Напишите итоговое уравнение синтеза атф

Напишите итоговое уравнение синтеза атф

Синтез АТФ происходит в цитоплазме, главным образом в митохондриях, поэтому они и получили название «силовых станций» клетки.

В клетках человека, многих животных и некоторых микроорганизмов главным поставщиком энергии для синтеза АТФ является глюкоза. Расщепление глюкозы в клетке, в результате которого происходит синтез АТФ, осуществляется в две следующих друг за другом стадии. Первую стадию называют гликолизом, или бескислородным расщеплением. Вторую стадию называют кислородным расщеплением.

Гликолиз. Для иллюстрации (не для запоминания) приведем его итоговое уравнение:

Из уравнения видно, что в процессе гликолиза кислород не участвует (поэтому стадия эта и называется бескислородным расщеплением). В то же время обязательным участником гликолиза: являются АДФ и фосфорная кислота. Оба эти вещества всегда имеются, так как они постоянно образуются в результате жизнедеятельности клетки. В процессе гликолиза расщепляются молекулы глюкозы и происходит синтез 2 молекул АТФ.

Итоговое уравнение не дает представления о механизме процесса. Гликолиз — процесс сложный, многоступенчатый. Он представляет собой комплекс (или, лучше сказать, конвейер) следующих друг за другом нескольких реакций. Каждую реакцию катализирует особый фермент. В результате каждой реакции происходит небольшое изменение вещества, а в итоге изменение значительно: из молекул 6-углеродной глюкозы образуются 2 молекулы 3-углеродной органической кислоты. В результате каждой реакции освобождается небольшое количество энергии, а в сумме получается внушительная величина — 200 кДж/моль. Часть этой энергии (60%) рассеивается в виде теплоты, а часть (40%) сберегается в форме АТФ.

Процесс гликолиза происходит во всех животных клетках и в клетках некоторых микроорганизмов. Известное всем молочнокислое брожение (при скисании молока, образовании простокваши, сметаны, кефира) вызывается молочнокислыми грибками и бактериями. Механизм этого процесса тождествен гликолизу.

Кислородное расщепление. После завершения гликолиза следует вторая стадия — кислородное расщепление.

В кислородном процессе участвуют ферменты, вода, окислители, переносчики электронов и молекулярный кислород. Основное условие нормального течения кислородного процесса — это неповрежденные митохондриальные мембраны.

Конечный продукт гликолиза — трехуглеродная органическая кислота — проникает в митохондрии, где под влиянием ферментов вступает в реакцию с водой и полностью разрушается:

Образовавшийся оксид углерода (IV) свободно проходит через мембрану митохондрии и удаляется в окружающую среду. Атомы водорода переносятся в мембрану, где под влиянием ферментов окисляются, т. е. теряют электроны:

Электроны и катионы водорода Н+ (протоны) подхватываются молекулами-переносчиками и переправляются в противоположные стороны: электроны на внутреннюю сторону мембраны, где они соединяются с кислородом (молекулярный кислород непрерывно поступает в митохондрии из окружающей среды):

Катионы Н+ транспортируются на наружную сторону мембраны. В результате внутри митохондрии увеличивается концентрация анионов О r

, т. е. частиц, несущих отрицательный заряд. На мембране снаружи накапливаются положительно заряженные частицы (И ), так как мембрана для них непроницаема. Итак, мембрана снаружи заряжается положительно, а изнутри — отрицательно. По мере увеличения концентрации противоположно заряженных частиц по обеим сторонам мембраны между ними растет разность потенциалов.

Установлено, что в некоторых участках мембраны в нее встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ. В молекуле фермента имеется канал, через который могут пройти катионы H + . Это происходит, однако, в том случае, если разность потенциалов на мембране достигает некоторого критического уровня порядка (200 мВ). По достижении этого значения силой электрического поля положительно заряженные частицы проталкиваются через канал в молекуле фермента, переходят на внутреннюю сторону мембраны и, взаимодействуя с кислородом, образуют воду:

Процесс кислородного расщепления описывается уравнением:

В ходе этого процесса освобождается значительная энергия, 2600 кДж на каждые 2 моля органической кислоты; 45% этой энергии рассеивается в виде тепла, а 55% сберегается, т. е. преобразуется в энергию химических связей АТФ.

Просуммировав уравнения бескислородного и кислородного процессов, получим уравнение полного расщепления, молекулы глюкозы:

Материал этого параграфа позволяет сделать следующие выводы:

1. Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он идет и в пробирке, если имеются все ферменты и субстраты. Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие митохондриальных мембран, так как решающую роль играют происходящие на них электрические явления.

2. Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до оксида углерода (IV) и воды обеспечивает синтез 38 молекул АТФ. Из них в бескислородную стадию синтезируются 2 молекулы, а в кислородную— 36. Кислородный процесс, таким образом, почти в 20 раз более эффективен, чем бескислородный.

