Постоянный обмен веществ с окружающей средой – одно из основных свойств живых систем
Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией или пластическим обменом (анаболизм)
Процесс расщепления органических веществ называется диссимиляцией
(катаболизм)
энергия
Энергетический обмен – диссимиляция (катаболизм)
Пластический обмен – ассимиляция (анаболизм)
ферменты
Автотрофные организмы (зеленые растения) – способны синтезировать органические вещества из неорганических
Гетеротрофные организмы (животные) нуждаются в поступлении готовых органических веществ
I этап –
подготовительный
II этап – анаэробный (гликолиз) – неполное окисление
III этап – аэробный
– полное окисление
Миксотрофные организмы – со смешанным типом питания
Органические вещества, богатые энергией, распадаются на низкомолекулярные органические
или неорганические соединения, бедные энергией. Реакции сопровождаются освобождением энергии, часть которой запасается в форме АТФ
- Подготовительный
- Анаэробный (гликолиз) – бескислородное окисление
- Аэробный – кислородное окисление (клеточное дыхание)
Протекает в желудочно-кишечном тракте
Освобождаемая при этом энергия рассеивается в виде тепла
Сложные органические вещества расщепляются на более простые:
Белки до аминокислот
+ 3H 2 O
Нуклеиновые кислоты до нуклеотидов
+ 3H 2 O
Углеводы на моносахариды
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
+ 6H 2 O
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
СН 2 ОН
глюкоза
глюкоза
глюкоза
глюкоза
Жиры до жирных кислот и глицерина
+ 3H 2 O
глицерин
жирные кислоты
Протекает в цитоплазме клеток
Образованные на I этапе вещества подвергаются расщеплению с освобождением энергии –
неполное окисление.
Процесс называют бескислородным или анаэробным, т.к. идет без поглощения кислорода
Главным источником энергии в клетке является глюкоза (С 6 Н 12 О 6 )
Бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз: С 6 Н 12 О 6 + 2НАД +2АДФ + 2Ф 2С 3 Н 4 О 3 + 2НАДН 2 + 2АТФ
Пировиноградная
кислота
Атомы Н накапливаются при помощи акцептора НАД + , а позже соединяются с О 2 Н 2 О
В условиях, когда О 2 нет и, значит, водородные атомы, освободившиеся в процессе гликолиза, не могут быть ему переданы, вместо О 2 должен быть использован другой акцептор водорода. Таким акцептором становиться пировиноградная кислота. В зависимости от метаболических путей организма, конечные продукты различны:
Молочнокислое
2 С 3 Н 4 О 3 + 2НАД·Н 2 = 2 С 3 Н 6 О 3 + 2НАД
молочная кислота
спиртовое брожение глюкозы дрожжами
Спиртовое
2 С 3 Н 4 О 3 + 2НАД·Н 2 = 2 С 2 Н 5 ОН + СО 2 + НАД
этиловый спирт
Маслянокислое
2 С 3 Н 4 О 3 + 2НАД·Н 2 = С 4 Н 8 О 2 + 2СО 2 + 2Н 2 + НАД
масляная кислота
из одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80 кДж (40%) запасается в связях 2 молекул АТФ:
2 АДФ + 2 H 3 PO 4 + энергия → 2 АТФ + H 2 O
Аденин
NH 2
H 2 C
+ H 2 O
H 3 PO 4
Рибоза
Протекает в митохондриях
Это аэробный процесс, т.е. протекающий с обязательным присутствием кислорода. Образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота: С 3 Н 4 О 3
подвергается дальнейшему окислению в митохондриях до Н 2 О и СО 2
Матрикс
Кристы
Рибосомы
Молекулы
АТФ- синтетазы
Гранулы
Внутреняя мембрана
Наружная мембрана
Клеточное дыхание включает три группы реакций:
- Образование ацетилкофермента А;
- Цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты (цикл Кребса);
- Перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование.
Первый и второй этапы протекают в матриксе митохондрий, а третья – на внутренней мембране митохондрий.
