Задание а28
Метаболизм клетки. Энергетический обмен и фотосинтез. Реакции матричного синтеза
Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ:
2.5 Обмен веществ и превращения энергии – свойства живых организмов. Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле
2.6 Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства.
Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
Обмен веществ
Главное свойство всех живых организмов – обмен веществ, представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов превращения веществ в организме. Основу обмена веществ составляют процессы синтеза и распада, которые, по сути, противоположны, но составляют единое целое.
Обмен веществ (метаболизм) |
|
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция, распад) |
Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция, синтез) |
Сложные вещества распадаются до более простых. |
Происходит синтез более сложных соединений из более простых. |
Энергия выделяется. Часть ее запасается в АТФ, а другая часть рассеивается в виде тепла. |
АТФ расщепляется, а выделяющаяся энергия расходуется на образование химических связей вновь синтезированных молекул. |
Организм обеспечивается энергией, необходимой для всех процессов жизнедеятельности, в том числе для реакций пластического обмена. |
Организм обеспечивается строительным материалом, необходимым для роста, развития организма и для процессов жизнедеятельности. |
Из таблицы видно, что пластический и энергетический обмен – процессы противоположные. Рассмотрим пример: 6CO2 + 6H2O + энергия ↔ C6H12O6 + 6O2
Если читать слева направо, то это упрощенное уравнение фотосинтеза (т.е. пластический обмен), в ходе которого из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии образуются углеводы и выделяется кислород. А если читать справа налево, то это упрощенное уравнение расщепление глюкозы (т.е. энергетический обмен), в ходе которого образуются углекислый газ, вода и выделяется энергия.
Пластический и энергетический обмен тесно взаимосвязаны. Реакции энергетического обмена идут с участием ферментов, которые образуются в ходе пластического обмена. Но, чтобы эти самые ферменты образовались, необходима энергия, которая выделяется в ходе реакций энергетического обмена.
Энергетический обмен
Стадии энергетического обмена.
1) Первый этап – подготовительный:
происходит в пищеварительной системе и (или) в лизосомах;
полимеры расщепляются до мономеров (белки до аминокислот, полисахариды до моносахаридов), жиры до глицерина и жирных кислот;
энергии выделяется мало, вся она рассеивается в виде тепла, АТФ не образуется.
2) Второй этап – гликолиз (анаэробный этап, бескислородный этап):
происходит в цитоплазме;
глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (ПВК);
образуется 2 молекулы АТФ;
Судьба пировиноградной кислоты зависит от наличия кислорода и от того, в чьих клетках она образовалась. Если в клетках достаточно кислорода, то ПВК поступает в митохондрии и там полностью окисляется до углекислого газа и воды (третий этап). При недостатке кислорода ПВК превращается в молочную кислоту. Например, при длительной нагрузке наблюдается накопление молочной кислоты в мышцах.
У некоторых организмов (например, у дрожжей) продуктом гликолиза является спирт. Этот процесс называется спиртовым брожением. У анаэробных организмов гликолиз является единственным способом получения энергии.
3) Третий этап – клеточное дыхание (аэробный этап, кислородный этап):
происходит в митохондриях (не считая нескольких начальных реакций);
образуется 36 молекул АТФ;
ПВК полностью окисляется до углекислого газа и воды.
В этом этапе можно выделить три основных момента:
- сначала ПВК превращается в особое вещество, которое называется Ацетил-KoA, и именно оно уже поступает в митохондрии;
- в матриксе митохондрий Ацетил-КоА вовлекается в цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) и полностью окисляется до углекислого газа;
- на складках внутренней мембраны (кристах) происходит окислительное фосфорилирование, в ходе которого синтезируется основная масса АТФ.