3. В жизни клетки нередко возникают ситуации, когда осуществление кислородного процесса затруднено или невозможно (при недостатке кислорода, повреждении митохондрий). В этих случаях клетка с целью получения необходимого для жизни количества АТФ использует только бескислородный процесс. Для этого ей требуется тратить в 20 раз больше глюкозы, чем в норме.

4. Предлагаем решить задачу: сколько АТФ синтезируется клетками человека в сутки? Для решения задачи воспользуемся суммарным уравнением, из которого следует, что при полном расщеплении одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ.

Молекулярная масса глюкозы — 180, АТФ — 504. Таким образом, в результате расщепления 180 г глюкозы синтезируется 504 · 38 = 19152 г АТФ. В сутки энерготраты взрослого человека покрываются доставкой с пищей 600—700 г глюкозы. Если 180 г глюкозы обеспечивают синтез 19 кг АТФ, то 600 г глюкозы дают 63 кг. Итак, в течение суток в теле человека синтезируется (и расходуется!) более 60 кг АТФ. Эта цифра кажется неправдоподобной, но она совершенно точная.

Синтез АТФ в клетке

Аденозинтрифосфорная кислота-АТФ — обязательный энергетический компонент любой живой клетки. АТФ также нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, сахара рибозы и трех остатков молекулы фосфорной кислоты. Это неустойчивая структура. В обменных процессах от нее последовательно отщепляются остатки фосфорной кислоты путем разрыва богатой энергией, но непрочной связи между вторым и третьим остатками фосфорной кислоты. Отрыв одной молекулы фосфорной кислоты сопровождается выделением около 40 кДж энергии. В этом случае АТФ переходит в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ), а при дальнейшем отщеплении остатка фосфорной кислоты от АДФ образуется аденозинмонофосфорная кислота (АМФ).

Схема строения АТФ и превращения ее в АДФ (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000)

АДФ

Следовательно, АТФ — своеобразный аккумулятор энергии в клетке, который «разряжается» при ее расщеплении. Распад АТФ происходит в процессе реакций синтеза белков, жиров, углеводов и любых других жизненных функций клеток. Эти реакции идут с поглощением энергии, которая извлекается в ходе расщепления веществ.

АТФ синтезируется в митохондриях в несколько этапов. Первый из них — подготовительный — протекает ступенчато, с вовлечением на каждой ступени специфических ферментов. При этом сложные органические соединения расщепляются до мономеров: белки — до аминокислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и т. д. Разрыв связей в этих веществах сопровождается выделением небольшого количества энергии. Образовавшиеся мономеры под действием других ферментов могут претерпеть дальнейший распад с образованием более простых веществ вплоть до диоксида углерода и воды.

Схема Синтез АТФ в мвтохондрии клетки

ПОЯСНЕНИЯ К СХЕМЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ПРОЦЕССЕ ДИССИМИЛЯЦИИ

I этап — подготовительный: сложные органические вещества под действием пищеварительных ферментов распадаются на простые, при этом выделяется только тепловая энергия.
Белки ->аминокислоты
Жиры-> глицерин и жирные кислоты
Крахмал -> глюкоза

II этап-гликолиз (бескислородный): осуществляется в гиалоплазме, с мембранами не связан; в нем участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза:

У дрожжевых грибов молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение):

У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и т, д. Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле АТФ сохраняется 40% анергии, а остальная рассеивается в виде теплоты.

III этап-гидролиз (кислородный): осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нем участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота: СзН6Оз+ЗН20 —>3СО2+ 12Н. С02 (диоксид углерода) выделяется из митохондрий в окружающую среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конечный результат которых — синтез АТФ. Эти реакции идут в такой последовательности:

1. Атом водорода Н с помощью ферментов-переносчиков поступает во внутреннюю мембрану митохондрий, образующую кристы, где он окисляется: Н-е—>H+

2. Протон водорода H+ (катион) выносится переносчиками на наружную поверхность мембраны крист. Для протонов эта мембрана непроницаема, поэтому они накапливаются в межмембранном пространстве, образуя протонный резервуар.

3. Электроны водорода e переносятся на внутреннюю поверхность мембраны крист и тут же присоединяются к кислороду с помощью фермента оксидазы, образуя отрицательно заряженный активный кислород (анион): O2 + е—>O2-

4. Катионы и анионы по обе стороны мембраны создают разноименно заряженное электрическое поле, и когда разность потенциалов достигнет 200 мВ, начинает действовать протонный канал. Он возникает в молекулах ферментов АТФ-синтетаз, которые встроены во внутреннюю мембрану, образующую кристы.

