Энергетический обмен егэ студариум - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

Обмен веществ

Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно
протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться)
количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.

Энергетический обмен

Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров,
белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество
этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об
организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Обсудим этапы энергетического обмена более подробно:

Подготовительный этап

Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть
которой рассеивается в виде тепла.

Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.

Бескислородный этап (анаэробный) — гликолиз

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза
происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК).
Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

Кислородный этап (аэробный)

Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на
этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ.

Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).

Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота

Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания —
аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением
большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда «∽».

АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота).
Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:

АТФ + H₂O = АДФ + H₃PO₄ + E
АДФ + H₂O = АМФ + H₃PO₄ + E
АМФ + H₂O = аденин + рибоза + H₃PO₄ + E

Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций
пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции),
удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Прочитайте описание эксперимента и выполните задания 23 и 24.

Экспериментатор отобрал три одинаковых по массе и длине корешка семени пшеницы, поместил их по одному в пробирки с кипячёной водой. Сполоснул семена и пробирки, всю воду слил, пробирки плотно закрыл пробками и поместил на один день в места с различной температурой: 0, 6-10, 16-18 °С. Перед тем как рассматривать результат опыта, все пробирки он выдержал 5-10 мин. при комнатной температуре. Затем во все пробирки он налил известковую воду и сравнил степень помутнения известковой воды, по которой судят об интенсивности дыхания семян в разных температурных условиях.

20608. Какая переменная в этом эксперименте будет зависимой (изменяющейся), а какая — независимой (задаваемой)? Объясните, как в данном эксперименте можно поставить отрицательный контроль*? С какой целью необходимо такой контроль ставить?
(Отрицательный контроль — это экспериментальный контроль, при котором изучаемый объект не подвергается экспериментальному воздействию).

1) Зависимая переменная (изменяющаяся в эксперименте) — степень помутнения известковой воды; независимая переменная (задаваемая экспериментатором) — температура окружающей среды (должны быть указаны обе переменные)
2) Семена с корешками необходимо было поместить в сосуды с одинаковой температурой в течение всего эксперимента
3) Остальные параметры (вид семян, объём пробирок и др) необходимо оставить без изменений
4) Такой контроль позволяет установить, действительно ли температура влияет на активность процесса дыхания

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке
При обращении указывайте id этого вопроса — 20608.

Прочитайте описание эксперимента и выполните задания 23 и 24.

Экспериментатор решил установить зависимость активности дыхания тараканов от температуры воздуха. Для этого он помещал в замкнутую ёмкость таракана и измерял электронным датчиком концентрацию углекислого газа в ёмкости через 10 минут. Ёмкости помещались в термостатируемую комнату с заданной температурой. Оказалось, что чем выше температура, тем активнее накапливался углекислый газ в ёмкости.

20561. Почему с ростом температуры усиливалось дыхание у тараканов? Предположите, что будет происходить с количеством накапливаемого углекислого газа при более сильном увеличении температуры. Ответ поясните.

1) Чем выше температура, тем активнее идут все процессы в организме (поскольку активность ферментов растёт с температурой)
2) При определённой температуре скорость накопления углекислого газа начнёт снижаться
3) Поскольку активность ферментов будет снижаться (из-за денатурации, в какой-то момент животное погибнет)

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке
При обращении указывайте id этого вопроса — 20561.

Прочитайте описание эксперимента и выполните задания 23 и 24.

20560. Какую нулевую гипотезу* смог сформулировать исследователь перед постановкой эксперимента? Объясните, почему комнаты в эксперименте должны быть термостатируемыми? Почему результаты эксперимента могут быть недостоверными, если известно, что в комнаты был приток воздуха извне?
(*Нулевая гипотеза — принимаемое по умолчанию предположение о том, что не существует связи между двумя наблюдаемыми событиями, феноменами).

1) Нулевая гипотеза — скорость накопления углекислого газа не зависит от температуры в комнате
2) Термостатируемые комнаты позволяют обеспечивать постоянную температуру воздуха
3) При наличии притока воздуха извне температура в комнате может изменяться
4) Дыхание — многостадийный биологический процесс, активность которого зависит от множества факторов
5) При изменении температуры активность дыхания может меняться, что не позволяет в явном виде установить зависимость от температуры в комнате

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке
При обращении указывайте id этого вопроса — 20560.

Прочитайте описание эксперимента и выполните задания 23 и 24.

Экспериментатор решил изучить процесс работы мышц у домовой мыши (Mus musculus). Для этого он исследовал состояние мышц тренированных и нетренированных мышей, подвергая их одинаковым нагрузкам. Результаты эксперимента показаны на графике.

20539. Как, согласно графику, влияет степень тренированности мышц на количество лактата (молочной кислоты), образующегося при их работе? Почему лактат (молочная кислота) образуется в мышцах при длительной нагрузке? Ответ поясните.

1) У тренированной мыши скорость накопления (количество) лактата (молочной кислоты) ниже, чем у нетренированной (или наоборот)
2) При длительной нагрузке в мышцах возникает недостаток кислорода (мыш‚ цы испытывают гипоксию)
3) Мышцы переходят на анаэробный (бескислородный) метаболизм (молочнокислое брожение), в ходе которого образуется лактат

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке
При обращении указывайте id этого вопроса — 20539.

Прочитайте описание эксперимента и выполните задания 23 и 24.

20538. Какую нулевую гипотезу* смог сформулировать исследователь перед постановкой эксперимента? Объясните, почему нагрузка в эксперименте должна быть строго одинаковой для всех мышей. Почему результаты эксперимента могут быть недостоверными, если известно, что в комнате не поддерживалась постоянная температура?
(*Нулевая гипотеза — принимаемое по умолчанию предположение о том, что не существует связи между двумя наблюдаемыми событиями, феноменами).

1) Нулевая гипотеза — количество лактата в мышцах после нагрузки не зависит от тренированности мышей
2) При различиях в нагрузке может вырабатываться различное количество лактата
3) Из-за этого не удастся достоверно установить, есть ли зависимость в данном эксперименте
4) Количество вырабатываемого лактата может быть различным при разной температуре
5) При изменении температуры эксперимент не позволяет в явном виде установить зависимость выработки лактата от нагрузки

P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке
При обращении указывайте id этого вопроса — 20538.