Ацетил-КоА + НАДН 2 + СO 2 Т.к. в результате окисления 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пирувата, число молекул всех компонентов реакции необходимо удвоить. Образовавшийся ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению в цикле Кребса. " width="640"
Пировиноградная кислота поступает из цитоплазмы
в митохондрии, где претерпевает окислительное декарбоксилирование, заключающееся в отщеплении одной молекулы углекислого газа (СO 2 ) от молекулы пирувата и присоединения
к ацетильной группе пирувата (СН 3 СО– ) кофермента А (КоА) с образованием ацетил-КоА:
Пируват + НАД + + KoA – Ацетил-КоА + НАДН 2 + СO 2
Т.к. в результате окисления 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пирувата, число молекул всех компонентов реакции необходимо удвоить.
Образовавшийся ацетил-КоА подвергается
дальнейшему окислению в цикле Кребса.
В цикле Кребса происходит последовательное окисление ацетил-КоА в составе лимонной кислоты, что сопровождается отщеплением углекислого газа (декарбоксилирование) и отнятие водорода (дегидрирование), который собирается в НАД ∙ H 2 и передается в цепь транспорта электронов, встроенную во внутреннюю мембрану митохондрий, т.е. в результате полного оборота цикла Кребса одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО 2 и Н 2 О.
Ацетил-КоА + 3НАД + + ФАД + 2Н 2 О + АДФ + Н 3 РО 4 → 2СО 2 + 3НАД ∙ Н + ФАД ∙ Н 2 + АТФ
- СО 2 выдыхается с воздухом;
- НАДН и ФАДН 2 окисляются в дыхательной цепи;
- АТФ используется на различные виды работы
поставляет водород в дыхательную цепь в виде НАДН и ФАДН 2
Дыхательная цепь (цепь переноса электронов) – это цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе работы которой компоненты дыхательной цепи катализируют перенос протонов (Н + ) и электронов ( е - ) от НАД ∙ H 2 и ФАД ∙ H 2 на их конечный акцептор – кислород, в результате чего образуется Н 2 О (электроны переносятся по дыхательной цепи на молекулу О 2 и активируют её. Активированный кислород сразу же реагирует с образовавшимися протонами (Н + ), в результате чего выделяется вода.
Дыхательная цепь – 12Н 2 О + 34 АТФ + Q T 18 " width="640"
АТФ-синтетаза
Внутренняя мембрана
1/2О 2
Митохондрия
Наружная мембрана
Межмембранное пространство, протонный резервуар
H +
H +
H +
H +
H +
H +
H +
H +
H +
Цепь переноса электронов
Цитохромы
Цитохромы
H +
Н 2 О
ФАД ∙ H 2
H +
НАД + + H +
НАД ∙ H 2
H +
2H +
H +
H +
34АДФ
34АТФ
Цикл Кребса
34Н 3 РО 4
Матрикс
12Н 2 + 6О 2 – Дыхательная цепь – 12Н 2 О + 34 АТФ + Q T
Окислительное фосфорилирование –
это синтез АТФ из АДФ и фосфата с помощью встроенного во внутреннюю мембрану митохондрий фермента АТФ-синтетазы. В этом процессе используется энергия движения электронов и протонов в митохондриальной мембране.
NH 2
два остатка фосфорной кислоты
H 2 C
+ H 2 O
H 3 PO 4
На III этапе образуется 36 АТФ
Рибоза
С 3 Н 4 О 3
Ганс Кребс (1900 – 1981)
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Н 3 РО 4 6СО 2 + 6Н 2 О + 38АТФ
Суммарное уравнение окисления глюкозы состоит из:
- Гликолиза
С 6 Н 12 О 6 + 2НАД + +2АДФ +2Н 3 РО 4 2С 3 Н 4 О 3 + 2НАД ∙ Н 2 + 2АТФ
- Клеточного дыхания
2С 3 Н 4 О 3 + 6О 2 + 36АДФ + 36 Н 3 РО 4 42Н 2 О + 6СО 2 + (36АТФ)
- 2 АТФ в гликолизе – анаэробный этап;
- 2 АТФ – в цикле Кребса и
- 34 АТФ – за счет окислительного
фосфорилирования
Всего: на анаэробном этапе – 2 АТФ, на аэробном этапе – 36 АТФ, в сумме 38 АТФ в расчете на 1 молекулу глюкозы.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Метаболизм. Энергетический обмен Материалы к уроку: Энергетический обмен в клетке 10 класс Кабачкова Е.Н.
Метаболи́зм, или обмен веществ - набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Совокупность химических реакций в организме, которые связаны с синтезом сложных органических соединений, идущие с затратой энергии. Совокупность химических реакций в организме, которые связаны с деградацией (расщеплением) сложных органических соединений до простых, идущие с выделением энергии.
