§ 19. КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ, ЕГО БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

Основные понятия и ключевые термины: КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ. АНАЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ. АЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ.

Вспомните! Что такое дыхание?

Вступительное упражнение

Определите последовательность процессов пищеварения в организме человека после того, как в его ротовую полость попал кусочек шоколадно-бананового торта: г) полостное переваривание в двенадцатиперстной кишке белков, жиров и углеводов; э) медленное измельчение пищи и её увлажнение; н) расщепление амилазами слюны углеводов, имеющихся в торте; е) склеивание пищи в пищевые комочки и их перемещение пищеводом в желудок; и) окончательное пристенное пищеварение сложных молекул и всасывание малых молекул в кровь и лимфу; р) расщепление в желудке бисквитных белков и жиров молока; я) транспортирование аминокислот, жирных кислот и глюкозы в клетки с помощью крови и лимфы. Какое слово получили?

СОДЕРЖАНИЕ

Каково биологическое значение клеточного дыхания?

Основные питательные вещества для клеток - это аминокислоты, жирные кислоты и глюкоза. Дыхание является процессом, при котором эти вещества расщепляются и высвобождают химическую энергию. Выделяют два основных типа клеточного дыхания: анаэробный и аэробный.

АНАЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ - совокупность процессов биологического окисления питательных веществ и получения энергии в отсутствие кислорода. Свойственно для клеток организмов, которые живут в бескислородных условиях (например, молочнокислые бактерии, паразитические черви, глубоководные беспозвоночные). В клетках аэробных организмов этот механизм всегда предшествует кислородному расщеплению питательных веществ. При анаэробном дыхании конечным продуктом являются органические молекулы молочной кислоты (C3H6O3). При анаэробном дыхании выделяется значительно меньше энергии, чем при аэробном.

АЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ - совокупность процессов биологического окисления питательных веществ и получения энергии с участием кислорода. Расщепление органических веществ происходит с образованием конечных продуктов окисления Н2О и СО2. Аэробное дыхание характерно для подавляющего большинства эукариотических клеток. Начинается гликолиз в цитоплазме и продолжается в митохондриях.

При аэробном окислении кислород служит акцептором (приёмником) электронов и протонов водорода с образованием воды. Аэробное дыхание - самый совершенный способ получения энергии. Его энергетический эффект примерно в 20 раз больше, чем при анаэробном дыхании.

Процессы дыхания сходны по многим признакам в клетках организмов разных царств живой природы. Признаками сходства являются образование таких универсальных веществ, как пировиноградная кислота и АТФ, использование кислорода в роли акцептора электронов и водорода, расщепление до конечных продуктов Н2О и СО2 и т. д.

Итак, ДЫХАНИЕ КЛЕТКИ - это совокупность процессов биологического окисления питательных веществ с высвобождением химической энергии, которая аккумулируется в АТФ.

Какие процессы являются основой анаэробного дыхания клеток?

Большинство клеток для высвобождения энергии в процессах дыхания прежде всего используют глюкозу. Интересно, что есть клетки (например, клетки мозга, скелетных мышц, зрелые эритроциты), которые получают энергию только из молекул этого моносахарида.

Почему же глюкоза является основным источником энергии для клеток? Полярные молекулы глюкозы очень хорошо взаимодействуют с водой, поэтому легко и быстро перемещаются в клетке, их транспортирование в клетку осуществляется путём облегчённой диффузии, что не требует затрат энергии. Кроме того, глюкоза может превращаться клетками в резервные углеводы: в растительной клетке - в крахмал, в клетках животных и грибов - в гликоген.

Древнейшим и универсальным процессом бескислородного расщепления глюкозы является гликолиз (от греч. сладкий и расщепление), происходящий в цитоплазме клеток. Гликолиз - совокупность ферментативных реакций, обеспечивающих бескислородное расщепления молекул глюкозы с образованием молочной кислоты и АТФ. Гликолиз - это процесс, общий для анаэробного и аэробного дыхания. Энергетический эффект гликолиза - около 200 кДж (120 кДж - на теплоту, 80 кДж - на АТФ):

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 —> 2С3Н6О3 + 2Н2О + 2АТФ.

Энергия гликолиза составляет лишь 5-7 % потенциальной энергии глюкозы. Несмотря на низкую эффективность, гликолиз имеет большое биологическое значение. Этот процесс обеспечивает организм энергией в условиях дефицита кислорода. Даже у позвоночных животных и человека гликолиз служит эффективным способом получения энергии во время коротких периодов интенсивного напряжения.

Ещё одним механизмом анаэробного превращения глюкозы является брожение. Брожение - процесс разложения органических веществ (в основном углеводов) в бескислородных условиях. Процессы брожения Луи Пастер назвал «жизнью без кислорода». Брожение характерно для клеток дрожжей, молочнокислых бактерий, мукоровых грибов и др. Кроме спиртового и молочнокислого брожения у организмов ещё происходит масляно-, уксусно-, пропионовокислое, метановое и др.

Итак, основными процессами анаэробного дыхания в клетках являются гликолиз и брожение.

Каковы основные стадии аэробного дыхания клеток?

Процессы жизнедеятельности клеток очень сложны. Но их понимание очень важно, поскольку именно на клеточном уровне определяются все жизненные функции организмов. В качестве иллюстрации этого утверждения рассмотрим аэробное дыхание клеток.

Кислородный этап дыхания происходит в митохондриях с участием кислорода, и при этом высвобождается основная часть энергии (более 90 %) с образованием Н2О и СО2. Энергетический эффект такого расщепления велик (например, для глюкозы - около 2 600 кДж):

2С3Н6О3 + 6О2+ 36Н3РО4 + 36АДФ —> 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ.

На этом этапе катаболизма учёные выделяют три стадии: окислительное декарбоксилирование, цикл Кребса (или цикл трикарбоновых кислот) и окислительное фосфорилирование (ил. 48).

• Первая стадия. Окислительное декарбоксилирование - это превращение пировиноградной кислоты (продукт бескислородного расщепления малых биомолекул) на ацетилкоэнзим А (ацетил-КоА).

• Вторая стадия. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) - последовательность ферментативных реакций в матриксе митохондрий, в результате которых ацетил-КоА окисляется до СО2 с высвобождением энергии и образованием атомов водорода.

• Третья стадия. Окислительное фосфорилирование - биосинтез АТФ из АДФ и неорганического ортофосфата за счёт энергии, высвобождаемой и аккумулируемой при участии ферментов дыхательной цепи. Этот процесс происходит на кристах митохондрий. Итак, благодаря реакциям кислородного этапа синтезируется в общей сложности 36 моль АТФ. Суммарным энергетическим результатом полного расщепления глюкозы является 2800 кДж энергии (200 кДж + 2600 кДж), из которой в 38 молекулах АТФ аккумулируется 55 %, а 45 % - рассеивается в виде теплоты. Полное уравнение расщепления глюкозы имеет вид:

C6H12O6 + 6О2+ 38АДФ + 38Н3РО4 —> 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ.

Ил. 48. Клеточное дыхание

Итак, основную роль в обеспечении клеток энергией выполняет полное кислородное расщепление глюкозы.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на формирование практических умений

В процессе катаболизма глюкозы в мышцах человека произошло расщепление 4 моль глюкозы, из которых полному кислородному расщеплению подверглась лишь половина. Определите: а) сколько молочной кислоты (в молях) накопилось в мышцах; б) сколько всего выделилось энергии; в) сколько АТФ (в молях) образовалось?

1. Сколько молочной кислоты (в молях) накопилось в мышцах человека?

2. Какое количество энергии выделилось при неполном расщеплении 2 моль глюкозы и полном расщеплении 2 моль глюкозы?

3. Сколько АТФ (в молях) образовалось?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Здоровье

Расщепление питательных веществ в организме происходит в три этапа. С помощью таблицы сравните эти этапы. Докажите необходимость знаний о дыхании клеток для здорового образа жизни.

ЭТАПЫ РАСЩЕПЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПРИМЕРЕ УГЛЕВОДОВ

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)