Энергетический обмен в клетке
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность всех химических реакций, которые происходят в организме.
Источник энергии на Земле является Солнце Солнечная энергия Фотосинтез Энергия органических веществ Белки Жиры Углеводы
Метаболизм Метаболизм (обмен веществ и энергии) Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен, синтез органических веществ) Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен, распад органических веществ) С затратой энергии синтезируются углеводы, белки, жиры. ДНК, РНК, АТФ С освобождением энергии, распадаются орг. вещества, конечные продукты: CO 2, H 2 O, АТФ
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) - универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов. АТФ + Н 2 О → АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж АДФ + Н 2 О → АМФ + Н 3 P О 4 + 40 кДж
Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция, биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные. Примеры: фотосинтез, синтез белка. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция, распад) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Примеры: гликолиз, переваривание пищи.
у АЭРОБОВ Подготовительный Бескислородный Кислородный ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА У АНАЭРОБОВ Подготовительный Бескислородный
Где происходит? В лизосомах и пищеварительном тракте.
Расщепление полимеров до мономеров. В пищеварительной системе крупные молекулы пищи распадаются: Полисахариды → глюкоза, Белки → аминокислоты, Жиры → глицерин и жирные кислоты. Энергия рассеивается в виде тепла (АТФ не образуется). Мономеры всасываются в кровь и доставляются к клеткам.
Где происходит? В цитоплазме клеток, без кислорода.
Виды расщепления глюкозы Гликолиз Спиртовое брожение Молочно-кислое брожение
Гликолиз – процесс расщепления углеводов в отсутствии кислорода под действием ферментов. Где происходит? В клетках животных (митохондриях) Что происходит? Глюкоза с помощью ферментативных реакций окисляется С 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 РО 4 +2АДФ → 2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ +2Н 2 О глюкоза фосфорная ПВК вода кислота Итог: энергия в виде 2 молекул АТФ . Гликолиз
Спиртовое брожение Где происходит? В растительных и некоторых дрожжевых клетках вместо гликолиза Что происходит и образуется? На спиртовом брожении основано приготовление вина, пива, кваса. Тесто, замешанное на дрожжах, даёт пористый, вкусный хлеб С 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 РО 4 +2АДФ → 2С 2 Н 5 О H + 2CO 2 + 2АТФ + 2Н 2 О глюкоза фосфорная этиловый вода кислота спирт
Молочно - кислое брожение Где происходит? В клетках человека животных, в некоторых видах бактерий и грибов Что образуется? При недостатке кислорода – молочная кислота. Лежит в основе приготовления кислого молока, простокваши, кефира и др. молочнокислых продуктов питания. ИТОГ: 40 % энергии запасается в АТФ, 60% рассеивается в виде тепла в окружающую среду.
3 ЭТАП – кислородный, полное окисление, аэробное дыхание Что происходит? Дальнейшее окисление продуктов гликолиза до СО 2 и Н 2 О с помощью окислителя О 2 и ферментов и дает много энергии в виде АТФ. Где происходит? Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и ее внутренними мембранами. 2С 3 Н 6 О 3 + 6О 2 + 36АДФ + 36Н 3 РО 4 → 6СО 2 + 42Н 2 О + 36АТФ
Этапы кислородного окисления: а) окислительное декарбоксилирование ПВК б) цикл Кребса – цикл трикарбоновых кислот. в) окислительное фосфорилирование
ПВК 3С Ацетил-КоА 2С Лимонная кислота 6С Глутаровая кислота 5С Янтарная кислота 4С Фумаровая кислота 4С Яблочная кислота 4С ЩУК 4С СО 2 2Н СО 2 СО 2 2 Н 2 Н 2 Н 2 Н АТФ
Ханс Адольф Кребс (1900-1981г.г.)
Суммарное уравнение реакции энергетического обмена С 6 Н 12 О 6 + 2 АДФ + 2Н 3 РО 4 → 2С 3 Н 6 О 3 + 2 АТФ + 2Н 2 О 2С 3 Н 6 О 3 + 6О 2 + 36 АДФ + 36Н 3 РО 4 → 6СО 2 + 36 АТФ + 42Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Н 3 РО 4 → 6СО 2 + 38 АТФ + 44Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6H 2 O + 38 АТФ ИТОГ: Энергия в виде 38АТФ Вывод: Для образования энергии необходимы: 1. Чистый воздух, т.е. кислород. 2. Питательные вещества. 3. Биологические катализаторы, т.е ферменты. 4. Б иологические активаторы, т.е. витамины.
Значение дыхания Рекомендации 1. В результате окисления сохраняется равновесие между синтезом органики и её распадом. 2. СО 2 используется для образования карбонатов, накапливается в осадочных породах, для процесса фотосинтеза. 3. Сохраняется равновесие между кислородом и углекислым газом в атмосфере. 1. Постоянно проветривать помещение, больше гулять на свежем воздухе. 2. Употреблять полноценную пищу, богатую белками, углеводами, жирами. 3. Не исключать из рациона питания молочно -кислые продукты. 4. Не забывать о витаминах.
Сравнение фотосинтеза и аэробного дыхания Сходства фотосинтеза и аэробного дыхания Различия Фотосинтез Аэробное дыхание 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7
Сравнение фотосинтеза и аэробного дыхания Сходства фотосинтеза и аэробного дыхания Различия Фотосинтез Аэробное дыхание 1. Необходим механизм обмена СО 2 и О 2. 1. Анаболический процесс, из простых неорганических соединений (СО 2 и Н 2 О) синтезируются углеводы. 1. Катаболический процесс, углеводы расщепляются до СО 2 и Н 2 О. 2. Необходимы специальные органеллы (хлоропласты, митохондрии). 2. Энергия АТФ накапливается и запасается в углеводах. 2. Энергия запасается в виде АТФ. 3. Необходима цепь транспорта ē, встроенная в мембраны. 3. О 2 выделяется. 3. О 2 расходуется. 4. Происходит фосфорилирование (синтез АТФ). 4. СО 2 и Н 2 О потребляются. 4. СО 2 и Н 2 О выделяются. 5. Происходят циклические реакции (цикл Кальвина – фотосинтез, цикл Кребса – аэробное дыхание). 5. Увеличение органической массы. 5. Уменьшение органической массы. 6. У эукариот протекает в хлоропластах. 6. У эукариот протекает в митохондриях. 7. Только в клетках, содержащих хлорофилл, на свету. 7. Во всех клетках в течение жизни непрерывно.
Задача 1. В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному (кислородному) расщеплению подверглось только 2 моль. Определите: а) сколько молей молочной кислоты и углекислого газа при этом образовано; б) сколько молей АТФ при этом синтезировано; в) сколько энергии и в какой форме аккумулировано в этих молекулах АТФ; г) Сколько молей кислорода израсходовано на окисление образовавшейся при этом молочной кислоты.
