Энергетический обмен в клетке

1.

Энергетический обмен
в клетке

2.

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность
всех химических реакций, которые происходят в
организме.

3.

Метаболизм (обмен
веществ и энергии)
Пластический обмен
(ассимиляция, анаболизм,
синтез органических
веществ)
Энергетический обмен
(катаболизм,
диссимиляция, распад
органических веществ)
С затратой энергии
синтезируются углеводы,
белки, жиры, ДНК, РНК, АТФ
Примеры: фотосинтез, синтез
белка.
С освобождением энергии,
распадаются орг. вещества,
конечные продукты: CO2,
H2O, АТФ
Примеры: гликолиз,
переваривание пищи.

4.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) универсальный поставщик энергии в клетках всех
живых организмов.
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + 40 кДж
АДФ + Н2О → АМФ + Н3PО4 + 40 кДж

5.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
у АЭРОБОВ
1.Подготовительный
2. Бескислородный
3.Кислородный
У АНАЭРОБОВ
1.Подготовительный
2.Бескислородный

6. Заполните таблицу

7. 1 ЭТАП – подготовительный

Где происходит?
В лизосомах и пищеварительном тракте.

8. Процессы происходящие на 1 этапе

• Расщепление полимеров до мономеров.
• В пищеварительной системе крупные молекулы пищи
распадаются:
Полисахариды → глюкоза,
Белки → аминокислоты,
Жиры → глицерин и жирные кислоты.
• Энергия рассеивается в виде тепла (АТФ не образуется).
Мономеры всасываются в кровь и доставляются к клеткам.

9. 2 ЭТАП – бескислородный, неполное окисление, анаэробное дыхание – гликолиз, брожение.

Где происходит?
В цитоплазме клеток, без кислорода.

10.

Виды расщепления
глюкозы
Гликолиз
Спиртовое
брожение
Молочно-кислое
брожение

11.

Гликолиз
Гликолиз – процесс расщепления углеводов в
отсутствии кислорода под действием ферментов.
Где происходит?
В клетках животных (в
цитоплазме)
Что происходит?
Глюкоза с помощью
ферментативных реакций
окисляется
С6Н12О6 + 2Н3РО4 +2АДФ → 2С3Н4О3 + 2АТФ +2Н2О
глюкоза
фосфорная
ПВК
вода
кислота
Итог: энергия в виде 2 молекул АТФ .

12.

Спиртовое брожение
Где происходит?
В растительных и некоторых
дрожжевых клетках
Что происходит и
образуется?
2С3Н4О3=2С2Н5ОН+2СО2+2АТФ
ПВК
этиловый
спирт
углекислый
газ
На спиртовом брожении основано приготовление
вина, пива, кваса. Тесто, замешанное на дрожжах,
даёт пористый, вкусный хлеб

13.

Молочно - кислое брожение
Где происходит? В клетках человека,
животных, в некоторых видах
бактерий и грибов
Что образуется? При недостатке кислорода –
молочная кислота.
С6Н12О6 + 2Н3РО4 +2АДФ →
2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
Лежит в основе приготовления кислого молока,
простокваши, кефира и др. молочнокислых продуктов
питания.

14. ИТОГ бескислородного этапа:

40% энергии запасается в виде
2 молекул АТФ, 60%
рассеивается в виде тепла в
окружающую среду.

15.

3 ЭТАП – кислородный, полное окисление,
аэробное дыхание
Что происходит? Дальнейшее окисление
продуктов гликолиза до СО2 и
Н2О с помощью окислителя О2 и
ферментов и дает много энергии
в виде АТФ.
Где происходит? Осуществляется в
митохондриях, связан с
матриксом митохондрий и ее
внутренними мембранами.
2С3Н4О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 →
6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

16.

Суммарное уравнение реакции энергетического
обмена
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 → 6СО2 + 36АТФ + 42Н2О
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 38АТФ + 44Н2О
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6H2O + 38АТФ
ИТОГ: Энергия в виде 38АТФ
Вывод: Для образования энергии необходимы:
1. Чистый воздух, т.е. кислород.
2. Питательные вещества.
3. Биологические катализаторы, т.е ферменты.
4. Биологические активаторы, т.е. витамины.

17. Решение задач.

Задача 1. В процессе диссимиляции произошло
расщепление 7 моль глюкозы, из которых
полному
(кислородному)
расщеплению
подверглось только 2 моль. Определите:
а) сколько молей молочной кислоты и углекислого
газа при этом образовано;
б) сколько молей АТФ при этом синтезировано;
в)
сколько
энергии
и
в
какой
форме
аккумулировано в этих молекулах АТФ;
г) Сколько молей кислорода израсходовано на
окисление образовавшейся при этом молочной
кислоты.

18. Решение задачи 1. 1) Из 7 моль глюкозы 2 подверглись полному расщеплению, 5 – не полному (7-2=5); 2) составляем уравнение

неполного расщепления 5 моль
глюкозы:
5C6H12O6 + 5•2H3PO4 + 5•2АДФ = 5•2C3H6O3 + 5•2АТФ +
5•2H2O
3) составляет суммарное уравнение полного
расщепления 2 моль глюкозы:
2С6H12O6 + 2•6O2 +2•38H3PO4 + 2•38АДФ =
2•6CO2+2•38АТФ + 2•6H2O + 2•38H2O
4) суммируем количество АТФ: (2•38) + (5•2) = 86 моль
АТФ;
5) определяем количество энергии в молекулах АТФ:
86•40кДж = 3440 кДж.

19. Ответ к задаче 1: а) 10 моль молочной кислоты, 12 моль CO2; б) 86 моль АТФ; в) 3440 кДж, в форме энергии химической связи

макроэргических связей в молекуле АТФ;
г) 12 моль О2.

20.

1. В процессе гидролиза образовалось 1620 молекул АТФ.
Определите, какое количество глюкозы подверглось
расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в
результате бескислородного и полного этапов катаболизма. Ответ
поясните.
2. В цикл Кребса вступило 56 молекул пировиноградной кислоты
(ПВК). Определите, какое количество молекул глюкозы
подверглось расщеплению? Сколько молекул АТФ образовалось
при гликолизе и аэробном этапе? Каков суммарный
энергетический эффект?
3. Сколько молекул АТФ образуется в клетках эукариот при полном
окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 100
остатков глюкозы?
4. 4. В процессе гликолиза образовалось 400 молекул пирувата (ПВК
или пировиноградная кислота). Сколько молекул глюкозы
подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется в
процессе клеточного дыхания?
5. Человек при беге со средней скоростью расходует за 1
минуту 24 кДж энергии. Определите, сколько граммов глюкозы
расходуется за 25 минут бега, если кислород доставляется
кровью к мышцам в достаточном количестве.

21. Ответ

Задача1.
Оформление задачи.
Дано: n (АТФ)= 1620
Найти:
n (глюкозы)-?
n (АТФ общ.) -?
n (АТФ бескисл. этапа)-?
Решение:
1. При гидролизе (бескислородном этапе) из одной молекулы глюкозы образуется 36
молекул АТФ . Определяем количество молекул глюкозы, которое образовало 1620
молекул АТФ:
n (глюкозы) =1620 : 36 = 45 молекул глюкозы.
2. При гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется до двух молекул
пировиноградной кислоты (ПВК) с образованием двух молекул АТФ, следовательно, из 45
молекул глюкозы образовалось:
n (АТФ бескисл. этапа) = 45 х2 = 90 молекул АТФ.
3. При полном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
Находим кол-во АТФ, образующееся при разложении 45 молекул АТФ:
n (АТФ общ.) = 45 х 38 = 1710 молекул АТФ.
Ответ: 1) Число молекул глюкозы = 45.
2) При гликолизе образуется 90 молекул АТФ.

22.

• Задача 2.Оформляется по образцу первой задачи.
• Краткий ответ.
• 1. Если при разложении одной молекулы глюкозы
образуется 2 ПВК, то при образовании
• 56 молекулы ПВК разложилось 28 молекул глюкозы: 56
: 2 = 28.
• 2. При гликолизе 1 молекулы глюкозы выделяется 2
молекулы АТФ,
• При гликолизе 28 молекул глюкозы образуется 56
молекул АТФ.
• 3. При клеточном дыхании (аэробном этапе) из одной
молекулы глюкозы образуется 36
• молекул АТФ, из 28 молекул глюкозы образуется: 36
х28 = 1008 молекул АТФ.
• 4. Общий энергетический эффект = 56 + 1008 = 1064
(молекул АТФ).

23.

• Задача 3.
• Краткий ответ.
• 1. Из фрагмента молекулы крахмала, состоящего из
100 остатков глюкозы, образуется 100
• молекул глюкозы.
• 2. При полном окислении 1 молекулы глюкозы в
клетках эукариот образуется 38 молекул
• АТФ.
• 3. При окислении 100 молекул глюкозы образуется:
38 х100 = 3800 (молекулы АТФ)

24.

Решите самостоятельно
1. В диссимиляцию вступило 32 молекулы глюкозы. Определите количество АТФ
после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект
диссимиляции.
2. В цикл Кребса вступило 6 молекул ПВК. Определите количество АТФ после
энергетического этапа, суммарный эффект диссимиляции и количество молекул
глюкозы,
вступившей в диссимиляцию.
3.В процессе диссимиляции произошло расщепление 13 молей глюкозы, из
которых полному расщеплению подверглись только 5 молей. Определите: А)
Сколько молей
молочной кислоты образовалось? Б) Сколько при этом образовалось АТФ? В)
Какое количество энергии в них аккумулировано?
4. При выполнении упражнений мышцы обеих рук за 1 мин расходуют 20 кДж
энергии.
Определите: А) Сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы за 15 мин
при условии, что кислород в мышцы доставляется кровью в достаточном
количестве? Б)
Накапливается ли молочная кислота в мышцах?
5. Сколько молекул АТФ будет синтезироваться в клетках эукариот при полном
окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 70 остатков глюкозы?
Ответ поясните.

25.

• Задача 4.
• Краткий ответ.
• 1. При гликолизе (бескислородный этап катаболизма)
1 молекула глюкозы образует 2
• молекулы пирувата, следовательно, гликолизу
подверглось: 400 : 2 = 200 (молекул
• глюкозы).
• 2. Кислородное дыхание – третий этап
энергетического обмена, в результате которого из 1
• молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ.
• 3. Из 200 молекул глюкозы образуется : 36 х 200 =
7200 (молекул АТФ).

26.

Задача 5.
Краткое решение.
1. Определяем сколько энергии необходимо мышцам для работы: 24 кДж
× 25 мин = 600 кДж
2. Энергия может быть только в виде АТФ, узнаем сколько необходимо
моль АТФ: 600 кДж : 40 кДж = 15 моль
3. По уравнению С6Н12О6 + 38 АДФ + 38 Н3РО4 + 6 О2 ––> 6 СО2 + 38
АТФ + 44 Н2О + 2880 кДж
определяем, сколько глюкозы при расщеплении образует это количество
АТФ:
1 моль (C6H12O6) - 38 моль (АТФ) x = 0,4 моль (C6H12O6)
x моль (C6H12O6) - 15 моль (АТФ)
4. Переведѐм количество глюкозы в граммы:
1 моль (C6H12O6) - 180 г x = 72 г (C6H12O6)
0,4 моль (C6H12O6) - x г
Ответ: мышцы ног за 25 мин бега израсходуют 72 г глюкозы.