Энергетический обмен в клетке представляет собой общую деятельность химических реакций при распаде органических веществ.
При этом происходит освобождение энергии, которая впоследствии идет на синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
Значение энергетического обмена в биологии велико, именно с его помощью осуществляется клеточный метаболизм, а сама клетка обеспечивается необходимой энергией для ее функционирования и поддержания жизни.
Что такое АТФ?
Аденозинтрифосфорная кислота (она же АТФ) является постоянным источником энергии для клетки. Деятельность АТФ начинается с реакции фосфорилирования – добавления атомов фосфорного соединения к молекулам аденозиндифосфата (АДФ).
Вот так выглядит строение молекулы АТФ.
Как результат, расходуемая энергия накапливается в связях АДФ, чтобы после ее распада и гидролиза (взаимодействия с водой) поступить в материю в количестве 40 кДж. Говоря по простому, распад органических веществ способствует выделению энергии. А само выделение энергии, энергетический обмен, проходит через две или три стадии. И тут мы переходим к следующему пункту.
Этапы обмена
В целом существует три этапа энергетического обмена:
- Подготовительный.
- Безкислородный.
- Кислородный.
Так эти этапы или фазы энергетического обмена выглядят схематически:
Но есть исключение. Таким исключением являются организмы, живущие без воздуха, так как они не нуждаются в поступлении кислорода, то энергетический обмен у них происходит только в два этапа. Кислород в этом процессе не участвует.
Далее мы детально рассмотрим все этапы ЭО в живой природе.
Подготовительный этап
На этой фазе совершается распад больших пищевых полимеров на более мелкие образования. В желудочно-кишечном тракте многоклеточных существ осуществляется ферментативный пищеварительный распад, в то время как у существ одноклеточных он происходит при помощи лизосом (клеточных органоидов, ответственных за расщепление биополимеров).
В это же время полисахариды (высокомолекулярные углеводы) распадаются на дисахариды и моносахариды. Затем белки превращаются в аминокислоты, а жиры в чистый глицерин и прочие жирные соединения.
В результате описанных выше преобразований образуется определенное количество энергии в виде тепла. АТФ при этом еще не образуется. Зато полученные мономеры могут участвовать в метаболизме для синтеза веществ, необходимых для получения силы.
Живая материя использует, прежде всего, углеводы, в то время как жиры, будучи источником энергии первого резерва, исчерпываются по окончании углеродного запаса. Исключением выступают скелетные мышцы, в них предпочтение отдается наличию жиров, а не глюкозе. Белки при этом расходуются гораздо позже, уже после исчерпания запасов углеводов и жиров.
Бескислородный этап
Также второй этап энергетического обмена называется гликолизом. Происходит он в цитоплазме. Главная роль здесь отведена глюкозе, она же является основным источником освобожденной энергии.
Анаэробный гликолиз осуществляется благодаря безкислородному распаду собственно глюкозы, с целью ее превращения в лактат.
Уставшие спортсмены после интенсивной тренировки зачастую чувствуют это вещество в своих мышцах.
Также на этом этапе происходит ферментативное деление органических частиц.
Гликолиз представляет собой многоуровневый процесс бескислородного распада частиц глюкозы. Сама же глюкоза содержит шесть элементов водорода и две единицы пировиноградного соединения.
- Так выглядит гликолиз глюкозы.
- В ходе гликолиза при распадении 1 моля глюкозы выделяется 200 кДж энергии, 60% которых освобождается в виде тепла, а оставшиеся 40% идут на синтез нескольких частиц АТФ из нескольких частиц АДФ.
- Если же в окружении пировиноградного соединения вдруг оказывается кислород, то он переходит из цитоплазмы в митохондрию, еще один важный клеточный органоид, где проходит его участие в 3 этапе энергетического обмена клетки.
Кислородный этап
Кислородный энергетический обмен более сложный, нежели гликолиз, он имеет более сложную структуру, проходит в несколько этапов, являясь, по сути, многоуровневым процессом при участии большого числа ферментов.
В окончании третьего этапа формирования энергии из двух частиц СН3(СО)СООН получается CO2, Н2О и 36 элементов АТФ. Для АТФ создается запас в процессе бескислородного распада C6H12O6.
3 этап энергетического обмена.
Видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.
Энергетический обмен • биология-в.рф
Цикл Кребса
Энергетический обмен состоит из трех этапов: подготовительного, бескислородного (гликолиз, анаэробное дыхание) и кислородного (аэробное дыхание). У многих многоклеточных животных связан с пищеварительной, дыхательной и кровеносной системами.
Подготовительный этап энергетического обмена
Происходит в цитоплазме клеток всех организмов, в желудочно-кишечном тракте у большинства многоклеточных животных и человека. Под действием ферментов большие органические молекулы расщепляются на мономеры. Эти процессы происходят с выделением незначительного количества энергии, которое рассеивается в виде тепла.
Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена
Происходит в клетках, всегда предшествует аэробному у большинства организмов (способных использовать кислород).
Анаэробное расщепление – это простейшая известная форма образования и аккумулирования энергии в макроэргических связях молекул АТФ.
Суть его состоит в расщеплении молекулы глюкозы преимущественно путем гликолиза на две молекулы пировиноградной или молочной кислоты (особенно в мышечных клетках).
Две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н403) при определенных условиях могут восстанавливаться до молочной (С3Н603). Суммарное уравнение гликолиза:
С6Н1206 + 2АДФ + 2Н3Р04→2С3Н603 + 2АТФ + 2Н20.
Во время гликолиза выделяется около 200 кДж энергии, часть которой расходуется на синтез двух молекул АТФ (84 кдж), а часть рассеивается в виде тепла (116 кДж).
Процесс гликолиза энергетически малоэффективный, так как в макроэргических связях АТФ аккумулируется лишь 35-40 % энергии. Это связано с тем, что не происходит полного распада веществ. Конечные продукты гликолиза еще содержат в себе много энергии в химических связях.
Гликолиз имеет чрезвычайно большое физиологическое значение, несмотря на его низкую эффективность. В условиях дефицита кислорода организм благодаря гликолизу может получать энергию. И вдобавок конечные продукты – пировиноградная и молочная кислоты – в аэробных условиях подвергаются дальнейшему ферментативному расщеплению.
Некоторые микроорганизмы и беспозвоночные животные (преимущественно паразиты) являются анаэробами и не могут использовать кислород. Им присущ лишь анаэробный энергетический обмен.
Существует несколько типов преобразования глюкозы, органических соединений без доступа кислорода с аккумуляцией энергии в виде АТФ, которые называются брожением.
Известны спиртовое брожение (у некоторых дрожжей и бактерий с образованием спирта), маслянокислое (с образованием масляной кислоты), молочнокислое (у молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты) и т. п.
Суммарное уравнение спиртового брожения:
С6Н1206 + 2АДФ + 2Н3Р04→2С2Н5ОН + 2АТФ + 2Н20 + 2С02.
Кислородный этап энергетического обмена (аэробное дыхание)
Происходит в митохондриях. Органические соединения, которые образовались в бескислородном этапе, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды). Соединения окисляются с отщеплением от них водорода.
С помощью веществ-переносчиков он передается кислороду с образованием воды. Этот процесс называется тканевым дыханием. При этом выделяется большое количество энергии, которое аккумулируется в связях АТФ.
В кислородном этапе можно выделить реакции цикла Кребса и те, что протекают на дыхательной цепи.
Цикл Кребса
В 1937 году английский биохимик X. Кребс открыл этот процесс. Происходит в матриксе митохондрий.
Начинается с реакции продукта гликолиза – пировиноградной кислоты с щавлевоуксусной. При этом образуется лимонная кислота, которая после целого ряда преобразований на другие кислоты, снова становится щавлевоуксусной. Щавлевоуксусная кислота снова вступает в реакцию с пировиноградной.
Во время реакций цикла Кребса образуются 4 пары атомов водорода и 2 молекулы углекислого газа. Углекислый газ выводится из клетки.
Дыхательная цепь
Организация дыхательной цепи
Протекает на внутренних мембранах митохондрий, где расположен ряд ферментов в определенной последовательности (дыхательная цепь). Атомы водорода попадают на мембраны митохондрий. Через ряд этапов происходит с их помощью восстановление АТФ.
Высвобожденный в цикле Кребса водород объединяется с НАД (никотинамидадениндинуклеотидом). Образуется восстановленная форма НАД • Н.
Далее НАД • Н окисляется до НАД+ , Н+ и электрона (е) и транспортируется на внутреннюю поверхность мембраны митохондрий.
Ионы водорода накапливаются на внешней поверхности внутренней мембраны, а электроны с помощью переносчиков попадают на внутреннюю поверхность внутренней мембраны. На внутренней поверхности уменьшается количество ионов водорода, образуется вода:
4Н+ + 4 + 02 → 2Н20.
Возникает разница электрических потенциалов, концентраций ионов водорода по разные стороны внутренней мембраны.
АДФ и фосфорная кислота восстанавливают АТФ с помощью особой ферментной системы, которая использует для этого разницу электрических потенциалов, различие концентраций ионов водорода.
Эта ферментная система переводит ионы водорода на внутреннюю поверхность внутренней мембраны с внешней поверхности. Процесс образования АТФ из АДФ и фосфорной кислоты называется окислительным фосфорилированием.
