Sinh học lớp 10 · KNTT · Chương 2

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 4: Các nguyên tố hóa học và nước

Chương 2: Thành phần hóa học của tế bào · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Sinh học 10 Bài 4: Các nguyên tố hóa học và nước theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá toàn bộ kiến thức trọng tâm, sơ đồ cấu trúc tế bào sinh học chuẩn xác, bảng biểu so sánh trực quan và câu hỏi củng cố có lời giải chi tiết.

Lớp

10 11 12

Môn

Toán học Vật lý Hóa học Ngữ văn Tiếng Anh Sinh học Lịch sử Địa lý Giáo dục kinh tế & pháp luật Tin học Công nghệ

I. Khái quát về học thuyết tế bào

- Năm 1839, hai nhà sinh học người Đức là Matthias Jakob Schleiden và Theodor Schwann đã đưa ra học thuyết tế bào đầu tiên dựa trên kết quả quan sát cấu tạo của nhiều loại tế bào thực vật và động vật và nhận thấy các sinh vật đều có cấu trúc tế bào giống nhau.

- Học thuyết tế bào hiện đại bao gồm ba nội dung sau:

+ Tất cả mọi sinh vật đều được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào. Sự sống được tiếp diễn do có sự chuyển hóa và sự di truyền xảy ra bên trong các tế bào.

- Tế bào là đơn vị nhỏ nhất, đơn vị cấu trúc và đơn vị chức năng cấu tạo nên mọi cơ thể sinh vật.

- Tế bào chỉ được sinh ra từ sự phân chia các tế bào có trước.

Cấu trúc tế bào động vật

- Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của cơ thể sống:

+ Tế bào là đơn vị cấu trúc của cơ thể sống vì: Mọi sinh vật được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào.Đồng thời, tế bào là cấp độ tổ chức sống cơ bản thể hiện đầy đủ các hoạt động của một hệ sống.

+ Tế bào là đơn vị chức năng cơ bản của mọi sinh vật sống vì: Các quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng, di truyền của cơ thể sinh vật đều diễn ra bên trong tế bào.

Hoạt động sống ở cấp độ tế bào là cơ sở cho hoạt động sống ở cấp độ cơ thể

II. Các nguyên tố hóa học trong tế bào

1. Các nguyên tố hóa học trong tế bào

-Có khoảng 20 – 25% các nguyên tố hóa học tồn tại trong tự nhiên là các nguyên tố thiết yếu cho sinh vật.

- Tế bào của các loài sinh vật khác nhau đều có thành phần các nguyên tố hóa học cơ bản giống nhau nhưng lại có sự khác biệt nhất định về hàm lượng, thành phần các nguyên tố hóa học.

Tỉ lệ các nguyên tố hóa học trong cơ thể người

- Dựa vào tỉ lệ phần trăm khối lượng cơ thể, các nguyên tố trong cơ thể sinh vật được chia thành hai nhóm: nguyên tố đại lượng (đa lượng) và nguyên tố vi lượng.

Nhóm nguyên tố

Hàm lượng

trong cơ thể người

Vai trò

Đại diện

Đại lượng

Chiếm tỉ lệ lớn. Trong đó, các nguyên tố C, H, O, N chiếm 96% khối lượng trong cơ thể người, còn lại các nguyên tố như Ca, P, K, S chiếm 3,4%.

Có vai trò chủ chốt cấu tạo nên mọi phân tử sinh học cũng như mọi thành phần hóa học của tế bào.

C, H, O, N, Ca, P, K, S,…

Vi lượng

Chỉ chiếm một lượng nhỏ trong cơ thể nhưng nếu thiếu chúng các hoạt động sống sẽ bị rối loạn.

Tham gia cấu tạo enzim, vitamin,… có vai trò điều tiết các quá trình trao đổi chất trong toàn bộ hoạt động sống của cơ thể.

Fe, I, Zn, Mg, Mn,…

- Cơ thể thiếu một số nguyên tố đại lượng và vi lượng có thể gây ra một số rối loạn về chuyển hóa và bệnh.

+ Ví dụ: Ở người, nếu thiếu iondine, tuyến giáp sẽ phát triển bất thường và dẫn đến bị bệnh bướu cổ. Ở thực vật, thiếu Fe gây bệnh vàng lá ở lá non.

Bệnh bướu cổ do thiếu iodine

Vàng lá non do thiếu Fe

2. Nguyên tố carbon

Carbon có vai trò đặc biệt quan trọng trong cấu tạo tế bào:

Cấu tạo nguyên tử carbon

- Nguyên tử carbon có 4 electron hóa trị ở vòng ngoài nên có thể tạo nên bốn liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử carbon khác hình thành nên bộ khung carbon đa dạng về kích thước, cấu hình không gian.

- Bộ khung carbon liên kết với các nguyên tử hydrogen tạo khung hydrocarbon đa dạng. Từ bộ khung hydrocarbon liên kết với các nhóm chức khác nhau tạo nên các hợp chất hữu cơ đa dạng.

- Ngoài ra, nguyên tử carbon linh hoạt có thể tạo nên các phân tử có cấu trúc và tính chất khác nhau từ cùng một số lượng nguyên tử (cùng công thức hóa học).

Các nguyên tử carbon có thể liên kết với nhau theo nhiều cách

tạo nên các hợp chất hữu cơ có cấu trúc và chức năng rất khác nhau

III. Nước và vai trò của nước đối với sự sống

1.Cấu trúc và tính chất vật lí, hóa học của nước

- Cấu trúc hóa học của nước: Mỗi phân tử nước có một nguyên tử oxygen liên kết với hai nguyên tử hydrogen bằng liên kết cộng hóa trị.

Cấu tạo phân tử nước

- Tính chất của nước:

+ Nước có tính phân cực: Nguyên tử oxygen có khả năng hút điện nhiều hơn so với hydrogen.Do vậy, trong phân tử nước, nguyên tử hydrogen sẽ tích điện (+), còn oxygen tích điện (-) tạo cho nước có tính phân cực.

+ Sức căng bề mặt lớn: Nhờ tính phân cực, các phân tử nước có thể liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen nên các phân tử nước ở nơi bề mặt tiếp xúc với không khí liên kết chặt với nhau tạo nên sức căng bề mặt.

Nhiều sinh vật nhỏ có thể di chuyển trên mặt nước nhờ sức căng bề mặt

+ Nhiệt dung riêng cao: Các phân tử nước liên kết với nhau bằng rất nhiều liên kết hydrogen nên phải cung cấp một lượng nhiệt lớn mới có thể làm tăng nhiệt độ của nước.

Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước — Liên kết hydrogen *giữa các phân tử nước*

+ Nhiệt bay hơi cao: Nước bay hơi sẽ lấy đi một lượng lớn nhiệt độ từ cơ thể sinh vật giúp làm giảm nhiệt độ cơ thể cũng như nhiệt độ của môi trường.

2. Vai trò sinh học của nước đối với tế bào

Nước có có trò đặc biệt quan trọng đối với tế bào:

- Là thành phần chủ yếu cấu tạo nên tế bào và cơ thể.

- Là dung môi có khả năng hòa tan nhiều chất cần thiết cho hoạt động sống của tế bào.

- Là nguyên liệu và môi trường của các phản ứng chuyển hóa vật chất diễn ra trong tế bào.

- Góp phần định hình cấu trúc không gian của nhiều phân tử hữu cơ trong tế bào, đảm bảo cho chúng thực hiện các chức năng sinh học.

- Góp phần điều hòa nhiệt độ tế bào và cơ thể nhờ có nhiệt dung đặc trưng cao và nhiệt bay hơi cao.

Hàm lượng nước trong cơ thể người

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Phân biệt nguyên tố đa lượng và vi lượng về tỉ lệ và chức năng sinh học.

Nguyên tố đa lượng chiếm tỉ lệ $\ge 0,01\%$ khối lượng chất khô của cơ thể ( $C, H, O, N, P, S, Ca...$ ), đóng vai trò cấu trúc xây dựng nên các đại phân tử sinh học (carbohydrate, lipid, protein, DNA) và duy trì áp suất thẩm thấu. Nguyên tố vi lượng chiếm $< 0,01\%$ khối lượng cơ thể ( $Fe, Cu, Zn, I, Mn...$ ), chủ yếu đóng vai trò xúc tác, tham gia cấu tạo các enzyme hoạt tính cao, hormone và vitamin điều hòa sinh trưởng.

Vì sao nguyên tố Carbon ( $C$ ) được coi là "xương sống" của các hợp chất hữu cơ trong tế bào?

Nguyên tử carbon có số hiệu nguyên tử $Z=6$ , lớp ngoài cùng có 4 electron hóa trị. Do đó, carbon có khả năng tạo 4 liên kết cộng hóa trị bền vững với các nguyên tử carbon khác tạo nên mạch carbon vô cùng đa dạng: mạch thẳng, mạch phân nhánh hoặc mạch vòng; đồng thời liên kết linh hoạt với $H, O, N, P, S$ tạo vô số phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết cho sự sống.

Giải thích bản chất tính phân cực của phân tử nước ( $H_2O$ ) và sự hình thành liên kết hydrogen.

Trong phân tử nước, nguyên tử oxygen có độ âm điện lớn hơn nhiều so với hai nguyên tử hydrogen, khiến đôi electron dùng chung bị hút lệch mạnh về phía oxygen. Kết quả là đầu oxygen mang điện tích âm một phần ( $-2\delta$ ), còn hai đầu hydrogen mang điện tích dương một phần ( $+\delta$ ). Do phân cực, đầu âm oxygen của phân tử nước này hút đầu dương hydrogen của phân tử nước kia bằng liên kết hydrogen tĩnh điện yếu nhưng vô cùng phong phú.

Nước có những vai trò sinh học thiết yếu nào đối với sự sống của tế bào và sinh vật?

Nước chiếm $70 - 90\%$ khối lượng cơ thể và có các vai trò sống còn: (1) Dung môi hòa tan vạn năng vận chuyển các chất dinh dưỡng và chất đào thải; (2) Môi trường và nguyên liệu tham gia trực tiếp vào các phản ứng sinh hóa (như phản ứng thủy phân); (3) Điều hòa thân nhiệt hiệu quả nhờ nhiệt dung riêng cao và nhiệt bay hơi lớn; (4) Tạo sức trương giúp duy trì hình dạng ổn định cho tế bào và mô thực vật.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 4: Các nguyên tố hóa học và nước

I. Khái quát về học thuyết tế bào

II. Các nguyên tố hóa học trong tế bào

III. Nước và vai trò của nước đối với sự sống

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Đề luyện tập theo bài