Розв’язання

Дано: Оскільки серед продуктів розщеплення є вуглекислий

η(С₃Н₆О₃) – 5 моль; газ і молочна кислота, то це означає, що якась части-

η(СО₂) – 27 моль. на глюкози зазнала повного розщеплення, а решта –

1,2 η(С₆Н₁₂О₆) - ? неповного, тому ми пишемо обидві сумарні реакції

3. η(АТФ) - ? Q - ? повного та неповного розщеплення глюкози:

4. η(О₂) - ?

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ → 6СО₂ + 38АТФ + 44Н₂О;

1 моль 6 моль 38 моль

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ → 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О;

1 моль 2 моль 2 моль

1,2. На основі сумарних реакцій повного й неповного розщеплення глюкози визначаємо кількість речовини глюкози, яка розщепилась.

Визначаємо, яка кількість речовини глюкози зазнала неповного розщеплення:

З 1 моль С₆Н₁₂О₆ утворюється 2 моль С₃Н₆О₃;

з х моль С₆Н₁₂О₆ – 5 моль С₃Н₆О₃;

х=5/2=2,5 моль С₆Н₁₂О₆.

Визначаємо кількість речовини глюкози, яка зазнала повного розщеплення з виділенням 27 моль СО₂:

З 1 моль С₆Н₁₂О₆ утворюється 6 моль СО₂;

з х моль С₆Н₁₂О₆ – 27 моль СО₂;

х=27/6=4,5 моль С₆Н₁₂О₆ – повне розщеплення глюкози.

2,5 моль + 4,5 моль = 7 моль С₆Н₁₂О₆ – загальна кількість речовини глюкози, яка зазнала розщеплення.

3. Визначаємо кількість речовини АТФ, яка утворилась внаслідок виділення 5 моль С₃Н₆О₃ під час повного розщеплення глюкози:

2 моль С₃Н₆О₃ – 2 моль АТФ;

5 моль С₃Н₆О₃ – х моль АТФ;

х=5*2/2=5 моль АТФ – утворилось під час неповного розщеплення глюкози.

Визначаємо кількість речовини АТФ, яка утворилась внаслідок виділення 27 моль СО₂ під час повного розщеплення глюкози:

6 моль СО₂ – 38 моль АТФ;

27 моль СО₂ – х моль АТФ;

х=27*38/6=171 моль АТФ.

Визначаємо загальну кількість речовини АТФ, утвореної внаслідок розщеплення глюкози:

5 моль + 171 моль = 176 моль АТФ.

Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 176 моль АТФ:

176 моль*40 кДж/моль=7040 кДж.

4. Визначаємо кількість речовини О₂, витраченої на розщеплення глюкози, під час якого виділилося 27 моль СО₂:

6 моль О₂ – 6 моль СО₂;

х моль О₂ – 27 моль СО₂;

х=6*27/6=27 моль О₂ – витрачено на окиснення глюкози.

Відповідь. 1. Дисиміляції зазнало 7 моль глюкози.

2. Неповного розщеплення зазнало 2,5 моль і повного розщеплення – 4,5 моль глюкози.

3. Синтезовано 176 моль АТФ, в яких акумульовано 7040 кДж енергії.

4. На повне окиснення 4,5 моль глюкози витрачено 27 моль кисню.

Задачі для самостійного розв’язування

1. Унаслідок дисиміляції виділилося 240 моль СО₂ і 80 моль молочної кислоти. Яка маса глюкози зазнала розщеплення і скільки енергії при цьому акумулювалося в молекулах АТФ?

2. За 1 хв бігун витрачає 24 кДж енергії. Яка маса глюкози потрібна для забезпечення м’язів енергією протягом години, якщо протягом 20 хв у його організмі відбувається повне засвоєння глюкози, а протягом 40 хв – неповне?

3. Під час плавання протягом 30 хв плавець витрачає 720 кДж енергії. Скільки часу він зможе плисти з такою ж витратою енергії, якщо в його організмі розщепилося 270 г глюкози, половина якої засвоїлась повністю?

4. Унаслідок дисиміляції глюкози в клітинах утворилося 12 моль молочної кислоти і 42 моль СО₂.

1. Визначте, яка маса глюкози зазнала дисиміляції.

2. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась?

3. Скільки енергії акумульовано?

4. Яка кількість речовини О₂ витрачена на окиснення утвореної С₃Н₆О₃?

5. Яку віддаль може пробігти людина зі швидкістю 20 км/год без вживання їжі, якщо максимальна маса глюкози, яка може бути витрачена в м’язах під час бігу, дорівнює 600 г? Половина цієї глюкози зазнає повного розщеплення, а половина – неповного. Витрати енергії складають 24 кДж/хв.

6. Для роботи м’язів протягом 1 хв потрібно 14 кДж енергії. Чоловік працював з таким навантаженням протягом 2 год. Яка маса глюкози в його м’язах засвоїлась, якщо половина її зазнала повного, а половина – неповного розщеплення?

7. У процесі дисиміляції в тканинах відбулося розщеплення 10 моль глюкози, з яких повного кисневого розщеплення зазнала тільки половина. Визначте, які маси молочної кислоти і вуглекислого газу утворились внаслідок реакції? Яка кількість речовини АТФ утворилась і яка кількість енергії акумульована в ній?

8. У процесі дисиміляції відбулося розщеплення 20 моль глюкози, з яких половина зазнала повного розщеплення.

1. Яка маса С₃Н₆О₃ і кількість речовини СО₂ при цьому утворились?

2. Яка кількість речовини АТФ утворилась і яка кількість енергії в ній акумульована?

3. Яка кількість речовини кисню витрачена на окиснення С₃Н₆О₃?

9. На розумову роботу за 1 хв витрачається 10 кДж енергії. Учень розв’язував біологічні задачі протягом 2 год. Яка кількість речовини глюкози зазнала дисиміляції в організмі, якщо протягом перших 80 хв відбувалося повне її окиснення?

10. У процесі дисиміляції відбулося розщеплення 540 г С₆Н₁₂О₆, з яких 20% зазнало неповного розщеплення. Яка кількість енергії акумулювалась в молекулах АТФ і які маси СО₂ і С₃Н₆О₃ при цьому утворились?

Розв’язок задач на фотосинтез і хемосинтез

Основні теоретичні відомості

Фотосинтез – це процес трансформації поглинутої організмом енергії світла в хімічну енергію органічних (і неорганічних) сполук. Головну роль у цьому процесі відіграє використання енергії світла для відновлення СО₂ до рівня вуглеводів. Але у процесі фотосинтезу можуть відновлюватися сульфати або нітрати, утворюватися Н₂; енергія світла витрачається також на транспортування речовин через мембрани і на інші процеси.

До процесу фотосинтезу можна застосувати 3 основні правила (принципи фотохімії):

Правило перше – хімічну зміну може викликати тільки поглинуте світло (закон Гротгуса - Дрейпера);

Правило друге – кожний поглинутий фотон активує тільки одну молекулу (закон Штарка - Ейнштейна);

Правило третє – енергія кванта передається під час поглинання світла тільки одному електрону, внаслідок чого він переходить на більш високий енергетичний рівень (постулат Ейнштейна).

Таким чином, фотохімічний ефект прямо пропорційний кількості отриманої речовиною енергії.

Процес фотосинтезу являє собою ланцюг окисно-відновних реакцій, сукупність яких прийнято поділяти на дві фази: світлову і темнову.

Для світлової фази фотосинтезу характерним є те, що енергія сонячної радіації, поглинута пігментними системами хлоропластів, перетворюються в електрохімічну. Загальне рівняння світлової стадії фотосинтезу має вигляд:

12Н₂О + 12АДФ + 12Ф_н 24Н + 12АТФ + 6О₂.

Темнова фаза відбувається в стромі хлоропластів без участі світла. Реакції, які спричиняють зв’язування СО₂ й утворення органічних речовин, у цій фазі відбуваються за рахунок використання енергії АТФ і НАДФ∙Н + Н⁺, синтезованих у світловій фазі. Загальне рівнянні темнової фази фотосинтезу:

6СО₂ + 24Н + 12АТФ → С₆Н₁₂О₆ + 12АДФ + 12Ф_н + 6Н₂О.

Якщо об’єднати реакції світлової і темнової фаз, виключивши всі проміжні етапи, то отримаємо сумарне рівняння фотосинтезу:

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

Продуктивністю фотосинтезу називають масу синтезованої за 1 год глюкози на 1 м² листкової поверхні. Цей показник зростає з підвищенням (до певної межі) освітленості, вологості повітря, температури, вмісту СО₂ і залежить від довжини хвилі світла.

Крім фотосинтезу, існує ще одна форма автотрофної асиміляції – хемосинтез, властивий деяким бактеріям. На відміну від фотосинтезу джерелом енергії для синтезу складних органічних речовин із простих неорганічних тут служить не світло, а окиснення деяких неорганічних речовин: сірководню, сірки, амоніаку, водню, нітритної кислоти, сполук феруму(ІІ).

Важливою групою хемосинтезуючих організмів є нітрифікуючі бактерії, здатні окиснювати амоніак, що утворився під час гниття органічних решток, до нітритної, а потім до нітратної кислоти:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + 663 кДж;

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + 192кДж.

Нітратна кислота, реагуючи з мінеральними сполуками ґрунту, перетворюється в нітрати, які добре засвоюються рослинами.

Безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень і накопичують у своїх клітинах сірку:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S + 272 кДж.

У разі нестачі сірководню бактерії здійснюють екзотермічне окиснення накопиченої в них сірки до сульфатної кислоти:

2S + 3O₂ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + 636 кДж.

Залізобактерії перетворюють сполуки Феруму(ІІ) у сполуки Феруму(ІІІ):

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + 324 кДж.

Водневі бактерії використовують як джерело енергії реакцію окиснення молекулярного водню:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + 235 кДж.

А в якості єдиного джерела Карбону – оксид карбону (ІV).

Під час розв’язання задач на фотосинтез і хемосинтез, необхідно записувати сумарні рівняння реакцій цих процесів.