ, thân, lá, hoa, quả của cây để lấy tinh bột. Ví dụ: Tinh bột có chứa nhiều trong củ khoai tây, khoai lang (rễ củ), su hào (thân củ), hạt đậu xanh, quả bí ngô,…

Câu hỏi 3 trang 31 Sinh học 10: Tại sao nên ăn nhiều loại rau xanh khác nhau trong khi thành phần chính của các loại rau là cellulose – chất mà con người không thể tiêu hóa được?

Trả lời:

Người không tiêu hóa được cellulose vì trong hệ tiêu hóa của người không có enzyme cellulase (dùng để thủy phân cellulose). Nhưng không vì vậy mà cellulose vô tác dụng, cellulose hay thường gọi là chất xơ có vai trò rất quan trọng trong tiêu hóa:

- Cellulose kích thích các tế bào niêm mạc ruột tiết ra dịch nhầy làm cho thức ăn được di chuyển trơn tru trong đường ruột đảm bảo cho quá trình tiêu hóa thức ăn diễn ra thuận lợi và hiệu quả.

- Cellulose cũng cuốn trôi những chất cặn bã bám vào thành ruột ngoài, vì thế, nếu trong khẩu phần thức ăn có quá ít cellulose sẽ rất dễ bị táo bón.

- Cellulose trong rau xanh cũng thức ăn của những vi sinh vật có lợi trong hệ tiêu hóa của chúng ta. Vậy nên bạn cần ăn rau, bổ sung chất sơ để đảm bảo sự cân bằng của hệ vi sinh vật trong hệ tiêu hóa của bạn.

- Ngoài ra, rau xanh cũng cung cấp cho cơ thể những vitamin cần thiết, đảm bảo cho sự phát triển khỏe mạnh và cân bằng.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 33)

Câu hỏi 1 trang 33 Sinh học 10: Chất béo là gì? Nêu một số chức năng của dầu, mỡ, phospholipid và steroid.

Trả lời:

• Khái niệm chất béo: Chất béo là một nhóm chất rất đa dạng về cấu trúc nhưng có đặc tính chung là kị nước.

• Một số chức năng của dầu, mỡ, phospholipid và steroid:

- Chức năng của dầu, mỡ:

+ Dự trữ năng lượng của tế bào và cơ thể.

+ Là dung môi hòa tan nhiều loại vitamin quan trọng với cơ thể như A, D, E, K,…

+ Mỡ là lớp cách nhiệt giữ ấm cho cơ thể và nhiều động vật xứ lạnh.

+ Những động vật sống ở sa mạc như lạc đà sử dụng mỡ ở các bướu làm nguồn cung cấp nước.

- Chức năng của phospholipid: Tham gia cấu trúc màng của các loại tế bào.

- Chức năng của steroid:

+ Là thành phần quan trọng của tế bào (cholesterol).

+ Cấu tạo nên hormone sinh dục nam và nữ (estrogen, testosterone).

Câu hỏi 2 trang 33 Sinh học 10: Đặc điểm nào về mặt cấu trúc hóa học khiến phospholipid là một chất lưỡng cực?

Trả lời:

Phospholipid được cấu tạo từ một phân tử glyxerol liên kết với 2 acid béo ở một đầu, đầu còn lại liên kết với nhóm phosphate (-PO₄^3-). Nhóm phosphate thường liên kết với 1 nhóm được gọi là choline, tạo thành phosphatidylcholine. Với cấu trúc này, phospholipid là một chất lưỡng cực, một đầu phosphatidylcholine có tính ưu nước và hai đuôi acid béo kị nước.

Câu hỏi 3 trang 33 Sinh học 10: Khi ăn cà chua hoặc hành chưng trong mỡ, cơ thể người có thể hấp thụ được những loại vitamin gì? Giải thích?

Trả lời:

Trong cà chua, hành rất giàu một số loại vitamin như A, D, E, K,… đây đều là những loại vitamin tan trong lipid nên khi ăn cà chua hoặc hành trong mỡ, cơ thể người có thể hấp thu được các loại vitamin như A, D, E, K,…

Dừng lại và suy ngẫm (trang 36)

Câu hỏi 1 trang 36 Sinh học 10: Các amino acid khác nhau ở những đặc điểm nào?

Trả lời:  

Các amino acid đều được cấu tạo từ 1 nguyên tử C trung tâm liên kết với 1 nhóm amino, 1 nhóm cacboxyl, một nguyên tử H và 1 chuỗi bên là nhóm R. Như vậy, các amino acid khác nhau ở nhóm R. Do gốc R khác nhau sẽ kéo theo hàng loạt các đặc tính vật lí và hóa học khác nhau.