Для вас приятно генерировать тесты, создавайте их почаще

Источник

Образовательный портал для подготовки к экзаменам

Биология

Сайты, меню, вход, новости

Каталог заданий
Задания Д27 C6. Задача по цитологии. Энергетический обмен

Пройти тестирование по 10 заданиям
Пройти тестирование по всем заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

В процессе гликолиза образовались 112 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении глюкозы в клетках эукариот? Ответ поясните.

Источник: РЕШУ ЕГЭ — Предэкзаменационная работа 2014 по биологии.

В процессе кислородного этапа катаболизма образовалось 972 молекулы АТФ. Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате гликолиза и полного окисления? Ответ поясните.

В процессе гликолиза образовалось 84 молекулы пировиноградной кислоты. Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при её полном окислении? Объясните полученные результаты.

Источник: Банк заданий ФИПИ

Пройти тестирование по этим заданиям

Источник

Понятие метаболизма

Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией.

Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Составные части метаболизма

Часть	Характеристика	Примеры	Затраты энергии
Катаболизм (энергетический обмен, диссимиляция)	Совокупность химических реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных	Гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и других веществ	Энергия выделяется
Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция)	Совокупность химических реакций синтеза сложных веществ из более простых	Образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза	Энергия поглощается

Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Роль ФТФ в метаболизме

Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.

В этих связях запасена энергия, которая высвобождается при их разрыве:
АТФ + H₂O → АДФ + H₃PO₄ + Q₁
АДФ + H₂O → АМФ + H₃PO₄ + Q₂
АМФ + H₂O → аденин + рибоза + H₃PO₄ + Q₃,
где АТФ — аденозинтрифосфорная кислота; АДФ — аденозиндифосфорная кислота; АМФ — аденозинмонофосфорная кислота; Q₁ = Q₂ = 30,6 кДж; Q₃ = 13,8 кДж.
Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования. Фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (АДФ + Ф → АТФ). Он происходит с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин).
Энергия, накопленная в молекулах АТФ, используется организмом в анаболических реакциях (реакциях биосинтеза). Молекула АТФ является универсальным хранителем и переносчиком энергии для всех живых существ.

Энергетический обмен

Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получают в результате процессов окисления органических веществ, то есть в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли топлива, является глюкоза.
По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы.

Классификация организмов по отношению к свободному кислороду

Группа	Характеристика	Организмы
Аэробы (облигатные аэробы)	Организмы, способные жить только в кислородной среде	Животные, растения, некоторые бактерии и грибы
Анаэробы (облигатные анаэробы)	Организмы, неспособные жить в кислородной среде	Некоторые бактерии
Факультативные формы (факультативные анаэробы)	Организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него	Некоторые бактерии и грибы

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бес- кислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.

Этапы катаболизма

1. Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые. Белки расщепляются до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот, полисахариды — до моносахаридов, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте, у одноклеточных — в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.
2. Второй этап — неполное окисление (бескислородный) — заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное окисление глюкозы называется гликолизом. В результате гликолиза одной молекулы глюкозы образуется по две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК, пируват) CH₃COCOOH, АТФ и воды, а также атомы водорода, которые связываются молекулой-переносчиком НАД⁺ и запасаются в виде НАД·Н.
Суммарная формула гликолиза имеет следующий вид:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ + 2НАД+ → 2C₃Н₄O₃ + 2H₂O + 2АТФ + 2НАД·Н.
Далее при отсутствии в среде кислорода продукты гликолиза (ПВК и НАД·Н) перерабатываются либо в этиловый спирт — спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода)
CH₃COCOOH → СО₂ + СН₃СОН
СН₃СОН + 2НАД·Н → С₂Н₅ОН + 2НАД⁺,
либо в молочную кислоту — молочнокислое брожение (в клетках животных при недостатке кислорода)
CH₃COCOOH + 2НАД·Н → C₃Н₆O₃ + 2НАД⁺.
При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее расщепление до конечных продуктов.
3. Третий этап — полное окисление (дыхание) — заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях при обязательном участии кислорода.
Он состоит из трёх стадий:
А) образование ацетилкоэнзима А;
Б) окисление ацетилкоэнзима А в цикле Кребса;
В) окислительное фосфорилирование в электронотранспортной цепи.

А. На первой стадии ПВК переносится из цитоплазмы в митохондрии, где взаимодействует с ферментами матрикса и образует 1) диоксид углерода, который выводится из клетки; 2) атомы водорода, которые молекулами-переносчиками доставляются к внутренней мембране митохондрии; 3) ацетилкофермент А (ацетил-КоА).
Б. На второй стадии происходит окисление ацетилкоэнзима А в цикле Кребса. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) — это цепь последовательных реакций, в ходе которых из одной молекулы ацетил-КоА образуются 1) две молекулы диоксида углерода, 2) молекула АТФ и 3) четыре пары атомов водорода, передаваемые на молекулы-переносчики — НАД и ФАД. Таким образом, в результате гликолиза и цикла Кребса молекула глюкозы расщепляется до СО₂, а высвободившаяся при этом энергия расходуется на синтез 4 АТФ и накапливается в 10 НАД·Н и 4 ФАД·Н₂.
В. На третьей стадии атомы водорода с НАД·Н и ФАД·Н₂ окисляются молекулярным кислородом О₂ с образованием воды. Один НАД·Н способен образовывать 3 АТФ, а один ФАД·Н₂–2 АТФ. Таким образом, выделяющаяся при этом энергия запасается в виде ещё 34 АТФ.
Этот процесс протекает следующим образом. Атомы водорода концентрируются около наружной стороны внутренней мембраны митохондрии. Они теряют электроны, которые по цепи молекул-переносчиков (цитохромов) электронотранспортной цепи (ЭТЦ) переносятся на внутреннюю сторону внутренней мембраны, где соединяются с молекулами кислорода:
О₂ + е^— → О₂^—.
В результате деятельности ферментов цепи переноса электронов внутренняя мембрана митохондрий изнутри заряжается отрицательно (за счёт О₂^—), а снаружи — положительно (за счёт Н⁺), так что между её поверхностями создаётся разность потенциалов. Во внутреннюю мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ- синтетазы, обладающие ионным каналом. Когда разность потенциалов на мембране достигает критического уровня, положительно заряженные частицы H⁺ силой электрического поля начинают проталкиваться через канал АТФазы и, оказавшись на внутренней поверхности мембраны, взаимодействуют с кислородом, образуя воду:
1/2О₂^— +2H⁺ → Н₂О.
Энергия ионов водорода H⁺, транспортирующихся через ионный канал внутренней мембраны митохондрии, используется для фосфорилирования АДФ в АТФ:
АДФ + Ф → АТФ.
Такое образование АТФ в митохондриях при участии кислорода называется окислительным фосфорилированием.
Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38АДФ → 6CO₂ + 44H₂O + 38АТФ.
Таким образом, в ходе гликолиза образуются 2 молекулы АТФ, в ходе клеточного дыхания — ещё 36 молекул АТФ, в целом при пол- ном окислении глюкозы — 38 молекул АТФ.

