Giáo án Bài 13. Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng

Huy động kiến thức nền của HS về nguồn năng lượng và sự biến đổi chất trong cơ thể, từ đó nêu được vấn đề của bài học.

GV đưa ra tình huống: sau khi chạy bộ 30 phút, cơ thể vẫn phải thở và ăn để phục hồi; khi ngủ, tim vẫn đập và thân nhiệt vẫn được duy trì. GV đặt câu hỏi: (1) Năng lượng cho các hoạt động này lấy từ đâu? (2) Các chất trong thức ăn được biến đổi như thế nào trong tế bào để cơ thể sử dụng được?

Dự kiến HS trả lời: năng lượng lấy từ thức ăn thông qua việc phân giải các chất trong tế bào; các chất bị biến đổi thành chất khác và cơ thể cũng tổng hợp nên các chất mới cần thiết. HS ghi tên bài: Khái quát về chuyển hóa vật chất và năng lượng.

Nêu được khái niệm đồng hóa, dị hóa; giải thích được ATP là chất trung gian chuyển năng lượng và năng lượng được ghép giữa hai loại phản ứng.

HS làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 1, đọc phần bản chất và cơ chế trong bài để: (a) Điền bảng so sánh đồng hóa và dị hóa; (b) Trả lời câu hỏi: Vì sao dị hóa thường giải phóng năng lượng còn đồng hóa cần năng lượng? (c) Vì sao ATP được gọi là chất trung gian chuyển năng lượng chứ không phải kho dự trữ dài hạn duy nhất? (d) Vì sao năng lượng không tự xuất hiện từ hư không mà phải được ghép giữa hai loại phản ứng?

Bảng so sánh đúng: Đồng hóa là quá trình tổng hợp chất phức tạp từ đơn vị nhỏ, thường tiêu tốn năng lượng (ví dụ tổng hợp protein từ amino acid); Dị hóa là quá trình phân giải chất phức tạp thành chất đơn giản, thường giải phóng năng lượng (ví dụ phân giải glucose, $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$). Kết luận HS rút ra: ATP là chất trung gian nhận năng lượng từ phản ứng sinh năng lượng rồi chuyển cho phản ứng cần năng lượng, $\text{ADP} + \text{P}_i \rightleftharpoons \text{ATP}$; năng lượng được chuyển giao và ghép nối, không được tạo ra từ hư không.

Nêu được bản chất enzyme; giải thích được vai trò hạ năng lượng hoạt hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme.

Kĩ thuật khăn trải bàn: lớp chia 4 nhóm, mỗi nhóm nhận một góc của khăn giấy khổ A0 tương ứng một nội dung trong Phiếu học tập số 2: (1) Bản chất enzyme; (2) Vai trò hạ năng lượng hoạt hóa; (3) Nhiệt độ và pH; (4) Cơ chất, chất ức chế và điều hòa. Mỗi nhóm ghi kết quả vào góc của mình, sau đó cả nhóm thống nhất ý kiến ở trung tâm khăn. GV gợi ý HS có thể xem mô phỏng enzyme trên NeoEdu nếu có thiết bị.

Kết quả các nhóm: (1) Enzyme là chất xúc tác sinh học, phần lớn là protein, một số là RNA. (2) Enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa, mở con đường có hàng rào năng lượng thấp hơn, không đổi cân bằng cuối và không bị tiêu hao theo tỉ lệ với cơ chất. (3) Hoạt tính phụ thuộc nhiệt độ và pH; nhiệt tăng không luôn làm phản ứng nhanh hơn vì vượt khoảng thích hợp enzyme có thể biến tính. (4) Hoạt tính phụ thuộc cơ chất, chất ức chế và điều hòa; phân biệt được cơ chất với chất xúc tác.

Củng cố kiến thức về đồng hóa, dị hóa, ATP và enzyme qua các câu hỏi trắc nghiệm, ghép khái niệm và nhận định đúng sai.

GV lần lượt chiếu các câu hỏi sau; HS giơ thẻ A, B, C hoặc Đúng/Sai. Câu 1: Vai trò trực tiếp của enzyme? A. Đổi mọi phản ứng thành tự phát; B. Hạ năng lượng hoạt hóa; C. Tạo năng lượng từ hư không. Câu 2: Ví dụ đồng hóa? A. Phân giải glucose; B. Thủy phân tinh bột; C. Tổng hợp protein từ amino acid. Câu 3: Chất mang năng lượng trung gian thường gặp? A. ATP; B. Cellulose thành tế bào; C. DNA chỉ vì có phosphate. Câu 4: Enzyme càng nóng càng hoạt động tốt mãi (Đúng/Sai). Câu 5: Ghép khái niệm: cơ chất, trung tâm hoạt động, dị hóa với các mô tả tương ứng. Có thể dùng học liệu tương tác trên NeoEdu để HS làm thêm nếu còn thời gian.

Đáp án: Câu 1: B (enzyme mở con đường có hàng rào năng lượng thấp hơn). Câu 2: C (tổng hợp tạo cấu trúc phức tạp từ đơn vị nhỏ). Câu 3: A (ATP ghép cung cấp năng lượng cho nhiều quá trình tế bào). Câu 4: Sai (vượt khoảng thích hợp có thể làm enzyme biến tính và giảm hoạt tính). Câu 5: Cơ chất – chất tham gia phản ứng enzyme; Trung tâm hoạt động – vùng tương tác với cơ chất; Dị hóa – phân giải chất.

Vận dụng kiến thức về enzyme và ATP để phân tích một kết luận, nêu điều kiện cần giữ cố định và đề xuất cách kiểm tra kết luận.

GV nêu tình huống: Bạn A kết luận: “Ủ enzyme ở 80°C thì phản ứng sẽ nhanh nhất, vậy nhiệt độ càng cao càng tốt.” HS thảo luận nhóm đôi để: (1) Nhận xét kết luận của bạn A; (2) Nêu những điều kiện cần giữ cố định khi kiểm tra (lượng enzyme, cơ chất, pH, thời gian); (3) Đề xuất thiết kế gồm ba ống nghiệm ở 20°C, 37°C và 80°C và dự đoán kết quả định tính. Nếu còn thời gian, GV yêu cầu tính nhanh: một quá trình dùng 3 ATP mỗi lượt, thực hiện 12 lượt thì cần bao nhiêu ATP?

Nhận xét: kết luận chưa đúng vì nhiệt độ quá cao có thể làm enzyme biến tính và giảm hoạt tính; hoạt tính tăng đến một khoảng nhiệt độ thích hợp rồi giảm. Điều kiện cố định: cùng lượng enzyme, cùng lượng cơ chất, cùng pH và cùng thời gian phản ứng. Thiết kế: ba ống nghiệm, đo lượng sản phẩm sau cùng thời gian; kết quả dự kiến định tính là hoạt tính ở 37°C cao hơn 20°C, còn ở 80°C giảm rõ. Bài tính: $3 \times 12 = 36$ phân tử ATP.