Sinh học tế bào, vi sinh vật và virus (lớp 10)

Kiến thức lớp 10 chiếm khoảng 1–2 câu trong đề nhưng là nền cho cả phần di truyền: phân bào giải thích quy luật Mendel và đột biến NST, cấu trúc tế bào giải thích phiên mã, dịch mã. Hay gặp: so sánh nhân sơ – nhân thực, vận chuyển qua màng, các kì phân bào, sinh trưởng của vi khuẩn.

Kiến thức trọng tâm

Tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực

Vận chuyển các chất qua màng

• Thụ động (không tốn năng lượng, theo chiều gradient nồng độ): khuếch tán qua lớp phospholipid ($\ce{O2}$, $\ce{CO2}$, chất tan trong lipid), qua kênh protein (ion, glucose), thẩm thấu của nước (nhiều qua kênh aquaporin).
• Chủ động (tốn ATP, ngược gradient, cần protein vận chuyển, ví dụ bơm $\ce{Na+}$/$\ce{K+}$).
• Nhập bào (thực bào, ẩm bào) và xuất bào: biến dạng màng, tốn năng lượng, vận chuyển phân tử lớn.
• Môi trường ưu trương (nồng độ chất tan cao hơn trong tế bào): tế bào mất nước, tế bào thực vật co nguyên sinh; nhược trương: tế bào hút nước, tế bào động vật có thể vỡ; đẳng trương: không đổi.
• Enzyme là chất xúc tác sinh học (phần lớn là protein), có trung tâm hoạt động đặc hiệu với cơ chất; hoạt tính phụ thuộc nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất, chất ức chế. ATP là "đồng tiền năng lượng" của tế bào.

Chu kì tế bào, nguyên phân và giảm phân

• Chu kì tế bào gồm kì trung gian (pha G1 tế bào sinh trưởng; pha S nhân đôi DNA và NST; pha G2 chuẩn bị phân chia) và phân bào (M). Các điểm kiểm soát (cuối G1, cuối G2, kì giữa) đảm bảo phân chia chính xác; mất kiểm soát chu kì tế bào có thể dẫn đến ung thư.
• Nguyên phân (tế bào sinh dưỡng, tế bào sinh dục sơ khai): 1 tế bào $2n$ → 2 tế bào con $2n$ giống nhau. Ý nghĩa: sinh trưởng, tái sinh mô, sinh sản vô tính; duy trì bộ NST qua các thế hệ tế bào.
• Giảm phân (tế bào sinh dục chín): 2 lần phân bào, 1 lần nhân đôi NST → 4 tế bào $n$. Kì đầu I có tiếp hợp và có thể trao đổi chéo; kì giữa I các cặp NST tương đồng xếp hai hàng; kì sau I các NST kép trong cặp tương đồng phân li độc lập về hai cực. Giảm phân cùng thụ tinh duy trì bộ NST của loài và tạo biến dị tổ hợp.

Số NST, chromatid trong một tế bào của loài $2n = 20$:

Vi sinh vật

Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục (không bổ sung chất dinh dưỡng, không lấy bớt sản phẩm) gồm 4 pha:

• Tiềm phát: vi khuẩn thích nghi, tổng hợp enzyme, số lượng gần như chưa tăng.
• Lũy thừa: phân chia mạnh, số tế bào tăng theo cấp số nhân, thời gian thế hệ $g$ ngắn và ổn định.
• Cân bằng: số tế bào sinh ra bằng số tế bào chết (chất dinh dưỡng cạn dần, chất độc tích lũy).
• Suy vong: số tế bào chết nhiều hơn số sinh ra.
• Nuôi cấy liên tục (bổ sung dinh dưỡng, lấy bớt dịch nuôi) giữ quần thể ở pha lũy thừa, dùng trong sản xuất sinh khối, enzyme, kháng sinh.

Ở pha lũy thừa: $N = N_0 \cdot 2^n$ với số thế hệ $n = \dfrac tg$.

Ứng dụng: lên men lactic (sữa chua, dưa muối), lên men ethanol nhờ nấm men (làm bánh mì, rượu), sản xuất kháng sinh, enzyme, phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu sinh học, xử lí rác thải và nước thải.

Virus

• Cấu tạo gồm lõi nucleic acid (DNA hoặc RNA) và vỏ capsid bằng protein; một số có thêm vỏ ngoài (lipid kép, gai glycoprotein). Virus chưa có cấu tạo tế bào, chỉ nhân lên được trong tế bào chủ (kí sinh nội bào bắt buộc).
• Năm giai đoạn nhân lên: hấp phụ (gai, protein bề mặt gắn đặc hiệu với thụ thể tế bào chủ) → xâm nhập → tổng hợp (nucleic acid và protein của virus, dùng nguyên liệu, enzyme của tế bào chủ) → lắp ráp → giải phóng.
• Phage có thể theo chu trình tan (phá vỡ tế bào vi khuẩn) hoặc tiềm tan (gắn hệ gene vào NST vi khuẩn, nhân lên cùng tế bào).
• Phòng bệnh do virus: tiêm vaccine, vệ sinh cá nhân và môi trường, diệt vật trung gian truyền bệnh. Kháng sinh không có tác dụng với virus.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Nguyên phân và giảm phân

Xem lời giải

(a) Số tế bào con $2^4 = 16$. NST môi trường cung cấp: $20 \times (2^4 - 1) = 300$ NST đơn.

(b) $8 \times 4 = 32$ tinh trùng; 8 trứng (kèm 24 thể cực). Mỗi trứng có $n = 10$ NST.

Dạng 2: Đếm NST, chromatid ở các kì

Xem lời giải

NST kép xếp hai hàng (theo từng cặp tương đồng) → kì giữa của giảm phân I. Số chromatid $20 \times 2 = 40$; số tâm động bằng số NST $= 20$. (Nếu 20 NST kép xếp một hàng thì là kì giữa nguyên phân; 10 NST kép xếp một hàng là kì giữa giảm phân II.)

Dạng 3: Sinh trưởng của vi khuẩn

Xem lời giải

(a) Số thế hệ $n = \dfrac{180}{20} = 9$; $N = 10^3 \times 2^9 = 512\,000 = 5{,}12 \cdot 10^5$ tế bào.

(b) $2^n = \dfrac{1{,}28 \cdot 10^4}{2 \cdot 10^2} = 64$ → $n = 6$ thế hệ; $g = \dfrac{120}{6} = 20$ phút.

Dạng 4: Thí nghiệm co nguyên sinh

Xem lời giải

• Trong dung dịch muối đậm đặc (ưu trương): nước đi ra khỏi tế bào theo thẩm thấu, khối tế bào chất co lại, tách khỏi thành tế bào → co nguyên sinh.
• Chuyển sang nước cất (nhược trương): nước đi vào, tế bào chất phồng trở lại → phản co nguyên sinh (nếu tế bào còn sống). Thành cellulose giúp tế bào thực vật không bị vỡ.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

1. Có 5 tế bào cùng nguyên phân 3 lần liên tiếp. Tạo ra bao nhiêu tế bào con?

Xem đáp án

$5 \times 2^3 = 40$ tế bào con.

2. Vì sao nuôi cấy không liên tục có pha cân bằng và pha suy vong, còn nuôi cấy liên tục duy trì được pha lũy thừa?

Xem đáp án

Nuôi cấy không liên tục không được bổ sung dinh dưỡng, chất thải tích lũy → số sinh bằng số chết (pha cân bằng). Nuôi cấy liên tục liên tục bổ sung dinh dưỡng và lấy bớt dịch nuôi nên quần thể được duy trì ở pha lũy thừa.

3. Đúng hay sai: một loại virus chỉ xâm nhập được vào những tế bào có thụ thể phù hợp với protein bề mặt của nó.

Xem đáp án

Đúng. Giai đoạn hấp phụ có tính đặc hiệu, nên mỗi virus chỉ kí sinh ở một số loại tế bào chủ nhất định.

4. Vi khuẩn nitrate hóa lấy năng lượng từ oxi hóa $\ce{NH4+}$ và lấy carbon từ $\ce{CO2}$. Chúng thuộc kiểu dinh dưỡng nào?

Xem đáp án

Hóa tự dưỡng (năng lượng từ chất vô cơ, carbon từ $\ce{CO2}$).