Обеспечение клеток энергией путем окисления органических веществ 10 класс кратко

Обновлено: 18.05.2024

Урок посвящен изучению процессов обмена веществ в клетке и его роли в синтезе веществ и обеспечении энергией для процессов жизнедеятельности.

4. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Автотрофы, анаэробный гликолиз, ассимиляция, аэробный гликолиз, биологическое окисление, гетеротрофы, диссимиляция, окислительное фосфорилирование, пласический обмен, световая и темновая фазы фотосинтеза, строма хлоропластов, тилакоиды гран, фотолиз воды, фотосинтез, цикл Кребса, энергетический обмен.

Автотрофы – организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических.
анаэробный гликолиз- сложный ферментативный процесс последовательных превращений глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода.
аэробный гликолиз - процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода
биологическое окисление— это совокупность окислительно-восстановительных превращений веществ в живых организмах
гетеротрофы - организмы, использующие для питания готовые органические вещества.
окислительное фосфорилирование— метаболический путь, при котором энергия, образовавшаяся при окислении питательных веществ, запасается в митохондриях клеток в виде АТФ
пластический обмен или ассимиляция– биологический синтез сложных веществ из более простых. При этом все реакции идут с использованием энергии.
Энергетический обмен или диссимиляция– ферментативное расщепление (гидролиз, окисление) сложных органических соединений на простые. Все эти реакции идут с выделением энергии в виде АТФ.
фотолиз воды - расщепление молекулы воды, в частности в процессе фотосинтеза, при этом образуется кислород, выделяющийся зелеными растениями на свету.
фотосинтез – процесс превращения зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами неорганических веществ (воды и углекислого газа) в органические за счет солнечной энергии.

5. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Обязательная литература:

Дополнительные источники:

1.Общая биология 10-11, дидактические материалы/ авт.-сост. С.С. Красновидова, С. А. Павлов, А. Б. Павлов, - М. Просвещение, 2000г., стр.6-42

2. Общая биология 10-11 классы: подготовка к ЕГЭ. Контрольные и самостоятельные работы/ Г. И. Лернер. – М.: Эксмо, 2007.стр 46-53

3. Биология: общая биология. 10-11 классы: учебник/ А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник.- М.: Дрофа, 2018. Стр.81-95

6. открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

Каждая живая клетка – это сложная, высокоупорядоченная система. Эксперименты показали, что содержимое клетки находится в состоянии непрерывной активности. Различные вещества поступают в клетку, а наружу из нее выходят продукты жизнедеятельности, то есть происходит обмен веществ - основа существования живых организмов.

Таким образом, обмен веществ или метаболизм – это совокупность реакций биосинтеза и расщепления веществ в клетке.

Метаболизм = Анаболизм + Катаболизм

или (ассимиляция) (диссимиляция)

или (пластический обмен) (энергетический обмен)

Пластический обмен – биологический синтез сложных веществ из более простых. При этом все реакции идут с использованием энергии. В результате интенсивно происходит рост организма. Это процессы фотосинтеза и синтеза белка.

Энергетический обмен – ферментативное расщепление (гидролиз, окисление) сложных органических соединений на простые. Все эти реакции идут с выделением энергии в виде АТФ. (энергия используется на поддержание жизненных процессов, работу организма)

Как объяснить такой сложный процесс, как фотосинтез, кратко и понятно?

Растения являются единственными живыми организмами, которые могут производить свои собственные продукты питания. Как они это делают? Для роста и развития растения получают все необходимые вещества из окружающей среды: углекислый газ - из воздуха, воду и питательные вещества - из почвы. Также они нуждаются в энергии, которую получают из солнечных лучей. Эта энергия запускает определенные химические реакции, во время которых углекислый газ и вода превращаются в глюкозу (питание) и кислород. Это и есть фотосинтез

В процессе фотосинтеза солнечная энергия преобразуется в химическую энергию. Химическое уравнение фотосинтеза: 6CO2 + 12H2O + свет = С6Н12О6 + 6O2 + 6Н2О.

Растения "придумали", как использовать солнечную энергию еще миллионы лет назад, потому что это было нужно для их выживания. Фотосинтез кратко и понятно можно объяснить таким образом: растения используют световую энергию солнца и преобразуют ее в химическую энергию, результатом которой является сахар (глюкоза), избыток которого хранится в виде крахмала в листьях, корнях, стеблях и семенах растения. Энергия солнца передается растениям, а также животным, которые эти растения едят. Когда растение нуждается в питательных веществах для роста и других жизненных процессов, эти запасы оказываются очень полезными.

