Статья "Энергетический обмен" и презентация к ней

Энергетический обмен.

Цели урока:

1. Выяснить, почему при окислении органических веществ высвобождается энергия;
2. Дать характеристику реакциям подготовительного обмена и гликолиза;
3. Раскрыть сущность кислородного этапа диссимиляции, определить роль митохондрий в его осуществлении;
4. Установить взаимосвязь между строением и функциями митохондрий.

Ход урока

Какие типы питания организмов вам известны?

- Гетеротрофное и автотрофное

Какие организмы называются автотрофными? Приведите примеры.

- Автотрофные организмы используют энергетически бедные вещества и энергию света.

Какие организмы называются гетеротрофными? Приведите примеры.

- Гетеротрофные организмы поглощают вещества, имеющие большой запас химической энергии.

Назовите основной источник энергии на Земле. Как аккумулируется эта энергия?

- Основной источник энергии на Земле- это Солнце. Солнечная энергия в результате сложного многоступенчатого процесса фотосинтеза аккумулируется в виде органических веществ- белков, жиров, углеводов и АТФ.

Животные организмы не способны использовать энергию света и получают её за счёт окисления органических соединений, поступающих с пищей. Для всех организмов характерен обмен веществ или метаболизм.

Вспомните, какие виды обмена веществ вам известны?

- Энергетический и пластический.

С поступлением пищи в организм начинается энергетический обмен. Он состоит из трёх этапов.

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный
2. Бескислородный
3. Кислородное расщепление.

Первый этап – подготовительный.

Что происходит с органическими веществами в процессе пищеварения?

- Сложные органические вещества расщепляются до простых соединений или мономеров

Белки----------аминокислоты

Липиды--------глицерин + жирные кислоты

Углеводы------глюкоза

Мономеры вместе с кровью поступают в клетки, где претерпевают дальнейшие изменения.

Что такое анаболизм?

Что такое катаболизм?

Как взаимосвязаны анаболизм и катаболизм в едином процессе обмена веществ?

Наиболее энергетически ценными из органических веществ являются углеводы, в частности глюкоза. Образование АТФ происходит главным образом в митохондриях.

АТФ – важнейшее органическое соединение, обеспечивающее энергией все клеточные функции.

АТФ:	аденин ----------	рибоза ----------	3 остатка фосф. к-ты
	азотистое	углевод
	основание

Ковалентные полярные связи между остатками фосфорной кислоты в АТФ очень богаты энергией, поэтому они называются макроэргическими. Молекула АТФ может отщеплять от себя 3-й и 2-й фосфорные остатки, разрывая химические связи между ними. При этом она превращается сначала в АДФ, а затем в АМФ. Это превращение сопровождается выделением больщого количества энергии.

АТФ = АДФ + Н₃РО₄

АДФ = АМФ + Н₃РО₄

Второй этап – гликолиз.

Осуществляется без участия кислорода, поэтому его ещё называют бескислородный или неполное расщепление. Образуется промежуточный продукт – пировиноградную кислоту, которая в дальнейшем в животных клетках превращается в молочную кислоту.

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ +2Н2О
С6Н12О6 = 2С3Н4О3 +4Н + 2АТФ
С6Н12О6 = 2С3Н4О3 = 2С3Н6О3
Глюкоза	ПВК	Молочная	Кислота

Обязательными участниками гликолиза обязательно являются АДФ и Н₃РО₄. Оба эти вещества всегда имеются в клетке, так как они образуются в результате её жизнедеятельности. В процессе гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются 2 молекулы АТФ.

Гликолиз – сложный многоступенчатый процесс, состоящий из 10 следующих друг за другом реакций. Каждую реакцию катализирует свой особый фермент. В результате освобождается небольшое количество энергии порядка 200 кДж/моль глюкозы. 60% данной энергии рассеивается в виде тепла, а 40% - идет на синтез АТФ.

В клетках человека и животных глюкоза расщепляется до молочной кислоты. Этот вид гликолиза присущ некоторым видам бактерий и грибков и лежит в основе приготовления кислого молока, простокваши, кефира и др. молочнокислых продуктов питания.

Дрожжевые грибки в процессе синтеза АТФ расщепляют глюкозу до Этилового спирта и СО₂. Происходит спиртовое брожение. Промежуточные реакции гликолиза и спиртового брожения сходны, но конечные продукты различны. На спиртовом брожении основано приготовление вина, пива, кваса. Тесто, замешанное на дрожжах, даёт пористый, вкусный хлеб.

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2Н₂0 + 2АТФ

Выполнить задания:

Задание 1.

Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ:

А) 18
Б) 36
В) 9
Г) 27

Задание 2.

На первом этапе своего расщепления глюкоза:

А) окисляется до углекислого газа и воды
Б) не изменяется
В) подвергается брожению
Г) расщепляется до двух трёхуглеродных молекул.

Третий этап– кислородное расщепдение.

Третий этап энергетического обмена – кислородное расщепдение. Данный этап происходит при участии кислорода и воды поэтому его ещё называют аэробное дыхание и гидролиз. Аэробное дыхание осуществляется в митохондриях. Для того, чтобы понять механизм аэробного дыхания, нужно вспомнить строение митохондрий.

(Один учащийся рассказывает о строении митохондрий.)

Аэробное дыхание связано с матриксом митохондрий и внутренней мембраной. В этом процесс принимают участие, кроме субстратов ещё

1. ферменты
2. молекулы-переносчики
3. молекулярный кислород
4. вода.

Основное условие нормального течения кислородного процесса - целостность митохондриальных мембран

В процессе аэробного дыхания расщеплению подвергается молочная кислота. Она проникает в митохондрии, где она полностью разрушается.

C₃H₆O₃+3H₂O=3CO₂+12H

Этот процесс можно разделить на три стадии:

1) Окислительное декарбоксилирование

2) Цикл Кребса

3) Электронтранспортная цепь.

1). Окислительное декарбоксилирование. Пировиноградная кислота соединяется с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А. При этом от пировиногадной кислоты отщепляются молекулы СО₂ и атомы Н. Атомы водорода запасаются в виде НАД*Н₂. НАД*Н₂ направляется в дыхательную цепь митохондрии. СО2 удаляется в окружающую среду как побочный продукт реакции.

С₃Н₄О₃ + КоА + НАД = СО₂ + Ацетил-КоА + НАД*Н₂

2). Цикл Кребса- цикл трикарбоновых кислот, назван в честь англ. учёного Ганса Кребса, открывшего этот процесс. Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий. При взаимодействии ацетил-КоА с щавелево-уксусной кислотой образуется лимонная кислота. Далее осуществляется ряд превращений, заканчивающихся образованием щавелево-уксусной кислоты для нового цикла. Кроме этого выделяется две молекулы СО₂, одна молекула АТФ и четыре пары атомов Н. Водородные атомы присоединяются к НАД и попадают в дыхательную цепь.

3). Электронтранспортная цепь осуществляется на внутренней мембране митохондрий. Атомы водорода молекулами-переносчиками переносятся во внутреннюю митохондриальную мембрану, где они окисляются, т.е. теряют электроны.

Н - е = Н⁺

Электроны и ионы водорода с помощью молекул-переносчиков транспортируются в противоположные стороны: электроны – на внутреннюю сторону мембраны, а ионы водорода – на наружную сторону.

Неповреждённая митохондриальная мембрана для ионов непроницаема, поэтому на наружной стороне мембраны нарастает концентрация ионов водорода. Вследствие увеличения концентрации протонов эта сторона приобретает положительный заряд. Электроны в свою очередь молекулами переносчиками переправляются на внутреннюю мембрану, где они соединяются с кислородом.

О₂ + е =О^-₂

Молекулярный кислород диффундирует в митохондрии из окружающей среды. Следовательно, катионы водорода и ионы кислорода по обе стороны мембраны создают разноимённо заряженное электрическое поле.

В некоторых участках мембраны встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ (АТФ-синтетаза). В молекуле АТФ-синтетазы имеется канал, через который могут пройти протоны водорода. Это происходит только в том случае, если разность потенциалов достигнет порядка 200мВ.При достижении этого значения протоны силой электрического поля проталкиваются через протонный канал в молекуле АТФ-синтетазы на внутреннюю сторону мембраны. На внутренней стороне мембраны протоны водорода взаимодействуют с ионами кислорода и образуют воду:

О^-₂ + 4Н⁺ = 2 Н₂О

При прохождении ионов водорода через канал в молекуле АТФ-синтетазы происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Многие реакции кислородного расщепления сопровождаются освобождением энергии. В сумме это довольно большая величина -2600кДж на каждые 2 моля молочной кислоты. 45% этой энергии рассеивается в виде теплоты, а 55% - сберегается в виде АТФ.

Процесс кислородного расщепления выражается уравнением:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36АДФ+36Н₃РО₄= 6СО₂ +6Н₂О + 36АТФ+36Н₂О

Просуммировав это уравнение с уравнением гликолиза получим итоговое уравнение:

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

2С₃Н₆О₃ +6О₂ +36АДФ+36Н₃РО₄ = 6СО₂+36АТФ+42Н₂О

_____________________________________________________________

С₆Н₁₂О₆+6О₂+38АДФ+38Н₃РО₄=6СО₂ + 38АТФ + 44Н₂О

Это уравнение показывает, что в результате полного расщепления глюкозы образуются конечные продукты распада – вода и углекислый газ, а самое главное – синтезируется 38 молекул АТФ, в которых запасается большая часть энергии.

Задание 1:

Окисление ПВК при аэробном дыхании происходит в:

A. хлоропластах
B. цитоплазме
C. матриксе
D. митохондриях

Задание 2: Ступенчатость окисления глюкозы позволяет:

A. Получить больше энергии
B. Предохранить клетку от перегрева
C. Экономнее расходовать кислород
D. Сократить количество получаемой энергии.

Таким образом можно сделать выводы:

1. Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он идёт в пробирке , если имеются все необходимые субстраты и ферменты.
2. Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие неповреждённых митохондриальных мембран
3. Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до СО2 и Н2О обеспечивает синтез 38 молекул АТФ

Закрепление:

Задание №1. Заполните пропуски в тексте:

Органические вещества образуются в растительных клетках из __________ и ________ в процессе ______________.

Животные получают эти вещества в _____________________________.

В клетках гетеротрофных организмов при _______________________ органических веществ их энергия переходит в энергию _______________. При этом гетеротрофные организмы выделяют _____________ и __________ .

Задание №2. Укажите пункт, в котором правильно записан процесс расщепления органических веществ в организме животного:

А) белки —> нуклеотиды —> углекислый газ и вода
Б) жиры —> глицерин + жирные кислоты —> углекислый газ и вода
В) углеводы —> моносахариды —> дисахариды —> углекислый газ и вода
Г) белки —> аминокислоты —> вода и аммиак.

Задание №3. На первом этапе своего расщепления глюкоза:

А) окисляется до углекислого газа и воды
Б) не изменяется
В) подвергается брожению
Г) расщепляется до двух трёхуглеродных молекул.

Задание №4. Окисление ПВК при аэробном дыхании происходит в:

A. хлоропластах
B. цитоплазме
C. матриксе
D. митохондриях

Задание №5. Ступенчатость окисления глюкозы позволяет:

A. Получить больше энергии
B. Предохранить клетку от перегрева
C. Экономнее расходовать кислород
D. Сократить количество получаемой энергии

Задание №6. Где протекает синтез АТФ:

A. хлоропластах
B. цитоплазме
C. матриксе
D. митохондриях

Задание №7.Анаэробный гликолиз происходит в:

А) клетках мыщц при накоплении молочной кислоты
Б) митохондриях при образовании АТф
В) эритроцитах человека
Г) хлоропластах в световой фазе

Задание №8. Получают энергию за счёт анаэробного гликолиза:

А) камбала
Б) бычий цепень
В) глюкоза
Г) воробей

Задание №9. Если сравнить АТФ с аккумулятором, то в каком случае “аккумулятор” заряжается, а каком разряжается.

Приложение