Процесс перенесения электрона по дыхательной цепи митохондрий имеет название сопряжение окисления.
- При окислении двух молекул молочной кислоты выделяется энергия, которая обеспечивает образование 36 молекул АТФ:
- 2С3Н603 + 602 + 36АДФ + 36Н3Р04 → 6С02 + 36АТФ + 36Н20.
- Суммарное уравнение энергетического обмена:
- С6Н1206 + 602 + 38АДФ + 38Н3Р04 → 6С02 + 38АТФ + 44Н20.
Выделяется почти 2,8 тыс. кДж энергии. 1596 кДж (55 %) – запасается в виде макроэргических связей АТФ. Оставшиеся (45 %) рассеиваются в виде тепла.
Экскреция
Экскреция
Экскреция — это выделение из организма продуктов обмена веществ, особенно азотосодержащих соединений (белков и т. п.). Жиры и углеводы расщепляются на воду и углекислый газ.
Аммиак выделяют прокариоты, растения и большинство водных животных. Он хорошо растворяется в воде.
Мочевую кислоту выделяет большинство наземных животных: насекомые, пресмыкающие, птицы. Она плохо растворяется в воде.
Мочевину выделяют грибы, хрящевые рыбы, взрослые земноводные, все млекопитающие. Хорошо растворяется в воде.
Гуанин выделяют паукообразные, частично – птицы.
Клеточный уровеньУровни организации живого
Этапы энергетического обмена
Живой организм построен из клеток. А некоторые, например, амеба или инфузория, состоят из одной клетки. Сложные многоклеточные особи представлены сочетаниями клеток, которые образуют различные системы организма: дыхательную или пищеварительную. Весь организм пронизан клетками нервной ткани, которые обеспечивают регуляцию и управление макроорганизмом.
Живая клетка от неживой отличается тем, что в ней постоянно и непрерывно протекает два разнонаправленных процесса:
- синтез, или строительство новых органелл (пластический обмен или ассимиляция)
- катаболизм, или разрушение питательных элементов с образованием энергии (энергетический обмен или диссимиляция)
В живых особях баланс между ассимиляцией и диссимиляцией поддерживается не всегда. Если наблюдать за жизнью организма, можно заметить, что сначала тело становится больше по размерам, крепче и выносливее. Чем старше становится организм, тем меньше заметен рост, а в старости начинают преобладать процессы распада, организм не успевает восстанавливаться и погибает.
Чтобы машина ехала, ей нужен бензин. А бензин делают из нефти. Чтобы макроорганизм существовал, ему нужна энергия. В учебниках биологии часто можно встретить фразу глюкоза — ресурс энергии для клетки. Это так. Но глюкоза — как нефть для автомобиля. Поэтому сначала глюкозу нужно превратить в бензин. И таким бензином для клетки будет молекула АТФ.
Молекула АТФ известна миру довольно давно. Через десять лет, в 2029 году отпразднует сто лет со дня открытия вещество, благодаря которому в живой клетке поддерживается упорядоченность структур и она может противостоять хаосу и растущей энтропии (почему так происходит, подробно рассказано на странице 30 учебника «Естествознание 11 класс» под редакцией Титова С.А.).
В 1929 году, практически одновременно, сотрудники Института биологии кайзера Вильгельма в Берлине Карл Ломан и Отто Мейергоф и ученые Гарвардской Медицинской школы Сайрус Фиске и Йеллапрагад Суббарао в Гарвардской Медицинской школе опубликовали работы, в которых описали молекулу АТФ.
В 30 годах ХХ века в лаборатории Мейергофа появился молодой ученый, Фриц Липман, который заинтересовался энергетическими аспектами клеточного метаболизма, и в 1941 году талантливый биохимик доказал, что АТФ – основной двигатель энергетических реакций в живой клетке. А в 1953 году его вклад в физиологию совместно с Х. Кребсом был удостоен Нобелевской премии.
АТФ — аденозинтрифосфат, нуклеотид, глобальный ресурс энергии для сложных реакций обмена веществ, происходящих в клетках организма. Схематично молекула АТФ представлена на странице 99 учебника «Естествознание 11 класс» под редакцией Титова С.А..
Вся суть энергетического обмена сводится к решению задачи, как энергию из сложных молекул пищи превратить в молекулу АТФ. В процессе эволюции эта задача была решена.
Так как же булочка из Макдональдса превращается в энергию макроэргических связей АТФ?
В энергетическом обмене выделяют несколько процессов, разделенных не только временем, но и протекающих в различных частях клетки:
- Подготовительный этап
- Гликолиз
- Кислородное окисление
Естествознание. 10 класс. Учебник
Учебник отличаются качественным современным оформлением, в нём приводятся многочисленные слайды и микрофотографии.
Выполняя проблемные, поисковые и исследовательские задания, школьники не только активно усваивают материал, но и учатся мыслить, искать и анализировать информацию из разных источников, в том числе из интернета.
Особое внимание уделяется практическим заданиям: ученикам предлагается проводить опыты, конструировать модели, разрабатывать проекты.
Купить
Подготовительный этап у человека и других многоклеточных макроорганизмов начинается в ротовой полости, продолжается в желудочно-кишечном тракте и представляет собой многоступенчатый процесс распада сложных полимеров белков, жиров и углеводов пищи до мономеров.
Из курса химии помним, что во время разрыва связей элементов выделяется энергия. Для образования аденозинтрифосфата этой энергии недостаточно, и она вся уходит во внешнюю среду.
Что же происходит у простых одноклеточных организмов, у которых нет ротиков и животиков? Пища, захваченная одноклеточным организмом, попадает в пищеварительную вакуоль или лизосому, где при помощи ферментов-катализаторов, способствующих пищеварению, протекает начальный этап диссимиляции.
- Подготовленные во время предварительного этапа вещества переходят во второй бескислородный этап энергетического обмена, который называется гликолиз.
- Два греческих слова (гликос – «сладкий» и лизис – «расщеплять») дали название второй бескислородной фазе энергетического обмена — глико́лизу.
- Гликолиз является цепочкой из 10 биохимических превращений, итогом которых является трансформация стабильной молекулы глюкозы в трехуглеродные молекулы пирувата, – или пировиноградной кислоты.
- Глюкоза всасывается в желудочно-кишечном тракте, попадает в кровоток, током крови разносится ко всем тканям и клеткам организма, и благодаря белку-переносчику инсулину попадает в клетку.
«Подождите, – могут сказать дотошные ученики, – глюкоза у нас находится в пищеварительной системе. А процессы метаболизма идут в клетках по всему организму, например, на кончике носа или задней лапе. Как же попадает глюкоза в цитоплазму клетки во всем организме?».
Цитоплазма отдельной клетки – место осуществления реакций гликолиза. Энергии при этом выделяется совсем немного. Ее хватает лишь на формирование 2-х молекул АТФ. Казалось бы, энергия получена, и процесс может остановиться.
Так и происходит у некоторых бактерий. Но никакому нормальному многоклеточному организму таких запасов АТФ не хватит.
В пировиноградной кислоте остался еще достаточный запас энергии, которую тоже хотелось бы использовать макроорганизму.
Естествознание. 11 класс. Учебник
Учебник отличаются качественным современным оформлением, в нём приводятся многочисленные слайды и микрофотографии.
Выполняя проблемные, поисковые и исследовательские задания, школьники не только активно усваивают материал, но и учатся мыслить, искать и анализировать информацию из разных источников, в том числе из интернета.
Особое внимание уделяется практическим заданиям: ученикам предлагается проводить опыты, конструировать модели, разрабатывать проекты.
Купить
У многоклеточных тел пируват переходит в третью фазу диссимиляции — клеточное дыхание в митохондриях. Дыханием процесс называется, поскольку в ходе химических реакций в митохондриях происходит потребление кислорода и выделение углекислого газа в цитоплазму клетки, а дальше, с помощью кровообращения и дыхания, – во внешнюю среду.
Клеточное дыхание представлено двумя этапами:
- цикл Кребса, протекающий в матриксе митохондрий
- окислительное фосфорилирование, протекающее на кристах митохондрий при участии ферментов дыхательной цепи
Итогом кислородного этапа энергетического обмена является выделение количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ, воды и СО2. При этом нужно помнить, что аденозинтрифосфат содержит три остатка фосфата, а макроэргических связей образуется только две. Суммарное уравнение биохимических реакций, протекающих в третьей фазе диссимиляции, можно записать так:
2C3H4O3+6O2+36H3PO4+36АДФ=6CO2+42H2O+36АТФ
В итоге этих реакций происходит накопление огромного количества энергии — 36 молекул аденозинтрифосфата против 2-х, что запасаются в процессе гликолиза. Однако поскольку эта фаза требует кислорода для своих реакций, в бескислородной среде процесс протекать не может.
При дефиците кислорода пируват окисляется до лактата. Именно ему принадлежит ощущение приятной боли после хорошей тренировки. У хорошо тренированных людей с активным кровоснабжением и хорошо развитой сетью капилляров нужно затратить большую физическую нагрузку перед тем, как начнет накапливаться молочная кислота.
Вспомним, что еще 2 молекулы аденозинтрифосфата накапливаются на этапе гликолиза. Таким образом, при распаде одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
На портале LECTA В параграфе 22 учебника «Естествознание 11 класс» под редакцией Титова С.А. внимательные ученики найдут ответ на вопрос, почему цианистый калий – любимое средство убийц в детективных романах.
Тест
Лекция на тему: "Энергетический обмен"
Энергетический обмен.
Энергетический
обмен – это совокупность
химических реакций постепенного распада органических соединений,
сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез
АТФ. Синтезированная АТФ становится универсальным источником энергии для
жизнедеятельности организмов.
Она образуется в результате реакции
фосфорилирования – присоединения остатков фосфорной кислоты к молекуле АДФ. На
эту реакцию расходуется энергия, которая затем накапливается в макроэргических
связях молекулы АТФ, при распаде молекулы АТФ или при ее гидролизе до АДФ
клетка получает около 40 кДж энергии.
АТФ – постоянный
источник энергии для клетки, она мобильно может доставлять химическую энергию в
любую часть клетки. Когда клетке необходима энергия – достаточно гидролизовать
молекулу АТФ.
Энергия выделяется в результате реакции диссимиляции (расщепления
органических веществ), в зависимости от специфики организма и условий его
обитания энергетический обмен проходит в два или три этапа.
Большинство живых
организмов относятся к аэробам, использующим для обмена веществ кислород,
который поступает из окружающей среды. Для аэробов энергетический обмен проходит
в три этапа:- подготовительный;
- – бескислородный;
- – кислородный.
- В организмах, которые обитают
в бескислородной среде и не нуждаются в кислороде для энергетического обмена –
анаэробах и аэробах, при недостатке кислорода проходят энергетический обмен в
два этапа: - – подготовительный;
- – бескислородный.
- Количество энергии,
которое выделяется при двухэтапном варианте намного меньше, чем в трехэтапном. - Этапы энергетического обмена.
Подготовительный
этап – во время него
крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. В
желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется
пищеварительными ферментами, у одноклеточных – ферментами
лизосом.
Полисахариды распадаются на ди- и моносахариды, белки – до
аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений
энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.
Образующиеся в ходе подготовительного этапа соединения-мономеры могут
участвовать в реакциях пластического обмена (в дальнейшем из них синтезируются
вещества, необходимые для клетки) или подвергаться дальнейшему расщеплению с
целью получения энергии.
Большинство клеток в
первую очередь используют углеводы, жиры остаются в первом резерве и
используются по окончания запаса углеводов. Хотя есть и исключения: в клетках
скелетных мышц при наличии жирных кислот и глюкозы предпочтение отдается жирным
кислотам. Белки расходуются в последнюю очередь, когда запас углеводов и жиров
будет исчерпан – при длительном голодании.
Бескислородный
этап (гликолиз) –
происходит в цитоплазме клеток. Главным источником энергии в клетке является
глюкоза. Ее бескислородное расщепление называют анаэробным гликолизом. Он
состоит из ряда последовательных реакций по превращению глюкозы в лактат.
Его
присутствие в мышцах хорошо известно уставшим спортсменам. Этот этап
заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, полученных в
ходе первого этапа.
Так как глюкоза является наиболее доступным субстратом для
клетки как продукт расщепления полисахаридов, то второй этап можно рассмотреть
на примере ее бескислородного расщепления – гликолиза
Гликолиз –
многоступенчатый процесс бескислородного расщепления молекулы глюкозы,
содержащей шесть атомов углерода, до двух молекул пировиноградной кислоты
(пируват). Реакция гликолиза катализируется многими ферментами и протекает в
цитоплазме клетки.
В ходе гликолиза при расщеплении одного моля глюкозы
выделяется около 200 кДж энергии, 60 % ее рассеивается в виде тепла, 40 % – для
синтезирования двух молекул АТФ из двух молекул АДФ. При наличии кислорода в
среде пировиноградная кислота из цитоплазмы переходит в митохондрии и участвует
в третьем этапе энергетического обмена.
Если кислорода в клетке нет, то
пировиноградная кислота преобразуется в животных клетках или превращается в
молочную кислоту.
В микроорганизмах,
которые существуют без доступа кислорода – получают энергию в процессе
брожения, начальный этап аналогичен гликолизу: распад глюкозы до двух молекул
пировиноградной кислоты, и далее она зависит от ферментов, которые находятся в
клетке – пировиноградная кислота может преобразовываться в спирт, уксусную
кислоту, пропионовую и молочную кислоту. В отличие от того, что происходит в
животных тканях, у микроорганизмов этот процесс носит название молочнокислого
брожения. Все продукты брожения широко используются в практической деятельности
человека: это вино, квас, пиво, спирт, кисломолочные продукты. При брожении,
так же как и при гликолизе, выделяется всего две молекулы АТФ.
