По­яс­не­ние.

Энер­ге­ти­че­ский обмен преду­смат­ри­ва­ет рас­щеп­ле­ние ор­га­ни­че­ских ве­ществ и вы­сво­бож­де­ние энер­гии хи­ми­че­ских со­еди­не­ний и свя­зей. От­ме­че­но, что ее даль­ней­шее рас­пре­де­ле­ние осу­ществ­ля­ет­ся ча­стью в виде тепла. Дру­гая часть ре­зер­ви­ру­ет­ся в АТФ мо­ле­ку­лах. Пер­вая ста­дия — под­го­то­ви­тель­ная. Энер­ге­ти­че­ский обмен на­чи­на­ет­ся с про­ник­но­ве­ния пищи в ор­га­низм че­ло­ве­ка или жи­вот­но­го в форме слож­ных вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных эле­мен­тов. Перед тем как про­ник­нуть в ткани и клет­ки, про­ис­хо­дит раз­ру­ше­ние этих со­еди­не­ний до низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ных.
д­ро­ли­ти­че­ское рас­щеп­ле­ние ор­га­ни­че­ских ве­ществ осу­ществ­ля­ет­ся с уча­сти­ем воды. Этот про­цесс про­хо­дит в пи­ще­ва­ри­тель­ном трак­те (у мно­го­кле­точ­ных), на кле­точ­ном уров­не (в ли­зо­со­мах), в пи­ще­ва­ри­тель­ных ва­ку­о­лях (у од­но­кле­точ­ных) под воз­дей­стви­ем опре­де­лен­ных фер­мен­тов. На вто­рой ста­дии энер­ге­ти­че­ский обмен пред­став­ля­ет собой бес­кис­ло­род­ное окис­ле­ние. Про­цес­сы при этом про­ис­хо­дят без уча­стия кис­ло­ро­да, на кле­точ­ном уров­не, в кле­точ­ной ци­то­плаз­ме. Одним из клю­че­вых эле­мен­тов, обес­пе­чи­ва­ю­щих энер­ге­ти­че­ский обмен, яв­ля­ет­ся глю­ко­за. Про­чие ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния (ами­но­кис­ло­ты, гли­це­рин, жир­ные кис­ло­ты) вклю­ча­ют­ся в про­цесс ее пре­вра­ще­ния на раз­лич­ных ста­ди­ях. Бес­кис­ло­род­ное, не­пол­ное окис­ле­ние глю­ко­зы на­зы­ва­ют гли­ко­ли­зом.
ре­зуль­та­те гли­ко­ли­за одной мо­ле­ку­лы глю­ко­зы об­ра­зу­ет­ся по две мо­ле­ку­лы пи­ро­ви­но­град­ной кис­ло­ты (ПВК, пи­ру­ват) CH3COCOOH, АТФ и воды, а также атомы во­до­ро­да, ко­то­рые свя­зы­ва­ют­ся мо­ле­ку­лой-пе­ре­нос­чи­ком НАД+ и за­па­са­ют­ся в виде НАД · H. Сум­мар­ная фор­му­ла гли­ко­ли­за имеет сле­ду­ю­щий вид:

C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ + 2НАД+ → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2АТФ + 2НАД · H

Вы­де­ля­ю­ща­я­ся таким об­ра­зом при рас­щеп­ле­нии глю­ко­зы, энер­гия ча­стич­но ре­зер­ви­ру­ет­ся, а ча­стич­но вы­де­ля­ет­ся в форме тепла. На тре­тьем этапе про­ис­хо­дит ды­ха­ние (био­ло­ги­че­ское окис­ле­ние — окис­ли­тель­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние). Дан­ная ста­дия воз­мож­на толь­ко под воз­дей­стви­ем кис­ло­ро­да. В связи с этим она на­зы­ва­ет­ся кис­ло­род­ной. Про­те­ка­ет этот про­цесс в ми­то­хон­дри­ях.