Пластический обмен

Пластический обмен, или ассимиляция, представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений из более простых (фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка и др.).

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:
органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:
неорганические вещества (СО₂, Н₂О) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важным является пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны.
Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов гран содержатся фотосинтетические пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы.
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.
1. Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны.
К ней относятся поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды.
Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбуждённое состояние:

Эти электроны передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.
Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть её разложение под действием света:

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их. Молекулы хлорофилла возвращаются в стабильное состояние.
Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоида, создавая Н⁺-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны тилакоида заряжается положительно (за счёт Н⁺), а наружная — отрицательно (за счёт е^—). По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. Выделяющаяся при этом энергия используется для фосфорилирования молекул АДФ:
АДФ + Ф → АТФ.

Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называется фотофосфорилированием.
Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):
2Н⁺ + 4е^– + НАДФ⁺ → НАДФ·Н₂.
Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ·Н₂. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ·Н₂ участвуют в процессах темновой фазы.
2. Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО₂, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счёт энергии АТФ. В цикле Кальвина СО₂ связывается с водородом из НАДФ·Н₂ с образованием глюкозы.
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и всё живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот представлена в таблице.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

Признак	Фотосинтез	Дыхание
Уравнение реакции	6СО₂ + 6Н₂О + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6O₂	C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + энергия (АТФ)
Исходные вещества	Углекислый газ, вода	Органические вещества, кислород
Продукты реакции	Органические вещества, кислород	Углекислый газ, вода
Значение в круговороте веществ	Синтез органических веществ из неорганических	Разложение органических веществ до неорганических
Превращение энергии	Превращение энергии света в энергию химических связей органических веществ	Превращение энергии химических связей органических веществ в энергию макроэргических связей АТФ
Важнейшие этапы	Световая и темновая фаза (включая цикл Кальвина)	Неполное окисление (гликолиз) и полное окисление (включая цикл Кребса)
Место протекания процесса	Хлоропласты	Гиалоплазма (неполное окисление) и митохондрии (полное окисление)

Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов). Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В эукариотических клетках генетический материал распределён в нескольких молекулах ДНК, организованных в хромосомы.
ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную функцию, позволяя участкам генетического материала упаковываться определённым образом, или регуляторную функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез белка.
Кодирующими участками ДНК являются гены. Ген — участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной мРНК (и соответственно полипептида), рРНК или тРНК.
Участок хромосомы, где расположен ген называется локусом. Совокупность генов клеточного ядра представляет собой генотип, совокупность генов гаплоидного набора хромосом — гено́м, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид, цитоплазмы) — плазмон.
Реализация информации, записанной в генах, через синтез белков называется экспрессией (проявлением) генов. Генетическая информация хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде последовательности аминокислот в белке. Посредниками, переносчиками информации выступают РНК. То есть реализация генетической информации происходит следующим образом:
ДНК → РНК → белок.
Этот процесс осуществляется в два этапа:
1) транскрипция;
2) трансляция.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются мРНК, тРНК и рРНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные её отрезки. Такой отрезок (транскриптон) начинается промотором — участком ДНК, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция, а заканчивается терминатором — участком ДНК, содержащим сигнал окончания транскрипции. Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии.
Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.

В процессе транскрипции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка.
Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей.

Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов) и некодирующих (интронов) участков.

После транскрипции участки мРНК, соответствующие интронам, удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга.

Процессинг — процесс формирования зрелой мРНК из её предшественника пре-мРНК. Он включает два основных события. 1.Присоединение к концам мРНК коротких последовательностей нуклеотидов, обозначающих место начала и место конца трансляции. Сплайсинг — удаление неинформативных последовательностей мРНК, соответствующих интронам ДНК. В результате сплайсинга молекулярная масса мРНК уменьшается в 10 раз.
Трансляция (от лат. translatio — перевод) — синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы.

В трансляции участвуют все три типа РНК: мРНК является информационной матрицей; тРНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.

Этапы трансляции

Этап	Характеристика
Инициация	Сборка комплекса, участвующего в синтезе полипептидной цепи. Малая субчастица рибосомы соединяется с инициаторной мет-трнк, а затем с мрнк, после чего происходит образование целой рибосомы, состоящей из малой и большой субчастиц.
Элонгация	Удлинение полипептидной цепи. Рибосома перемещается вдоль мрнк, что сопровождается многократным повторением цикла присоединения очередной аминокислоты к растущей полипептидной цепи.
Терминация	Завершение синтеза полипептидной молекулы. Рибосома достигает одного из трёх стоп-кодонов мрнк, а так как не существует трнк с антикодонами, комплементарными стоп-кодонам, синтез полипептидной цепи прекращается. Она высвобождается и отделяется от рибосомы. Рибосомные субчастицы диссоциируют, отделяются от мрнк и могут принять участие в синтезе следующей полипептидной цепи.

Реакции матричного синтеза. К реакциям матричного синтеза относятся

самоудвоение ДНК (репликация);
образование мРНК, тРНК и рРНК на молекуле ДНК (транскрипция);
биосинтез белка на мРНК (трансляция).

Все эти реакции объединяет то, что молекула ДНК в одном случае или молекула мРНК в другом выступают в роли матрицы, на которой происходит образование одинаковых молекул. Реакции матричного синтеза являются основой способности живых организмов к воспроизведению себе подобных.
Регуляция экспрессии генов. Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Они отличаются структурой и функциями, то есть дифференцированы. Различия проявляются в том, что помимо белков, необходимых любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют ещё и специализированные белки: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин и т. д. Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов и не сопровождается какими-либо необратимыми изменениями в структуре самих последовательностей ДНК.