Câu hỏi 2 trang 36 Sinh học 10: Protein có những chức năng gì? Đặc điểm cấu trúc nào giúp protein có chức năng rất đa dạng?

Trả lời:

• Trong cơ thể protein có rất nhiều chức năng, có thể nói protein tham gia vào hầu hết tất cả các hoạt động sống của tế bào. Một số chức năng của protein được trình bày dưới đây:

- Cấu trúc: Nhiều loại protein tham gia cấu trúc nên các bào quan, bộ khung tế bào.

- Xúc tác: Protein cấu tạo nên các enzyme xúc tác cho các phản ứng hóa học trong tế bào.

- Bảo vệ: Các kháng thể có bản chất là protein giữ chức năng chống lại các phân tử kháng nguyên từ môi trường ngoài xâm nhập vào cơ thể qua các tác nhân như vi khuẩn, virus,…

- Vận động: Protein giúp tế bào thay đổi hình dạng cũng như di chuyển.

- Tiếp nhận thông tin: Protein cấu tạo nên thụ thể của tế bào, giúp tiếp nhận thông tin từ bên trong cũng như bên ngoài tế bào.

- Điều hòa: Nhiều hormone có bản chất là protein đóng vai trò điều hòa hoạt động của gene trong tế bào, điều hòa các chứng năng sinh lí của cơ thể.

• Đặc điểm cấu trúc giúp protein có chức năng rất đa dạng là: Do phân tử protein được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là 20 loại amino acid. Số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của 20 loại amino acid đã tạo ra tính đa dạng của protein. Chưa kể, protein có 4 bậc cấu trúc. Sự đa dạng trong cấu trúc hóa học cũng như cấu trúc không gian là điều kiện giúp cho protein có những chức năng rất đa dạng.

Câu hỏi 3 trang 36 Sinh học 10: Bậc cấu trúc nào đảm bảo protein có được chức năng sinh học? Các liên kết yếu trong phân tử protein có liên quan gì đến chức năng sinh học của nó?

Trả lời:

- Bậc cấu trúc 3 và 4 đảm bảo protein có được chức năng sinh học.

- Cấu trúc không gian của protein bậc 3 và bậc 4 được duy trì nhờ các liên kết yếu như liên kết hydrogen, tương tác kị nước, tương tác Van der Waals và liên kết cộng hóa trị S-S cũng như liên kết ion. Những tương tác này dẫn đến việc gấp, xoắn và uốn các chuỗi protein để tạo ra các cấu trúc ba chiều làm phát sinh chức năng và hoạt động sinh học của chúng. Khi các liên kết trong phân tử protein bị đứt gãy thì cấu trúc không gian của protein bị thay đổi (protein biến tính) làm cho protein bị giảm hoặc mất chức năng sinh học.

Câu hỏi 4 trang 36 Sinh học 10: Tại sao chúng ta nên bổ sung protein cho cơ thể từ nhiều loại thức ăn khác nhau mà không nên chỉ ăn một vài loại thức ăn dù những loại đó rất bổ dưỡng?

Trả lời:

Chúng ta nên bổ sung protein cho cơ thể từ nhiều loại thức ăn khác nhau chứ không nên chỉ ăn một vài loại thức ăn dù những loại đó rất bổ dưỡng vì:

- Có khoảng 20 loại amino acid tham gia cấu tạo nên protein. Trong số này có 9 loại amino acid không thay thế do cơ thể người không tự tổng hợp được mà phải lấy từ thức ăn. Khi protein được đưa vào sẽ được các enzyme phân giải thành các amino acid để hấp thụ tạo ra loại protein đặc thù cho cơ thể người.

- Mà mỗi loại thực phẩm chỉ chứa một số loại amino acid với hàm lượng nhất định nên để cung cấp được tất cả amino acid về cả số lượng và số loại cần cho tổng hợp protein thì cần bổ sung từ nhiều nguồn thực phẩm khác nhau.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 37)

Câu hỏi 1 trang 37 Sinh học 10: Quan sát hình 5.10,  nêu và giải thích các đặc điểm cấu trúc khiến DNA đảm nhận được chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

Trả lời: 

- Những đặc điểm về cấu trúc của phân tử DNA đảm nhận được chức năng mang thông tin di truyền:

+ DNA là một đại phân tử hữu cơ, cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là 4 loại nucleotide. Một phân tử DNA được cấu tạo bởi lượng lớn nucleotide. Số lượng, thành phần và sự sắp xếp trình tự các nucleotide tạo ra vô số phân tử DNA khác nhau, đảm bảo cho việc mang một lượng thông tin di truyền lớn (Thông tin di truyền được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide trên DNA).

+ Số lượng các phân tử DNA trong tế bào cũng như trình tự sắp xếp các nucleotide trong mỗi phân tử DNA là đặc trưng cho từng loài.

- Đặc điểm cấu trúc của DNA giúp chúng thực hiện chức năng bảo quản thông tin di truyền.

+ Trên mỗi mạch đơn của phân tử DNA, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị bền vững, đảm bảo sự ổn định của DNA (thông tin di truyền) qua các thế hệ.

+ Nhờ các cặp nucleotide thuộc hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung đã tạo cho chiều rộng của DNA ổn định, các vòng xoắn của DNA dễ dàng liên kết với protein tạo cho cấu trúc DNA ổn định, thông tin di truyền được điều hòa và bảo quản.

- Đặc điểm cấu trúc của DNA giúp chúng thực hiện chức năng truyền đạt thông tin di truyền

+ Hai mạch của DNA được liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (A – T, G – C) nên từ một mạch làm khuôn có thể tổng hợp nên mạch bổ sung giúp tế bào có thể nhân đôi phân tử DNA một cách chính xác, đảm bảo sự truyền đạt thông tin di truyền.

+ Trên mạch kép các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen giữa nhóm nitrogenous base của các nucleotide theo nguyên tắc bổ sung. Các liên kết hydrogen không bền vững nên dễ dàng cắt đứt trong quá trình nhân đôi và phiên mã.

Câu hỏi 2 trang 37 Sinh học 10: Những thông số nào về DNA là đặc trưng cho mỗi loài?

Trả lời: 

Những thông số về DNA đặc trưng cho mỗi loài là: Mỗi phân tử DNA được đặc trưng bởi số lượng, thành phần và đặc biệt là trình tự sắp xếp của các nucleotide. Ngoài ra tỉ số (A+T)/(G+X) cũng đặc trưng cho mỗi loài.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 39)

Câu hỏi 1 trang 39 Sinh học 10: Quan sát hình trong mục II.4b, phân biệt các loại RNA về cấu trúc và chức năng.

Trả lời:

Phân biệt các loại RNA về cấu trúc và chức năng:

Câu hỏi 2 trang 39 Sinh học 10: Trình bày sự khác biệt về mặt cấu trúc giữa DNA và RNA.

Trả lời:

Luyện tập và vận dụng (trang 40)

Câu 1 trang 40 Sinh học 10: Phân tử glucose có công thức cấu tạo là C₆H₁₂O₆. Nếu 10 phân tử glucose liên kết với nhau tạo nên một phân tử đường đa thì phân tử này sẽ có công thức cấu tạo như thế nào? Giải thích?

Trả lời:

- Phân tử glucose có công thức cấu tạo C₆H₁₂O₆. Nếu 10 phân tử glucose liên kết với nhau tạo nên một phân tử đường đa thì phân tử này sẽ có công thức cấu tạo là:

(-C₆H₁₀O₅-)₁₀ .

- Giải thích: Hai đơn vị monosaccharide liền kề được liên kết với nhau nhờ phản ứng tách nước dẫn đến việc mất một phân tử nước và tạo thành liên kết cộng hóa trị (liên kết glycosidic). 

Câu 2 trang 40 Sinh học 10: Tại sao cùng có chung công thức cấu tạo C₆H₁₂O₆  nhưng glucose và fructose lại có vị ngọt khác nhau?

Trả lời:

Mặc dù có cùng chung công thức cấu tạo là C₆H₁₂O₆ nhưng glucose và fructose lại có vị ngọt khác nhau vì glucose và fructose tồn tại ở các cấu trúc không gian, hình dạng cấu trúc vòng khác nhau (vị trí nhóm -OH), điều này làm cho chúng có các đặc tính vật lí và hóa học khác nhau:

- Glucose là phân tử đường có nhóm chức – CHO và có 5 nhóm – OH ở vị trí liền kề.

- Fructose là phân tử đường có nhóm chức – CO – và có 4 nhóm – OH ở vị trí liền kề.

Câu 3 trang 40 Sinh học 10: Tại sao cùng được cấu tạo từ các phân tử đường glucose nhưng tinh bột và cellulose lại có đặc tính vật lí và chức năng sinh học khác nhau?

Trả lời:

Cùng được cấu tạo từ các phân tử đường glucose nhưng tinh bột và cellulose lại có đặc tính vật lí và chức năng sinh học khác nhau vì chúng có số lượng đơn phân và cấu trúc khác nhau:

- Cellulose được cấu tạo từ các phân tử đường glucose liên kết với nhau tạo thành mạch thẳng, không phân nhánh. Nhiều phân tử cellulose liên kết với nhau tạo thành bó sợi dài nằm song song nên có cấu trúc vững chắc.

- Tinh bột được cấu tạo từ hàng trăm đến hàng nghìn đơn phân là glucose, có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh.

Câu 4 trang 40 Sinh học 10: Trong số các phân tử sinh học, protein có nhiều loại chức năng nhất. Tại sao?

Trả lời:

Trong số các phân tử sinh học, protein có nhiều loại chức năng nhất  vì:

- Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là amino acid. Amino acid được cấu tạo bởi ba thành phần nhưng chỉ khác nhau ở thành phần nhóm R, nhóm biến đổi R quyết định tính chất của amino acid. Chúng kết hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein.

- Người ta đã phát hiện ra có hơn 20 loại amino acid trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống. Từ 20 loại amino acid kết hợp với nhau theo những cách khác nhau tạo nên vô số loại protein khác nhau tham gia vào nhiều loại chức năng khác nhau (trong các cơ thể động vật, thực vật ước tính có khoảng 10¹⁴ – 10¹⁵ loại protein). Mỗi loại protein đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các amino acid trong phân tử.

Câu 5 trang 40 Sinh học 10: Để giảm béo, nhiều người đã cắt bỏ hoàn toàn chất béo trong khẩu phần ăn. Theo em điều này nên hay không nên? Dưới góc độ sinh học, chúng ta cần làm gì để duy trì cân nặng với một cơ thể khỏe mạnh?

Trả lời:

- Để giảm béo, nhiều người đã cắt bỏ hoàn toàn chất béo trong khẩu phần ăn, điều này là không nên vì chất béo tham gia vào dự trữ năng lượng dài hạn của cơ thể, cấu trúc nên màng tế bào và nhiều bộ phận khác của tế bào,…

- Dưới góc độ sinh học, để duy trì cân nặng với một cơ thể khỏe mạnh chúng ta cần:

+ Cân bằng các nhóm chất trong khẩu phần ăn.

+ Hạn chế thực phẩm có chứa nhiều đường.

+ Tăng cường ăn các loại rau xanh, hoa, quả hạt.

+ Có chế độ tập luyện phù hợp và thường xuyên.

Câu 6 trang 40 Sinh học 10: Tại sao khi luộc trứng thì protein của trứng lại bị đông đặc lại?

Trả lời:

- Hiện tượng trứng sau khi luộc bị biến đổi cấu trúc này gọi là hiện tượng đông tụ của protein.

- Trứng được cấu tạo từ thành phần chính là các protein, protein có đặc điểm khi gặp nhiệt độ cao sẽ bị biến tính (biến đổi cấu trúc không gian) dẫn đến biến đổi các tính chất vật lý và hóa học (xảy ra hiện tượng đông tụ, làm thay đổi cấu trúc ban đầu, trở thành dạng rắn hơn).

Câu 7 trang 40 Sinh học 10: Giải thích vì sao khi khẩu phần thức ăn thiếu protein thì cơ thể, đặc biệt là trẻ em, thường gầy yếu, chậm lớn, hay bị phù nề và dễ mắc bệnh truyền nhiễm.

Trả lời:

Khi khẩu phần ăn thiếu protein thì cơ thể, đặc biệt trẻ em, thường gầy yếu, chậm lớn hay bị phù nề, dễ mắc bệnh truyền nhiễm khuẩn vì:

- Khi thiếu protein, cơ thể không có đủ protein để thực hiện đầy đủ các chức năng trong cơ thể như cấu trúc nên các bào quan, các thành phần của cơ thể, xúc tác cho các phản ứng trao đổi chất bị rối loạn,… điều này khiến cho cơ thể gầy yếu, chậm lớn.

- Protein đóng vai trò trong việc giữ chất lỏng tích tụ trong các mô, đặc biệt là ở bàn chân và mắt cá chân. Do đó, khi cơ thể thiếu protein, bạn có thể gặp tình trạng phù nề trong thời gian ngắn vì sự tồn lưu chất lỏng.

- Ngoài ra, thiếu protein khiến cho các kháng thể không được tổng hợp đầy đủ, dẫn đến làm suy giảm hệ miễn dịch khiến cơ thể dễ mắc bệnh truyền nhiễm.