Сравнение фотосинтеза и аэробного дыхания. Энергетический обмен. Решение задач

Тема 17.

Энергетический обмен. Решение задач

Основные вопросы теории

Совокупность реакций расщепления органических соединений называется диссимиляцией, представляет собой энергетический обмен, или катаболизм, обеспечивает клетку энергией. Извлечение энергии осуществляется в клетке путем окисления веществ в процессе дыхания. Поэтому такое дыхание называют биологическим окислением или клеточным дыханием.

Клеточное дыхание – это окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии (АТФ). Субстратами для дыхания служат органические соединения – углеводы, жиры, белки. Большинство клеток использует в первую очередь именно углеводы. Жиры составляют «первый резерв» и пускаются в дело тогда, когда запас углеводов исчерпан. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании.

Клеточное дыхание – ферментативное разложение органических веществ (глюкозы) в клетке до СО₂ и Н₂О в присутствии О₂ с выделением энергии. Включает 3 этапа, каждый из которых осуществляется при участии ферментов в определенных участках клеток.

I этап – подготовительный.

В пищеварительной системе крупные молекулы пищи распадаются:

полисахариды→глюкоза,

белки →аминокислоты,

жиры→глицерин и жирные кислоты.

Энергия рассеивается в виде тепла. Мономеры всасываются в кровь и доставляются к клеткам.

II этап – бескислородный, неполное окисление, анаэробное дыхание – гликолиз, брожение.

Протекает в цитоплазме, 1 молекула глюкозы расщепляется до 2-х молекул ПВК без О₂. Чистый выход – 2 АТФ.

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

Гликолиз в мышцах: С₆Н₁₂О₆ →2С₃Н₆О₃ + 2 АТФ

ПВК→молочная кислота

Брожение (дрожжи): С₆Н₁₂О₆ →2С₂Н₅ОН + 2СО₂+ 2 АТФ

этиловый

спирт

Если кислорода в клетке много, то

III этап – кислородный, полное окисление, аэробное дыхание.

Происходит в митохондриях при доступе О₂.

(Видеофрагмент «Строение митохондрии».)

Условия процесса:наличиеферментов, молекул-переносчиков электронов и Н, АДФ, Ф, неповрежденные мембраны митохондрий.

а) окислительное декарбоксилирование ПВК, образуются ацетилКоА, НАДН и СО₂;

б) цикл Кребса – цикл трикарбоновых кислот.

В матриксе митохондрий образуются АТФ, НАДН, ФАДН, СО₂;

в) окислительное фосфорилирование – перенос ē от НАДН и ФАДН по цепи транспорта ē, встроенной в кристы, на акцептор О₂. От НАДН и ФАДН отсоединяются протоны и электроны, ē переносятся на О₂ → Н₂О, протоны → в матрикс митохондрий. В цепи транспорта ē есть три участка фосфорилирования, в которых образуется 34 АТФ.

Энергетический эффект III этапа – 36 АТФ.

Суммарный энергетический эффект – 38 АТФ:

С₆Н₁₂О₆ +6О₂+ 38Н₃РО₄+38АДФ → 6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ,

или

С₆Н₁₂О₆ +6О₂→6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ

Сравнение фотосинтеза и аэробного дыхания

Сходства

1. Необходим механизм обмена СО₂ и О₂.

2. Необходимы специальные органеллы (хлоропласты, митохондрии).

3. Необходима цепь транспорта ē, встроенная в мембраны.

4. Происходит фосфорилирование (синтез АТФ).

5. Происходят циклические реакции (цикл Кальвина – фотосинтез, цикл Кребса – аэробное дыхание).

Различия