 

1) бес­кис­ло­род­ный этап: В) об­ра­зо­ва­ние пи­ро­ви­но­град­ной кис­ло­ты; Г) рас­щеп­ле­ние ше­сти­уг­ле­род­но­го са­ха­ра; Д) ак­ти­ва­ция глю­ко­зы с за­тра­той АТФ

 

2) кис­ло­род­ный этап: А) окис­ли­тель­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние; Б) транс­порт элек­тро­нов по цепи пе­ре­нос­чи­ков; Е) цикл три­кар­бо­но­вых кис­лот

 

Ответ: 221112

Источник: bio-ege.sdamgia.ru

Использование различных начальных субстратов

В качестве исходных субстратов дыхания могут выступать различные вещества, преобразуемые в ходе специфических метаболических процессов в Ацетил-КоА с высвобождением ряда побочных продуктов. Восстановление НАД (НАДФ) и образование АТФ может происходить уже на этом этапе, однако большая их часть образуется в цикле трикарбоновых кислот при переработке Ацетил-КоА.

Гликолиз

Гликолиз — путь ферментативного расщепления глюкозы — является общим практически для всех живых организмов процессом. У аэробов он предшествует собственно клеточному дыханию, у анаэробов завершается брожением. Сам по себе гликолиз является полностью анаэробным процессом и для осуществления не требует присутствия кислорода.

Первый его этап протекает с расходом энергии 2 молекул АТФ и включает в себя расщепление молекулы глюкозы на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. На втором этапе происходит НАД-зависимое окисление глицеральдегид-3-фосфата, сопровождающееся субстратным фосфорилированием, то есть присоединением к молекуле остатка фосфорной кислоты и формированием в ней макроэргической связи, после которого остаток переносится на АДФ с образованием АТФ.

Таким образом, уравнение гликолиза имеет следующий вид:

Глюкоза + 2НАД⁺ + 4АДФ + 2АТФ + 2Ф_н = 2ПВК + 2НАД∙Н + 2 АДФ + 4АТФ + 2H₂O + 4Н⁺.

Сократив АТФ и АДФ из левой и правой частей уравнения реакции, получим:

Глюкоза + 2НАД⁺ + 2АДФ + 2Ф_н = 2НАД∙Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H₂O + 4Н⁺.

Окислительное декарбоксилирование пирувата

Образовавшаяся в ходе гликолиза пировиноградная кислота (пируват) под действием пируватдегидрогеназного комплекса (сложная структура из 3 различных ферментов и более 60 субъединиц) распадается на углекислый газ и ацетальдегид, который вместе с Кофермент А образует Ацетил-КоА. Реакция сопровождается восстановлением НАД до НАД∙Н.

У эукариот процесс протекает в матриксе митохондрий.

β-окисление жирных кислот

Деградация жирных кислот (у некоторых организмов также алканов) происходит у эукариот в матриксе митохондрий. Суть этого процесса заключается в следующем. На первой стадии к жирной кислоте присоединяется кофермент А с образованием ацил-KoA. Он дегидрируется с последовательным переносом восстановительных эквивалентов на убихинон дыхательной ЭТЦ. На второй стадии происходит гидратирование по двойной связи С=С, после чего на третьей стадии происходит окисление полученной гидроксильной группы. В ходе этой реакции восстанавливается НАД.

Наконец, на четвёртой стадии образовавшаяся β-кетокислота расщепляется β-кетотиолазой в присутствии кофермента А на ацетил-КоА и новый ацил-КоА, в которой углеродная цепь на 2 атома короче. Цикл β-окисления повторяется до тех пор, пока вся жирная кислота не будет переработана в ацетил-КоА.

Цикл трикарбоновых кислот

Ацетил-КоА под действием цитратсинтазы передаёт ацетильную группу оксалоацетату с образованием лимонной кислоты, которая поcтупает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В ходе одного оборота цикла лимонная кислота несколько раз дегидрируется и дважды декарбоксилируется с регенерацией оксалоацетата и образованием одной молекулы ГТФ (способом субстратного фосфорилирования), трёх НАДН и ФАДН₂.

