Chuyên đề: Cấu trúc và Năng lượng tế bào — Lý thuyết và Phương pháp giải

Bước 1: Tính số lượng từng loại nucleotide:

Theo nguyên tắc bổ sung trong ADN mạch kép:

$$A = T = 20\% \times N = 0{,}20 \times 3000 = 600\text{ nucleotide}$$

Vì $A + G = 50\% N = 1500$, suy ra:

$$G = C = 1500 - 600 = 900\text{ nucleotide}\text{ (chiếm } 30\% N\text{)}$$

Bước 2: Tính chiều dài, khối lượng và chu kì xoắn:

• Chiều dài ADN: $$L = \frac{N}{2} \times 3{,}4 = \frac{3000}{2} \times 3{,}4 = 1500 \times 3{,}4 = 5100\text{ \AA} = 510\text{ nm}$$
• Khối lượng phân tử: $$M = N \times 300 = 3000 \times 300 = 900\,000\text{ amu}$$
• Số chu kì xoắn: $$C = \frac{N}{20} = \frac{3000}{20} = 150\text{ chu kì}$$

Bước 3: Tính tổng số liên kết hydro ($H$):

$$H = 2A + 3G = 2 \times 600 + 3 \times 900 = 1200 + 2700 = 3900\text{ liên kết hydro}$$

Kết luận: $A = T = 600$, $G = C = 900$; chiều dài $5100\text{ \AA}$ ($510\text{ nm}$); khối lượng $900\,000\text{ amu}$; $150\text{ chu kì xoắn}$; $3900\text{ liên kết hydro}$.

Bước 1: Xét cốc 1 (Nước cất):

Nước cất là môi trường nhược trương (nồng độ chất tan bằng 0, thế nước rất cao) so với dịch bào khoai tây. Nước thẩm thấu mạnh từ ngoài vào trong các tế bào khoai tây, làm tế bào trương nước $\Rightarrow$ Khối lượng miếng khoai tây ở cốc 1 tăng lên ($m_1 > 10{,}0\text{ gam}$).

Bước 2: Xét cốc 2 (Dung dịch $\mathrm{NaCl}\text{ }0{,}9\%$):

Dung dịch $\mathrm{NaCl}\text{ }0{,}9\%$ đẳng trương với dịch bào khoai tây (thế nước và áp suất thẩm thấu tương đương). Tốc độ nước thẩm thấu vào và ra khỏi tế bào bằng nhau $\Rightarrow$ Khối lượng miếng khoai tây ở cốc 2 hầu như không đổi ($m_2 \approx 10{,}0\text{ gam}$).

Bước 3: Xét cốc 3 (Dung dịch $\mathrm{NaCl}\text{ }10\%$):

Dung dịch $\mathrm{NaCl}\text{ }10\%$ là môi trường ưu trương mạnh (thế nước thấp) so với dịch bào. Nước trong không bào các tế bào khoai tây thẩm thấu ra ngoài dung dịch làm tế bào bị co nguyên sinh và mất nước $\Rightarrow$ Khối lượng miếng khoai tây ở cốc 3 giảm đi rõ rệt ($m_3 < 10{,}0\text{ gam}$).

Kết luận: Sau 60 phút: $m_1 > 10{,}0\text{ g}$ (tăng do hút nước); $m_2 \approx 10{,}0\text{ g}$ (không đổi do đẳng trương); $m_3 < 10{,}0\text{ g}$ (giảm do mất nước co nguyên sinh).

Bước 1: Tính tốc độ phản ứng tại $[\mathrm{S}] = 2{,}0\text{ mM}$:

Nhận thấy $[\mathrm{S}] = K_m = 2{,}0\text{ mM}$, theo định nghĩa hằng số $K_m$:

$$V_1 = \frac{100 \times 2{,}0}{2{,}0 + 2{,}0} = \frac{200}{4{,}0} = 50\,\mu\mathrm{mol/phút} = \frac{V_{\max}}{2}$$

Bước 2: Tính tốc độ phản ứng tại $[\mathrm{S}] = 8{,}0\text{ mM}$:

$$V_2 = \frac{100 \times 8{,}0}{2{,}0 + 8{,}0} = \frac{800}{10{,}0} = 80\,\mu\mathrm{mol/phút}$$

Bước 3: Giải thích ý b):

Khi $[\mathrm{S}]$ rất lớn ($[\mathrm{S}] \gg K_m$), toàn bộ trung tâm hoạt động của các phân tử enzyme Amylase có trong môi trường phản ứng đều đã bị gắn kín với cơ chất tinh bột (trạng thái bão hòa enzyme). Lúc này, lượng enzyme trở thành yếu tố giới hạn duy nhất, do đó tốc độ đạt mức bão hòa cực đại tiệm cận $V_{\max} = 100\,\mu\mathrm{mol/phút}$.

Kết luận: Tại $[\mathrm{S}] = 2{,}0\text{ mM}$, $V = 50\,\mu\mathrm{mol/phút}$; tại $[\mathrm{S}] = 8{,}0\text{ mM}$, $V = 80\,\mu\mathrm{mol/phút}$; tốc độ không vượt quá $V_{\max}$ do toàn bộ enzyme bị bão hòa cơ chất.

Bước 1: Tính toán ở điều kiện hiếu khí (câu a):

• Tổng số mol $\mathrm{ATP}$ tạo thành: $$n_{\mathrm{ATP}} = 5 \times 32 = 160\text{ mol ATP}$$
• Theo phương trình: $1\text{ mol }\mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\text{ mol }\mathrm{O_2} \rightarrow 6\text{ mol }\mathrm{CO_2} + 6\text{ mol }\mathrm{H_2O}$: $$n_{\mathrm{O_2}} = n_{\mathrm{CO_2}} = 5 \times 6 = 30\text{ mol}$$
• Thể tích khí ở điều kiện chuẩn: $$V_{\mathrm{O_2}} = V_{\mathrm{CO_2}} = 30 \times 24{,}79 = 743{,}7\text{ lít}$$

Bước 2: Tính toán ở điều kiện kị khí (câu b):

• Trong lên men lactic, 1 mol glucose chỉ tạo 2 mol $\mathrm{ATP}$ thuần từ đường phân: $$n_{\mathrm{ATP}} = 5 \times 2 = 10\text{ mol ATP}$$
• Giải thích hiện tượng mỏi cơ: Khi vận động cường độ cao, cơ thể không cung cấp đủ $\mathrm{O_2}$ kịp thời cho cơ, tế bào cơ chuyển sang lên men tạo ra acid lactic ($\mathrm{C_3H_6O_3}$). Acid lactic tích tụ nhiều làm giảm pH tế bào chất, ức chế enzyme và dẫn truyền thần kinh cơ gây hiện tượng mỏi cơ và đau cơ.

Kết luận: Hiếu khí: tạo $160\text{ mol ATP}$, tiêu thụ và giải phóng $743{,}7\text{ L}$ khí $\mathrm{O_2, CO_2}$; Kị khí: chỉ thu được $10\text{ mol ATP}$, tích tụ acid lactic gây mỏi cơ.