16_слайд_записать_в_тетрадь_Аэробные_организмы_Энергетический_обмен

1. Аэробные организмы. Этапы энергетического обмена

10 класс

2.

Аэробные организмы
Аэробные организмы — это организмы, которые для получения энергии
нуждаются в кислороде. Они окисляют органические вещества (в первую
очередь глюкозу) с помощью кислорода, что позволяет им извлекать
большое количество энергии, запасенной в этих веществах.
К аэробам относятся подавляющее большинство животных, растений,
грибов и многие бактерии.

3.

Энергетический обмен (катаболизм)
Энергетический обмен — это процесс расщепления сложных органических
веществ с высвобождением энергии, часть которой запасается
в молекулах АТФ.
Этапы энергетического обмена
I этап
подготовительный
II этап
бескислородный
(гликолиз,
анаэробный)
II этап
кислородный
(аэробный,
клеточное дыхание)

4.

Подготовительный этап
Подготовительный этап – процесс гидролитического расщепления
органических веществ, протекающей при непосредственном участии воды.
Процессы: распад органических веществ
белки
полисахариды
жиры
аминокислоты
моносахариды
глицерин, жирные
кислоты
Происходит в лизосомах клеток и
в пищеварительном тракте
многоклеточных организмов.
Энергия
тепловая

5.

Подготовительный этап
ротовая
полость
Ротовая полость:
• расщепление полисахаридов (фермент амилаза).
Желудок:
• расщепление белков (фермент пепсин).
Тонкий кишечник:
• расщепление полисахаридов (фермент амилаза),
белков (фермент трипсин), липидов (липаза).
Образовавшиеся низкомолекулярные вещества
поступают в кровь, разносятся к органам и тканям.
Проникая в клетки они попадают в лизосомы или в
цитоплазму.
слюнные
железы
желудок
тонкий
кишечник

6.

Бескислородный (анаэробный) этап
Гликолиз – бескислородное
расщепление глюкозы.
глюкоза
2АТФ
фруктозодифосфат
2 молекулы
триозофосфат
2НАД∙2H
4АТФ
2 молекулы пирувата
(ПВК)
Происходит в цитоплазме.
Ключевые события:
• Молекула глюкозы становится химически
активной, для чего тратятся 2 молекулы АТФ.
• Глюкоза расщепляется на две молекулы
пировиноградной кислоты (C₃H₄O₃).
• Синтез 4 молекул АТФ и восстановление НАД⁺.
Энергетический итог: 2 молекулы АТФ
Важность: Гликолиз не только дает небольшое
количество АТФ, но и производит пируват и НАД∙H,
которые являются ключевыми субстратами для
следующего, кислородного этапа.

7.

Кислородный (аэробный) этап
Происходит в митохондриях.
Он состоит из двух основных
процессов:
• цикла Кребса
• дыхательной цепи
(окислительного фосфорилирования)
Ацетил-КоА
Цикл
Кребса
Мост между гликолизом и циклом
Кребса - окислительное
декарбоксилирование пирувата с
образованием ацетил-КоА.
АТФ
СО2
НАД∙H
Окислительное
фосфорилирование
Н2О О
2
АТФ

8.

Кислородный (аэробный) этап
Цикл Кребса
(цикл трикарбоновых
кислот)
Происходит в матриксе
митохондрий.
Процессы: молекула ацетил-КоА вступает в
Ацетил-КоА
циклическую серию реакций.
Итог: (из 1 молекулы глюкозы, дающей 2
ацетил-КоА) образуется:
Цикл
Кребса
• 2 ATФ,
• 6 НАД∙H и 2 ФАДН₂ - переносчики
электронов и протонов в дыхательной цепи,
АТФ СО2
• 4 CO₂ - продукт отхода.
НАД∙H
Окислительное
фосфорилирование
Н2О О
2
АТФ

9.

Кислородный (аэробный) этап
Окислительное
фосфорилирование
H⁺
внутренняя
митохондриальная
мембрана
НАД∙H
ФАДН₂
e⁻
e⁻
межмембранное
пространство
e⁻
H⁺
НАД+
ФАД
окисление
О2
Н2О
АДФ+Фн
матрикс
H⁺
АТФ
фосфорилирование

10.

Кислородный (аэробный) этап
Окислительное
фосфорилирование
Процессы:
Происходит на внутренней
• Все накопленные НАД∙H и ФАДН₂ отдают
мембране митохондрий.
свои электроны в дыхательную цепь
переноса электронов.
H⁺
• Электроны, переходя по цепи белковпереносчиков, теряют энергию.
e⁻ e⁻ e⁻
• Эта энергия используется для
накачивания протонов водорода из
H⁺ О2
H⁺
матрикса в межмембранное
Н2О
НАД∙H НАД+
АДФ+Фн АТФ
пространство, что создает
ФАДН₂ ФАД
электрохимический градиент – разность
потенциала на мембране, необходимую
для работы АТФ-синтетазы.

