Катаболизм конспект биология 10 класс
Обновлено: 03.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Тема: Энергетический обмен – катаболизм. Его этапы.
Цель урока: и зучить процесс энергетического обмена.
Задачи урока:
Углубить и расширить знания об обмене веществ и превращении энергии.
Подвести учащихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке.
Продолжить умение классифицировать и обобщить сложный материал по этапам, по видам, по месту их образования.
Вид урока: урок-презентация.
Оборудование: заготовки таблиц, слайдов
II . Повторение изученного материала. Фронтальный опрос по вопросам 1-7 с. 123 учебника
III. Изучение новой темы
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 а наэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.
I этап, подготовительный
II этап, гликолиз (бескислородный)
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. Потеря электронов называется окислением, приобретение — восстановлением, при этом донор электронов окисляется, акцептор восстанавливается.
Гликолиз — сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять реакций. Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД + (никотинамидадениндинуклеотид). 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·Н 2 :
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:
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.
III этап, клеточное дыхание (кислородный)
Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота. СО2 выделяется из митохондрий в окр. среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конечный результат которых синтез АТФ.
Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом:С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ + Qт, где Qт — тепловая энергия. IV .Закрепление.
1. В процессе диссимиляции произошло расщепление 17 моль глюкозы, из которых кислородному расщеплению подверглось только 3 моль. Определите:
А) сколько моль молочной кислоты и углекислого газа при этом образовалось?
Б) сколько моль АТФ при этом синтезировалось?
В) сколько энергии и в какой форме аккумулировано в этих молекулах АТФ?
Г) сколько моль кислорода израсходовано на окисление образовавшейся при этом молочной кислоты?
2. В процессе гидролиза образовалось 972 молекулы АТФ. Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате гликолиза и полного окисления. Ответ поясните.
Ответ: 1) при гидролизе (кислородный этап катаболизма) из обной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ, следовательно, гидролизу подверглось: 972 : 36 = 27 молекул глюкозы;
2) при гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется до 2-х молекул ПВК с образованием 2-х молекул АТФ, поэтому количество молекул АТФ равно: 27 х 2 = 54;
3) при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, следовательно, при полном окислении 27 молекул глюкозы образуется : 27 х 38 = 1026 молекул АТФ (или 972 + 54 = 1026).
3. Какое из двух типов брожения – спиртовое или молочнокислое является энергетически более эффективным? Эффективность рассчитать по формуле:
где Е зап. – запасённая энергия; Е общ. – общая энергия.
Энергия, запасённая в 1 моль АТФ, составляет 30,6 кДж/моль. Энергия общая – 150 кДж/моль (спиртовое брожение); энергия общая – 210 кДж/моль (молочнокислое брожение). Ответ поясните. Ответ: 1) и спиртовое и молочнокислое брожение протекает в анаэробных условиях (без кислорода), и в результате синтезируется 2 моль АТФ, т.е. 2 х 30,6 кДж/моль = 61,2 кДж/моль;
2) эффективность спиртового брожения:
Эф сп. бр. =
3) эффективность молочнокислого брожения:
Эф мол. бр. =
4) энергетически более эффективным является спиртовое брожение .
Урок комплексного применения знаний для 10 класс по теме "Клетка как целостная система" по программе Министерства образования и науки РФ для 10-11 классов. Место урока в учебной теме - текущий. Для разработки использовались раздаточный материал, интерактивные средства, таблицы, схемы и иллюстрации. Для лучшего усвоения знаний предлагается просмотр документального фильма и представление материала в готовом виде. Основное внимание уделяется постановке и решению проблемного вопроса урока, каков эпиграф урока.Кон
| Вложение | Размер |
|---|---|
| Конспект урока "Обмен веществ" 10 класс | 84.79 КБ |
Предварительный просмотр:
МБОУ СОШ № 6 г. Морозовск, Ростовской обл.
Тема урока. Обмен веществ и энергии в клетке.
Аннотация к уроку:
Задачи.
Образовательная. Расширить у учащихся знания об обмене веществ и энергии, полученные в 9 классе; ознакомить с разделением обмена веществ на пластический и энергетический; раскрыть особенности процессов метаболизма.
Развивающая. Развивать умение сравнивать реакции пластического и энергетического обменов и умение раскрывать взаимосвязь между ними; развивать внимание, память, наблюдательность и уверенность в своих взглядах.
Воспитательная . Воспитывать в понимании учеников понимание того, что все живые системы связаны между собой посредством обмена веществ и энергии и окружающей средой.
Тип урока. Усвоения новых знаний.
.
Место урока в учебной теме. Текущий.
Материалы и оборудование : схемы, рисунки, таблицы, г. \ м доска.
Основные понятия и термины: метаболизм, анаболизм, катаболизм, пластический обмен, энергетический обмен, автотрофы, гетеротрофы, миксотрофы, аэробы, анаэробы.
I. Актуализация опорных знаний учащихся.
II. Мотивация учебно-познавательной деятельности учащихся.
Клетка - наименьшая структурная и функциональная единица живого, которая сложилась исторически. Какие важнейшие процессы делают клетку единым целым? Что является источником энергии для ее жизнедеятельности?
III. Восприятие и усвоение учениками нового материала.
IV. Осмысление объективных связей и взаимозависимостей в изученном материале.
Работа с раздаточным материалом, учебником над этапами энергетического обмена: подготовительным, беcкислородным, кислородным.
Опорная схема №1.
Опорная схема №2.
Этапы энергетического обмена: - подготовительный
- безкислородный
- кислородный
Важнейшим на бескислородной этапе энергетического обмена является расщепление в клетках молекул глюкозы путем гликолиза на две молекулы пировиноградной (С3Н4О3) или молочной кислоты (С3Н6О3) в мышечных клетках.
Опорная схема №3 .
Бескислородное (анаэробное) расщепление глюкозы, гликолиз.
В процессе распада глюкозы участвуют 13 различных ферментов, фосфорная кислота и АДФ. При гликолиза выделяется 200 кДж энергии. 84 кДж используется на синтез 2х молекул АТФ, а остальные (116 кДж) используется в виде теплоты.
Значение гликолиза: организм получает энергию в условиях дефицита кислорода.
После завершения гликолиза наступает вторая стадия - кислородное расщепление. Процесс кислородного расщепления описывается уравнением.
Опорная схема №4 .
Кислородное (аэробная) расщепление глюкозы.
Это дыхание. При этом выделяется энергия (2600 кДж) часть которой рассеивается в виде тепла (45%), 55% превращается в энергию химических связей АТФ (1440 кДж).
В биологии метаболизм – это совокупность тесно взаимосвязанных процессов, обеспечивающих связь живых организмов с окружающей средой. Цель метаболизма – создание сложных веществ и снабжение организма энергией.
Определение
Метаболизм клетки включает множество химических реакций, происходящих в органеллах и необходимых для поддержания жизни.
Обмен веществ включает два процесса:
- катаболизм(диссимиляция, энергетический обмен) – совокупность химических реакций, направленных на распад сложных веществ с образованием энергии;
- анаболизм(ассимиляция, пластический обмен) – реакции биосинтеза, при которых с затратой энергии образуются сложные органические вещества.
Рис. 1. Катаболизм и анаболизм.
Оба процесса происходят одновременно и находятся в равновесии. Вещества, участвующие в анаболизме и катаболизме, поступают из внешней среды. Для нормального протекания метаболизма в животной клетке необходимы белки, жиры, углеводы, кислород, вода. В растения должны поступать вода, кислород и солнечный свет.
Диссимиляция и ассимиляция – взаимосвязанные процессы, не происходящие в разрыве друг от друга. Чтобы происходил анаболизм, необходима энергия, которая выделяется в процессе катаболизма. Для расщепления (диссимиляции) необходимы ферменты, которые синтезируются в процессе ассимиляции.
Катаболизм и анаболизм
Диссимиляция может происходить в присутствии или в отсутствии кислорода.
По отношению к кислороду все организмы делятся на два типа:
- аэробы– живут только в присутствии кислорода (животные, растения, некоторые грибы);
- анаэробы– могут существовать в отсутствии кислорода (некоторые бактерии и грибы).
При поглощении кислорода происходит процесс окисления, и сложные вещества распадаются на более простые. В бескислородной среде происходит брожение. В результате двух этих процессов высвобождается большое количество энергии.
Для аэробных организмов катаболизм проходит в три этапа, описанных в таблице.
Что происходит
Где происходит
Энергия
Ферментативное расщепление органических соединений: белки расщепляются до аминокислот, крахмал – до глюкозы, жиры – до жирных кислот и глицерина
У одноклеточных организмов – в лизосомах, у многоклеточных – в желудочно-кишечном тракте
Небольшое количество рассеивается в виде тепла
Глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК). При дальнейшем отсутствии кислорода ПВК в процессе брожения распадается либо до этилового спирта (спиртовое брожение), либо до молочной кислоты (молочнокислое брожение) Образование двух молекул АТФ
В цитоплазме клетки
Затраты в виде глюкозы в процессе гликолиза
Окисление ПВК до углекислого газа и воды
Затраты энергии на образование молекул АТФ
Рис. 2. Процесс гликолиза.
Метаболизм анаэробов включает два первых этапа.
которые читают вместе с этой
Анаболизм происходит после подготовительного этапа. Из более простых организмов синтезируются сложные органические вещества, характерные для организма. Например, из аминокислот образуются ферменты, белки-переносчики, пигменты, нуклеиновые кислоты и т.д. Образованные вещества способствуют катаболизму.
В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание – катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.
Рис. 3. Фотосинтез и дыхание растений.
Что мы узнали?
Метаболизм включает энергетический и пластический обмен. В результате первого процесса образуются простые вещества, второй процесс направлен на создание сложных органических веществ, участвующих в катаболизме. Оба процесса параллельны и проходят с затратой энергии.
Из урока ваши ученики узнают о процессах ассимиляции и диссимиляции. Изучат этапы энергетического обмена: подготовительный, бескислородный и кислородный. В данном уроке приводятся следующие понятия: пластический обмен, энергетический обмен, гликолиз, спиртовое брожение.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Обмен веществ и энергии в клетке"
За счёт энергии света при фотосинтезе в клетках зелёных растений из неорганических веществ образуются органические, например, глюкоза.
Из листьев глюкоза поступает и в другие органы растений. Где она используется для синтеза более сложных соединений.
Все реакции биосинтеза веществ и их последующая сборка в более крупные структуры называются ассимиляцией, или анаболизмом. Ещё одно название этого набора реакций – пластический обмен. Для этих процессов требуется затрат энергии.
Особенно интенсивный биосинтез веществ происходит в период развития и роста организмов. В отличие от зелёных растений другие организмы в первую очередь животные не сами синтезируют органические вещества, а используют уже готовые.
Вся жизнедеятельность требует огромное количество энергетических затрат.
Клетки расходуют энергию на химические реакции, которые обеспечивают обновление и рост организмов.
В нервных клетках энергия идёт на биоэлектрические процессы. Разряд электрического ската – яркое проявление их.
Энергия также расходуется на механическую работу в мышечных клетках.
Энергию для всех процессов жизнедеятельности поставляют процессы диссимиляции – это совокупность реакций распада, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии. Процессы диссимиляции, так же называют катаболизмом или энергетическим обменом.
При диссимиляции в клетках зелёных растений окислительному распаду подвергаются продукты фотосинтеза.
А в организме животного богатые энергией органические вещества превращаются в углекислый газ, воду и другие энергетически бедные соединения.
Ассимиляция и диссимиляция — это противоположные процессы. В первом случае происходит образование веществ, на что тратиться энергия.
А во втором распад веществ с выделением и запасанием энергии. Эти процессы невозможны друг без друга. Таким образом реакции ассимиляция и диссимиляция – это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии в клетке, который называется − метаболизмом.
Реакции метаболизма в живых организмах проходят очень быстро благодаря действию ферментов и АТФ.
Роль ферментов и АТФ в процессах обмена веществ
В состав внутриклеточных структур входят многочисленные ферментные системы.
Все ферменты вещества белковой природы. Их молекулы состоят в основном из аминокислотных звеньев.
Ферменты действуют в строго определённой последовательности. Они специфичны для каждого вещества и ускоряют только определённые реакции. Избирательность действия ферментов на разные химические вещества связана с их строением.
Одни ферментные системы направляю процессы биосинтеза. Этот процесс требует затрат энергии. Другие ферментные системы регулируют распад и окисление веществ. При этих реакциях энергия выделяется.
Как переходит энергия от одной группы реакций к другой? Роль поставщика этой энергии выполняет аденозинтрифосфорная кислота – АТФ.
Молекула АТФ как вы помните содержит 3 остатка фосфорной кислоты. Химические связи между остатками богаты энергией. Под действием очередного фермента, от молекулы АТФ отщепляется 1 или 2 остатка фосфорной кислоты. Такие реакции сопровождаются высвобождением большого количества энергии. После отрыва одного остатка фосфорной кислоты АТФ превращается в АДФ аденозин дифосфорную кислоту. АДФ может соединится с фосфорной кислотой и перейти в АТФ.
На эту реакцию затрачивается энергия, которая была выделена в процессе диссимиляции, то есть в реакциях расщепления органических веществ в клетке.
У растений в хлоропластах АТФ образуется при фотосинтезе за счёт энергии света.
В митохондриях животных клеток АТФ синтезируется за счёт энергии окислительных процессов.
Ферментные системы катализируют цепи процессов обмена веществ.
АТФ связывает реакции ассимиляции и диссимиляции.
Энергетический обмен или диссимиляция может проходить в два или три этапа.
Количество этапов зависит от того относиться организм к аэробам или анаэробам. Вы помните, что аэробы используют в процессе обмена веществ кислород из окружающей среды. А анаэробы обитают в бескислородной среде и не нуждаются в кислороде.
У аэробов энергетический обмен происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный.
У анаэробов в два этапа: подготовительный и бескислородный.
Рассмотри этапы энергетического обмена.
Подготовительный этап энергетического обмена
У многоклеточных животных процессы подготовительного этапа диссимиляции совершаются в органах пищеварения. Происходит расщепление крупных органических молекул до более простых -питательных веществ.
Полимерные углеводы превращаются в глюкозу. Белки в аминокислоты. Жиры в глицерин и жирные кислоты. Продукты расщепления пищевых веществ всасываются в кровь и приносятся ко всем клеткам организма. Все эти процессы составляют подготовительную стадию энергетического обмена.
На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая не запасается в молекулах АТФ и рассеивается в виде тепла.
Наступает второй этап энергетического обмена – бескислородный. Он заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа.
Как же освобождается в клетки энергия, заключённая в питательных веществах? Основным источником энергии для процессов жизнедеятельности является глюкоза.
Однако глюкоза не поддаётся ферментативному окислению. Поэтому в системе ферментов мембран эндоплазматической сети происходит сначала активирование глюкозы за счёт энергии АТФ.
Затем в цитоплазме клеток наступает многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы, до двух молекул трехуглеродной пировиноградной кислоты.
Это неполное бескислородное окисление глюкозы называется гликолизом.
Итак, каждая молекула глюкозы под действием ферментов расщепляется на 2 меньшие молекулы пировиноградной кислоты, которые становятся доступны для окисления.
На данном этапе на каждую молекулу глюкозы выделяется уже 200 кДж энергии.
Из них 80 кДж сберегается (по 40 кДж на 1 АТФ).
Вы помните, что для того что бы превратить АДФ в АТФ необходимо затратить 40 кДж.
Поэтому 80 кДж достаточно для превращения двух молекул АДФ в 2 молекулы АТФ.
А 120 кДж образовавшийся при расщеплении глюкозы - рассеивается в виде тепла.
Итак, в процессе гликолиза образуется 2 АТФ.
Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевают нагреть клетку до опасного уровня.
Далее пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту-это основной продукт второго этапа энергетического обмена.
В большинстве растительных клеток, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит спиртовое брожение. Где молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в этиловый спирт и углекислый газ.
Существуют также и такие микроорганизмы, в клетках которых в бескислородных условиях образуется не молочная кислота и не этиловый спирт, а, например, уксусная кислота. Однако во всех случаях распад одной молекулы глюкозы приводит к запасанию двух молекул АТФ.
У аэробных после гликолиза следует третий этап энергетического обмена – кислородный. Это полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. Этот процесс происходит на кристах митохондрий клетки. Где образовавшиеся в процессе второго этапа вещества (молочная кислота, этиловый спирт например) окисляются до конечных продуктов углекислого газа и воды.
Молочная кислота
Рассмотрим кислородный этап более подробно.
Вы помните, что главной функцией митохондрий является захват высокомолекулярных веществ из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием углекислого газа и воды, связанное с синтезом АТФ.
Здесь на кристах митохондрий пировиноградная кислота превращается в ацетил-кофермент А. Сокращённо ацетил-КоА ─ это важное соединение в обмене веществ, которое используется во многих биохимических реакциях.
Ацетил-КоА является основным субстратом, который необходим для реакций цикла трикарбоновых кислот – цикла Кребса.
Ацетил-КоА доставляет атомы углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот (или цикл Кребса), чтобы те были окислены с выделением энергии.
Цикл Кребса проходит так же внутри митохондрий. Это очень сложный ряд последующих реакций ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме.
Цикл трикарбоновых кислот является промежуточным этапом между гликолизом и электронтранспортной (дыхательной) цепью.
В ходе цикла Кребса ацетильные остатки (остатки ацетил-КоА) окисляются до углекислого газа.
При этом за один цикл образуется 2 молекулы углекислого газа, 3 НАДН, 1 ФАДН2 и 1 АТФ.
Итак, в процессе гликолиза и Цикла Кребса образуются необходимые молекулы НАДН, которые переносят водороды из одной реакции в другую.
Водороды, находящиеся на НАДН и ФАДН2, в дальнейшем переносятся на дыхательную цепь, где образуется АТФ.
Итак, на мембране митохондрии атомы водорода, полученные от НАДН и ФАДН2, разделяются на протоны и электроны. Электроны начинают проходить через комплексы 1,2,3,4 − это белки, которые встроены в мембрану.
А протоны водорода переносятся через комплексы и накапливаются в межмембранном пространстве.
В результате чего и образуется градиент концентрации протонов, необходимый для синтеза молекулы АТФ.
Вы помните, что протоны при прохождении через АТФ-синтазу… помогают образованию самой АТФ.
Итак, на третьем этапе в митохондриях при клеточном дыхании (кислородном процессе) 2 молекулы пировиноградной кислоты окисляются до углекислого газа, воды и 36 молекул АТФ.
Невидимые нашему глазу биохимические превращения в клетках, составляют основу существования всех живых организмов.
В результате биохимических реакций в клетке происходит синтез универсального для всего органического мира вещества АТФ которая обеспечивает энергией любое проявление жизни.
Таким образом, суммарно энергетический обмен клетки в случае распада глюкозы можно представить следующим образом.
Читайте также: