Презентация на тему энергетический обмен. Презентация "Энергетический обмен в клетке" презентация к уроку по биологии (10 класс) на тему. рассеивается в виде тепла в

Основные превращения при гликолизе (бескислородный этап) Осуществляется в гиалоплазме, с мембранами не связан; в нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. Осуществляется в гиалоплазме, с мембранами не связан; в нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. C 6 H 12 O 6 C 3 H 6 O 3 +Q C 6 H 12 O 6 C 3 H 6 O 3 +Q 60% теплота 60% теплота 40% на синтез 40% на синтез 2 АТФ 2 АТФ

Основные превращения при спиртовом брожении В клетках растительного организма бескислородный этап протекает в форме спиртового брожения. В клетках растительного организма бескислородный этап протекает в форме спиртового брожения. C 6 H 12 O 6 C 2 H 5 OH+ CO 2+2АТФ C 6 H 12 O 6 C 2 H 5 OH+ CO 2+2АТФ

Кислородный этап энергетического обмена (аэробное дыхание или гидролиз) Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота. Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота. C 3 H 6 O 3 +3H 2 O 3CO 2 + 6H 2 O C 3 H 6 O 3 +3H 2 O 3CO 2 + 6H 2 O

Брожение – это процесс: Брожение – это процесс: А) Расщепления органических веществ в анаэробных условиях; А) Расщепления органических веществ в анаэробных условиях; Б) окисление глюкозы; Б) окисление глюкозы; В) синтез АТФ в митохондриях; В) синтез АТФ в митохондриях; Г) превращение глюкозы в гликоген; Г) превращение глюкозы в гликоген;

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:

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.

Метаболизм
Метаболизм (обмен
веществ и энергии)
Анаболизм (ассимиляция,
пластический обмен,
синтез органических
веществ)
Катаболизм
(диссимиляция,
энергетический обмен,
распад органических
веществ)
С затратой энергии
синтезируются углеводы,
белки, жиры. ДНК, РНК,
АТФ
С освобождением
энергии, распадаются орг.
вещества, конечные
продукты: CO2, H2O, АТФ

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) универсальный поставщик энергии в клетках всех
живых организмов.
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + 40 кДж
АДФ + Н2О → АМФ + Н3PО4 + 40 кДж

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция,
биосинтез) – это когда из простых веществ с
затратой энергии образуются
(синтезируются) более сложные.
Примеры: фотосинтез, синтез белка.
Энергетический обмен (катаболизм,
диссимиляция, распад) – это когда сложные
вещества распадаются (окисляются) до более
простых, и при этом выделяется энергия,
необходимая для жизнедеятельности.
Примеры: гликолиз, переваривание пищи.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
у АЭРОБОВ
1.Подготовительный
2. Бескислородный
3.Кислородный
У АНАЭРОБОВ
1.Подготовительный
2.Бескислородный

1 ЭТАП – подготовительный

Где происходит?
В лизосомах и пищеварительном тракте.

Процессы происходящие на 1 этапе

Расщепление полимеров до мономеров.
В пищеварительной системе крупные молекулы
пищи распадаются:
Полисахариды → глюкоза,
Белки → аминокислоты,
Жиры → глицерин и жирные кислоты.
Энергия рассеивается в виде тепла (АТФ не
образуется). Мономеры всасываются в кровь и
доставляются к клеткам.

2 ЭТАП – бескислородный, неполное окисление, анаэробное дыхание – гликолиз, брожение.

Где происходит?
В цитоплазме клеток, без кислорода.

Виды расщепления
глюкозы
Гликолиз
Спиртовое
брожение
Молочно-кислое
брожение

Гликолиз
Гликолиз – процесс расщепления углеводов в
отсутствии кислорода под действием ферментов.
Где происходит?
В клетках животных
(митохондриях)
Что происходит?
Глюкоза с помощью
ферментативных реакций
окисляется
С6Н12О6 + 2Н3РО4 +2АДФ → 2С3Н4О3 + 2АТФ +2Н2О
глюкоза
фосфорная
ПВК
вода
кислота
Итог: энергия в виде 2 молекул АТФ.

Спиртовое брожение
Где происходит?
Что происходит и
образуется?
В растительных и некоторых
дрожжевых клетках вместо
гликолиза
На спиртовом брожении
основано приготовление
вина, пива, кваса. Тесто,
замешанное на дрожжах,
даёт пористый, вкусный
хлеб
С6Н12О6 + 2Н3РО4 +2АДФ → 2С2Н5ОH + 2CO2 + 2АТФ + 2Н2О
глюкоза фосфорная
этиловый
вода
кислота
спирт

Молочно - кислое брожение
Где происходит? В клетках человека
животных, в некоторых видах
бактерий и грибов
Что образуется? При недостатке кислорода –
молочная кислота. Лежит в
основе приготовления кислого
молока, простокваши, кефира и
др. молочнокислых продуктов
питания.
ИТОГ: 40% энергии запасается в АТФ, 60%
рассеивается в виде тепла в окружающую среду.

3 ЭТАП – кислородный, полное окисление,
аэробное дыхание
Что происходит? Дальнейшее окисление
продуктов гликолиза до СО2 и
Н2О с помощью окислителя О2 и
ферментов и дает много энергии
в виде АТФ.
Где происходит? Осуществляется в
митохондриях, связан с
матриксом митохондрий и ее
внутренними мембранами.
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 →
6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

Этапы кислородного окисления:
а) окислительное декарбоксилирование ПВК
б) цикл Кребса – цикл трикарбоновых кислот.
в) окислительное фосфорилирование

ПВК 3С
СО2
2Н
Ацетил-КоА 2С
ЩУК 4С
Яблочная
кислота 4С
Лимонная
кислота 6С
2Н
2Н
2Н
Фумаровая
кислота 4С
СО2
Глутаровая
кислота 5С
2Н
СО2
АТФ
Янтарная кислота 4С

Цикл Кребса – циклический ферментативный процесс полного окисления органических веществ, образовавшихся в процессе гликолиза до углекис

Цикл Кребса – циклический
ферментативный процесс
полного окисления
органических веществ,
образовавшихся в процессе
гликолиза до углекислого
газа, воды и энергии
запасаемой в молекулах АТФ.
Ханс Адольф Кребс
(1900-1981г.г.)

Суммарное уравнение реакции энергетического
обмена
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 → 6СО2 + 36АТФ + 42Н2О
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 38АТФ + 44Н2О
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6H2O + 38АТФ
ИТОГ: Энергия в виде 38АТФ
Вывод: Для образования энергии необходимы:
1. Чистый воздух, т.е. кислород.
2. Питательные вещества.
3. Биологические катализаторы, т.е ферменты.
4. Биологические активаторы, т.е. витамины.

Значение дыхания
Рекомендации
1. В результате окисления
сохраняется равновесие
между синтезом органики и
её распадом.
2. СО2 используется для
образования карбонатов,
накапливается в осадочных
породах, для процесса
фотосинтеза.
3. Сохраняется равновесие
между кислородом и
углекислым газом в
атмосфере.
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.

Различия
Сходства фотосинтеза
и аэробного дыхания
Фотосинтез
Аэробное
дыхание
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
5
6
6
7
7

Сравнение фотосинтеза и аэробного дыхания
Сходства фотосинтеза и
аэробного дыхания
Различия
Фотосинтез
Аэробное дыхание
1. Необходим механизм обмена СО2
и О2.
1. Анаболический процесс,
из простых неорганических
соединений (СО2 и Н2О)
синтезируются углеводы.
1. Катаболический процесс,
углеводы расщепляются до
СО2 и Н2О.
2. Необходимы специальные
органеллы (хлоропласты,
митохондрии).
2. Энергия АТФ
накапливается и запасается
в углеводах.
2. Энергия запасается в
виде АТФ.
3. Необходима цепь транспорта ē,
встроенная в мембраны.
3. О2 выделяется.
3. О2 расходуется.
4. Происходит фосфорилирование
(синтез АТФ).
4. СО2 и Н2О потребляются.
4. СО2 и Н2О выделяются.
5. Происходят циклические
5. Увеличение органической
реакции (цикл Кальвина –
массы.
фотосинтез, цикл Кребса – аэробное
дыхание).
5. Уменьшение
органической массы.
6. У эукариот протекает в
хлоропластах.
6. У эукариот протекает в
митохондриях.
7. Только в клетках,
содержащих хлорофилл, на
свету.
7. Во всех клетках в
течение жизни
непрерывно.

Решение задач.

Задача 1. В процессе диссимиляции произошло
расщепление 7 моль глюкозы, из которых
полному
(кислородному)
расщеплению
подверглось только 2 моль. Определите:
а) сколько молей молочной кислоты и
углекислого газа при этом образовано;
б) сколько молей АТФ при этом синтезировано;
в) сколько энергии и в какой форме
аккумулировано в этих молекулах АТФ;
г) Сколько молей кислорода израсходовано на
окисление
образовавшейся
при
этом
молочной кислоты.

Решение задачи 1. 1) Из 7 моль глюкозы 2 подверглись полному расщеплению, 5 – не полному (7-2=5); 2) составляем уравнение неполного расщепления 5 мо

Решение задачи 1.
1) Из 7 моль глюкозы 2 подверглись полному расщеплению, 5
– не полному (7-2=5);
2) составляем уравнение неполного расщепления 5 моль
глюкозы:
5C6H12O6 + 5 2H3PO4 + 5 2АДФ = 5 2C3H6O3 + 5 2АТФ + 5 2H2O
3) составляет суммарное уравнение полного расщепления 2
моль глюкозы:
2С6H12O6 + 2 6O2 +2 38H3PO4 + 2 38АДФ = 2 6CO2+2 38АТФ +
2 6H2O + 2 38H2O
4) суммируем количество АТФ: (2 38) + (5 2) = 86 моль АТФ;
5) определяем количество энергии в молекулах АТФ:
86 40кДж = 3440 кДж.

Ответ к задаче 1: а) 10 моль молочной кислоты, 12 моль CO2; б) 86 моль АТФ; в) 3440 кДж, в форме энергии химической связи макроэргических связей в молек

Ответ к задаче 1:
а) 10 моль молочной кислоты, 12 моль CO2;
б) 86 моль АТФ;
в) 3440 кДж, в форме энергии химической связи
макроэргических связей в молекуле АТФ;
г) 12 моль О2.