5. Через протонный канал протоны водородаH+ устремляются внутрь митохондрий, создавая высокий уровень энергии, большая часть которой идет на синтез АТФ из АДФ и Ф (АДФ+Ф—>АТФ), а протоны H+ взаимодействуют с активным кислородом, образуя воду и молекулярный 02:
( 4Н++202- —>2Н20+02)

Таким образом, О2, поступающий в митохондрии в процессе дыхания организма, необходим для присоединения протонов водорода Н. При его отсутствии весь процесс в митохондриях прекращается, так как электронно-транспортная цепь перестает функционировать. Общая реакция III этапа:

(2СзНбОз + 6Oз + 36АДФ + 36Ф —> 6С02 + 36АТФ + +42Н20)

В результате расщепления одной молекулы глюкозы образуются 38 молекул АТФ: на II этапе — 2 АТФ и на III этапе — 36 АТФ. Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрии и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия. Расщепляясь, АТФ отдает энергию (одна фосфатная связь заключает 40 кДж) и в виде АДФ и Ф (фосфата) возвращается в митохондрии.

Статья «Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Статья «Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Вопросы и задания для проверки домашнего задания по предыдущей теме:

План изучения нового материала:

Синтез АТФ происходит в цитоплазме, главным образом в

митохондриях, поэтому они и получили название «силовых станций

В клетках человека, многих животных и некоторых микроорганизмов

главным поставщиком энергии для синтеза АТФ является

глюкоза. Расщепление глюкозы в клетке, в результате которого

происходит синтез АТФ, осуществляется в две следующих

друг за другом стадии. Первую стадию называют гликолизом

или бескислородным расщеплением. Вторую стадию называют

Гликолиз. Для иллюстрации (не для запоминания) приведем

его итоговое уравнение:

C6Hi20 6 + 2АДФ + 2Н3РО4 -V- 2СзН6Оз + 2АТФ + 2НгО

глюкоза фосфорная молочная

Из уравнения видно, что в процессе гликолиза кислород не

участвует (поэтому стадия эта и называется бескислородным

расщеплением). В то же время обязательным участником гликолиза

являются АДФ и фосфорная кислота. Оба эти вещества

всегда имеются, так как они постоянно образуются в результате

жизнедеятельности клетки. В процессе гликолиза расщепляются

молекулы глюкозы и происходит синтез 2 молекул АТФ.

Итоговое уравнение не дает представления о механизме процесса.

Гликолиз — процесс сложный, многоступенчатый. Он представляет

собой комплекс (или, лучше сказать, конвейер) следующих

друг за другом нескольких реакций. Каждую реакцию

катализирует особый фермент. В результате каждой реакции

происходит небольшое изменение вещества, а в итоге изменение

значительно: из молекул 6-углеродной глюкозы образуются 2

молекулы 3-углеродной органической кислоты. В результате каждой

реакции освобождается небольшое количество энергии, а в

сумме получается внушительная величина — 200 кДж/моль.

Часть этой энергии (6 0% ) рассеивается в виде теплоты, а часть

(4 0% ) сберегается в форме АТФ.

Процесс гликолиза происходит во всех животных клетках и в

клетках некоторых микроорганизмов. Известное всем молочнокислое

брожение (при скисании молока, образовании простокваши,

сметаны, кефира) вызывается молочнокислыми грибками и

бактериями. Механизм этого процесса тождествен гликолизу.

Кислородное расщепление. После завершения гликолиза следует

вторая стадия — кислородное расщепление.

В кислородном процессе участвуют ферменты, вода, окислители,

переносчики электронов и молекулярный кислород. Основное

условие нормального течения кислородного процесса — это

неповрежденные митохондриальные мембраны.

Конечный продукт гликолиза — трехуглеродная органическая

кислота — проникает в митохондрии, где под влиянием ферментов

вступает в реакцию с водой и полностью разрушается:

С3Н6Оз + ЗН20 ЗСОг + 12Н

Образовавшийся оксид углерода (IV) свободно проходит

через мембрану митохондрии и удаляется в окружающую среду.

Атомы водорода переносятся в мембрану, где под влиянием ферментов

окисляются, т. е. теряют электроны:

Электроны и катионы водорода Н+ (протоны) подхватываются

молекулами-переносчиками и переправляются в противопо-

ложные стороны: электроны на внутреннюю сторону мембраны,

где они соединяются с кислородом (молекулярный кислород

непрерывно поступает в митохондрии из окружающей среды):

Катионы Н+ транспортируются на наружную сторону мембраны.

В результате внутри митохондрии увеличивается концентрация

, т. е. частиц, несущих отрицательный заряд.

На мембране снаружи накапливаются положительно заряженные

частицы (Н+ ) , так как мембрана для них непроницаема. Итак,

мембрана снаружи заряжается положительно, а изнутри — отрицательно.

По мере увеличения концентрации противоположно

заряженных частиц по обеим сторонам мембраны между ними

растет разность потенциалов 80 .