Суммарное уравнение реакций:

Ацетил-КоА + 3НАД⁺ + ФАД + ГДФ + Ф_н + 2H₂O + КоА-SH = 2КоА-SH + 3НАДH + 3H⁺ + ФАДН₂ + ГТФ + 2CO₂

У эукариот ферменты цикла находятся в свободном состоянии в матриксе митохондрий, только сукцинатдегидрогеназа встроена во внутреннюю митохондриальную мембрану.

Окислительное фосфорилирование

Основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН₂, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т. д.. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2.5 молекулы АТФ, ФАДН₂ — 1.5 молекулы.

Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Анаэробное дыхание

Если в электронтранспортной цепи вместо кислорода используется другой конечный акцептор (трёхвалентное железо, нитрат- или сульфат-анион), дыхание называется анаэробным. Анаэробное дыхание свойственно в основном бактериям, которые благодаря этому играют важную роль в биогеохимическом цикле серы, азота и железа. Денитрификация — один из типов анаэробного дыхания — является одним из источников парниковых газов, железобактерии принимают участие в образовании железомарганцевых конкреций. Среди эукариот анаэробное дыхание встречается у некоторых грибов, морских донных беспозвоночных, паразитических червей ^[1] и протистов — например, фораминифер [1].

Общее уравнение дыхания, баланс АТФ

Стадия	Выход кофермента	Выход АТФ (ГТФ)	Способ получения АТФ
Первая фаза гликолиза		−2	Фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6-фосфата с использованием 2 АТФ из цитоплазмы.
Вторая фаза гликолиза		4	Субстратное фосфорилирование
	2 НАДН	3 (5)	Окислительное фосфорилирование. Только 2 АТФ образуется из НАДН в электронтранспортной цепи, поскольку кофермент образуется в цитоплазме и должен быть транспортирован в митохондрии. При использовании малат-аспартатного челнока для транспорта в митохондрии из НАДН образуется 3 моль АТФ. При использовании же глицерофосфатного челнока образуется 2 моль АТФ.
Декарбоксилирование пирувата	2 НАДН	5	Окислительное фосфорилирование
Цикл Кребса		2	Субстратное фосфорилирование
	6 НАДН	15	Окислительное фосфорилирование
	2 ФАДН2	3	Окислительное фосфорилирование
Общий выход		30 (32) АТФ[2]	При полном окислении глюкозы до углекислого газа и окислении всех образующихся коферментов.

Источник: dic.academic.ru

Фотосинтез: где и как это происходит?

Это химическая реакция, направленная на получение органических веществ из неорганических. Обязательным условием протекания фотосинтеза является присутствие солнечного света, так как его энергия выступает в роли катализатора.

Фотосинтез, характерный для растений, можно выразить следующим уравнением:

• 6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

То есть из шести молекул диоксида карбона и стольких же молекул воды в присутствии солнечного света растение может получить одну молекулу глюкозы и шесть кислорода.

Это самый простой пример фотосинтеза. Кроме глюкозы в растениях могут синтезироваться и другие, более сложные углеводы, а также органические вещества из других классов.

Вот пример выработки аминокислоты из неорганических соединений:

• 6СО₂ + 4Н₂О + 2SO₄^2- + 2NO₃^— + 6Н⁺ = 2C₃H₇O₂NS + 13О₂.

Как видим, из шести молекул диоксида углерода, четырех молекул воды, двух сульфат-ионов, двух нитрат-ионов и шести ионов водорода с использованием солнечной энергии можно получить две молекулы цистеина и тринадцать — кислорода.

Процесс фотосинтеза происходит в специальных органоидах – хлоропластах. В них содержится пигмент хлорофилл, который выступает в роли катализатора для химических реакций. Такие органоиды есть только в растительных клетках.

Строение хлоропласта

Это органоид, который обладает формой вытянутого шара. Размер хлоропласта обычно составляет 4-6 мкм, однако в клетках некоторых водорослей можно обнаружить гигантские пластиды – хроматофоры, размер которых достигает 50 мкм.

Этот органоид относится к двухмембранным. Он окружен внешней и внутренней оболочками. Они отделены друг от друга межмембранным пространством.

Внутренняя среда хлоропласта называется «строма». В ней находятся тилакоиды и ламеллы.

Тилакоиды – это плоские дискообразные мешочки из мембран, в которых находится хлорофилл. Именно здесь и происходит фотосинтез. Собираясь в стопки, тилакоиды образуют граны. Количество тилакоидов в гране может варьироваться от 3 до 50.

Ламеллы – это структуры, образованные мембранами. Они представляют собой сеть разветвленных каналов, основная функция которых – обеспечить связь между гранами.

В хлоропластах также содержатся свои рибосомы, необходимые для синтеза белков, и собственные ДНК и РНК. Кроме того, здесь могут находиться включения, состоящие из запасных питательных веществ, в основном крахмала.

Клеточное дыхание

Существует несколько видов данного процесса. Бывает анаэробное и аэробное клеточное дыхание. Первое характерно для бактерий. Анаэробное дыхание бывает нескольких типов: нитратное, сульфатное, серное, железное, карбонатное, фумаратное. Такие процессы позволяют бактериям получить энергию без использования кислорода.

Аэробное клеточное дыхание характерно для всех остальных организмов, в том числе животных и растений. Оно происходит при участии кислорода.

У представителей фауны клеточное дыхание происходит в специальных органоидах. Они называются митохондриями. У растений также клеточное дыхание происходит в митохондриях.

Этапы

Клеточное дыхание проходит в три стадии:

1. Подготовительный этап.
2. Гликолиз (анаэробный процесс, не требует кислорода).
3. Окисление (аэробный этап).

Подготовительный этап

Первый этап заключается в том, что сложные вещества в пищеварительной системе расщепляются на более простые. Таким образом, из белков получаются аминокислоты, из липидов – жирные кислоты и глицерин, из сложных углеводов – глюкоза. Эти соединения транспортируются в клетку, а затем – непосредственно в митохондрии.

Гликолиз

Он заключается в том, что под действием ферментов глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты и атомов водорода. При этом образуется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Этот процесс можно выразить таким уравнением:

• С₆Н₁₂О₆ = 2С₃Н₃О₃ + 4Н + 2АТФ.

Таким образом, в процессе гликолиза из одной молекулы глюкозы организм может получить две молекулы АТФ.

Окисление

На данном этапе образовавшаяся во время гликолиза пировиноградная кислота под действием ферментов реагирует с кислородом, в результате чего образуется углекислый газ и атомы водорода. Эти атомы затем транспортируются на кристы, где окисляются, образуя воду и 36 молекул АТФ.

Итак, в процессе клеточного дыхания в общей сложности образуется 38 молекул АТФ: 2 на втором этапе и 36 – на третьем. Аденозинтрифосфорная кислота и есть основной источник энергии, которым митохондрии снабжают клетку.

Структура митохондрий

Органоиды, в которых происходит дыхание, есть и в животных, и в растительных, и в грибных клетках. Они обладают шаровидной формой и размером около 1 микрона.

Митохондрии, как и хлоропласты, имеют две мембраны, разделенные межмембранным пространством. То, что находится внутри оболочек этого органоида, называется матриксом. В нем находятся рибосомы, митохондриальная ДНК (мтДНК) и мтРНК. В матриксе проходит гликолиз и первая стадия окисления.

Из внутренней мембраны формируются складки, похожие на гребни. Они называются кристами. Здесь проходит вторая стадия третьего этапа клеточного дыхания. Во время нее образуется больше всего молекул АТФ.

Происхождение двухмембранных органоидов

Учеными доказано, что структуры, которые обеспечивают фотосинтез и дыхание, появились в клетке путем симбиогенеза. То есть когда-то это были отдельные организмы. Этим объясняется то, что и в митохондриях, и в хлоропластах есть свои рибосомы, ДНК и РНК.

Источник: FB.ru