§16. Дихання. Синтез атф у мітохондріях як наслідок дихання

Основні терміни і поняття: дихання, клітшше дихання, аеробні і анаеробні організми, гліколіз, фосфорилюван/ія.

Що таке дихання? Що таке клітинне дихання?

І Дихання - сукупність фізіологічних процесів, що -забезпечують надходження в організм із зовнішнього середовища кисню, використання його клітинами і тканинами для окислення органічних речовин і виділення з організму вуглекислого газу.

Т Клітинне дихання - сукупність ферментативних процесів, що відбуваються у кожній клітині, в результаті яких молекули вуглеводів, жирних кислот

* / амінокислот розщеплюються в остаточному підсумку до вуглекислоти і води, а вивільнювана біологічно корисна енергія запасається клітиною і потім ви­користовується. Багато ферментів, що каталізують ці реакції, знаходять­ся в стінках і кристах мітохондрій.

Етапи клітинного дихання

1. Безкисневий (анаеробний) етап. Гліколіз відбувається на внутрішньоклітинних мем­бранах гіалоплазми. Процес перетворення гексоз (найчастіше глюкози) в анаеробних умовах до піровиноградної кислоти (С₃Н₄0₃). Піровиноградна кислота відновлюється потім до молочної кислоти (у м'язах, CjHUOj).

С₆Н_І20„ + 2Н,РО_А+2АДФ 1 ^{фсрмснти}—- >2С_%НьО_у + 2АТФ + 2Н,О + 200 кДж

внутрішньоклітинні мембрани '

гіалоплазми

80кДж 120 кДж

акумулюється розсіюється в АТФ у вигляді теплоти

Завдяки гліколізу організм може отримати енергію в умовах дефіциту кисню, а його кінцеві продукти - піровиноградна і молочна кислоти зазнають подальших фермента­тивних перетворень.

2 Кисневий (аеробний) етап. Клітинне дихання (окисне фосфорилювання) відбуваєть­ся в мітохондріях.

Піровиноградна (молочна) кислота, включаючись в так званий цикл лимонної -кислоти (цикл Кребса - близько десяти послідовних реакцій, у результаті яких від'єднуються всі атоми водню, які належали глюкозі, і виділяється енергія її хімічних зв'язків), розщеп­люється в послідовних окислювально-відновних реакціях в остаточному підсумку до вугле­кислого газу і водню, який у свою чергу окисляється киснем повітря до води.

2С,Н_ьО_г + 26Н,РО, + Ь0₂ + 26 АДФ —^{фсрМСНТИ} > 6С0₂ + ЛІН,О + 36Л ТФ + 2600 кДж

мітохондрії "

40-36= 1440 кДж ИбОкДж

акумулюється клітиною в АТФ розсіюється у вигляді теплоти (55%) (45%)

Сумарне рівняння безкисневого і кисневого етапів:

С,Н_І2О_ь +38ЛДФ + 38Я₃/>0₄ + Ь0₂ >ЬС0₂ + 42//,0 + 38ЛГФ

За ефективністю перетворення енергії жива клітина перевершує усі відомі в техніці перетворювачі енергії.

<

49

АТФ - єдине й універсальне джерело енергії в клітині. АТФ—>АДФ + Ф+ енергія

на синтез білків, ліпідів, вуглеводів, ДНК, для скорочення м'язів, поділу клітин та ін.

Схема гліколізу і клітинного дихання

І Ферменти

С₆Н₁₂0,

Гліколіз (в гіалоплазмі)

ll\H_bO_s+W,

Клітинне

дихання

(в мітохондріях)

теплота 2АТФ

і—ї—;—і

теплота 36 б 6 АТФ CO, H,0

ІЗапам 'ятайте! Поява кисневого дихання розглядається як великий ароморфоз в історії життя, що ви­кликав різке підвищення інтенсивності життєдіяльності.