Фотосинтез. Световая и темновая фазы фотосинтеза.

Существуют две фазы фотосинтеза (описание и таблица - далее по тексту). Первая называется световой фазой. Она происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента АТФ-синтетазы. Что еще скрывает фотосинтез? Световая и темновая фазы фотосинтеза сменяют друг друга по мере наступления дня и ночи (циклы Кальвина).

Во время темновой фазы происходит производство той самой глюкозы, пищи для растений. Этот процесс называют еще независимой от света реакцией.

1. Реакции, происходящие в хлоропластах, возможны только при наличии света. В этих реакциях энергия света преобразуется в химическую энергию

2. Хлорофилл и другие пигменты поглощают энергию от солнечного света. Эта энергия передается на фотосистемы, ответственные за фотосинтез

3. Вода используется для электронов и ионов водорода, а также участвует в производстве кислорода

4. Электроны и ионы водорода используются для создания АТФ (молекула накопления энергии), которая нужна в следующей фазе фотосинтеза

1. Реакции внесветового цикла протекают в строме хлоропластов

2. Углекислый газ и энергия от АТФ используются в виде глюкозы

Заключение Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы: Фотосинтез - это процесс, который позволяет получать энергию от солнца. Световая энергия солнца преобразуется в химическую энергию хлорофиллом. Хлорофилл придает растениям зеленый цвет. Фотосинтез происходит в хлоропластах клеток листьев растений. Углекислый газ и вода необходимы для фотосинтеза. Углекислый газ поступает в растение через крошечные отверстия, устьица, через них же выходит кислород. Вода впитывается в растение через его корни. Без фотосинтеза в мире не было бы еды.

История развития знаний о биологическом окислении Процесс, который лежит в основе получения энергии, сегодня вполне известен. Это биологическое окисление.

Виды биологического окисления. Можно выделить два основных типа рассматриваемого процесса, которые протекают при разных условиях. Так, самый распространенный у многих видов микроорганизмов и грибков способ преобразования получаемой пищи − анаэробный. Это биологическое окисление, которое осуществляется без доступа кислорода и без его участия в какой-либо форме. Подобные условия создаются там, куда нет доступа воздуху: под землей, в гниющих субстратах, илах, глинах, болотах и даже в космосе. Этот вид окисления имеет и другое название − гликолиз. Он же является одной из стадий более сложного и трудоемкого, но энергетически богатого процесса − аэробного преобразования или тканевого дыхания. Это уже второй тип рассматриваемого процесса. Он происходит во всех аэробных живых существах-гетеротрофах, которые для дыхания используют кислород. Таким образом, виды биологического окисления следующие. Гликолиз, анаэробный путь. Не требует присутствия кислорода и заканчивается разными формами брожения. Тканевое дыхание (окислительное фосфорилирование), или аэробный вид. Требует обязательного наличия молекулярного кислорода. биологическое окисление биохимия

Все биохимические процессы живых организмов чрезвычайно многогранны и сложны. Окислительно-восстановительные реакции, примеры которых могут проиллюстрировать описанные выше процессы окисления субстрата, следующие. Гликолиз: моносахарид (глюкоза) + 2НАД+ + 2АДФ = 2ПВК + 2АТФ + 4Н+ + 2Н2О + НАДН. Окисление пирувата: ПВК + фермент = диоксид углерода + ацетальдегид. Затем следующий этап: ацетальдегид + Кофермент А = ацетил-КоА. Множество последовательных преобразований лимонной кислоты в цикле Кребса. Данные окислительно-восстановительные реакции, примеры которых приведены выше, отражают суть происходящих процессов лишь в общем виде. Известно, что соединения, о которых идет речь, относятся к высокомолекулярным, либо имеющим большой углеродный скелет, поэтому изобразить все полными формулами просто не представляется возможным.

Энергетический выход тканевого дыхания: По приведенным выше описаниям очевидно, что подсчитать суммарный выход всего окисления по энергии несложно. Две молекулы АТФ дает гликолиз. Окисление пирувата 12 молекул АТФ. 22 молекулы приходится на цикл трикарбоновых кислот. Итог: полное биологическое окисление по аэробному пути дает выход энергии, равный 36 молекулам АТФ. Значение биологического окисления очевидно. Именно эта энергия используется живыми организмами для жизни и функционирования, а также для согревания своего тела, движения и прочих необходимых вещей. ферменты биологического окисления.

Молочнокислое брожение осуществляется молочнокислыми бактериями, а также некоторыми грибками. Суть состоит в восстановлении ПВК до молочной кислоты. Этот процесс используют в промышленности для получения: кисломолочных продуктов; квашеных овощей и фруктов; силоса для животных. Этот вид брожения является одним из самых применяемых в нуждах человека. Спиртовое брожение известно людям с самой древности. Суть процесса заключается в превращении ПВК в две молекулы этанола и две диоксида углерода. Благодаря такому выходу продукта, данный вид брожения используют для получения: хлеба; вина; пива; кондитерских изделий и прочего. Осуществляют его грибы дрожжи и микроорганизмы бактериальной природы. биологическое окисление и горение Маслянокислое брожение - достаточно узкоспецифичный вид брожения. Осуществляется бактериями рода Клостридиум. Суть состоит в превращении пирувата в масляную кислоту, придающую продуктам питания неприятный запах и прогорклый вкус. Поэтому реакции биологического окисления, идущие по такому пути, практически не используют в промышленности.

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Вставьте пропущенные слова, выбирая из списка правильные ответы:

… (А) – создание на свету из углекислого газа и воды органических веществ, используя … (Б), при это в атмосферу выделяется кислород. Фотосинтез протекает в … (В). Световая фаза протекает на мембранах … (Г). Темновая фаза фотосинтеза протекает в … (Д) хлоропластов.

Биологическое окисление и горение. Живые организмы, неспособные использовать световую энергию, должны получать ее за счет окисления органических соединений, поступающих извне с пищей.

Почему при окислении органических веществ высвобождается энергия? Часть электронов в составе молекул органических соединений находится на высоких энергетических уровнях. Энергия высвобождается при перемещении электронов с орбит высокой энергии на низкие энергетические уровни атомов или молекул.

Органические соединения, которые окисляются в клетке и служат исходными источниками энергии, — это главным образом жиры и углеводы, поступающие с пищей или запасаемые в клетке впрок.

Биологическое окисление органических веществ похоже во многом на сжигание топлива в костре или топке. При сжигании дров молекулы целлюлозы в составе древесины окисляются, отдают свои высокоэнергетические электроны кислороду, и энергия бурно выделяется в виде тепла и вспышек света. Конечные продукты сгорания топлива — пары воды и углекислый газ (С0₂).

При биологическом окислении органические соединения сгорают, и конечными продуктами являются также вода и углекислый газ, но горение это происходит медленно, обжигающего тепла нет, и вспышек света мы при этом не наблюдаем.

На первом этапе гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы — С_бН₁₂0₆ расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировино-градной кислоты (ПВК) — С₃Н₄0₃. При этом происходит лишь частичное окисление глюкозы с потерей четырех атомов водорода (сравните: две молекулы ПВК С₃Н₄0₃ х 2 = С₆Н₈0₆ и глюкозу — С₆Н₁₂0₆). За счет электронов и протонов водорода восстанавливаются две молекулы НАД + , превращаясь в два НАД-Н, а за счет энергии электронов, перенесенных с высоких энергетических уровней глюкозы на более низкий уровень молекул НАД + , происходит образование двух молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Если кислород в клетке отсутствует или его недостаточно, то две молекулы ПВК, образовавшиеся из глюкозы, восстанавливаются за счет двух НАД-Н до молочной кислоты:

Этим завершается гликолиз. В результате бескислородного неполного окисления глюкозы образуются всего только две молекулы АТФ.

Если в клетке уже имеется или же в нее начинает поступать кислород, то ПВК не восстанавливается до молочной кислоты, а переносится в митохондрии, где подвергается при участии кислорода полному окислению до С0₂ и Н₂0 (как при горении). Энергетический выигрыш аэробного процесса, выраженный в молекулах АТФ, значительно выше, чем при гликолизе.