Кислородный этап стал возможен после накопления в атмосфере
достаточного количества молекулярного кислорода, он происходит в митохондриях
клеток.
Он очень сложен по сравнению с гликолизом, это процесс многостадийный и
идет при участии большого количества ферментов.
В результате третьего этапа
энергетического обмена из двух молекул пировиноградной кислоты формируется
углекислый газ, вода и 36 молекул АТФ
Две молекулы АТФ
запасаются в ходе бескислородного расщепления молекулами глюкозы, поэтому
суммарный энергетический обмен в клетке в случае распада глюкозы можно
представить как:
С6Н12О6 +
6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 = 6СО2 +
44Н2О + 38АТФ
|
|
|
| I. Подготовительный (в органах пищеварения) |
|
Энергия рассеивается в виде тепла |
| II. Бескислородный (неполный) гликолиз; у микроорганизмов – брожение (протекает в клетках) | Дальнейшее расщепление молекул (при участие ферментов) до более простых соединений. Так, глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая затем восстанавливается в молочную кислоту (С3Н6О3). Расщепление идет с участием АДФ и Н3РО4
|
Распад одной молекулы глюкозы дает энергию, обеспечивающую синтез двух молекул АТФ, эта часть энергии запасается |
| III. Кислородный (протекает в матриксе митохондрий на внутренних мембранах митохондрий) |
|
Распад двух молекул молочной кислоты. Выделяется энергия, достаточная для образования 36 молекул АТФ |
- В результате окисления
одной молекулы глюкозы шестью молекулами кислорода образуется шесть молекул
углекислого газа и выделяется тридцать восемь молекул АТФ. - Этапы энергетического обмена
- Метаболизм –
ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка
видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение. - Обмен
веществ – последовательное потребление, превращение, использование,
накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни.
2.
Формирование понятия «ассимиляция». (Объяснение учителя с
элементами беседы.)
Ассимиляция –
совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление
структурных частей клетки.
3.
Формирование понятия «диссимиляция». (Объяснение учителя с
элементами беседы.)
- Диссимиляция –
совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с
высвобождением энергии. - Задание№1.
- Установите соответствие между
процессами протекающими в клетках организмов, и их принадлежностью к
ассимиляции и диссимиляции:
| Процессы | Обмен веществ |
|
А – ассимиляция Б – диссимиляция |
Ответить на вопросы.
1.
Что такое ассимиляция? Приведите примеры реакций синтеза в клетке.
2.
Что такое диссимиляция? Приведите примеры реакций распада в
клетке.
3.
Докажите, что ассимиляция и диссимиляция — две стороны
единого процесса обмена веществ и энергии — метаболизма.
Биология ЕГЭ. Энергетический обмен. Вся теория + конспект
Приветствую друзья, давненько меня не было 🙂 , ох уж эта работа навалилось столько всего, что и не сосчитать, однако не стоит разглагольствовать, приступаем к биологии.
Тема у нас сегодня действительно очень важная и напрямую связана со статьей про метаболизм. Поехали.
На прошлом занятии мы с вами разобрали, что во всех живых организмов всё время происходят какие-то химические реакции, которые нужны для поддержания жизни и реагирования на изменения условий среды – это называется метаболизм (или обмен веществ).
Схема клеточного метаболизма (с) картинка из интернетаСхема клеточного метаболизма (с) картинка из интернета
Однако ничего не бывает просто так и организму нужно откуда-то получать как минимум 2 вещи: энергию и строительные материалы для жизни. Это как раз и называется умными словами энергетический обмен и пластический обмен.
Мы знаем, что живые организмы могут получать энергию (т.е питаться) разными способами. Они могут поедать друг друга (гететрофы) или создавать самостоятельно из света или химических веществ (автотрофы).
Типы питания. Фототрофы. Гетеротрофы. Хемотрофы. Миксотрофы (с) Типы питания. Фототрофы. Гетеротрофы. Хемотрофы. Миксотрофы (с)
Энергетический обмен
Давайте для начала разберём как получают энергию из уже готовых органических веществ. Осторожно дальше будет немного химии.
Подготовительный этап
Для того, чтобы получить из пищи энергию необходимо её немного подготовить. Занимается этим наша пищеварительная система. Мы измельчаем крупные куски пищи зубами, смачиваем их слюной, далее в желудке она обрабатывается кислотами и ферментами (веществами, которые разрушают её структуру) и поступает в кишечник.
На этом этапе мы ещё не получаем никакой энергии, вся она рассеивается в виде тепла (Q). Наш организм только подготавливает пищу и разрушает сложные соединения содержащиеся в ней на простые и доступные для усвоения в кишечнике.
Белки до аминокислотЖиры до глицерина и жирных кислот
Сложные углеводы до простых сахаров (глюкозы/фруктозы)
Если мы говорим просто про клетку, т.е. живой организм где нет пищеварительной системы, то этот процесс происходит в пищеварительной лизосоме.
Энергетический обмен (с) картинка из интернета Энергетический обмен (с) картинка из интернета
Бескислородный (анаэробный) этап
Далее те простые питательные вещества, что получились на подготовительном этапе подвергаются гликолизу. Чтобы не грузить вас химией просто скажу, что это процесс метаболизма глюкозы.
В результате этого процесса из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), она нам кстати понадобится дальше и 2 молекулы АТФ.
Если организм живёт в среде, где нет воздуха, то энергетический обмен тут и заканчивается, т.е. приходится довольствоваться всего 2 молекулами АТФ, однако если кислород всё-таки есть, то можно получить намного больше.
Кислородный (аэробный) этап
Во время кислородного этапа молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), что образовались на бескислородном этапе распадаются до самого конца т.е. до углекислого газа (CO2) и воды (H2O) выделяя при этом 36 молекул АТФ (в 18 раз более эффективно, чем при отсутствии кислорода).
Получается суммарное уравнение энергетического обмена будет выглядеть вот так: C6H12O6 (глюкоза) +6O2 (кислород из атмосферы) =6CO2 (углекислый газ) +6H2O (вода) +38АТФ (2 на бескислородном этапе + 36 на кислородном).
Теперь понимаете почему нам нужно всё время дышать? Верно, для того, чтобы снабжать клетки кислородом для аэробного этапа энергетического обмен, ну и чтобы углекислый газ выводить, а то он токсичный.
Далее живой организм или клетка уже использует энергию запасённую в АТФ на различные процессы (деление, рост, развитие и т.д.)
Энергетический обмен сахаров очень важен и постоянно встречается в ЕГЭ. Необходимо четко понимать все процессы, запомнить где они протекают и сколько АТФ образуется на каждом из этапов. Чтобы тебе было удобнее я подготовил сжатый конспект, можешь скачать по ссылке с Яндекс Диска.
Конспект биология ЕГЭ. Метаболизм. Энергетический обмен. ФотосинтезКонспект биология ЕГЭ. Метаболизм. Энергетический обмен. ФотосинтезНе забудь поставить лайк и подписаться, это поддерживает мою веру в то, что я не просто так это всё делаю. Удачи и успехов.
Энергетический обмен в ЕГЭ по биологии ⋆ MAXIMUM Блог
Зачем мы дышим? Почему используем кислород, а выдыхаем углекислый газ? Это не просто интересные вопросы. Понимать, как устроен энергетический обмен, важно для ЕГЭ по биологии.
Вопросы по метаболизму могут встретится в нескольких заданиях принести до шести первичных баллов.
В этой статье обсудим, как происходит энергетический обмен — и разберем несколько заданий, чтобы научиться применять эти знания на практике.
Что такое энергетический обмен?
Для начала нужно разобраться, что такое энергетический обмен и какие у него есть особенности.
Уверена, что вы встречали в тестах слова «катаболизм» и «диссимиляция», эти названия являются синонимами термина «энергетический обмен», советую их запомнить.
Что же такое энергетический обмен? Это реакции, при которых органические вещества расщепляются, а энергия запасается клеткой в молекулах АТФ. Эту энергию клетка потом потратит на дальнейшую жизнедеятельность.
Такой тип обмена (как и все реакции метаболизма) идет поэтапно. В нем выделяют два или три основных этапа — это зависит от организации клетки и среды, в которой она обитает. Предлагаю рассмотреть каждый из этапов энергетического обмена подробнее.
Если хотите лучше понять не только энергетический обмен, но и другие темы ЕГЭ по биологии, приходите учиться в MAXIMUM! Записывайтесь на консультацию — вы сможете пройти диагностику по выбранным предметам ЕГЭ, поставить цели и составить стратегию подготовки, чтобы получить на экзамене высокие баллы. Все это абсолютно бесплатно!
Этапы метаболизма
Первый этап — подготовительный. Здесь сложные органические вещества (полимеры) распадаются до более простых (мономеров). Например, белки распадаются до аминокислот, а полисахариды до моносахаридов.
Сами понимаете, что энергии при этом выделяется очень мало, она не запасается в молекулах АТФ, а выделяется в окружающую среду в виде тепла. Это знакомый нам процесс — пищеварение, он происходит в пищеварительной системе.
Что делать организмам, у которых пищеварительной системы нет? Они тоже осуществяют пищеварение, но другими способами. Например, у одноклеточных животных внутриклеточное пищеварение происходит в лизосомах и пищеварительных вакуолях.
Второй этап имеет сразу несколько названий. Например, бескислородный или анаэробный, так как он происходит без участия кислорода.
Еще одно название — гликолиз («глико» — сахар, «лизис» — расщепление). Глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК), при этом энергия запасается в виде двух молекул АТФ.
Легко запомнить: во время второго этапа выделяется две ПВК и две АТФ. Гликолиз проходит в цитоплазме клетки.
Дальнейшая судьба ПВК зависит от кислорода — если он есть, начинается третий этап, а если его не хватает, ПВК превращается в молочную кислоту.
Например, в мышцах при высокой нагрузке и недостатке кислорода образуется молочная кислота. Человек испытывает неприятные ощущения, и даже боль.
А в клетках растений и некоторых грибов (яркий пример — дрожжи) при недостатке кислорода ПВК распадается до этилового спирта и углекислого газа — происходит спиртовое брожение.
У аэробных организмов проходит еще и третий этап. Кислородный этап или аэробный, проходит в кислородной среде, другое название — клеточное дыхание.
Он проходит только в эукариотических клетках, на кристах митохондрий. ПВК вступает в циклические реакции и полностью окисляется до углекислого газа и воды, а энергия запасается в 36 молекулах АТФ.
Сдаешь биологию? Тест по школьной программе для тебя!
Примеры заданий
Давайте разберем несколько заданий на энергетический обмен из ЕГЭ по биологии, чтобы закрепить знания на практике.
Пример 1. Что характерно для аэробного этапа энергетического процесса?
- протекает в лизосомах
- расщепляются молекулы ПВК
- наблюдается высокий выход молекул АТФ
- проходит в цитоплазме
- встречается у бактерий
- имеются циклические реакции
Решение. Аэробный или кислородный этап — третий этап энергетического обмена.
Он проходит на кристах митохондрий, там расположены ферментативные комплексы и идут циклические реакции, в которых молекулы пировиноградной кислоты разрушаются, на этом этапе наблюдается высокий выход энергии —36 АТФ.
В лизосомах проходит подготовительный этап, а в цитоплазме — гликолиз. Кислородный этап не характерен для бактерий, так как у них нет мембранных органоидов.
Ответ: 236
Пример 2. Установите соответствие между характеристикой энергетического обмена и его этапом
| ХАРАКТЕРИСТИКА | ЭТАП ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА |
| A) происходит в аэробных условияхБ) происходит в цитоплазмеB) образуется молочная кислотаГ) образуется пировиноградная кислотаД) синтезируется 36 молекул АТФ | 1) гликолиз2) кислородное окисление |
Решение. Гликолиз — второй этап энергетического обмена, анаэробный, проходит в цитоплазме, образуется пировиноградная кислота, а при недостатке кислорода еще и молочная кислота. Кислородный — третий этап, аэробный, завершается образованием 36 молекул АТФ.
Ответ: 21112
Пример 3. В процессе гликолиза образовались 64 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении глюкозы в клетках эукариот? Ответ поясните
Решение:
- Во время гликолиза одна молекула глюкозы распадается до двух молекул пировиноградной кислоты. Для образования 64 молекул ПВК расщепилось 32 молекулы глюкозы (64:2).
- При полном окислении одной молекулы глюкозы в эукариотической клетке образуется 38 молекул АТФ. При расщеплении 32 молекул глюкозы образуется 1216 молекул АТФ (38*32).
Как видите, энергетический обмен — важная часть ЕГЭ по биологии. Справиться с заданиями достаточно просто, если знать, что происходит на каждом из этапов.
Что нужно запомнить?
- Энергетический обмен нужен, чтобы запасать энергию, расщепляя полимеры
- Первый этап энергетического обмена — подготовительный. В пищеварительной системе и /или лизосомах, полимеры распадаются до мономеров, энергия расходуется в виде тепла
- Второй этап — гликолиз. Проиходит в цитоплазме. Глюкоза распадается до 2 молекул ПВК, запасается 2 АТФ
- Третий этап — клеточное дыхание. Происходит на кристах митохондрий. ПВК полностью окисляется, запасается 36 молекул АТФ
- За три этапа клетка может получить 38 АТФ из одной молекулы глюкозы: 2 АТФ на втором и 36 АТФ на третьем
ЕГЭ по биологии — большой и сложный экзамен, который состоит из большого количества тем и заданий.
Но сдать его на высокий балл реально, если организовать систематическую подготовку. Обязательно приходите на бесплатную консультацию в MAXIMUM — там вы сможете построить индивидуальную стратегию подготовки к ЕГЭ и узнаете все подводные камни экзамена.
Загрузка...