Особливість, яка якісно відрізняє життя від всіх інших форм руху матерії, полягає в тому, що численні хімічні реакції строго упорядковані в часі і просторі. Упорядковані процеси ефективніші, ніж неупорядковані, тому вони надавали організмам переваги і сприяли ви­живанню в процесі природного добору.

Учнівська сторінка

1. Підготовчий етап енергетичного обміну. Заповніть таблицю. (11 балів)

Сутність травлення	На що розщеплюються макромолекули	Умови, за яких відбувається розщеплення
Великі молекули біополімерів під дією відповідних ферментів розщеплюються на мономери. Ці процеси у людини і багатоклі­тинних тварин відбуваються пе­реважно в порожнині травних органів Лейкоцити і деякі інші клітини зберегли здатність до вну­трішньоклітинного травлення.	■ /
	с;
	Жири ►*

2. Порівняльний аналіз дихання і горіння. Заповніть таблицю, вибравши потрібний варіант відповіді. (8 балів)

1. а) звільнення енергії відбувається дуже швидко;

б) високоупорядкований багатоступінчастий ферментативний процес.

2. а) температура середовища; б) дуже висока.

3. а) вся енергія перетворюється в теплову; подальше її перетворення завжди

відбувається з низьким ККД; б) 45% - теплова енергія, 55% - енергія хімічних зв'язків (АТФ). Хімічна енер­гія перетворюється в роботу з високим ККД.

4. а) С₆Н₁₂0₆ + 60₂ *■ 6С₂ + 6Н₂0 + теплота;

б) С₆Н₁₂0в + 38 АДФ + 38Н₃Р0₄ + 60₂ »63₂ + 44Н₂0 + 38АТФ

50

Подібність:

Відмінність:

Питання	Дихання	Горіння
Спосіб перетворення енергії. Відносні температури протікання процесів. Ступінь упорядкованості реакцій. Сумарне рівняння.	1

3. Порівняння дихання і фотосинтезу. Заповніть таблицю, вибравши потрібний варі­ант відповіді. (8 балів)

Питання	Дихання	Фотосинтез
1. Вихідні речовини:
а) глюкоза і кисень;
б) вуглекислий газ і вода.
2. В яких органоїдах клітини відбувається:
а) хлоропласти;
б) мітохондрії.
3. Енергетичні перетворення:
а) світлова енергія—»■ енергія хімічних зв'язків ор-
ганічних сполук;
б) АТФ—^механічна, електрична та ін.
4. У який час доби здійснюється;
а) цілодобово;
б) світлова частина доби.
5. В яких клітинах відбувається:
а) в усіх;
б) у клітинах хлоренхіми.
6. Сумарне рівняння:
а) (\Сп і ьн п V&SS. \С и п і ап Т		і
б) С6Я,,Ол +60г + 3»АДФ + 38НіРОі >6С02 +
+44Н20 + ЗЯАТФ	\

3. Розв'яжіть задачу. У клітинах печінки людини з глюкози утворюється 160 моле­кул АТФ. При цьому 4 молекули глюкози були цілком окислені, інші пройшли тільки глі­коліз. Скільки молекул глюкози пройшли тільки гліколіз? (8 балів)

Ключ до розв'язання

Рівняння реакції повного розщеплення глюкози

С„Н₁₂О_ь + Ь0₂ +3&АДФ + 3%Н,Р0₄ >6С0, +6Н₂0 + 3%АТФ .

Рівняння неповного розщеплення глюкози С,Н_І20, + 2АДФ + 2Я,Р0₄ > 2С,Я₆0, +2АТФ + 2И₂0.

Хід розв'язання

При повному розщепленні 1 молекули глюкози утвориться молекул АТФ, а при

повному розщепленні 4 молекул глюкози утвориться молекул АТФ, отже, мо­ лекул АТФ утвориться при неповному розщепленні глюкози. молекул глюкози під­ далися неповному розщепленню (гліколізу).

Відповідь. глюкози пройшли тільки гліколіз. >

51