11.

Кислородный (аэробный) этап
Окислительное
фосфорилирование
Процессы:
Происходит на внутренней
• Поток
протонов
через
АТФ-синтазу
мембране митохондрий.
заставляет ее работать как молекулярный
H⁺
двигатель, синтезирующий АТФ из АДФ и
фосфата.
Этот
процесс
называется
e⁻ e⁻
окислительное фосфорилирование.
e⁻
e⁻
• В конце цепи электроны принимаются
кислородом, который, соединяясь с
H⁺ О2
H⁺
Н2О
НАД∙H НАД+
протонами, образует воду.
АДФ+Фн АТФ
ФАДН₂
ФАД
Энергетический итог кислородного этапа:
При окислении всех молекул НАД∙H и ФАДН₂, полученных с одной молекулы
глюкозы, синтезируется около 26 - 28 молекул АТФ.

12.

Бескислородный и кислородный этапы
Этап/процессы
Местоположение
Чистый выход АТФ
Другие
продукты
Гликолиз
Цитоплазма
2 АТФ
2 пирувата,
2 НАД∙H
Окислительное
декарбоксилирование
Митохондрии
—
2 ацетил-КоА,
2 НАД∙H, CO₂
Цикл Кребса
Матрикс
митохондрий
2 АТФ
6 НАД∙H, 2
ФАДН₂, CO₂
Окислительное
фосфорилирование
Внутр. мембрана
митохондрий
~26 - 28 АТФ
H₂O
~30 - 32 молекул АТФ
CO₂, H₂O
ОБЩИЙ ВЫХОД

13.

Энергетическая ценность
АТФ образуется в результате окисления НАД∙H и ФАДН₂.
Источники НАДН и ФАДН₂ из одной молекулы глюкозы:
• Гликолиз: 2 НАДН
• Окислительное декарбоксилирование (2 пирувата): 2 НАДН
• Цикл Кребса: 6 НАДН и 2 ФАДН₂
Итого: 10 НАДН и 2 ФАДН₂.
Энергетическая цена переносчиков:
1 НАДН при окислении в дыхательной цепи дает энергию для синтеза ~2,5 АТФ.
1 ФАДН₂ при окислении в дыхательной цепи дает энергию для синтеза ~1,5 АТФ.
Это современные уточненные данные, которые пришли на смену старым
округленным значениям (3 АТФ/НАДН и 2 АТФ/ФАДН₂), так как часть энергии
градиента тратится на транспорт веществ через мембрану митохондрий.

14.

Ученые
Владимир Александрович Энгельгардт – российский
биохимик, открывший в 1931 году процесс
окислительного фосфорилирования.
Он первый в мире экспериментально доказал, что
синтез АТФ (фосфорилирование) в митохондриях
сопряжен с процессом клеточного дыхания (окисления).
Ханс Адольф Кребс – немецко-английский биохимик.
Лауреат Нобелевской премии по физиологии и
медицине (1953 г.)
Внёс основной вклад в разработку цикла
трикарбоновых кислот (1937).

15.

Бескислородный и кислородный этапы
Энергетический обмен — это многоэтапный процесс, направленный
на извлечение энергии из органических веществ и её сохранение в
форме АТФ.
Этапы процесса последовательно связаны: подготовительный этап
поставляет мономеры (глюкозу) для гликолиза, который, в свою
очередь, образует пируват и НАД∙H для кислородного этапа, где
происходит полное окисление веществ с синтезом основной части
АТФ.
Кислород выступает конечным акцептором электронов в дыхательной
цепи, что делает процесс аэробного дыхания высокоэффективным.
Каждый этап локализован в определённой части клетки, что
обеспечивает эффективное протекание процессов.

16.

Сравнительная характеристика этапов энергетического обмена
Критерий сравнения
Подготовительный этап
Бескислородный этап
Кислородный этап
Основная функция
Расщепление полимеров до
мономеров
Бескислородное расще
пление глюкозы до
пирувата и синтез АТФ
Полное
окисление пирувата до
CO₂ и H₂O и синтез
основной части АТФ
Локализация в
клетке
Пищеварительный тракт,
лизосомы
Цитоплазма
Митохондрии
Исходное вещество
Белки, углеводы, жиры
Глюкоза
Пируват, НАД∙H, ФАДН₂
Конечные продукты
Аминокислоты, глюкоза,
глицерин, жирные кислоты
2 Пирувата, 2 НАД∙H
CO₂, H₂O,
Синтез АТФ
0 АТФ (энергия рассеивается в
виде тепла)
2 АТФ
~28-30 АТФ
Универсальность
Общий для всех организмов
Универсальный для
всех живых клеток
Характерен для
аэробных организмов