- Типы энергетического обмена
- Этапы энергетического обмена
- Анаэробная диссимиляция (брожение)
- описывать процессы, протекающие на разных этапах энергетического обмена
- решать задачи на вычисление энергетического ресурса на разных этапах энергетического обмена
- проводить сравнительный анализ организмов с разным типом энергетического обмена
- Зачем растениям нужен кислород?
- В клетках различных органов крысы суммарный объём митохондрий по отношению к общему объёму клетки составляет: в печени — 18,4 %, в поджелудочной железе — 7,9 %, в сердце — 35,8 %. Дайте объяснение этому явлению.
Типы энергетического обмена
Энергетический обмен — совокупность реакций распада органических веществ, в результате которых выделяется энергия, которая используется клеткой:
- на тепло;
- на синтез АТФ (переносчик энергии в клетке).
АТФ синтезируется в результате реакций фосфорилирования , т. е. присоединения ещё одного (третьего) остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ — аденозиндифосфата .
В процессе энергетического обмена клетка аккумулирует энергию для синтеза АТФ из АДФ (от 40 до 60 кДж энергии). Эта энергия выделяется при окислении органических веществ, чаще всего сахаров. В зависимости от вида клеток диссимиляция проходит в два или три этапа.
|
Аэробные организмы
|
Анаэробные организмы
|
|
Три этапа:
|
Два этапа:
|
Этапы энергетического обмена
Процесс осуществляется в три этапа, при этом обязательно участвуют ферменты. Вся энергия образуется при расщеплении веществ в результате разрыва химических связей. Часть этой энергии рассеивается в виде теплоты, а часть накапливается в макроэргических связях АТФ, а потом переносится по клетке.
|
Место
|
Условия
|
Конечный продукт/химизм
|
Энергия
|
|
I этап — подготовительный
|
|||
|
- ЖКТ - цитоплазма (бактерии) - лизосомы (протисты)
|
пищеварительные ферменты лизирующие ферменты
|
Расщепление полимеров до мономеров ГИДРОЛИЗ Жиры + H2O → глицерин + жирные к-ты + Q Белки + H2O → АК + Q НК + H2O → нуклеотиды + Q Полисахара+H2O → глюкоза+Q
|
Qтепловая
|
|
II этап — бескислородный (анаэробный, неполное окисление, гликолиз) :
* фосфорилирование — реакции превращения АДФ в АТФ.
|
|||
|
цитоплазма, с мембранами не связан
|
ферменты гликолиза
|
глюкоза → ПВК (пировиноградная к-та) + Q
|
Qтепловая 60 %
|
|
С6Н12O6 → 2С3Н6O3 2АДФ + 2Ф → 2АТФ + 2Н2O
|
2 АТФ 40 %
|
||
|
III этап — кислородный (дыхание, аэробный, полное окисление, гидролиз) :
*переносчики: НАД и ФАД — переносят Н+ и ẽ на мембрану в протонный резервуар; * окислительное фосфорилирование — цепь реакций окисления – восстановления с освобождением энергии для фосфорилирования АДФ в АТФ.
|
|||
|
в митохондриях, связан с:
- матриксом митохондрий; - внутренней мембраной митохондрий (кристы).
|
ферменты аэробного расщепления:
- матрикса; - мембраны крист.
|
ПВК + O2 → CO2 + H2O + Q
|
36 АТФ
|
|
Осуществляется, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота:
CO2 выделяется из митохондрий в окружающую среду. Атом H включается в цепь реакций, результат которых — синтез АТФ.
|
|||
|
Итог: в результате полного окисления одной молекулы глюкозы выделяется 38 молекул АТФ (2 АТФ + 36 АТФ). С6Н12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38АТФ
|
|||
Рис. 1. Схема этапов энергетического обмена
При недостатке O2 ПВК преобразуется в молочную кислоту
С3Н4О3 →С3Н6О3
Например, в мышцах: небольшие количества молочной кислоты, быстро окисляясь до Н2О и СО2 с освобождением энергии, способствуют усилению мышечной деятельности, поэтому мышцы работают особенно хорошо после короткой «разминки». Большие же количества молочной кислоты, которые накапливаются при чрезмерной работе мышц, вызывают чувство усталости, так как вредно действуют на клетку и характеризуют кислородную задолженность.
Анаэробная диссимиляция (брожение)
Это анаэробный окислительно-восстановительный процесс превращения органических веществ, в результате которого организмы получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Брожению подвергаются углеводы, спирты, органические кислоты и др. Данный процесс характерен для микроорганизмов, но при недостатке кислорода может встречаться в клетках высших растений и животных.
При брожении расщепление веществ происходит не полностью — до органического конечного продукта, ещё богатого энергией. Выделяется энергии не очень много. В зависимости от конечных продуктов различают несколько типов брожения.
|
Место
|
Условия
|
Конечный продукт/химизм
|
Энергия
|
|
I этап — подготовительный (как при аэробном обмене)
|
|||
|
II этап — бескислородный
|
|||
|
цитоплазма, с мембранами не связан
|
ферменты гликолиза
|
глюкоза → ПВК (пировиноградная к-та) + Q
С6Н12O6 → 2С3Н4O3 + Н+
2АДФ + 2Ф →2АТФ + 2Н2O
|
2 АТФ 40 %
|
|
Специфические ферменты
|
Уксуснокислое брожение: ПВК → уксусная к-та+CO2+Q
Молочнокислое брожение: ПВК → молочная кислота + Q
Спиртовое брожение: ПВК → этиловый спирт+CO2+Q
Маслинокислое брожение: ПВК → масляная кислота + CO2+ 2H2 + Q
|
Qтепловая 60 %
|
|
|
Итог: в результате брожения при расщеплении одной молекулы глюкозы выделяется 2 молекулы АТФ. Данный вид энергетического обмена появился в процессе эволюции ранее дыхания, когда на Земле была бескислородная атмосфера, но является энергетически менее выгодным.
|
|||
Контрольные вопросы
- Дайте определение энергетического обмена.
- Какова роль АТФ в клетке?
- Назовите этапы синтеза АТФ.
- Дайте характеристику подготовительного этапа.
- Где в клетке протекает процесс гликолиза?
- Какие вещества являются участниками реакции гликолиза?
- Какие вещества являются продуктами этой реакции?
- В каких органоидах клетки происходит клеточное дыхание?
- Какие условия необходимы для протекания процесса дыхания?
- Дайте характеристику процесса дыхания.
- Напишите итоговое уравнение синтеза АТФ.
- Какой этап катаболизма наиболее энергетически выгоден?
- Какие организмы относятся к аэробам?
- В чём суть спиртового брожения?
Подумайте
1. Какое из двух типов брожения — спиртовое или молочнокислое — является энергетически более эффективным? Эффективность рассчитывается по формуле:
где Езап — запасённая энергия; Еобщ — общая энергия.
Энергия, запасённая в 1 моль АТФ, составляет 30,6 кДж/моль.
а) энергия общая — 150 кДж/моль (спиртовое брожение);
б) энергия общая — 210 кДж/моль (молочнокислое брожение).
2. В процессе гликолиза образовалось 68 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось при полном окислении. Ответ поясните.
3. В процессе клеточного дыхания образовалось 972 молекулы АТФ. Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате гликолиза и полного окисления. Ответ поясните.
