Обеспечение клеток энергией 10 класс конспект
Обновлено: 04.07.2024
Урок по биологии для учащихся 9 класса, можно провести и в 10 классе.
Цель урока: продолжить углубленние и расширение знаний о процессе метаболизма, раскрыв сущность энергетического обмена.
Вложение | Размер |
---|---|
konspekt_uroka_po_teme_etapy_energeticheskogo_obmena.docx | 21.12 КБ |
prezentatsiya.ppt | 1.9 МБ |
prilozhenie_2.doc | 30.5 КБ |
prilozhenie_3.docx | 69.27 КБ |
Предварительный просмотр:
Урок по биологии в 9 классе "Энергетический обмен клетки"
Цель урока : продолжить углубление и расширение знаний о процессе метаболизма, раскрыв сущность энергетического обмена
Образовательные: - изучить процесс энергетического обмена у гетеротрофных организмов
-подвести учащихся к выводу о значении АТФ - как универсального источника энергии
Развивающие: - продолжить развитие умений сравнивать биологические процессы, анализировать, формулировать выводы, развивать умения работать самостоятельно
Воспитательные: - воспитывать внутреннюю мотивацию к учению, создание ситуации успеха у учащихся
Оборудование: учебные таблицы : “Строение и расщепление АТФ”, “Энергетический обмен”, бланки опорных конспектов, схема метаболизма, листы бумаги, фломастеры, презентация к уроку.
Базовые понятия и термины: метаболизм, катаболизм, диссимиляция, анаболизм, ассимиляция, энергия, АТФ, митохондрии, ферменты, гетеротрофное питание, автотрофное питание, анаэробные условия, аэробные условия, гликолиз.
Концепция урока: изучить этапы энергетического обмена , объяснить роль АТФ в живых организмах.
Личная значимость изучаемого для обучающихся: иметь представление о процессе энергетического обмена в своем организме, виде энергии в живых организмах.
Планируемый результат: учащиеся расширяют знания о процессе метаболизма в живых организмах, используют теоретический материал для решения практических задач.
Форма организации учебной деятельности: комбинированный урок с элементами групповой работы
Методы: фронтальная беседа, проблемные вопросы, групповая работа.
- Организационный момент
- Мотивация учебной деятельности
- Изучение нового материала
- Рефлексия
- Применение приобретенных знаний
- Домашнее задание
1. Организационный момент . Класс делится на три группы , каждая группа занимает свое рабочее место в классе.
2. Мотивация учебной деятельности . Здравствуйте! Садитесь. На прошлом уроке мы начали изучение сложного процесса жизнедеятельности живых организмов - обмена веществ и энергии, с прекращением которого, жизнь останавливается. Процесс обмена веществ и энергии (метаболизм) включает в себя два процесса- анаболизма ( ассимиляции) и катаболизма ( диссимиляции).
Взаимосвязаны ли эти процессы друг с другом? Давайте разберемся, проанализировав схему: “Обмен веществ и энергии”, которая лежит у вас на рабочих столах ( Приложение 1)
Учащиеся вместе с учителем прорабатывают схему, делают вывод: метаболизм - это сложный процесс в живых организмах, анаболизм и катаболизм - два противоположных взаимосвязанных процесса обмена веществ и энергии.
Сегодня на уроке мы должны изучить процесс энергетического обмена- катаболизм (диссимиляция). У вас на столах находятся схемы опорного конспекта, который вы будете заполнять в ходе урока. ( Приложение 2)
3. Изучение нового материала . Энергию можно определить, как способность совершать работу. По закону сохранения энергии - энергия не создается, не уничтожается, а только взаимопревращается из одного вида в другой.
Вопрос: За счет чего же клетка может совершать различного вида работу: химический синтез веществ, активный транспорт веществ через мембрану, проведение нервных импульсов и так далее?
Источником энергии почти для всех видов активности служат питательные вещества.
Вопрос: Какие химические вещества входят в состав питательных веществ?
Органические вещества- белки, жиры, углеводы.
Вопрос: Где в них содержится энергия?
Энергия содержится в химических связях между атомами углерода, водорода, кислорода. При разрыве этих связей выделяется энергия. Самое большое количество энергии. Заключено в химических связях в молекуле глюкозы и составляет 2800 кДж на 1 моль глюкозы. При расщеплении глюкозы с участием ферментов энергия выделяется поэтапно.
Вопрос: Изучая физику, вы знакомитесь с несколькими видами энергии, Вспомните их? А в клетке, какой вид энергии? (учащиеся высказывают свои предположения)
Энергия в клетке аккумулируется в виде АТФ - аденозинтрифосфорной кислоты, макроэргические связи которой богаты энергией. АТФ накапливается в митохондриях, оттуда поступает в разные участки клетки, обеспечивая процессы жизнедеятельности организма.
Используя таблицу: “Строение и расщепление АТФ” изучаем строение АТФ, процесс ее расщепления, отмечаем, что во время разрыва одной из макроэргических связей выделяется 40 кДж энергии, чем при разрыве любых других ковалентных связей-12 кДж (учащиеся делают записи в опорном конспекте)
Вопрос: Органические вещества - источник энергии, а где берут организмы эти вещества?
Все живые организмы по источнику получения органических веществ делятся на две группы:
1.Автотрофы ( учащиеся объясняют, что это за организмы)
2.Гетероторфы (учащиеся объясняют, что это за организмы)
Сегодня нас интересуют гетеротрофные организмы. Наша задача - разобрать этапы энергетического обмена у гетеротрофных организмов. Вы будете работать группами. Каждая группа получает задание, выполняет его в течении 10 минут и представляет другим группам (Приложение 3)
Задание первой группе
Используя стр.27-28 и дополнительный материал изучите подготовительный этап в клетке. Какие процессы протекают на этом этапе, что происходит с энергией. Изобразите этап схематично.
Задание второй группе
Задание третьей группе
Используя стр.29 и дополнительный материал изучите аэробное дыхание. Отметьте условия протекания процесса. Какие конечные продукты процесса. Что происходит с энергией. Изобразите этап схематично.
После выполнения задания группы представляют свою схему на доске, остальные учащиеся работают с опорным конспектом.
А, сейчас давайте сравним нашу схему с таблицей “Энергетический обмен” и исправим свои недочеты.
Молодцы! А теперь давайте запишем общее уравнение энергетического обмена.
Глюкоза + кислород + 38 АДФ + 38Ф = углекислый газ + вода + 38 АТФ (2800 кДж)
Вопрос: А почему в клетке не может сразу произойти такое большое количество накопления энергии? ( учащиеся высказывают свое мнение)
Мы рассмотрели интересную и непростую тему. Давайте сделаем выводы, по изученному материалу, начиная со схемы “Обмен веществ и энергии” и используя ваш опорный конспект.
- Энергетический обмен сложный биохимический процесс, протекающий в живых организмах
- Катаболизм и анаболизм две взаимосвязанные стороны процесса метаболизма.
- Глюкоза богатое энергией химическое соединение.
- Энергия аккумулируется в виде АТФ в митохондриях.
- Процесс энергетического обмена происходит в три этапа, при участии ферментов.
- Энергия необходима для процессов жизнедеятельности всех живых организмов
5.Применение приобретенных знаний.
Учащимся предлагается решить задачу.
Рассчитайте эффективность окисления глюкозы на двух этапах энергетического обмена по формуле
Е= Е( запасенная в АТФ)* количество АТФ/ Е общую *100%.
Сравните эффективность процессов гликолиза и дыхания с КПД бензинового (25%) и парового (10%) двигателей. Сделайте выводы из полученных результатов.
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).
Метаболизм (обмен веществ) - сложная цепь превращений веществ в организме начиная с момента их поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада. Представляет собой совокупность процессов энергетического обмена (катаболизма диссимиляции) и пластического обмена (анаболизма, ассимиляции).
Энергетический обмен – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Синтезированная АТФ становится универсальным источником энергии для жизнедеятельности организмов. Значение энергетического обмена – снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.
Пластический обмен – это совокупность химических реакций образования (синтеза) из простых веществ с затратой энергии более сложные. Непосредственным поставщиком энергии в клетках выступает АТФ.
Фотосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием солнечной энергии. Проходит в два этапа: световая фаза (происходит улавливание и фиксация энергии света в АТФ) и темновая (связывание углекислого газа в молекулы глюкозы с затратой энергии АТФ).
Хемосинтез - процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием энергии окисления неорганических веществ. Например, такой тип питания используют азотфиксирующие бактерии.
Клеточное или тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды.
Основная и дополнительная литература по теме урока :
Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 115 - 118.
Электронные ресурсы:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Обязательным условием существования биологических систем являются потоки энергии. В этом заключается ключевое различие между живой и неживой природой. Энергия не хранится в клетке, а поступает извне. Ключевую роль в трансформации энергии обеспечивает клетка, как элементарная структура живого. Специальные биохимические механизмы трансформируют одни виды энергии в другие, для обеспечения необходимых функций клетки.
Некоторые виды микроорганизмов (хемоавтотрофы) приобрели способность к использованию энергии, выделяемой при окислении неорганических веществ.
Таким образом, из всего многообразия существующих форм энергии живые существа на нашей планете используют только две – световую и энергию химических связей.
Главный переносчик энергии в клетке
Световая энергия Солнца и энергия, заключённая в потребляемой пище, запасаются в особых бимолекулярных аккумуляторах – молекулах АТФ (аденозинтрифосфат). В молекулах АТФ энергия запасается в виде высокоэнергетических химических связях между остатками фосфорной кислоты, которая освобождается при отщеплении фосфата: АТФ → АДФ + Ф + E.
Выделяемая энергия используется клетками для процессов выработки тепла, мышечных сокращений (мышечная клетка), для проведения нервного импульса (нервные клетки) и т.п.
Обратный процесс образования АТФ с затратой энергии, получил название энергетический обмен.
Синтез макромолекул важнейших органических соединений, необходимых для построения структур клетки, обеспечения всех процессов жизнедеятельности клеток – пластический обмен - обеспечивается также энергией АТФ.
Независимо от типа питания, универсальным аккумулятором энергии живых организмов выступают молекулы АТФ, где добытая энергия извне запасается в виде химических связей. Такая схожесть иллюстрирует единство происхождения всего живого.
Поступившие вместе с пищей (или в результате фотосинтеза) органические вещества расщепляются на более простые (катаболизм или диссимиляция), которые служат для постройки макромолекул органических соединений (анаболизм или ассимиляция). Эти процессы происходят в организме одновременно. Совокупность этих процессов получила название – метаболизм. В результате его организм осуществляет обмен веществом и энергией с окружающей средой. Наибольшее значение для энергетического обмена являются многостадийные реакции расщепления глюкозы.
На стадии гликолиза в цитоплазме клетки происходит ферментативное расщепление молекулы глюкозы с образованием более простой пировиноградной кислоты и молекул АТФ: С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Ф → 2С3Н4О3 + 4Н + + 2АТФ
Молекулы пировиноградной кислоты обладают значительной энергией, высвобождение которой происходит в митохондриях. В ходе так называемого клеточного дыхания (аэробного расщепления), вещество распадается на углекислый газ, который впоследствии выделяется из клетки и воду. По последним исследованиям, при этом образуется 30 молекул АТФ.
Суммарную реакцию окисления глюкозы можно представить следующим образом:
Некоторые микроорганизмы при недостатке кислорода расщепляют глюкозу в процессе анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от конечных продуктов такого расцепления различают спиртовое брожение (с образование этанола), молочнокислое (молочная кислота). Последнее происходит и в мышцах, при недостатке кислорода, например во время длительной тренировки. Энергетический выход такого типа расщепления менее энергоэффективен.
Основным источником энергии для организмов является окисление глюкозы в митохондриях. При этом также может происходить окисление других органических соединений (белков, жиров), потребляемых, например, вместе с пищей.
В так называемой, световой фазе, кванты света выбивают электроны из молекулы хлорофилла, и он начинает передаваться по специальным белковым переносчикам, расположенных на мембране хлоропластов. Под действием света одновременно происходит разложение воды (фотолиз). В реакции высвобождается, в том числе катион водорода (Н + ), необходимый для последующего биосинтеза, который захватывает молекула НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат): НАДФ + + Н + →НАДФ∙Н
Энергия возбуждённого электрона заряжает известный нам биологический катализатор АТФ и молекулу НАДФ – в этом заключается биологический смысл световой фазы фотосинтеза.
Заметим, что побочными продуктами фотолиза воды становятся свободный кислород и свободные электроны, восстанавливающие хлорофилл: 2Н2О→ Н + + 4е - + О2
Дальнейший процесс может уже проходить без света. Сущность реакций темновой фазы можно выразить следующим уравнением: СО2 + НАДФ∙Н + АТФ = С6Н12О6 +АДФ + НАДФ +
Не сложно заметить, что выделяются вещества необходимые на начальном этапе фотосинтеза, что замыкает цикл. Энергия молекулярных аккумуляторов была использована для фиксации углекислого газа в энергию химических связей углевода.
Фотосинтез, таким образом, является процессом превращения одной (световой) формы энергии в другую(химическую). Вся энергия биосферы запускается благодаря этому процессу. Другими словами, фотосинтез является отражением космических потоков энергии. Помимо этого, фотосинтезирующие организмы не только обеспечивают первичный синтез органических соединений, но и создают условия необходимые для существования других живых организмов.
Взаимосвязь энергетического и пластического обмена
Не сложно заметить, что процессы аккумулирования энергии в молекулах АТФ (энергетический обмен) и использование запасённой энергии для синтеза необходимых веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) неразрывно связаны. Так синтез АТФ не возможен без разложения органических веществ, а синтез веществ клетки не возможен без энергии АТФ. Причём, заметим, что и фотосинтез представляет собой единство этих процессов: темновая фаза – пластический обмен, световая фаза – энергетический.
Оба процесса протекают одновременно и неотделимы друг от друга, обеспечивая жизнедеятельность организма. Таким образом, в клетках происходит трансформация вещества и энергии, которые лежат в основе существования жизни и непрерывного самообновления. Сходство процессов энергетического обмена в клетках всех живых организмов является доказательством единства их происхождения.
В клетках происходят одновременно процессы энергетического и пластического обмена, это лежит в основе сохранения жизни. Взаимообмен энергией и веществом между живой и неживой природой является иллюстрацией принципа единства и взаимосвязи материального мира.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
Задание 1. Выберите один ответ:
- Универсальным аккумулятором энергии в клетке является:
- Жиры;
- Белки;
- АТФ;
- НАДФ∙Н.
Задание 2. Исправьте ошибки, анализируя текст с позиции энергетического обмена:
В рационе питания человека помимо белков растительных и животных не обязательно должны присутствовать углеводы и жиры. Отсутствие жиров в пище не приводит к истощению. Человек толстеет, если употребляет в пищу избыточное количество углеводов. На сое и рисе можно прожить.
Ответ: В рационе питания человека помимо белков растительных и животных не обязательно должны присутствовать углеводы и жиры. Отсутствие жиров в пище не приводит к истощению. Человек толстеет, если употребляет в пищу много жиров. Исключительно на сое и рисе можно благополучно прожить.
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: