Энергетический обмен. Анаэробный гликолиз

1.

Тема: «Энергетический обмен.
Анаэробный гликолиз»
Задачи:
o
o
Дать характеристику различным формам биологического
окисления;
разобрать анаэробный путь окисления - гликолиз

2.

• Повторение

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

• 5. 243411

11.

• Экспериментатор решил изучить процесс фотосинтеза.
Он взял ветку растения с листьями. Лист № 1 он
поместил в герметичную колбу, концентрация
углекислого газа в которой была в 10 раз выше по
сравнению с атмосферой, лист № 2 находился в
естественных условиях. Через три дня экспериментатор
измерил количество крахмала в листьях. Какой
параметр был задан экспериментатором (независимая
переменная), а какой параметр менялся в зависимости
от заданного (зависимая переменная)? В каком из
листьев крахмала будет меньше? Ответ поясните.
Почему через три дня концентрация кислорода в колбе
значительно возрастет?

12.

• 1) независимая переменная (задаваемая
экспериментатором) - количество углекислого газа в
воздухе (тип условий, в которые помещен лист),
зависимая (изменяющаяся в зависимости от
заданной) - количество (концентрация) крахмала в
листе (должны быть указаны обе переменные);
2) количество крахмала в листе № 2 будет меньше;
3) углекислый газ потребляется в процессе
фотосинтеза;
4) при избытке углекислого газа образование
крахмала (процесс фотосинтеза) идет интенсивнее;
5) кислород выделяется в процессе фотосинтеза.

13.

• Установите правильную последовательность
процессов фотосинтеза у растений. Запишите в
таблицу соответствующую последовательность
цифр.
• 1) соединение неорганического углерода с С5углеродом
• 2) перенос электронов переносчиками и образование
АТФ и НАДФ · Н
• 3) образование глюкозы
• 4) возбуждение молекулы хлорофилла светом
• 5) переход возбуждённых электронов на более
высокий энергетический уровень

14.

• 45213

15.

• Швейцарский ученый Ж. Сенебье в 18
веке, проводя эксперименты с водными
растениями, наблюдал выделение ими
газа на свету в виде пузырьков.
Укажите, какой это газ и из какого
вещества он образуется. Назовите
процесс и стадию, на которой
происходит выделение газа

16.

• 1. выделяется кислород из воды
(фотолиз воды)
• 2. фотосинтез, световая стадия.

17.

• Какие продукты световой фазы
фотосинтеза используются в темновую
фаза, а какие нет?

18.

• образование АТФ и НАДФ · Н
• Кислород не используется

19.

20.

Энергетический обмен. Гликолиз
Обмен веществ (метаболизм) = ассимиляции + диссимиляции
Органические вещества пищи являются основным источником не только
материи, но и энергии для жизнедеятельности клеток организма.
При образовании сложных органических молекул была затрачена энергия,
потенциально она находится в форме образованных химических связей.
В результате реакций энергетического обмена происходит окисление
сложных молекул до более простых и разрушение химических связей, при
этом происходит высвобождение энергии.
Биологическое окисление в клетках происходит с участием О2:
А + О2 АО2
и без его участия, за счет дегидрирования или переноса электронов от
одного вещества к другому:
АН2 + В А + ВН2, где вещество А окисляется за счет вещества В;
Fe+2 Fe+3 + e-, где двухвалентное железо окисляется до трехвалентного.

21.

Энергетический обмен. Гликолиз
Процесс энергетического обмена
можно разделить на три этапа:
на первом этапе происходит
пищеварение, то есть сложные
органические молекулы расщепляются
до мономеров;
на втором происходит
бескислородное окисление этих
мономеров, субстратное
фосфорилирование;
последнем этапе происходит
окисление с участием кислорода в
митохондриях.

22.

Энергетический обмен. Гликолиз
Первый этап называется
подготовительным и заключается в
распаде крупных органических молекул
до более простых: полисахаридов — до
моносахаридов, липидов — до
глицерина и жирных кислот, белков —
до аминокислот. Внутри клетки распад
органических веществ происходит в
лизосомах под действием целого ряда
ферментов. В ходе этих реакций
энергии выделяется мало, при этом она
не запасается в виде АТФ, а
рассеивается в виде тепла.

23.

Энергетический обмен. Гликолиз

24.

Энергетический обмен. Гликолиз
Гликолиз — это многоступенчатый
процесс бескислородного
расщепления молекулы глюкозы,
содержащей 6 атомов углерода
(С6Н12О6), до двух молекул
трехуглеродной пировиноградной
кислоты, или ПВК (С3Н4О3). Реакции
гликолиза катализируются многими
ферментами, и протекают они в
цитоплазме клеток.
В ходе гликолиза при расщеплении
моль глюкозы выделяется 200 кДж
энергии, но 60% (120 кДж)
рассеивается в виде тепла.
Оставшихся 40% (80 кДж) энергии
оказывается достаточно для синтеза из
двух моль АДФ двух моль АТФ.
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+
2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2 +
120 кДж (тепло)

25.

Энергетический обмен. Гликолиз
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+
2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2
Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия О2 в клетке. Если О2 нет, у
дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала
происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:
I. 2С3Н4О3 2СО2 + 2СН3СОН (уксусный альдегид)
II. 2СН3СОН + 2НАД·Н2 2С2Н5ОН + 2НАД+
У животных и некоторых бактерий при недостатке О2 происходит
молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:
2С3Н4О3 + 2НАД·Н2 2С3Н6О3 + 2НАД+

26.

Энергетический обмен. Гликолиз
Древнейшие организмы существовали в первичной бескислородной
атмосфере Земли и были анаэробными и гетеротрофами. Обеспечение клеток
энергией шло за счёт процессов типа гликолиза.

27.

Подведем итоги:

28.

Подведем итоги:
Что происходит с энергией, выделяющейся на подготовительном этапе
энергообмена:
Рассеивается в форме тепла.
Где расположены ферменты бескислородного этапа энергообмена:
В цитоплазме клеток.
Сколько энергии образуется при гликолизе моль глюкозы:
При этом образуется 200 кДж энергии, 120 рассеивается в форме тепла,
80 кДж запасается в форме 2 моль АТФ.
Какие продукты образуются при гликолизе молекулы глюкозы:
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+
2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2
Что образуется в животных клетках в результате гликолиза при недостатке
кислорода:
2С3Н4О3 + 2НАД·Н2 2С3Н6О3 + 2НАД+
Что образуется в растительных клетках в результате гликолиза при
недостатке кислорода:
I. 2С3Н4О3 2СО2 + 2СН3СОН (уксусный альдегид)
II. 2СН3СОН + 2НАД·Н2 2С2Н5ОН + 2НАД+

29.

Подведем итоги:
Каков КПД гликолиза?
Образуется 200 кДж энергии, 120 рассеивается в форме тепла, 80 кДж
запасается в форме 2 молекул АТФ – 40%.
Как происходит биологическое окисление?
С участием О2: А + О2 АО2,
за счет дегидрирования: АН2 + В А + ВН2,
за счет потери электрона: Fe2+ Fe3+ + e-.
Кем были первичные организмы Земли по типу питания?
Древнейшие организмы, как полагают, существовали в первичной
бескислородной атмосфере Земли и были анаэробами и гетеротрофными
организмами.
В результате гликолиза в животной клетке было разрушено 5 молекул глюкозы
до ПВК. Сколько образовалось молекул АТФ, СО2 и сколько образовалось
НАД·Н2?
АТФ: 2 х 5 = 10;
СО2 не образуется при гликолизе в животных клетках;
НАД·Н2: 2 х 5 = 10.
В результате гликолиза в животной клетке было разрушено 5 молекул глюкозы
до молочной кислоты. Сколько образовалось молекул АТФ, СО2 и сколько
образовалось НАД·Н2?
АТФ: 2 х 5 = 10; СО2 не образуется при гликолизе в животных клетках; 10
НАД·Н2 были образованы и израсходованы на восстановление ПВК.

30.

Подведем итоги:
В процессе энергетического обмена произошло расщепление 7 моль глюкозы
до молочной кислоты. Определите:
а) сколько моль молочной кислоты и СО2 при этом образовалось?
б) сколько АТФ при этом синтезировано?
в) сколько энергии запасено в АТФ?
г) сколько грамм глюкозы израсходовано?
Если неполному окислению подверглось 7 моль глюкозы, то можно определить,
сколько при этом образовалось молочной кислоты и АТФ:
7С6 Н12 О6 → 7 х·2С3 Н6 О3 + 7 х·2АТФ + 7 х 2НАД·Н2.
40 кДж·х 14 АТФ = 560 кДж.
180 г С6 Н12 О6 → 80 кДж
х
560кДж, х = 1260 г.
Ответ:
а) 14 моль С3Н6О3, СО2 не образуется;
б) 14 моль АТФ;
в) 14 х 40 = 560 кДж;
г) израсходовалось глюкозы 1260 г.

31.

Кислородное окисление, дыхание

32.

Кислородное окисление, дыхание
Третий этап энергетического обмена —
кислородное окисление, или дыхание,
происходит в митохондриях.
o
o
o
o
Как устроены митохондрии?
Каковы функции митохондрий?
Каково происхождение митохондрий?
Как образуются новые митохондрии?

33.

Кислородное окисление, дыхание
В результате ферментативного
бескислородного расщепления глюкоза
распадается не до конечных продуктов
(СО2 и Н2О), а до соединений, которые
еще богаты энергией и, окисляясь
далее, могут дать ее в больших
количествах (молочная кислота,
этиловый спирт и др.).
Поэтому в аэробных организмах
после гликолиза следует завершающий
этап энергетического обмена — полное
кислородное расщепление, или
клеточное дыхание. В процессе этого
третьего этапа органические вещества,
образовавшиеся в ходе второго этапа
при бескислородном расщеплении и
содержащие большие запасы
химической энергии, окисляются до
конечных продуктов СО2 и Н2О.

34.

Кислородное окисление, дыхание
На первом этапе пировиноградная кислота проникает в митохондрии, где
происходит ее дегидрирование (отщепление водорода) и декарбоксилирование
(отщепление углекислого газа) с образованием двууглеродной ацетильной
группы, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла
Кребса.

35.

Кислородное окисление, дыхание
В цикле Кребса происходит дальнейшее окисление, связанное с
дегидрированием и декарбоксилированием. В результате на каждую
разрушенную моль ПВК из митохондрии удаляется 3 моль СО2, образуется 5
пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4 НАДН2, ФАДН2), а также
моль АТФ.

36.

Кислородное окисление, дыхание
Суммарная реакция гликолиза и разрушения ПВК в митохондриях до
водорода и углекислого газа выглядит следующим образом:
С6Н12О6 + 6Н2О 6СО2 + 4АТФ + 12Н2

37.

Кислородное окисление, дыхание
У водорода отбираются электроны, а протоны закачиваются в
межмембранное пространство митохондрий, в «протонный резервуар».
Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода. Электроны
передаются по ферментам дыхательной цепи на цитохромоксидазу.

38.

Кислородное окисление, дыхание
Когда разность потенциалов на внешней и внутренней стороне внутренней
мембраны достигает 200 мВ, протоны (24Н+) проходят через канал фермента
АТФ-синтетазы и происходит восстановление кислорода до воды (12Н2О) с
выделением энергии, часть которой запасается в форме 34 АТФ. Таким
образом, в митохондрии образуется всего 36 АТФ – 55%, 45% - рассеивается в
форме тепла.

39.

Кислородное окисление, дыхание
Ферменты дыхательной цепи и АТФ-синтетаза на кристах:
24Н+ + 6О2 + 24е- 12Н2О + 34АТФ +Qт

40.

Кислородное окисление, дыхание

41.

42.

Подведем итоги:
Гликолиз:
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+
2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2
При этом образуется 200 кДж энергии, 120 рассеивается в форме тепла, 80
кДж запасается в форме 2 моль АТФ
Суммарная реакция гликолиза и разрушения ПВК в митохондриях до
водорода и углекислого газа выглядит следующим образом:
С6Н12О6 + 6Н2О 6СО2 + 4АТФ + 12Н2
Ферменты дыхательной цепи и АТФ-синтетаза на кристах:
24Н+ + 6О2 + 12е- 12Н2О + 34АТФ +Qт
Суммарная реакция энергетического обмена выглядит так:
С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ + Qт
Если внутренняя мембрана повреждена, то окисление НАД·Н2 продолжается,
но не работает АТФ-синтетаза и образования АТФ не происходит, вся энергия
выделяется в форме тепла.

43.

Подведем итоги:
Где происходят реакции третьего этапа энергетического обмена, кислородного
окисления?
В митохондриях.
Что образуется при полном разрушении 2 молекул пировиноградной кислоты в
митохондриях?
2С3Н4О3 + 6О2 + 36 АДФ + 36 Н3РО4 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ.
Какая часть энергии запасается в митохондриях в форме АТФ, какая часть –
рассеивается в форме тепла?
55% - в форме АТФ, 45% - в форме тепла.
Сколько всего молекул АТФ образуется в реакциях энергетического обмена
при полном разрушении молекулы глюкозы?
38 молекул, 2 – при гликолизе, 36 – в митохондриях.
Какие вещества, кроме углеводов, могут использоваться в энергетическом
обмене?
Глицерин, жирные кислоты, аминокислоты.

44.

• В процессе гликолиза образовалось
42 молекулы пировиноградной
кислоты. Какое количество глюкозы
подверглось расщеплению и сколько
молекул АТФ образуется при ее
полном окислении? Объясните
полученные результаты?

45.

• Пояснение.1) В процессе гликолиза при
расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется
2 молекулы пировиноградной кислоты и
выделяется энергия, которой хватает на синтез
2 молекул АТФ.
• 2) Если образовалось 42молекулы
пировиноградной кислоты, то, следовательно
расщеплению подверглось 42 : 2 = 21 молекула
глюкозы.
• 3) При полном окислении в расчете на одну
молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
• Следовательно, при полном окислении 42
молекулы глюкозы образуется 38 х 21 = 798

46.

• В процессе гликолиза образовалось 84
молекулы пировиноградной кислоты.
Какое количество молекул глюкозы
подверглось расщеплению и сколько
молекул АТФ образуется при её полном
окислении? Объясните полученные
результаты.

47.

Пояснение.1) В процессе гликолиза при
расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется
2 молекулы пировиноградной и выделяется
энергия, которой хватает на синтез 2 молекул
АТФ.
2) Если образовалось 84 молекулы
пировиноградной кислоты, то, следовательно
расщеплению подверглось 84 : 2 = 42 молекул
глюкозы.
3) При полном окислении в расчете на одну
молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
Следовательно, при полном окислении 42
молекулы глюкозы 38 х 42 = 1596

48.

• Объясните в чем сходство и в чем
различи биологического окисления
органических веществ в клетке и
процесса их горения в неживой
природе.

49.

• .Какова роль митохондрий в обмене
веществ? Какая ткань содержит
больше митохондрий мышечная или
эпителиальная?

50.

• 1. Митохондрии — окисление веществ с
образованием АТФ — обеспечение
энергией многих процессов
• 2. Мышечная ткань содержит больше
митохондрий, чем соединительная
• 3. Т. к. мышечная ткань выполняет
большую работу с затратой энергии

51.

