Giáo án Bài 5. Các phân tử sinh học

Huy động kiến thức nền về các loại chất hữu cơ quen thuộc và đặt vấn đề: vì sao tế bào cần nhiều nhóm phân tử khác nhau.

GV đưa ra hình ảnh các thực phẩm và vật liệu quen thuộc (cơm, dầu ăn, thịt, sợi bông, gỗ) và nêu câu hỏi: "Các thực phẩm và vật liệu này được cấu tạo từ những nhóm chất nào? Vì sao cùng là chất hữu cơ nhưng chúng có tính chất và vai trò khác nhau?" HS trả lời nhanh cá nhân, sau đó GV dẫn dắt vào bài Các phân tử sinh học.

Danh sách sơ bộ các nhóm chất HS nêu được: carbohydrate (tinh bột, cellulose), lipid (dầu ăn), protein (thịt, trứng), nucleic acid (DNA trong tế bào). HS nhận ra kết luận sơ bộ: các phân tử khác nhau về cấu trúc nên có vai trò khác nhau.

Nêu được phân loại carbohydrate và vai trò của tinh bột, glycogen, cellulose; liên hệ vai trò với đối tượng sinh vật có chứa từng loại.

HS làm việc theo nhóm 4 người, hoàn thành Phần A của Phiếu học tập số 1 (phân loại carbohydrate; so sánh tinh bột, glycogen, cellulose về nơi có và vai trò). GV đặt câu hỏi gợi mở: "Vì sao cây dự trữ tinh bột còn động vật dự trữ glycogen? Cellulose có vai trò gì trong thành tế bào thực vật?"

Phân loại: carbohydrate gồm đường đơn, đường đôi và đường đa. Bảng so sánh: tinh bột dự trữ carbohydrate ở cây; glycogen dự trữ ở động vật và nấm; cellulose tạo hệ sợi bền của thành tế bào thực vật. Kết luận HS rút ra: carbohydrate có thể dự trữ hoặc tạo cấu trúc tuỳ thuộc vào loại phân tử và nơi có mặt.

Nêu được cấu tạo triglyceride và phospholipid; giải thích được cách phospholipid sắp xếp thành lớp kép và chức năng phụ thuộc cấu trúc.

HS hoàn thành Phần B của Phiếu học tập số 1: (1) Triglyceride gồm những thành phần nào? (2) Phospholipid có đầu và đuôi như thế nào? (3) Trong môi trường nước, các đuôi kị nước sắp xếp ra sao? GV nêu câu hỏi phản biện: "Lipid không phải polymer điển hình, vậy vì sao vẫn có chức năng quan trọng?"

Triglyceride gồm một phân tử glycerol và ba acid béo. Phospholipid có đầu ưa nước và đuôi kị nước; trong nước, hai lớp phospholipid xếp với đầu ưa nước hướng ra hai phía dịch, các đuôi kị nước quay vào nhau ở giữa, tạo lớp kép. Kết luận HS rút ra: chức năng của lipid phụ thuộc cấu trúc phân tử, không chỉ thành phần nguyên tố.

Giải thích được protein là chuỗi amino acid nối bằng liên kết peptide; nêu được cấu trúc quyết định chức năng; phân biệt được biến tính với việc cắt liên kết peptide.

HS thảo luận cặp đôi theo câu hỏi: (1) Đơn phân của protein là gì, các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết nào? (2) Một chuỗi có $n$ amino acid thì có bao nhiêu liên kết peptide? (3) Khi nhiệt độ hoặc pH bất lợi, điều gì thay đổi và điều gì có thể còn nguyên? GV yêu cầu HS dùng sơ đồ chuỗi amino acid để trả lời.

Protein là chuỗi amino acid nối với nhau bằng liên kết peptide. Một chuỗi thẳng gồm $n$ amino acid có $n-1$ liên kết peptide. Các bậc cấu trúc của protein quyết định chức năng. Nhiệt và pH bất lợi có thể làm biến tính protein (thay đổi cấu trúc không gian), nhưng không nhất thiết cắt liên kết peptide.

Nêu được cấu tạo nucleotide; so sánh được DNA và RNA về số mạch, vai trò; nhận biết được kết luận vượt quá bằng chứng về vị trí RNA.

HS hoàn thành Phiếu học tập số 2 gồm bảng so sánh DNA và RNA (số mạch thường gặp, đơn phân, vai trò) và câu hỏi kiểm tra kết luận: "Có ý kiến cho rằng mọi RNA chỉ nằm trong tế bào chất. Bài học có đủ bằng chứng để khẳng định điều này không? Vì sao?"

Nucleotide gồm đường pentose, phosphate và base. DNA thường hai mạch, RNA thường một mạch. DNA lưu giữ thông tin di truyền; nhiều loại RNA tham gia biểu hiện thông tin. Kết luận kiểm tra: không thể suy ra mọi RNA chỉ nằm trong tế bào chất, vì nội dung bài học không cung cấp bằng chứng về vị trí đó.

Củng cố kiến thức về carbohydrate, protein, nucleic acid và tính toán liên kết peptide; rèn kĩ năng nhận biết kết luận đúng, sai.

HS làm bài tập 1 đến 5 (đề bên dưới) trong 8 phút rồi đối chiếu đáp án. Đề:

1. Chất cấu tạo chủ yếu thành tế bào thực vật? A. Triglyceride; B. Cellulose; C. Glycogen.
2. Đơn phân cấu tạo protein? A. Nucleotide; B. Glucose; C. Amino acid.
3. Base thường có trong RNA thay cho thymine? A. Uracil; B. Adenine; C. Guanine.
4. Biến tính protein luôn phá vỡ toàn bộ liên kết peptide. Đúng hay sai?
5. Một chuỗi thẳng gồm 20 amino acid có bao nhiêu liên kết peptide giữa chúng?

Đáp án: 1. B (cellulose tạo hệ sợi bền của thành tế bào thực vật). 2. C (amino acid nối nhau bằng liên kết peptide). 3. A (RNA có A, U, G, C; DNA có A, T, G, C). 4. Sai (biến tính thường thay đổi cấu trúc không gian; chuỗi peptide có thể còn nguyên). 5. 19 (mỗi cặp amino acid kề nhau có một liên kết peptide: $20-1=19$).

Vận dụng quan hệ cấu trúc – chức năng để ghép phân tử với vai trò, giải thích và trình bày cách sắp xếp phospholipid trong môi trường nước.

HS làm bài tập 6 đến 8 theo cặp đôi. Bài 6: Ghép phân tử với vai trò (tinh bột; phospholipid; DNA). Bài 7: Giải thích vì sao thay một amino acid có thể làm giảm hoạt tính enzyme nhưng không phải mọi thay thế đều gây mất chức năng. Bài 8: Trình bày cách đầu và đuôi phospholipid sắp xếp khi tạo lớp kép trong môi trường nước. Sau đó HS truy cập bài tập tương tác trên trang bài học NeoEdu để kiểm tra lại bài 6.

Bài 6: Tinh bột – dự trữ carbohydrate ở cây; phospholipid – nền tảng lớp kép màng; DNA – lưu giữ thông tin di truyền. Bài 7 (thang 1, tổng 1 điểm): quan hệ cấu trúc–chức năng 0,5 điểm (thay amino acid có thể đổi điện tích hoặc tương tác, làm đổi vị trí hoạt động hoặc cấu trúc); giải thích trường hợp không đổi nhiều 0,5 điểm (thay ở vùng ít quan trọng hoặc amino acid có tính chất tương tự thì chức năng có thể ít đổi). Bài 8 (thang 1, tổng 1 điểm): đầu ưa nước hướng về dịch trong và ngoài tế bào 0,3 điểm; các đuôi kị nước quay vào nhau ở giữa 0,3 điểm; giải thích cách sắp xếp che đuôi khỏi nước, tạo hàng rào chọn lọc chứ không phải bức tường tuyệt đối 0,4 điểm.

Vận dụng kiến thức về phân tử sinh học để phân tích một vật liệu hoặc thực phẩm quen thuộc, nêu bằng chứng và kiểm tra tính hợp lí của kết luận.

Nhóm 4 HS chọn một trong các đối tượng: bông vải (sợi), gỗ (thân cây), cơm (hạt gạo), dầu ăn. Với đối tượng đã chọn, nhóm trả lời: (1) Thành phần phân tử chính là nhóm nào? (2) Cấu trúc nào của phân tử giải thích được tính chất hoặc vai trò? (3) Một bạn viết: "Tất cả chất dự trữ năng lượng đều là carbohydrate." Kết luận này có đúng với kiến thức bài học không? Nêu bằng chứng từ bài học. Nhóm ghi kết quả vào giấy A4 để báo cáo ở tiết sau nếu chưa kịp.

Ví dụ kết quả: Bông vải/gỗ – cellulose, cấu trúc hệ sợi bền tạo thành tế bào thực vật, phù hợp vai trò làm vật liệu chắc. Cơm – tinh bột dự trữ ở cây. Dầu ăn – triglyceride gồm glycerol và ba acid béo. Kết luận kiểm tra: phát biểu trên là không hợp lí vì bài học nêu tinh bột dự trữ ở cây, glycogen dự trữ ở động vật và nấm, còn triglyceride là lipid dự trữ có cấu tạo khác carbohydrate; không thể khái quát "tất cả" khi chưa có bằng chứng.