Источник

Задачи по теме «Энергетический обмен» (ЭГЭ по биологии — задания по линии 27, ч.2, с подробными ответами )

МБОУ «Карагайская СОШ № 2»

с. Карагай, Пермский край

Биология: подготовка к ЕГЭ

Задание 27

(часть 2)

Подготовила:

Трефилова Раиса Поликарповна,

учитель биологии,

МБОУ «Карагайская СОШ № 2»

Карагай — 2017

Пояснительная записка

В КИМах ЕГЭ по биологии в линии 27 проверяется умение

обучающихся выполнять задания по цитологии. Во второй части

методического ресурса предлагаю вопросы и биологические задачи по теме:

«Энергетический обмен».

Цель: Знакомство с правилами выполнения и заданиями линии 27 при

подготовке к ЕГЭ.

Задачи:

1. Информировать учащихся 11 класса о требованиях к выполнению

заданий линии 27 по биологии по теме «Энергетический обмен».

2. Познакомить с кодификатором, спецификацией и образцами заданий.

3. Мотивировать учащихся к успешной подготовке к ЕГЭ.

Обращаем внимание учащихся на оценку задания!

Критерии к оцениванию ответа

Ответ правильный и полный, включает в себя все

указанные элементы

Ответ включает два из указанных элементов и не

содержит биологических ошибок, или ответ включает 3

элемента, но содержит ошибку.

Ответ включает 1 элемент и не содержит биологических

ошибок, или ответ включает 2 элемента, но содержит

ошибку.

Теоретическое обоснование темы

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный (в пищеварительном канале, лизосомах

ферментами):

крахмал → глюкоза (Е рассеивается); белки→ аминокислоты; жиры→

глицерин и жирные кислоты;

2. Бескислородный «гликолиз» (в цитоплазме): глюкоза → 2 ПВК (или 2

молочной к—ты) + 2 АТФ

3. Кислородный этап, «дыхание», «энергетический этап» или «гидролиз»

(в митохондриях): ПВК → СО2 + Н 2О + 36 АТФ

Эффективность: Полное окисление: 1 молекула глюкозы = 38 АТФ;

• Бескислородное окисление, «гликолиз»: 1 глюкоза = 2 АТФ

(Неполное окисление при недостатке кислорода: 1 глюкоза = 2 АТФ);

• Кислородный этап, «дыхание», «аэробное окисление», «энергетический

этап» или «гидролиз» = 36 АТФ.

В том числе: а) цикл Кребса = 2 АТФ

б) окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь) = 34 АТФ;

Уравнения: Реакция полного расщепления глюкозы:

С6Н12О6 + 38 АДФ + 38 Н3РО4 + 6 О2 ––> 6 СО2 + 38 АТФ + 44 Н2О +

2880 кДж

(сокращенное уравнение: C6H12O6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 38 АТФ)

• Гликолиз (сокращенно): C6H12O6 →2 C3H6O3 (ПВК) + 2АТФ

• Реакция неполного расщепления глюкозы (при недостатке кислорода):

С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 Н2О + 200 кДж

(молочная к—та)

Сокращённо: C6H12O6 → 2C3H6O3 +2АТФ

• Спиртовое брожение: С6Н12О6 → 2СО2+2С2Н5ОН +2 АТФ

(сокращенно)

Количество энергии, запасенной в одной молекуле АТФ: 40кДЖ

Примеры заданий ЕГЭ по линии 27 (часть 2)

1. В процессе гидролиза образовалось 1620 молекул АТФ. Определите, какое количество

глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате

бескислородного и полного этапов катаболизма. Ответ поясните.

2. В цикл Кребса вступило 56 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Определите,

какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению? Сколько молекул АТФ

образовалось при гликолизе и аэробном этапе? Каков суммарный энергетический

эффект?

3. Сколько молекул АТФ образуется в клетках эукариот при полном окислении фрагмента

молекулы крахмала, состоящего из 100 остатков глюкозы?

4. В процессе гликолиза образовалось 400 молекул пирувата (ПВК или пировиноградная

кислота). Сколько молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ

образуется в процессе клеточного дыхания?

5. Человек при беге со средней скоростью расходует за 1 минуту 24 кДж энергии.

Определите, сколько граммов глюкозы расходуется за 25 минут бега, если кислород

доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве.

6. В процессе диссимиляции произошло расщепление 4 молей глюкозы, из которых

полному расщеплению подверглись только 3 моля. Определите: А) Сколько молей

молочной кислоты образовалось? Б) Сколько при этом образовалось АТФ? В) Какое

количество энергии в них аккумулировано? Г) Сколько молей СО

образовалось?

Д) Сколько молей О

израсходовано?

Ответы

Задача1.

Оформление задачи.

Дано: n (АТФ)= 1620

Найти:

n (глюкозы)-?

n (АТФ общ.) -?

n (АТФ бескисл. этапа)-?

Решение:

1. При гидролизе (бескислородном этапе) из одной молекулы глюкозы образуется 36

молекул АТФ . Определяем количество молекул глюкозы, которое образовало 1620

молекул АТФ:

n (глюкозы) =1620 : 36 = 45 молекул глюкозы.

2. При гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется до двух молекул

пировиноградной кислоты (ПВК) с образованием двух молекул АТФ, следовательно, из 45

молекул глюкозы образовалось:

n (АТФ бескисл. этапа) = 45 х2 = 90 молекул АТФ.

3. При полном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Находим кол—во АТФ, образующееся при разложении 45 молекул АТФ:

n (АТФ общ.) = 45 х 38 = 1710 молекул АТФ.

Ответ: 1) Число молекул глюкозы = 45.

2) При гликолизе образуется 90 молекул АТФ.

3) Полный энергетический эффект = 1710 молекул АТФ.

Задача 2.Оформляется по образцу первой задачи.

Краткий ответ.

1. Если при разложении одной молекулы глюкозы образуется 2 ПВК, то при образовании

56 молекулы ПВК разложилось 28 молекул глюкозы: 56 : 2 = 28.

2. При гликолизе 1 молекулы глюкозы выделяется 2 молекулы АТФ,

При гликолизе 28 молекул глюкозы образуется 56 молекул АТФ.

3. При клеточном дыхании (аэробном этапе) из одной молекулы глюкозы образуется 36

молекул АТФ, из 28 молекул глюкозы образуется: 36 х28 = 1008 молекул АТФ.

4. Общий энергетический эффект = 56 + 1008 = 1064 (молекул АТФ).

Задача 3.

Краткий ответ.

1. Из фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 100 остатков глюкозы, образуется 100

молекул глюкозы.

2. При полном окислении 1 молекулы глюкозы в клетках эукариот образуется 38 молекул

АТФ.

3. При окислении 100 молекул глюкозы образуется: 38 х100 = 3800 (молекулы АТФ)

Задача 4.

Краткий ответ.

1. При гликолизе (бескислородный этап катаболизма) 1 молекула глюкозы образует 2

молекулы пирувата, следовательно, гликолизу подверглось: 400 : 2 = 200 (молекул

глюкозы).

2. Кислородное дыхание – третий этап энергетического обмена, в результате которого из 1

молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ.

3. Из 200 молекул глюкозы образуется : 36 х 200 = 7200 (молекул АТФ).

Задача 5.

Краткое решение.

1. Определяем сколько энергии необходимо мышцам для работы: 24 кДж × 25 мин = 600

кДж

2. Энергия может быть только в виде АТФ, узнаем сколько необходимо моль АТФ: 600

кДж : 40 кДж = 15 моль

3. По уравнению С6Н12О6 + 38 АДФ + 38 Н3РО4 + 6 О2 ––> 6 СО2 + 38 АТФ

+ 44 Н2О + 2880 кДж

определяем, сколько глюкозы при расщеплении образует это количество АТФ:

1 моль (C6H12O6) — 38 моль (АТФ) x = 0,4 моль (C6H12O6)

x моль (C6H12O6) — 15 моль (АТФ)

4. Переведѐм количество глюкозы в граммы:

1 моль (C6H12O6) — 180 г x = 72 г (C6H12O6)

0,4 моль (C6H12O6) — x г

Ответ: мышцы ног за 25 мин бега израсходуют 72 г глюкозы.

Задача 6.

Краткое решение.

Реакция неполного расщепления глюкозы:

+ 2 АДФ + 2 Н

РО

––> 2 С

+ 2 АТФ + 2 Н

О + 200 кДж

молочная к—та

А) молочной кислоты – 2 моля;

Б) АТФ – 2 моля;

В) 1 моль АТФ – 40 кДЖ, следовательно 40 х 2 = 80 кДж.

Реакция полного расщепления глюкозы:

+ 38 АДФ + 38 Н

РО

+ 6 О

––> 6 СО

+ 38 АТФ + 44 Н

О + 2880 кДж

Поскольку полному расщеплению подверглись 3 моля глюкозы, то:

3 С

+ 3 х 38 АДФ + 3 х 38 Н

РО

+ 3 х 6 О

––> 3 х 6 СО

+ 3 х 38 АТФ + 3 х 42 Н

или:

Б) АТФ = 3 х 38 = 114 молей;

В) 3 х 38 х 40 = 4560 кДж;

Г) СО

= 6 х 3 = 18 молей;

Д) О

= 6 х 3 = 18 молей.

Теперь сложим данные:

А) молочной кислоты образовалось 2 моля;

Б) АТФ синтезировано 114 + 2 = 116 молей;

В) энергии 4560 кДж + 80 кДж = 4640 кДж;

Г) СО

– 18 молей;

Д) О

– 18 молей.

Решите самостоятельно

1. В диссимиляцию вступило 32 молекулы глюкозы. Определите количество АТФ после

гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.

2. В цикл Кребса вступило 6 молекул ПВК. Определите количество АТФ после

энергетического этапа, суммарный эффект диссимиляции и количество молекул глюкозы,

вступившей в диссимиляцию.

3.В процессе диссимиляции произошло расщепление 13 молей глюкозы, из которых

полному расщеплению подверглись только 5 молей. Определите: А) Сколько молей

молочной кислоты образовалось? Б) Сколько при этом образовалось АТФ? В) Какое

количество энергии в них аккумулировано?

4. При выполнении упражнений мышцы обеих рук за 1 мин расходуют 20 кДж энергии.

Определите: А) Сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы за 15 мин при

условии, что кислород в мышцы доставляется кровью в достаточном количестве? Б)

Накапливается ли молочная кислота в мышцах?

5. Сколько молекул АТФ будет синтезироваться в клетках эукариот при полном окислении

фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 70 остатков глюкозы? Ответ поясните.

Источники информации:

1. Калинова Г.С. Биология.Типовые тестовые задания. – М.: издательство «Экзамен»,

2017.

2. Кириленко А.А., Колесников С.И. Биология. Подготовка к ЕГЭ—2013: учебно—

методическое пособие/А.А.Кириленко, С.И.Колесников. – Ростов—на—Дону: Легион, 2012.

3. Кириленко А.А., Колесников С.И. Биология. Подготовка к ЕГЭ-2014: учебно—

методическое пособие/А.А.Кириленко, С.И.Колесников. – Ростов—на—Дону: Легион, 2013.

4. https://studopedia.ru/7_107246_tema-energeticheskiy-obmen-i-fotosintez.html —

энергетический обмен и фотосинтез

5. Решение задач по цитологии. Для учащихся 10 —11 классов / МБОУ СОШ №3 с УИОП

им. Г. Панфилова; сост. И.Г. Фунтова. – Анжеро—Судженск, 2016.

6. Учебник по биологии, УМК любой.

7. МОИ публикации:

часть 1. https://easyen.ru/load/biologija/ege/biologija_podgotovka_k_egeh_zadanie_27_chast_1/53-1-0-

58450

часть 2 https://easyen.ru/load/biologija/ege/biologija_podgotovka_k_egeh_zadanie_27_chast_2/53-1-0-

58891

Источник

Метаболизм состоит из двух взаимно противоположных, но взаимосвязанных процессов пластического и энергетического обмена.

Энергетический обмен необходим организму для образования энергии, которая, в свою очередь, будет израсходована на важные биологические процессы, происходящие в клетках, тканях, органах, в том числе и на пластический обмен.

Все наши движения, мыслительные и физиологические процессы (пищеварение, кровообращение, выделение), любое проявление жизнедеятельности требуют затрат энергии.

Энергетический обмен также называют катаболизм или диссимиляцией. Это достаточно длительный процесс, который происходит вплоть до того момента, пока все питательные вещества, поступившие в организм, не расщепятся до углекислого газа, воды или других простых соединений, которые организм уже не сможет использовать.

Этот процесс аналогичен горению, при котором выделяется вода, углекислый газ и огромное количество энергии.

Катаболизм- это прежде всего многоступенчатый процесс, он не нуждается в высоких температурах, а выделившаяся энергия по большей части не переходит в тепловую, чтобы безвозвратно рассеяться, а запасается для дальнейших нужд в виде молекул АТФ.

Все это делает этот процесс невероятно эффективным и уникальным!

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Энергетический обмен— это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.

Каким же образом энергия реакции расщепления используется клеткой?

Ученые обнаружили, что любая деятельность клетки всегда точно совпадает во времени с распадом молекул АТФ.

К примеру, при синтезе белков, углеводов, жиров в клетке идет активный распад АТФ.

В результате опытов было обнаружено, что любая работа мышц сопровождается активным расщеплением АТФ в их клетках.

Ученые сделали вывод, что именно АТФ является непосредственным источником энергии, необходимой для сокращения мышц и для синтеза сложных соединений.

Известно, что в среднем содержание АТФ в клетках составляет от 0,05% до 0,5% ее массы, то есть запас молекул АТФ в организме ограничен и после распада АТФ должно произойти его восстановление.

Многоуровневый процесс энергетического обмена- это последовательные реакции восстановления молекул АТФ, которые происходят при участии ферментов.

Это можно сравнить с аккумулятором для телефона: когда его заряд садится, то устройство необходимо вновь зарядить.

Если в клетке постоянно измерять содержание АТФ, то его количество существенно не изменяется, но количество углеводов, белков, жиров будет уменьшаться. Это объясняется тем, что реакции расщепления углеводов, белков, жиров и других веществ обеспечивают быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.

В каждой клетке нашего организма в течение суток АТФ примерно 10 тысяч раз распадается и вновь заново образуется.

Таким образом, АТФ- это единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки.

Следует отметить, что возможна передача энергии из одних частей клетки в другие.

Синтез АТФ может происходить в одном месте и в одно время, а использоваться может в другом месте и в другое время.

Синтез АТФ в основном происходит в митохондриях. Образовавшаяся там АТФ по каналам эндоплазматической сети направляется в те места клетки, где возникает потребность в энергии.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Это одно из проявлений высочайшей организованности и упорядоченности всех химических реакций, протекающих в клетке.

Растения могут преобразовывать энергию солнечных лучей в АТФ на первом этапе фотосинтеза. Хемосинтезирующие бактерии способны запасать энергию в форме АТФ, получаемую при реакциях окисления различных неорганических соединений.

Следует отметить, что фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ, синтезированных в собственных клетках из неорганических соединений.

У гетеротрофов (животных, грибов) образование АТФ идет в клетках при помощи реакций окисления органических веществ, поступающих вместе с пищей.

В клетках растений:

Крахмал →глюкоза → АТФ

В клетках животных:

гликоген → глюкоза → АТФ

Энергетический обмен делится на три последовательных этапа:

подготовительный этап
бескислородный этап
кислородный этап

Подготовительный этап

Вся пища, которая поступает в наш организм, подвергается ферментативному расщеплению, при котором:

белки расщепляются до аминокислот
липиды расщепляются до глицерина и жирных кислот
сложные углеводы (крахмал) расщепляются до глюкозы

На этом этапе вся выделившаяся при расщеплении веществ энергия рассеивается в виде тепла.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

У одноклеточных животных подготовительный этап протекает в клетках, где и происходит расщепление сложных органических веществ на простые вещества под действием ферментов лизосом.

У многоклеточных организмов расщепление веществ начинает происходить в пищеварительном канале, а далее в клетках под действием лизосом.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению (гликолизу).

Вывод: на первом этапе энергетического обмена происходит распад сложных органических веществ на простые, с выделением энергии, которая вся рассеивается в виде тепла.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Ключевое место в метаболизме всех типов клеток занимают реакции с участием сахаров, например, глюкозы, потому что процесс расщепления глюкозы идет наиболее быстро и легче, ведь организму необходимо достаточно быстро восстанавливать энергетические затраты.

Аминокислоты и белки использовать для образования энергии слишком не выгодно, так как большая их часть является структурными компонентами клеток. В этом случае организм разрушал бы сам себя.

Жиры могут использоваться для получения энергии, но главным образом после того, как израсходовались запасы углеводов, ведь жиры из-за своей гидрофобности очень медленно окисляются и малоподвижны в клетках. При этом из жиров в отсутствие кислорода АТФ получить нельзя, а из глюкозы можно.

Поэтому организм выбирает наиболее выгодный путь получения энергии в виде молекул АТФ за счет расщепления, в первую очередь, глюкозы.

Второй этап энергетического обмена называют бескислородным, так как процесс расщепления глюкозы и образования молекул АТФ идет без участия кислорода.

Гликолиз (от греч. «гликос» сладкий, «лизис»- расщепление) — последовательное расщепление глюкозы.

Гликолиз идет в цитоплазме клеток без участия кислорода. Он состоит из последовательных реакций, каждая из которых катализируется общим ферментом.

В ходе реакций гликолиза молекула глюкозы С₆Н₁₂О₆распадается на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (ПВК)— С₃Н₄О₃, при этом суммарно образуются две молекулы АТФ и вода.

Акцептором (лат. accipio- «я принимаю, получаю») водорода в реакции гликолиза служит кофермент НАД+.

НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид) — кофермент, имеющийся во всех живых клетках.

НАД+ переносит электроны из одной реакции в другую.

НАД+ является окислителем и забирает электрон от другой молекулы и один водород, восстанавливаясь в НАД H, который далее служит восстановителем и уже отдаёт электроны.

Уравнение реакции гликолиза:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Дальнейшая судьба ПВК может быть различной и зависит от того, какой тип извлечения энергии предпочитают организмы: анаэробный (бескислородный) или аэробный (кислородный).

Например, паразитические черви, живущие в кишечнике организмов хозяев, выбирают бескислородный путь преобразования ПВК, так как они мало подвижны и их клеткам хватает энергии, которая образуется при гликолизе глюкозы.

Эти виды паразитов выбирают именно такой путь преобразования энергии еще и потому, что при распаде глюкозы образуются ядовитые вещества (ацетон, уксусная кислота и этиловый спирт), которые действуют угнетающе на организм хозяина и ослабляют его иммунитет, что, в свою очередь, помогает паразиту существовать в агрессивной для него среде.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Образовавшаяся в результате гликолиза пировиноградная кислота подвергается дальнейшему преобразованию уже на внутренней мембране митохондрий, то есть переходит на третий этап энергетического обмена.

Вывод: на втором этапе энергетического обмена, гликолизе, из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК и 2 молекулы АТФ.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Если в клетку прекратилась подача кислорода, то ПВК подвергается брожению, к примеру, в клетках растений, которые были затоплены во время весенних паводков.