1. Обеспечение клеток энергией за счёт окисления органических веществ без участия кислорода

2. Превращение энергии в организмах

Энергия солнечного света превращается
фототрофами в энергию химических связей
органических веществ.
В клетках гетеротрофных организмов 50-60 %
энергии органических соединений
превращается в митохондриях в энергию АТФ,
остальные 40-50% рассеиваются во внешней
среде в виде теплоты.
Энергия, запасенная в АТФ, выделяется при
ее распаде и затрачивается на процессы
жизнедеятельности.

3. Реакции окисления и восстановления

Восстановление – присоединение
электронов или атомов водорода
акцептором.
Сопровождается поглощением
энергии.
Окисление – потеря электронов или
атомов водорода донором.
Сопровождается выделением
энергии.

4. Аккумуляторы энергии

АТФ, ГТФ
НАД – никотинамидадениндинуклеотид:
НАД . Н – восстановленная форма,
НАД+ – окисленная форма.
НАДФ –
никотинамидадениндинуклеотидфосфат:
НАДФ . Н – восстановленная форма,
НАДФ+ – окисленная форма.
ФАД – флавинадениндинуклеотид:
ФАД . Н2 – восстановленная форма.

5. ГТФ, НАД +, НАДФ + и ФАД являются акцепторами электронов и атомов водорода. Энергия, запасенная в данных молекулах,

+,
+
ГТФ, НАД НАДФ и ФАД
являются акцепторами электронов и
атомов водорода.
Энергия, запасенная в данных
молекулах, впоследствии
используется для синтеза АТФ.

6. Почему при окислении органических соединений освобождается энергия?

Электроны, входящие в состав
органических соединений, обладают
большим запасом энергии, т.к.
находятся на высоких энергетических
уровнях молекул.
Перемещаясь на более низкий
энергетический уровень своей или
чужой молекулы, электроны
освобождают энергию.
Конечным акцептором электронов
может служить кислород.

8. Этапы энергетического обмена

Подготовительный этап
Расщепление сложных органических веществ до
более простых:
Полисахаридов – до моносахаридов.
Жиров – до глицерина и жирных кислот.
Белков – до аминокислот.
Нуклеиновых кислот – до нуклеотидов.
Гликолиз – бескислородное окисление.
Дыхание – кислородное окисление.

9. Гликолиз

10. Гликолиз

11. Гликолиз

Если кислорода в клетке недостаточно, то образуется молочная
кислота.
2С3Н4О3 + 2НАД . Н + 2Н+
пировиноградная
кислота
2С3Н6О3 +2НАД+
молочная кислота

12. Гликолиз

Происходит без участия мембран
митохондрий в цитоплазме, может быть
осуществим в пробирке.
Процесс многоступенчатый. Состоит из 10
следующих друг за другом реакций.
Суммарное количество энергии, которое
выделяется при гликолизе, – 200 кДж.
50-60% энергии превращается в энергию
АТФ, остальные 40-50% рассеиваются в виде
теплоты.
Оставшаяся энергия идет на синтез 2-х
молекул АТФ.

13. Гликолиз

14. Брожение

В некоторых организмах (бактериях,
простейших грибах) первый этап
окисления – брожение.
Промежуточные продукты реакций
гликолиза и брожения сходны.

15. Брожение

16. Задания:

1. На каком этапе энергетического
обмена синтезируются 2 молекулы
АТФ?
1) гликолиза;
2) подготовительного этапа;
3) кислородного этапа;
4) поступления веществ в клетку.

17. Задания:

2. Синтез молекул АТФ происходит:
1) в процессе биосинтеза белка;
2) в процессе синтеза крахмала из глюкозы;
3) на подготовительном этапе
энергетического обмена;
4) во время бескислородного этапа
энергетического обмена.

18. Задания:

3. На бескислородном этапе
энергетического обмена расщепляются
молекулы:
1) белка до аминокислот;
2) крахмала до глюкозы;
3) глюкозы до пировиноградной кислоты;
4) пировиноградной кислоты до углекислого
газа и воды.

19. Задания:

4. Установите соответствие между характеристикой
энергетического обмена веществ и его этапом:
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБМЕНА
ЭТАПЫ ОБМЕНА
1) происходит в цитоплазме;
А) подготовительный
2) происходит в лизосомах;
Б) гликолиз
3) вся освобождаемая энергия
рассеивается в виде тепла;
4) за счет освобождаемой энергии
синтезируются 2 молекулы АТФ;
5) расщепляются биополимеры до мономеров;
6) расщепляется глюкоза до пировиноградной кислоты.
1
2
3
4
5
6
Б
А
А
Б
А
Б

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

МЕТАБОЛИЗМ
Обеспечение клеток энергией
вследствие окисления органических веществ
Подготовила Голубева С.В.
г. Лесосибирск
2 часть

Клетки растений и фотосинтезирующих бактерий используют энергию солнца для образования АТФ.

Бактерии-хемосинтетики получают энергию вследствие окисления неорганических веществ.
автотрофы
гетеротрофы
организмы
Животные и грибы получают энергию в результате окисления органических соединений. Автотрофы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ. Однако у гетеротрофов эти соединения поступают извне готовыми, а у автотрофов они синтезируются в клетках из неорганических соединений.

Почему при окислении органических соединений освобождается энергия?
Электроны в составе молекул органических веществ обладают большим запасом энергии , поскольку находятся на высоких энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высшего на более низкий энергетический уровень электроны освобождают энергию. Конечным акцептором электронов часто служит кислород. В этом и состоит его главная биологическая роль , именно для этой цели аэробам необходим кислород воздуха.
Процессы биологического окисления:
протекают ступенчато;
при участии ферментов и переносчиков электронов;
55% энергии превращается в энергию высокоэнергетических связей АТФ;
45% энергии превращается в тепло .
Глюкоза – один из основных источников энергии для клеток.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП
БЕЛКИ
УГЛЕВОДЫ
ЖИРЫ
пищеварительный
канал
АМИНОКИСЛОТЫ
ГЛЮКОЗА
C6 H12 O 6
ГЛИЦЕРИН
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
ЦИТОПЛАЗМА
КЛЕТКИ
ПИРОВИНОГРАДНАЯ
КИСЛОТА
2C3H6O3
ГЛИКОЛИЗ (БЕСКИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП)
2АТФ + 2НАД۰Н2
2Н2О + ТЕПЛО
КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ (КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП)
42Н2О + 6СО2 + ТЕПЛО
МИТОХОНДРИИ
36АТФ + 2НАД۰Н2
ИТОГО:
38АТФ + 4НАД۰Н2
Заполни
таблицу

С6Н12О6+ 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+  2С3Н4О3 + 2НАД۰ Н2 + 2АТФ + 2Н2О + ТЕПЛО

Большая часть энергии (60%) в реакции гликолиза рассеивается в виде тепла, и только 40% идет на синтез АТФ.

Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ, происходящий за счёт
окисления органических веществ.

СХЕМА БИОЛОГИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ПИРОВИНОГРАДНОЙ КИСЛОТЫ В МИТОХОНДРИЯХ.
ПВК(2С3Н4О3)
2СО2
АКТИВИЗИРОВАННАЯЯ
УКСУСНАЯ КИСЛОТА
Ацетил-КоА
(2СН3СО-)
Цикл
Кребса
4СО2
4Н
16Н
Q
Е
10НАД+
10НАД۰2Н
ГЛИКОЛИЗ
2НАД ۰ 2Н
ДЫХАТЕЛЬНАЯ
ЦЕПЬ ФЕРМЕНТОВ
Е ~ 24Н
12Н2О
2АТФ
36АТФ
6О2
34АТФ
+
подробнее

Третий этап – биологическое окисление, или дыхание
Этот этап протекает только в присутствии кислорода и иначе называется
кислородным.
Пировиноградная кислота (ПВК) из цитоплазмы поступает в
митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и превращается в
активированную уксусную кислоту (ацетил-коэнзим А, ацетил-КоА),
и НАД•Н2.
В матриксе митохондрий уксусная кислота вступает в сложный цикл
биохимических превращений, который получил название Цикл Кребса.
В результате ряда последовательных реакций происходит отщепление
углекислого газа и окисление – снятие водорода с образующихся
веществ. Углекислый газ, выделяется из митохондрий, а далее из клетки
и организма в процессе дыхания. Весь водород, который снимается
с промежуточных веществ, соединяется с переносчиком НАД+, и
образуется НАД•2Н.
Общее уравнение декарбоксилирования и окисления ПВК:

2С3Н4О3 + 6Н2О + 10НАД+  6СО2 + 10НАД•2Н
Проследим теперь путь молекул НАД•2Н.
Заполни
таблицу

АТФ
1/2О2
О2-
Н2О
2Н+
Внутренняя
мембрана
митохондрий
Е
Е
Е
2Н
2е-
2е-
2е-
НАД۰2Н
Молекулы НАД•2Н поступают на кристы митохондрий, где расположена дыхательная цепь ферментов. На этой цепи происходит отщепление водорода от переносчика с одновременным снятием электронов. Каждая молекула восстановленного НАД•2Н отдает два водорода и два электрона. Они поступают на дыхательную цепь ферментов, которая состоит из белков – цитохромов. Перемещаясь по этой системе каскадно, электрон теряет энергию. За счет этой энергии в присутствии фермента АТФ-азы синтезируются молекулы АТФ. Одновременно с этими процессами происходит перекачивание ионов водорода через мембрану на наружную её сторону. В процессе окисления 12 молекул НАД•2Н, которые образовались при гликолизе (2молекулы) и в результате реакций в цикле Кребса (10 молекул), синтезируются 36 молекул АТФ.
Конечным акцептором электронов является молекула кислорода, поступающая в митохондрии при дыхании. Атомы кислорода на наружной стороне мембраны принимают электроны и заряжаются отрицательно. Положительные ионы водорода соединяются с отрицательно заряженным кислородом, и образуются молекулы воды.
2 С3Н4О3 + 4Н + 6О2  6СО2 + 6Н2О
36АДФ  36АТФ

Пировиноградная
кислота (ПВК)
СН3СОСООН
Спиртовое
брожение
Молочно-кислое
брожение
БРОЖЕНИЕ – один из способов использования живыми организмами
углеводов. В зависимости от конечного продукта реакции различают
несколько видов брожения.
Пропионово-кислое
брожение
Муравьино-кислое
брожение
Масляно-кислое
брожение
Недостатком процессов брожения является извлечением незначительной
доли той энергии, которая заключена в связях органических молекул.
Для многих одноклеточных и многоклеточных
(особенно ведущих паразитический образ жизни)этого вполне достаточно.

Спиртовое брожение
Дрожжи — мельчайшие
одноклеточные грибы.
Их размеры сравнимы
с размерами бактерий.
С6Н12О6  2СО2 + 2С2Н5ОН (ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ)

Среди прокариот этот тип брожения распространен не очень широко, наиболее часто он встречается в группе дрожжей.
Важно подчеркнуть, что дрожжи – эукариотические организмы и аэробы, но в анаэробных условиях брожение идет наиболее эффективно. Если добавить кислород, то брожение ослабнет.
Этот эффект был обнаружен Л. Пастером при исследовании способов изготовления вина и пива. Он же изобрел способ остановки превращения спирта в уксус уксуснокислыми бактериями – пастеризацию
(нагревание вина или пива до 65-70оС). При этом бактерии гибнут, и уксус не образуется.
Спиртовое брожение происходит у хвойных растений зимой, когда устьица хвои закупориваются смолой, и газообмен с внешней средой прекращается.

Молочнокислое брожение
С6Н12О6  2С3Н6О3 (молочная кислота)
Молочнокислые бактерии (лактобактерии) относятся к группе стрептококков. Это анаэробные организмы, которые могут жить и в присутствии кислорода тоже. Лактобактерии живут в молоке и продуктах его переработки, на растениях и растительных остатках, в кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных; практически не встречаются в почве и воде. Более 90% продуктов брожения этих бактерий составляет молочная кислота.
Молочнокислые бактерии используются человеком в его хозяйственной деятельности. Запасание корма для скота (изготовление силоса), квашение капусты, изготовление различных кисломолочных продуктов: сметаны, йогурта, кефира, простокваши, творога, кумыса и тд.
Молочнокислые бактерии предотвращают развитие гнилостных процессов в кишечнике, и поэтому употребление молочнокислых продуктов очень полезно для здоровья.
У человека накопление молочной кислоты путем брожения в мышечных клетках происходит при интенсивной физической нагрузке.
Кроме того, хрусталик и роговица глаза человека слабо снабжается кровью, поэтому и окислительный метаболизм
выражен незначительно, а энергия в основном образуется при сбраживании глюкозы до молочной кислоты.

Пропионовокислое брожение
Пропионовая кислота, как конечный продукт данного брожения, образуется из молочной.
Большинство этих бактерий – жесткие анаэробы, которые не выдерживают присутствия кислорода.
У человека пропионовокислые бактерии вызывают воспаление волосяных фолликулов, что приводит к образованию угрей.

Муравьинокислое брожение
У представителей группы энтеробактерий конечным продуктом брожения муравьиная кислота СН2О2,, которая часто распадается на водород и углекислый газ. Поэтому эти бактерии часто называют газообразующими.
Они исключительно нетребовательны к источникам питания. Наиболее типичным представителем этих бактерий служит кишечная палочка – обычный обитатель кишечника и животных.
К этой группе микроорганизмов также принадлежат бактерии, вызывающие очень опасные заболевания человека: возбудитель тифа, холерный вибрион, чумная палочка.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Катаболизм. Обеспечение клеток энергией. Презентация на заданную тему содержит 28 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Обеспечение клеток энергией Автотрофы способны преобразовывать солнечную энергию в энергию химических связей органических молекул. В темное время суток этот способ получения энергии растениям не доступен, поэтому они вынуждены, как и гетеротрофы, получать энергию другим способом – путем окисления органических соединений.

Обеспечение клеток энергией Окисление органических соединений подразумевает расщепление их до более простых веществ, т.е. является сущностью процессов катаболизма. Катаболизм – совокупность процессов окисления высокомолекулярных органических соединений до низкомолекулярных или неорганических веществ с выделением энергии. Откуда берется эта энергия?

Обеспечение клеток энергией Часть электронов в составе молекул органических соединений находятся на высоких энергетических уровнях. При перемещении электронов на низкие энергетические уровни своих или иных атомов или молекул они отдают свою энергию. Соединения, способные отдавать высокоэнергетические электроны, называются донорами электронов, соединения, принимающие электроны, называются акцепторами. Донором электронов может стать любое окисляемое органическое соединение. Широко распространенным акцептором электронов служит кислород, в этом и состоит его главная биологическая роль.

Обеспечение клеток энергией Процесс отдачи электронов называется окислением, присоединение электронов – восстановлением. Реакция окисления сопровождается выделением энергии. Реакции окисления органических соединений в клетке, протекающих при участии кислорода, называются биологическим окислением, или клеточным дыханием.

Обеспечение клеток энергией Окончательными продуктами биологического окисления являются вода и углекислый газ. Если при окислении органических веществ в процессе горения вся энергия выделяется в виде теплоты, то при биологическом окислении около 50% энергии превращается в энергию химических связей АТФ. Остальные 50% энергии превращаются в теплоту, которая теплокровным животным необходима для поддержания постоянной температуры тела.

Обеспечение клеток энергией Наиболее часто окисляемым с целью получения энергии веществом в клетке является глюкоза. В молекуле глюкозы количество потенциальной энергии, заключенной в связях между ее атомами, составляет 2847 кДж на 1 моль (т.е. на 180 г глюкозы). Для живой клетки это огромное количество энергии, но оно не освобождается одномоментно, как при горении в пламени, а идет в виде ступенчатого процесса, управляемого целым рядом окислительных ферментов.

Обеспечение клеток энергией Энергетический обмен обычно делят на три этапа. 1 этап – подготовительный. На этом этапе сложные молекулы органических веществ распадаются на мономеры: полисахариды – до глюкозы, жиры до жирных кислот и глицерина, белки до аминокислот, нуклеиновые кислоты – до нуклеотидов. Этот этап проходит в цитоплазме клеток, а у животных еще и в кишечнике. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая не запасается, а рассеивается в виде теплоты.

Обеспечение клеток энергией 2 этап - анаэробный, или гликолиз. Он происходит в цитоплазме без участия кислорода. Молекула глюкозы при участии ферментов ступенчато распадается на 2 трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты. Т.о. гликолиз – анаэробный метаболический путь превращения глюкозы в пировиноградную кислоту с параллельным запасанием выделенной при этом энергии.

Обеспечение клеток энергией В ходе гликолиза образуется 2 молекулы АТФ. С6Н12О6 + 2 АДФ + НАД⁺ + 2Фн 2 С3Н4О3 +2 АТФ + НАД•Н Молекула глюкозы не только распадается на две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты, но и теряет при этом 4 атома водорода. Акцептором водорода (и электронов) в этих реакциях является НАД⁺ - аналог НАДФ в катаболических реакциях.

Обеспечение клеток энергией При недостатке кислорода (или полном его отсутствии) ПВК восстанавливается до молочной кислоты. С3Н4О3 + НАД•Н → С3Н6О3 + НАД⁺ Например, при беге даже на короткие дистанции в организме человека окисление глюкозы идет только до молочной кислоты, которая накапливается в мышцах и головном мозге и вызывает ощущение усталости, одышки, что заставляет нас часто дышать, чтобы восполнить запасы кислорода.

Обеспечение клеток энергией У анаэробных организмов молочная кислота – конечный продукт гликолиза. Анаэробный гликолиз – универсальный способ получения энергии у всех живых организмов. У человека белые (быстрые) мышечные волокна, эритроциты работают исключительно за счет гликолиза. Гликолиз – малоэффективный способ получения энергии, т.к. в его ходе образуется только 2 молекулы АТФ, что составляет менее 10% энергии, заключенной в связях 1 моля глюкозы.

Обеспечение клеток энергией Существует еще один способ бескислородного получения энергии – брожение. Конечными продуктами брожения может быть молочная кислота, масляная кислота, ацетон, этиловый спирт и др. Энергетический эффект брожения также невелик. Гликолиз, как и брожение – древние, первичные способы получения энергии, характерные для гетеротрофных организмов, сформировавшихся в условиях бескислородной атмосферы.

Обеспечение клеток энергией У большинства эукариотических клеток процесс биологического окисления не останавливается на гликолизе, а пировиноградная кислота вовлекается в дальнейшее окисление – 3-й этап, происходящий уже с участием кислорода в матриксе митохондрий. Третий этап биологического окисления является мембранозависимым, так как цепь переносчиков электронов (а вместе с ними и энергии) – это комплексы ферментов, встроенных в мембраны митохондриальных крист.

Обеспечение клеток энергией 3 этап – аэробное окисление. Он происходит в митохондриях, у прокариот, не имеющих этого органоида, он осуществляется на мезосомах (впячивания плазмалеммы). Этот этап протекает с участием кислорода, который принимает на себя электроны и водород, и образуется молекула воды.

Обеспечение клеток энергией Пировиноградная кислота переносится в митохондрии, где подвергается полному окислению до СО2 и Н2О. Процессы, происходящие в митохондриях, можно разделить на 2 этапа: А). Цикл Кребса; Б). Окислительное фосфорилирование.

Обеспечение клеток энергией А). Процесс окисления ПВК называется циклом трикарбоновых кислот, или циклом Кребса в честь английского ученого Ганса Кребса (1937 г.), описавшего этот процесс. Нобелевская премия (1953 г.). В поэтапном расщеплении молекулы ПВК (8 реакций) выделяется три молекулы углекислого газа и энергия, которая фиксируется в связях молекул-переносчиков водорода и электронов – НАД·Н. В самом цикле Кребса АТФ не образуется. Кислород в цикле Кребса непосредственного участия не принимает, но его присутствие является обязательным условием протекания реакций.

Обеспечение клеток энергией Б). Окислительное фосфорилирование происходит на внутренних мембранах митохондрий в дыхательной цепи. Назначение этого этапа: 1. окисление НАД·Н, чтобы он снова мог быть использован в цикле Кребса; 2. синтез АТФ за счет энергии электронов, захваченных НАД·Н.

Обеспечение клеток энергией Транспорт электронов идет по дыхательной цепи от одного переносчика к другому. В конце этого пути – самый сильный акцептор электронов – кислород. Он забирает и водород, и электроны, и образуется вода. Окисление глюкозы закончено. Часть энергии электронов расходуется на синтез АТФ. Синтез АТФ в митохондриях идет аналогично процессу, происходящему в хлоропластах, и катализируется тем же ферментом – АТФ-синтетазой, встроенной во внутреннюю мембрану митохондрий.

Обеспечение клеток энергией Электроны, отобранные у НАД·Н переносчиками, скапливаются в матриксе митохондрий, в то время как протоны транспортируются в межмембранное пространство (на это уходит часть энергии электронов). В результате между наружной и внутренней поверхностью мембраны возникает разность потенциалов. Когда он достигает определенной величины (200 мВ), белковый комплекс АТФ-синтетазы начинает транспортировать протоны обратно в матрикс, при этом за счет энергии электронов происходит фосфорилирование АДФ и образуются молекулы АТФ. В ходе окислительного фосфорилирования образуется 36 молекул АТФ.

Читайте также: