Рассмотрим вариант решения задания из учебника Пасечник, Каменский, Рубцов 10 класс, Просвещение: $22. Энергетический обмен в клетке. Гликолиз и окислительное фосфорилирование Вспомните: 1. Какова химическая природа АТФ? Аденозинтрифосфат (АТФ) состоит из пуринового основания аденина, моносахарида рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. 2. Какие химические связи называют макроэргическими? Макроэргическими связями называют ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением значительного количества энергии: 40 кДж/моль и более (свободная энергия гидролиза). 3. В каких клетках АТФ больше всего? АТФ больше всего в клетках печени и поперечнополосатых мышц, т.к. в них расходуется больше всего энергии. ПОДУМАЙТЕ Почему при интенсивной физической работе появляется одышка? О чём это свидетельствует? Можно ли с эти бороться? Одышка возникает в ответ на интенсивную работу мышц, которая сопровождается высоким потреблением кислорода. Она свидетельствует о проявлении дефицита кислорода в тканях тела. Одышка — это нормальное явление, возникающее у неактивного человека. После короткого отдыха все приходит в норму. Решить эту проблему можно увеличив свою активность, например, начать заниматься спортом. Иногда одышка может быть симптомом определенной патологии (анемия, болезни легких, заболевания сердца и др.). В этом случае следует бороться с этим заболеванием. Моя лаборатория Тренируемся 1. Откуда берётся энергия для синтеза АТФ из АДФ? В результате работы дыхательной цепи митохондрий концентрация Н+ в межмембранном пространстве существенно превышает их концентрацию в матриксе, что создаёт направленный внутрь митохондрий градиент концентрации протонов. Энергия этого градиента используется ферментом АТФ-синтетазой, которая по градиенту концентрации пропускает в матрикс ионы Н+ и синтезирует АТФ из АДФ и Фн. 2. Какие этапы выделяют в энергетическом обмене? В энергетическом обмене выделяют три этапа: подготовительный, анаэробный (безкислородный) и аэробный (кислородный). 1) У человека на подготовительном этапе поступающие с пищей олигосахариды (сахароза, лактоза) и полисахариды (гликоген, крахмал) расщепляются пищеварительными ферментами желудочно-кишечного тракта до мономеров (глюкозы, фруктозы, галактозы), которые всасываются в кровь и поступают в клетки. 2) Анаэробный этап сопровождается гликолизом (анаэробным ферментативным путём расщепления глюкозы до молочной кислоты (лактата), сопровождающимся выделением энергии, запасаемой в виде АТФ). У млекопитающих он наиболее интенсивно протекает в скелетных мышцах, печени, сердце, эритроцитах, сперматозоидах, а также в клетках раковых опухолей. Этот процесс идёт в цитоплазме клеток и не требует присутствия кислорода и мембранных структур. 3) Третьим этапом является клеточное дыхание. У растений, животных и большинства аэробных микроорганизмов оно начинается с отщепления СО2 (декарбоксилирования) от молекулы пировиноградной кислоты (пирувата), которая образуется в процессе гликолиза. В результате этой реакции от пирувата отрывается СО2, а образовавшийся двухуглеродный остаток уксусной кислоты (ацетил-радикал) присоединяется к молекуле универсального переносчика углеводородных радикалов — кофермента А — с образованием ацетил-кофермента А (ацетил-КоА). Ацетил-Ко А образуется и при окислении жирных кислот, которые также являются субстратами клеточного дыхания. Данные процессы сопровождаются образованием НАДН. Дальнейшее окисление ацетил-КоА происходит в матриксе митохондрий в цикле Кребса, а НАДН — в дыхательной цепи митохондрий. 3. В чём различия энергетического обмена аэробов и анаэробов? Энергетический обмен аэробов происходит с участием кислорода (клеточное дыхание). Энергетический обмен анаэробов происходит без кислорода (гликолиз). Совершенствуемся 1. Во сколько раз клеточное дыхание эффективнее гликолиза в энергетическом плане? В результате гликолиза «энергетическая прибыль» клетки составляет 2 молекулы АТФ, а в ходе клеточного дыхания образуется 32 молекулы АТФ. 32:2 = 16. Таким образом, клеточное дыхание эффективнее гликолиза в энергетическом плане в 16 раз. 2. Сравните процессы аэробного и анаэробного окисления. Ответ предоставьте в виде таблицы. Характеристики Аэробное окисление Анаэробное окисление Где происходит В митохондриях В цитоплазме Участие кислорода Да Нет Этапы 3 этапа: гликолиз, цикл Кребса, дыхательная цепь 2 этапа: гликолиз, брожение Конечные продукты СО2, Н2О Молочная кислота, этиловый спирт и другие конечные продукты Освобождение энергии 32 молекулы АТФ 2 молекулы АТФ 3. В клетках каких организмов происходит спиртовое брожение? В большинстве растительных клеток, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит спиртовое брожение: молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в этиловый спирт и СО2. 4. Установите соответствие между признаком энергетического обмена и его этапом. ПРИЗНАКИ ОБМЕНА ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА А) расщепляется пировиноградная кислота до углекислого газа и воды Б) расщепляется глюкоза до пировиноградной кислоты В) синтезируются 2 молекулы АТФ Г) синтезируются 32 молекулы АТФ Д) происходит в митохондриях Е) происходит в цитоплазме 1) гликолиз 2) кислородное расщепление Ответ: А – 2, Б – 1, В – 1, Г – 2, Д – 2, Е – 1. Обсуждаем Известно, что при биологическом окислении 50 % энергии выделяется в виде теплоты. Почему она не повреждает чувствительные к нагреванию белки и другие вещества клетки? Ответ обоснуйте. Поскольку ферментативные процессы биологического окисления идут ступенчато, тепловая энергия выделяется не сразу, а постепенно и успевает рассеяться в окружающей среде. По этой причине не повреждаются чувствительные к нагреванию белки и другие вещества клетки.