В зависимости от того, какие конечные продукты образуются, выделяют несколько видов брожения.

Рассмотрим основные виды:

1. Спиртовое брожение

Встречается в основном у дрожжей и растений.

Конечными продуктами являются этанол и углекислый газ.

Дрожжи:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

При доступе кислорода процесс брожения ослабевает, на смену ему приходит дыхание.

Подавление спиртового брожения кислородом называется эффектом Пастера.

Спиртовое брожение используется в пищевой промышленности: хлебопечении, виноделии.

При этом типе брожения сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

2. Молочнокислое брожение

Осуществляется с помощью лактобактерий, бифидобактерий, стрептококков.

Из ПВК они образуют молочную кислоту, ацетон, янтарную и уксусную кислоту.

Молочнокислые бактерии широко используются в молочной промышленности для получения молочнокислых продуктов, а также в создании пробиотиков.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

У животных и человека при недостатке кислорода также может происходить молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты.

В мышцах есть запасы углеводов в виде гликогена. При долгой и усиленной работе кровь не успевает снабдить мышцы достаточным количеством кислорода, в результате чего мышечные клетки вынуждены переходить на бескислородный способ получения АТФ.

При этом образуется молочная кислота, вызывающая боли в мышцах.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Квашение- разновидность молочнокислого брожения, в процессе которого образуется молочная кислота, оказывающая на продукты (наряду с добавляемой поваренной солью) консервирующее и размягчающее действие.

Квашение применяется при консервировании овощей и в кожевенном производстве.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

3. Маслянокислое брожение

Масляная кислота, бутанол, ацетон, уксусная и ряд других органических кислот являются продуктами сбраживания углеводов бактериями- сахаролитическими анаэробами.

Благодаря определению наличия тех или иных кислот в клетке можно установить, какие бактерии образовали эти кислоты.

Знание механизмов брожения имеет большое практическое значение не только для живых организмов, но и для человека:

для разработки методов диагностики инфекционных заболеваний, по набору ферментов или кислот, которые образовались во время брожения
для создания современных биотехнологий молочнокислых продуктов, сыра, хлеба, вина и многих других продуктов питания

Недостатком процессов брожения является извлечение незначительной доли той энергии, которая заключена в связях органических молекул.

Для бактерий, паразитических видов, живущих в бескислородной среде, энергии, образующейся в результате брожения или гликолиза, достаточно для существования, поэтому они, в отличие от человека, не нуждаются в кислороде.

Также брожение является жизненно важным процессом для хвойных растений. В зимний период устьица хвои закупориваются смолой и газообмен с окружающей средой практически прекращается, в этом случае для получения энергии в клетках активно идет процесс спиртового брожения.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Окислительное фосфорилирование (дыхание)- процесс синтеза АТФ с обязательным участием комплекса ферментов, идет на внутренних мембранах митохондрий в присутствии кислорода.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Для нормального течения кислородного процесса необходима целостность мембран митохондрий.

В процессе такого клеточного дыхания энергия может переходить из химической в тепловую.

Кислородное дыхание гораздо эффективнее гликолиза, так как полное окисление органических веществ приводит к выделению большого количества энергии, причем примерно 60% ее запасается в молекулах АТФ, а 40% рассеивается в виде тепла.

Образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота поступает в митохондрии. Здесь она превращается в богатое энергией вещество ацетилкофермент А (Ацетил-КоА).

Ацетил-КоА взаимодействует с молекулой щавелевоуксусной кислоты, образуя лимонную кислоту, которая подвергается дальнейшим превращениям, заканчивающимся образованием щавелевоуксусной кислоты.

Эта кислота вновь взаимодействует с Ацетил-КоА, и цикл превращений повторяется.

Этот сложный процесс получил название цикл Кребса или цикл трикарбоновых кислот, еще его называют «циклом лимонной кислоты».

Цикл превращения трикарбоновых кислот открыл немецкий биохимик Ханс Кребс (1900- 1981), за что в 1953 году совместно с другими исследователями он получил Нобелевскую премию.

В цикле Кребса образуются молекулы СО₂(выводятся из клетки) и атомы водорода Н.

Специальные молекулы-переносчики НАД доставляют атомы Н к внутренней мембране митохондрий, имеющей внутреннюю и наружную поверхности.

Здесь атомы Н теряют электрон и превращаются в протоны Н⁺

Н — ē → Н⁺

Свободные электроны перемещаются по цепи переноса электронов на внутреннюю поверхность внутренней мембраны и присоединяются к атому кислорода О₂:

О₂+ ē= О₂^—

Далее 4 протона Н⁺соединяются с О₂^—в результате образуются две молекулы воды, которую еще называют метаболической водой, то есть выработанной организмом, а не полученной извне.

4Н⁺+ О₂^—= 2 Н₂О + Q(т)

Обратите внимание, что в данной реакции образуется тепловая энергия (Q_т)

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Сиреневой стрелочкой показано, как белки дыхательной цепи забирают электроны у НАД Н.

Оказывается, белки дыхательной цепи за счет разницы энергии входящего электрона и выходящего могут протаскивать сквозь мембрану протоны Н⁺в пространство между мембранами, где формируется положительный заряд.

Таким образом, между внутренней и наружной поверхностями внутренней мембраны митохондрий возникает разность потенциалов и формируется большая потенциальная энергия, за счет которой происходит образование АТФ.

Красная стрелка показывает, как белки дыхательной цепи переносят протоны Н⁺в пространство между мембранами.

АТФ- синтаза (фермент, синтезируюший АТФ) пропускает протоны Н⁺через свой активный центр и за счет этой энергии из АДФ и фосфорной кислоты образуется молекула АТФ.

В матриксе митохондрий протоны Н⁺соединяются с анионами О^-2, образуя воду (Н₂О).

АДФ + Ф → АТФ+ Н₂О

Таким образом, в процессе дыхания в митохондриях образуются бедные энергией вещества: СО₂и Н₂О, и освобождается большое количество энергии.

При полном расщеплении двух молекул ПВК, (синтезированных из одной молекулы глюкозы в процессе гликолиза), образуется 36 молекул АТФ.

Для большинства животных процессы дыхания являются основным путем получения энергии, необходимой для их жизнедеятельности.