Установите соответствие между характеристиками и этапами энергетического
обмена: для этого к каждому элементу первого столбца подберите
соответствующий элемент из второго столбца
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭТАПЫ
) окисляется ПВК
1) подготовительный
Б) протекает под действием
2) гликолиз
гидролитических ферментов
3) аэробный
В) образуются две молекулы
глицерофосфата (триозофосфата)
Г) вся энергия рассеивается в виде тепла
Д) протекает на кристах митохондрий
Е) осуществляется цикл трикарбоновых
кислот
А

52.

Установите соответствие между характеристикой процессов, происходящих
при энергетическом обмене, и этапами этого процесса: к каждой позиции,
данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго
столбца
ХАРАКТЕРИСТИКА
ПРОЦЕСС
А) идёт с образованием ПВК
1) гликолиз
Б) происходит в митохондриях
2) окислительное
В) процесс анаэробный
фосфорилирование
Г) в ходе процесса образуется 36
молей АТФ
Д) образуются углекислый газ, вода,
мочевина
Е) в ходе процесса атомы водорода
связываются молекулойпереносчиком НАД · Н

53.

Реакции подготовительного этапа
энергетического обмена происходят в
1) хлоропластах растений
2) каналах эндоплазматической сети
3) лизосомах клеток животных
4) органах пищеварения человека
5) аппарате Гольджи эукариот
6) пищеварительных вакуолях простейших

54.

Установите соответствие между признаками и этапами энергетического
обмена: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите
соответствующую позицию из второго столбца.
ПРИЗНАКИ
А) протекает в
цитоплазме
Б) запасается 36 молекул
АТФ
В) протекает на кристах
митохондрий
Г) образуется ПВК
Д) протекает в матриксе
митохондрий
ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ОБМЕНА
1) Гликолиз
2) Дыхание

55.

Какова последовательность процессов энергетического
обмена в клетке?:
1) расщепление биополимеров до мономеров
2) лизосома сливается с частицей пищи,
содержащей белки, жиры и углеводы
3) расщепление глюкозы до пировиноградной
кислоты и синтез двух молекул АТФ
4) поступление пировиноградной кислоты (ПВК) в
митохондрии
5) окисление пировиноградной кислоты и синтез
36 молекул АТФ

56.

Лизосома сливается с частицей пищи, содержащей белки,
жиры и углеводы (2) затем происходит расщепление
биополимеров до мономеров (1) — это подготовительный
этап энергетического обмена. Далее в цитоплазме в
процессе гликолиза, который проходит под воздействием
10 специальных ферментов, в гликолизе образуется
пировиноградная и происходит синтез двух молекул АТФ
(3). Затем ПВК поступает в митохондрии (4) и там
окисляется до углекислого газа и воды и синтезируется 36
молекул АТФ (5).
Ответ: 21345.

57.

Проанализируйте таблицу «Этапы энергетического обмена углеводов
в клетке». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и понятия,
приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите
соответствующий термин или соответствующее понятие из предложенного
списка.
Название этапа
Место протекания
в клетке
Энергетический
эффект
Подготовительный
__________(Б)
Выделение только
тепловой энергии
Бескислородный
Гиалоплазма
__________(В)
__________(А)
Митохондрии
Образование
36 молекул АТФ
1) Аппарат Гольджи
2) Лизосомы
3) Образование 38 АТФ
7) Аэробрый
4)образование 2 АТФ
5) фотосинтез
6) темновая фаза
8) пластический

58.

Верны ли следующие суждения об этапах энергетического
обмена?
А. На бескислородном этапе энергетического обмена
происходит расщепление двух молекул молочной кислоты
до углекислого газа и воды.
Б. На подготовительном этапе энергетического обмена
биополимеры расщепляются до мономеров, энергия
рассеивается в виде тепла.
1) Верно только А
2) Верно только Б
3) Оба суждения верны
4) Оба суждения неверны

59.

Почему брожение считают эволюционно
более древним типом энергетического
обмена, чем дыхание?

60.

1) Брожение осуществляется без участия
кислорода.
2) Кислорода не было в древней атмосфере.