Окисление – потеря электронов или водорода каким-либо соединением. Восстановление – присоединение электронов или атомов водорода. Окисляемое вещество – донор, Восстанавливаемое вещество – акцептор электронов или водорода.
Катаболизм, или энергетический обмен Этапы: Подготовительный Гликолиз (если расщепляется молекула глюкозы) Дыхание
Подготовительный этап Проходит: В лизосомах В отделах пищеварительного тракта Сущность: Сложные органические молекулы под действием ферментов расщепляются до мономеров (глюкозы, аминокислот, жирных кислот, глицерина) Энергия: - Выделяется в виде тепла
Бескислородный (анаэробный) этап Гликолиз (греч. g lycos – сладкий, lysis – расщепляю) Место: Цитоплазма Сущность: Одна шестиуглеродная молекула глюкозы ступенчато расщепляется и окисляется при участии ферментов до двух трехуглеродных молекул пировиноградной кислоты. 4 атома водорода идут на восстановление никотинамидденуклеотида (НАД+)
Кислородный (аэробный) этап Дыхание Место: Митохондрии Сущность: 2 молекулы ПВК поступают на ферментативный кольцевой «конвейер» – цикл Кребса.
1) Попадая в митохондрию ПВК окисляется и превращается в богатое энергией производное уксусной кислоты – Ацетилкоэнзим А. Цикл Кребса
2) ацетил-КоА соединяется с молекулой щавелевоуксусной кислоты, при этом образуется трикарбоновая лимонная кислота.
3) Лимонная кислота окисляется в ходе последующих ферментативных реакций. При этом восстанавливаются 3 молекулы НАД + в НАД●Н, одна молекула ФАД (флавинадениндинуклеотид) в ФАД ●Н 2 и образуется молекула гунозинтрифосфата (ГТФ) с высокоэнергетической фосфатной связью. Энергия ГТФ используется для фосфорилирования АДФ и образования АТФ. Лимонная кислота теряет 2 углеродных атома, за счет которых образуется 2 молекулы углекислого газа.
В сумме, в результате 7 последовательных реакций, лимонная кислота превращается в щавелевоуксусную кислоту. Она в свою очередь соединяется с новой молекулой ацетил-КоА и цикл повторяется.
В процессе окисления глюкозы возникли главным образом молекулы НАД●Н и ФАД●Н 2 и совсем мало синтезировалось молекул АТФ. Именно АТФ является универсальным биологическим аккумулятором энергии. Следующий этап биологического окисления служит превращению энергии, запасенной в НАД●Н и ФАД●Н 2 в энергию АТФ.
Окислительное фосфорилирование (на кристах митохондрий) В ходе этого процесса электроны от НАД●Н и ФАД●Н 2 перемещаются по многоступенчатой цепи переноса электронов к конечному их акцептору – молекулярному кислороду. При переходе электрона со ступени на ступень в определенных звеньях такой цепи, освобождается энергия, которая идет на образование АТФ. Поскольку в этом процессе окисление сопряжено с фосфорилированием, процесс получил название окислительное фосфорилирование. 1931 год, биохимик Энгельгардт
Общая формула энергетического обмена: С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ +38Н 3 РО 4 6СО 2 + 12Н 2 О + 38АТФ
Данная презентация позволяет в доступной форме разобрать с учащимися сложный материал. Всё что необходимо запомнить учащиеся по ходу урока фиксируют в таблице. Для закрепления материала предлагается игра с карточками и работа с текстами.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
УРОК на тему: «Энергетический обмен». учитель высшей категории Бичель Я.С. ГБОУ СОШ № 456 Санкт – Петербург Колпинский район
Повторение пройденной темы.
ТЕСТ ПО ТЕМЕ ФОТОСИНТЕЗ В каких органоидах клетки осуществляется процесс фотосинтеза?
При расщеплении какого соединения выделяется свободный кислород при фотосинтезе?
Как называется процесс разложения воды под действием света?
В какую фазу фотосинтеза образуются АТФ и НАДФ-Н
Образование каких веществ является результатом темновой фазы фотосинтеза?
«Рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменение внешней среды- все эти свойства живого в конечном счете неразрывно связаны с определенными химическими превращениями, без которых ни одно из этих проявлений жизнедеятельности не могло бы существовать» В.А. Энгельгардт
Энергетический обмен- КАТАБОЛИЗМ
Задачи: Сформировать знания о трех этапах энергетического обмена на примере углеводного обмена. Дать характеристику реакциям энергетического обмена. Уметь из сложного материала классифицировать и обобщить материал по этапам, видам и по месту их протекания.
Вспомните вещество, связанное со всеми выписанными словами, определите его роль в клетке? Аденин, рибоза, энергия, 3 остатка фосфорной кислоты, митохондрия, аккумулятор, макроэргическая связь.
Единым и универсальным источником энергии в клетке является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота),которая образуется в результате окисления органических веществ.
Что такое катаболизм? КАТАБОЛИЗМ – это совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений с выделением энергии.
Этапы катаболизма Где происходит Виды Что образуется Итог Итог: Заполни таблицу
Этапы катаболизма углеводов: а) подготовительный б) бескислородный в) кислородный
1 ЭТАП- подготовительный Где происходит? В лизосомах и пищеварительном тракте.
ЧТО ОБРАЗУЕТСЯ? Расщепление полимеров до мономеров. НАПРИМЕР: Белки аминокислоты Жиры глицерин, ВЖК Углеводы глюкоза Что происходит при расщеплении всех этих веществ?
Энергия рассеивается в виде тепла Итог:
2 ЭТАП- бескислородное окисление или гликолиз. Где происходит? В цитоплазме клеток, без кислорода.
Где: В митохондриях. Виды расщепления Гликолиз Спиртовое брожение Молочно-кислое брожение Глюкозы
Гликолиз – процесс расщепления углеводов в отсутствии кислорода под действием ферментов.
Где происходит? В клетках животных Что происходит? С 6 Н 12 О 6 +2Н 3 РО 4 глюкоза фосфорная к-та +2АДФ = 2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ +2Н 2 О ПВК вода Глюкоза с помощью 9 ферментативных реакций окисляется. Итог: э нергия в виде 2 молекул АТФ а) Гликолиз
Где происходит? В растительных и некоторых дрожжевых клетках. Что образуется? 2С 3 Н 4 О 3= 2С 2 Н 5 ОН+2СО 2 +2АТФ ПВК этиловый углекислый спирт газ б) Спиртовое брожение
Где происходит? В животных клетках, в некоторых бактериях. Что образуется? При недостатке кислорода – молочная кислота. ИТОГ: 40% энергии запасается в АТФ, 60% рассеивается в виде тепла в окружающую среду. в) Молочно-кислое брожение
3 ЭТАП- кислородное (аэробное) расщепление. Где происходит?
Внутриклеточное дыхание - полное (до углекислого газа и воды) окисление органических веществ, которое идёт в присутствии внешнего окислителя кислорода и даёт много энергии в виде АТФ.
Этапы кислородного окисления: а) цикл Кребса б) окислительное фосфорилирование
Цикл Кребса – циклический ферментативный процесс полного окисления активированной уксусной кислоты до углекислого газа и воды.
ПВК 3С Ацетил-КоА 2С Лимонная кислота 6С Глутаровая кислота 5С Янтарная кислота 4С Фумаровая кислота 4С Яблочная кислота 4С ЩУК 4С СО 2 2Н СО 2 СО 2 2 Н 2 Н 2 Н 2 Н АТФ
б) окислительное фосфорилирование Итог: 2С 3 Н 4 О 3 + 6 О 2 + 36АДФ + 36 Н3РО4= 36АТФ + 6 СО 2 + 42 Н 2 О энергия в виде 36 молекул (более 60% энергии) АТФ, .
Подумай и ответь Почему при разрушении митохондрий в клетке будет наблюдаться снижение уровня активности, а затем приостановка жизнедеятельности клетки? Сколько всего молекул АТФ образуется в результате энергетического обмена?
ИТОГ Энергия в виде 38 АТФ Суммарное уравнение: С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = = 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 38 АТФ
ВЫВОД: В организме всех живых существ ежедневно, ежечасно, ежесекундно происходит процесс катаболизма. Любое нарушение этого процесса может привести к непоправимым последствиям! И чтобы этот процесс не нарушился необходимо: …
Для образования энергии необходим чистый воздух, т.е. кислород. 2. Для образования энергии необходимы питательные вещества. 3. Для образования энергии необходимы биологические катализаторы, т.е ферменты. 4. Для образования энергии необходимы биологические активаторы, т.е. витамины
Значение дыхания В результате окисления сохраняется равновесие между синтезом органики и её распадом. СО 2 используется для образования карбонатов, накапливается в осадочных породах, для процесса фотосинтеза. Сохраняется равновесие между кислородом и углекислым газом в атмосфере
Рекомендации: 1.Постоянно проветривать помещение, больше гулять на свежем воздухе. 2.Употреблять полноценную пищу, богатую белками, углеводами, жирами. 3.Не исключать из рациона питания молочно-кислые продукты. 4.Не забывать о витаминах.