ПВК + О₂→ СО₂+ Н₂О + Q_т(энергия)

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Организм человека функционирует в аэробных условиях: 90% энергии он получает при участии кислорода.

Итак, повторим этапы энергетического обмена:

	Подготовительный этап	Бескислородный этап (гликолиз)	Кислородный этап
Где происходит	В органах пищеварения, в клетках под действием ферментов	Внутри клетки, в цитоплазме	На внутренних мембранах митохондрий
На какие вещества расщепляются соединения клетки	Белки до аминокислот. Жиры до глицерина. Жирные кислоты и углеводы до глюкозы	Глюкоза (С₆Н₁₂О₆) до: ПВК (С₃Н₄О₃) Энергия (Q_т)	ПВК (С₃Н₄О₃) до: СО₂ Н₂О
Сколько выделяется энергии	Мало, рассеивается в виде тепла.	40% энергии идет на синтез АТФ. 60% рассеивается в виде тепла	Более 60% энергии запасается в виде АТФ
Сколько синтезируется энергии в виде АТФ	Не образуется	2 молекулы АТФ	36 молекул АТФ

Общий вывод: объединяя анаэробные и аэробные процессы образования АТФ при расщеплении глюкозы, можно записать следующее суммарное уравнение:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Задача 1

В процессе гликолиза в клетках эукариот образовались 120 молекул пировиноградной кислоты (ПВК).

Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном ее окислении? Ответ поясните.

Решение:

1) В процессе гликолиза при расщеплении 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пировиноградной кислоты и выделяется энергия, которой хватает на синтез двух молекул АТФ

2) Так как образовалось 120 молекул пировиноградной кислоты, то расщеплению подверглось 120 : 2 = 60 молекул глюкозы

3) При полном окислении в расчете на одну молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ

4) Следовательно, при полном окислении 60 молекул глюкозы образуются

38 х 60 = 2280 молекул АТФ

Задача 2

Гликолизу подверглись две молекулы глюкозы, окислению только одна.

Определите количество образовавшихся в результате этого процесса молекул АТФ и углекислого газа.

Решение:

Для решения используем уравнения 2 этапа (гликолиза) и 3 этапа (кислородного) энергетического обмена.

1) При гликолизе одной молекулы глюкозы образуются 2 молекулы АТФ

2) По условию задачи гликолизу подверглось 2 молекулы глюкозы:

2х2= 4 молекулы АТФ образовалось

3) При окислении (кислородный этап) из одной молекулы глюкозы образуются 36 молекул АТФ

4) По условию задачи окислению подверглась только одна молекула глюкозы:

1 х 36= 36 молекул АТФ образовалось

5) Таким образом образовалось 4 + 36 = 40 молекул АТФ

6) Углекислый газ образуется только на 3 этапе, при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 6 молекул СО₂

Ответ: образовалось 40 молекул АТФ и 6 молекул СО₂

Задача 3

В процессе окислительного фосфорилирования образовалось 1728 молекул АТФ.

Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате подготовительного и бескислородного этапов катаболизма.

Решение:

1) При окислительном фосфорилировании (третий этап энергетического обмена) из одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ, следовательно, гидролизу подверглось:

1728 : 36 = 48 молекул глюкозы

2) При гликолизе она молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК) с образованием двух молекул АТФ, следовательно, образовалось:

48 х 2 = 96 молекул АТФ

3) При полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, следовательно, при полном окислении 48 молекул глюкозы образовалось:

48 х 38 = 1824 молекулы АТФ (1728 АТФ третьего этапа + 96 АТФ второго этапа = 1824)

Задача 4

Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках в процессе гликолиза, если происходит окисление участка молекулы крахмала, содержащего 50 остатков глюкозы?

Решение:

1) В процессе гликолиза при окислении одной молекулы глюкозы образуется 2молекулы АТФ

2) Из фрагмента молекулы крахмала, содержащего 50 остатков глюкозы в результате гликолиза образуется 100 молекул АТФ (50 х 2 = 100)

Задача 5

В процессе полного расщепления глюкозы образовалось 342 молекулы АТФ.

Сколько молекул глюкозы поверглось расщеплению?

Сколько молекул АТФ образовалось в результате гликолиза?

Объясните полученный результат.

Решение:

1) В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ

2) Расщеплению поверглись 342 : 38 = 9 молекул глюкозы

3) Гликолиз– бескислородный этап катаболизма, в результате которого из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ

4) Следовательно, в результате гликолиза образовалось 9 х 2 = 18 молекул АТФ

Задача 6

При беге со средней скоростью мышцы ног расходуют за 1 минуту 24 кДж энергии.

Определите сколько граммов глюкозы израсходуют мышцы ног за 25 минут бега, если кислород доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве?

Для сведения: один моль содержит 180 грамм глюкозы и из этого количества образуется 38 молекул АТФ.

Решение:

1) Определим сколько всего энергии было израсходовано за 25 минут бега:

25 минут х 24 кДж = 600 кДж энергии

2) Определим сколько молекул АТФ образовалось, учитывая, что 1 молекула АТФ образует 40 кДж энергии:

600 : 40 = 15 молекул АТФ

3) Определим сколько глюкозы было израсходовано. Из условия ясно, что 1 моль глюкозы образует 38 молекул АТФ:

С₆Н₁₂О₆+ 6 О₂→ 6 СО₂+ 6 Н₂О + 38 АТФ

Составляем пропорцию:

1 моль (C₆H₁₂O₆) — 38 (АТФ)

Х моль (C₆H₁₂O₆) — 15 (АТФ)

Х=1 х 15/38

Х= 0,4 моль (C₆H₁₂O₆)

4) Определяем, сколько грамм глюкозы содержится в 0,4 молях, для этого опять составляем пропорцию:

1 моль (C₆H₁₂O₆) = 180 гр

0,4 моль (C₆H₁₂O₆) = Х гр

Х=180 х 0,4/1

Х = 72 гр (C₆H₁₂O₆)

Ответ:71 гр глюкозы израсходуют мышцы при беге продолжительность 25 минут

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Обмен веществ

Энергетический обмен

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота

Пластический обмен

Понятие метаболизма

Составные части метаболизма

Роль ФТФ в метаболизме

Энергетический обмен

Классификация организмов по отношению к свободному кислороду

Этапы катаболизма

Пластический обмен

Фотосинтез

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

Этапы трансляции

Задачи по теме «Энергетический обмен» (ЭГЭ по биологии — задания по линии 27, ч.2, с подробными ответами )

Читайте также