Как поступить
в Онлайн-школу №1 и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Обмен веществ и энергии: энергетический обмен

Биохимия

Обмен веществ и энергии: энергетический обмен

 

Разминка

  • Что такое диссимиляция?
  • Из каких этапов состоит энергетический обмен?

План урока

  • Этапы энергетического обмена

Цели урока

  • Уметь: объяснять сущность понятия «энергетический обмен».
  • Знать: стадии диссимиляции.

 

Этапы энергетического обмена


Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)  — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.


Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений.


АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки.


Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

 

У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление. У анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.

 

 

Подготовительный этап

 

Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических веществ до простых: белковые молекулы — до аминокислот, жиры — до глицерина и карбоновых кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом. Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению.

 

 

Бескислородное окисление, или гликолиз

 

Этот этап заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, образовавшихся во время подготовительного этапа, происходит в цитоплазме клетки и в присутствии кислорода не нуждается. Главным источником энергии в клетке является глюкоза.


Процесс бескислородного неполного расщепления глюкозы —  гликолиз .


Гликолиз — сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять реакций. Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД+. Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н2:

 

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ → 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2.

 

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

 

  1. С3Н4О3 → СО2 + СН3СОН,
  2. СН3СОН + НАД·Н2 → С2Н5ОН + НАД+.

 

У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:

 

        С3Н4О3 + НАД·Н2 → С3Н6О3 + НАД+.

 

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80% запасается в связях АТФ.

 

 

Кислородное окисление, или дыхание

Рис.1. Этапы энергетического обмена Рис.1. Этапы энергетического обмена

 

В третьем этапе энергетического обмена участвуют продукты, которые образовались на втором этапе и которые ещё можно окислить для получения энергии. На этом этапе роль окислителя выполняет кислород воздуха, получаемый в результате внешнего дыхания, а окисление молочной кислоты или этилового спирта происходит до конечных продуктов: СО2 и Н2О.

 

АТФ на этом этапе образуется гораздо больше, чем на предыдущем. Если пересчитывать на одну молекулу глюкозы, вступившую в реакции второго этапа, суммарная реакция третьего этапа выглядит следующим образом:

2C3H4O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36АДФ = 6CO2 + 42H2O + 36АТФ.

 

Эффективность полного окисления глюкозы до углекислого газа и воды очень высока: около 55% освобождающейся энергии запасается в виде макроэргических связей в молекулах АТФ, а 45% рассеивается в виде тепла. Таким образом, коэффициент полезного действия этого процесса составляет 55%.

 

Третий этап энергетического обмена называют также клеточным дыханием, поскольку в нём активно используется кислород воздуха. Реакции клеточного дыхания проходят в митохондриях.  Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

 

Суммарное уравнение энергетического обмена:

  

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 38АТФ.

 

Итак, главным продуктом реакций энергетического обмена является АТФ — соединение, содержащее в своём составе две макроэргические связи. Энергия, запасённая в этих связях, необходима для обеспечения всех процессов жизнедеятельности клеток и организма в целом. Она тратится на процессы синтеза самых разных органических веществ, на осуществление различных видов движения, переноса через биологические мембраны ионов и других веществ, на процессы секреции и т. д. Таким образом, АТФ является «универсальной энергетической валютой» клеток — веществом, обеспечивающим связь между процессами диссимиляции (энергетического обмена) и ассимиляции (пластического обмена).


Контрольные вопросы

 

  1. Что такое энергетический обмен?
  2. В чём заключается суть гликолиза?
  3. Сколько АТФ образуется в результате энергетического обмена?
  4. Какой этап энергетического обмена называют клеточным дыханием?


Выводы

Энергетический обмен в клетке происходит в три этапа: подготовительный, ферментативный и клеточное дыхание. В результате в клетках запасается универсальный источник энергии — АТФ.

Бесполое размножение. Половое размножение

Биология развития

  • Обучение грамоте. Письмо. Первая учебная тетрадь

    Русский язык

  • Язык и речь

    Русский язык

  • Числа от 1 до 100. Счёт десятками.

    Математика