Установлено, что в некоторых участках мембраны в нее

встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ. В молекуле

фермента имеется канал, через который могут пройти катионы

Н+ . Это происходит, однако, в том случае, если разность потенциалов

на мембране достигает некоторого критического уровня

порядка (200 мВ). По достижении этого значения силой электрического

поля положительно заряженные частицы проталкиваются

через канал в молекуле фермента, переходят на внутреннюю

сторону мембраны и, взаимодействуя с кислородом, образуют

4Н+ + 2 0 2- 2Н20 + 0 2

При прохождении электронов от атомов водорода (Н) к кислороду

( 0 2) и катионов Н+ через канал синтезирующего АТФ

фермента освобождается значительная энергия, 4 5% которой рассеивается

в виде тепла, а 55% сберегается, т. е. преобразуется

в энергию химических связей АТФ.

2С3Н6Оз + 6 0 2 + 36АДФ + З6Н3РО4 -► 36АТФ + 6С 0 2 + 42Н20

отражает количественную сторону синтеза АТФ в результате

кислородного расщепления 2 молекул органической кислоты.

Просуммировав это уравнение с уравнением гликолиза, получим:

С6Н,206 + 6 0 2 + 38АДФ + З8Н3РО4 -► 38АТФ + 6СЮ2 +

Это уравнение показывает количество синтезированной АТФ

в результате полного, т. е. бескислородного и кислородного,

расщепления молекулы глюкозы.

Материал этого параграфа позволяет сделать следующие выводы:

1. Синтез АТФ в бескислородном процессе не нуждается в

наличии мембран. Если имеются все ферменты гликолиза и необходимые

субстраты, т. е. глюкоза, АДФ и фосфорная кислота,

синтез АТФ идет и в пробирке. В случае кислородного процесса

необходимым условием его осуществления является наличие

мембраны, способной разделить противоположно заряженные

частицы, в результате чего возникает разность потенциалов.

2. Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до оксида углерода

(IV) и воды обеспечивает синтез 38 молекул АТФ. Из них

в бескислородную стадию синтезируются 2 молекулы, а в кислородную

— 36. Кислородный процесс, таким образом, почти в 20

раз более эффективен, чем бескислородный.

3. Существуют организмы, обитающие в бескислородной среде,

например черви, паразитирующие в кишечнике некоторые простейшие

и микробы. Эти организмы лишены ферментов, позволяющих

им осуществлять кислородное расщепление органических

веществ. Они удовлетворяют свою потребность в энергии с помощью

одного малоэффективного бескислородного процесса.

4. Расщепление органических веществ, происходящее в клетке,

часто сравнивают с горением: в обоих случаях происходит

поглощение кислорода и выделение продуктов окисления — оксида

углерода (IV) и воды. Однако при сжигании органического

вещества вся освободившаяся энергия переходит в теплоту, при

окислении глюкозы в клетке в теплоту переходит около 45%

освободившейся энергии, а 55% сберегается в форме АТФ.

Вопросы и задания для закрепления материала в классе и дома:

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 956 человек из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

• Курс добавлен 23.11.2021
• Сейчас обучается 51 человек из 29 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

• Курс добавлен 31.01.2022
• Сейчас обучается 33 человека из 19 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Дистанционные курсы для педагогов

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

33 конкурса для учеников 1–11 классов и дошкольников от проекта «Инфоурок»

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 572 343 материала в базе

Материал подходит для УМК

«Биология», Пономарёва И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. / Под ред. Пономарёвой И.Н.

§ 12. Обеспечение клеток энергией

Другие материалы

• 29.10.2021
• 49
• 1

• 29.10.2021
• 74
• 0

• 29.10.2021
• 48
• 0

• 29.10.2021
• 77
• 0

• 29.10.2021
• 53
• 0

• 29.10.2021
• 41
• 0

• 29.10.2021
• 31
• 0

• 29.10.2021
• 71
• 0

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Добавить в избранное

• 29.10.2021 83
• DOCX 40 кбайт
• 0 скачиваний
• Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Балыбердин Юрий Георгиевич. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

• На сайте: 5 лет и 3 месяца
• Подписчики: 2
• Всего просмотров: 403918
• Всего материалов: 5622

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

В школах Хабаровского края введут уроки спортивной борьбы

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор не планирует переносить досрочный период ЕГЭ

Время чтения: 0 минут

Тринадцатилетняя школьница из Индии разработала приложение против буллинга

Время чтения: 1 минута

В Ленобласти школьники 5-11-х классов вернутся к очному обучению с 21 февраля

Время чтения: 1 минута

ЕГЭ в 2022 году будут сдавать почти 737 тыс. человек

Время чтения: 2 минуты

Инфоурок стал резидентом Сколково

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.