Домашнее задание: Параграф 11-12 , вопрос 4 таблица, сравнить два процесса окисление и горение.
Клеточное дыхание. Высвобождение потенциальной энергии химических связей Образующиеся в процессе фотосинтеза органические вещества и заключенная в них химическая энергия служат источником заключенная в них химическая энергия служат источником веществ и энергии для осуществления жизнедеятельности всех организмов. Однако использование животными, грибами, многими бактериями синтез создаваемых зелеными растениями органических веществ, на их основе специфических для каждого вида соединений возможны лишь после предварительных преобразований, которые заключаются в расщеплении этих сложных веществ до мономеров и низкомолекулярных веществ: полисахаридов - до нуклеотидов, жиров - до высших карбоновых кислот и глицерина.
Клеточное дыхание - это процесс образования и накопления энергии. Для аэробного - это процесс образования и накопления энергии. Для аэробного Дыхания необходим кислород. Однако некоторые организмы получают энергию из пищи без использования атмосферного кислорода, т.е. в процессе анаэробного дыхания. Таким образом, исходными веществами для дыхания служат богатые энергией органические молекулы, на образование которых в свое время была затрачена энергия. Основным веществом, используемым клетками для получения энергии, является глюкоза.
Аэробное (кислородное) дыхание ЭТАПЫ: 1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ (ЭТАП ПИЩЕВАРЕНИЯ) Включает в себя расщепление полимеров до мономеров. Эти процессы происходят в пищеварительной системе животных или цитоплазме клеток. На данном этапе не происходит накопления энергии в молекулах АТФ, а рассеивается в виде тепла. Образующиеся в ходе подготовительного этапа соединения могут использоваться клеткой в реакциях пластического обмена, а также для дальнейшего расщепления с целью получения энергии.
2. Бескислородный (неполный) этап Он протекает в цитоплазме клеток без участия кислорода. На данном 2. Бескислородный (неполный) этап Он протекает в цитоплазме клеток без участия кислорода. На данном этапе дыхательный субстрат подвергается ферментативному расщеплению. Примером такого процесса является гликолиз – многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (С 6) расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (С 3). При этом от каждой молекулы глюкозы отщепляется четыре атома водорода и образуется две молекулы АТФ. Атомы водорода присоединяются к переносчику НАД (никотинамидадениндинуклеотид), который переходит в свою восстановленную форму НАД*Н+Н +. Суммарная реакция гликолиза имеет вид: С 6 Н 12 О 6 +2АДФ+2Н 3 РО 4 +2НАД + 2С 3 Н 4 О 3 +2АТФ+2НАД*Н+Н + +2Н 2 О Полезный выход энергии этого этапа – две молекулы АТФ, что составляет 40%;60% рассеивается в виде тепла. Полезный выход энергии этого этапа – две молекулы АТФ, что составляет 40%;60% рассеивается в виде тепла.
Креатин У всех позвоночных и некоторых беспозвоночных креатин образуется из креатинфосфата ферментом креатинкиназой. Наличие такого энергетического запаса сохраняет уровень АТФ/АДФ на достаточном уровне в тех клетках, где необходимы высокие в тех клетках, где необходимы высокие концентрации АТФ.
3. Кислородный этап. Он протекает в митохондриях и требует присутствия кислорода. Здесь пировиноградная кислота подвергается расщеплению: 2С 3 Н 4 О 3 +6Н 2 О+8НАД + +2ФАД + 6CO 2 +8НАД*Н 2 +2ФАД*Н 2 +2АТФ Углекислый газ выделяется из митохондрий в цитоплазму клетки, а затем в окружающую среду. Атомы водорода, акцептированные НАД и ФАД (кофермент флавинадениндинуклеотид),вступают в цепь реакций, конечный результат которых – синтез АТФ. Это происходит в следующей которых – синтез АТФ. Это происходит в следующейпоследовательности:
