Процесс клеточное дыхание его этапы кратко (Таблица)
Клеточное дыхание — это окислительный, с участием кислорода, распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности.
Общее уравнение процесса дыхания имеет следующий вид:
где Q = 2878 кДж/моль.
Схема процесс клеточное дыхание
Дыхание — процесс многоступенчатый, в нем выделяют две основные стадии: гликолиз и кислородный этап (состоит из 3х подэтапов).
Таблица клеточное дыхание этапы
ATP (АТФ) — это аденозинтрифосфорная кислота, универсальный источник и переносчик энергии
NAD (НАД) — никотинамидадениндинуклеотидфосфата, кофермент
Ацетил-КоА — сложное органическое вещество ацетил-коэнзим А (СН3СО—S)
Пируват — это соли пировиноградной кислоты
Этапы клеточного дыхания
Первый этап: процесс гликолиза
Процесс гликолиза сложный и состоит примерно из десяти этапов. Глюкоза расщепляется («лизируется») на две молекулы пирувата. При этом образуются две молекулы АТР и две молекулы восстановленного кофермента. Эта стадия может протекать анаэробно, в анаэробных условиях (без кислорода или его недостатке) в результате гликолиза образуется молочная кислота (лактат), его еще называют брожение.
Второй этап: превращение пирувата в ацетил-КоА
Превращение пирувата в ацетил-КоА под действием пируватдегидрогеназного комплекса и направляет молекулу пирувата в цикл Кребса. Образуются две молекулы восстановленного кофермента. У эукариот процесс протекает в матриксе митохондрий.
Третий этап: цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот)
Цикл Кребса (трикарбоновых кислот или лимонной кислоты) представляет собой серию окислительных реакций. На каждом витке цикла образуется одна молекула АТР и четыре молекулы восстановленного кофермента. (На каждую молекулу глюкозы приходится два «оборота» цикла.) Это аэробная стадия.
Ацетил-КоА + 3NAD + + PAD + GDP + Фн + 2H2O + КоА-SH = 2КоА-SH + 3NADH + 3H + + PADН2 + GTP + 2CO2 (общее суммарное уравнение цикла)
Четвертый этап: окислительное фосфорилирование
Основное количество молекул АТP вырабатывается на этом этапе. Генерируется градиент протонов и его электрохимический потенциал используется для синтеза 32 молекул АТР. Аэробная стадия.
Кислород — это конечный акцептор восстановительного потенциала, возникающего при окислении органических молекул.
_______________
Источник информации:
1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.
2. Биология для поступающих в вузы / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. — 2008.
Химия дыхания
Разделы: Химия
Цели:
- раскрыть сущность физико-химического процесса дыхания живых организмов, показать взаимосвязь дыхательной и кровеносной системы организма человека;
- продолжить развитие навыков логического мышления;
- способствовать формированию навыков экологического мышления, навыков здорового образа жизни.
Методы: словесный, демонстрационный, использование компьютерных технологий, исследовательский, проблемный метод.
Формы: интегрированный урок – 2 часа.
Методические приемы: поисковая беседа, тестирование, решение задачи, демонстрация слайдов, рисунков, эксперимент.
Оборудование: компьютер, экран, таблица «Система органов дыхания человека», диск А Лекция Жданова В.Г. «О вреде алкоголя и курения», хвоя сосны, фильтры с результатами исследования загрязнения воздуха.
I. Организационный момент
II.Актуализация знаний
Учитель. Дыхание – важнейший физико – химический процесс для большинства живых организмов, обитающих на поверхности Земли, поскольку она наиболее интенсивно связывает организмы с окружающей средой. Главные механизмы дыхания растений и животных были выявлены наукой к началу XX века. Основной функцией дыхания считалось доставка кислорода к тканям, где происходит окисление биотоплива и последующее удаление образовавшихся углекислого газа и воды. Главным реактором, осуществляющим газообмен организма с атмосферой, для высших животных оказались легкие, образование множеством легочных пузырьков – альвеол.
1. Каков же путь воздуха из атмосферы до альвеол?
Ответ ученика с демонстрацией слайда «Дыхательная система человека». (Приложение 1)
– Мы вспомнили о легочном дыхании, когда осуществляется газообмен между воздухом и кровью.
2. Какие виды дыхания еще нам известны?
Ответ ученика: тканевое – когда осуществляется газообмен между кровью и клетками ткани.
3. Для некоторых организмов характерен еще один тип дыхания. Какой?
Возможный ответ из класса: кожное – это дыхание через поверхность тела, заслушивается сообщение учащегося о кожном дыхании, «золотом мальчике». (Приложение 2)
– Итак, мы вспомнили виды дыхания и вспомнили путь атмосферного воздуха до альвеол и обратно.
Информация на слайде
- Внешнее дыхание: поступление кислорода из среды в организм, осуществляемое с помощью специальных органов (легкие, жабры, трахеи и т.д.) или напрямую через поверхность тела.
- Транспорт кислорода: перенос его от органов дыхания ко всем организмам, тканям и клеткам — эта функция обеспечивается кровеносной системой при участии специальных белков – переносчиков кислорода (гемоглобин, миоглобин, гемоцианин и др.)
- Клеточное дыхание и выброс его продуктов: диффузия кислорода в каждую клетку через ее оболочку, использование поступившего кислорода на окисление биотоплива, выход из клеток образовавшихся CO2 и H2O, их перенос в легкие и выброс при выдохе.
– Итак, вернемся к тому, что живые организмы вдыхают воздух – смесь газов: 21% O2, 78% N2, 0,03% CO2, водяные пары, другие компоненты. Газообмен возможен благодаря физическим и химическим свойствам O2 и CO2.
5. Каковы же они? (Выполняется альтернативный тест по двум вариантам)
- Хорошо растворим в воде
- Намного тяжелее воздуха
- Плохо растворим в воде
- Участвует в фотосинтезе
- Является жидкостью
- Бесцветный
- Немного тяжелее воздуха
- Является окислителем в обмене веществ
- Поддерживает горение и дыхание
- Вызывает помутнение известковой воды
- Используется при тушении пожаров
- Молекула электронейтральна
- Газ переходит их области большего давления в область меньшего давления
Ответы:
- O2 – 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12, 13
- CO2 – 2, 3, 4, 6, 10, 11, 12, 13
III. Изучение новой темы
6. Какова же роль хотя бы некоторых химических и физических свойств этих газов на указанных стадиях дыхания?
Проанализируем I стадию дыхания:
– Воздух – в альвеолах, их стенки выстланы молекулами воды, которые, как вам известно, полярны, а молекулы O2 – электронейтральны.
К альвеолам подходят капилляры, в которых протекает кровь. Кислород не задерживается в альвеолах, а быстро за 0,01 сек. диффундирует в капилляры. Почему?
Ответ учащихся: O2 плохо растворим в воде.
– Далее кислород попадает большей частью в эритроциты. Почему?
Ответ учителя: этому способствует почти мгновенное соединение с гемоглобином
1 моль Hb + 4 моль O2
– А сейчас проанализируем III стадию – клеточное дыхание:
O2, поступает в клетку из капилляра
О2 эритроцит CO2, выходит из клетки в капилляр
– Почему это возможно?
– В капилляре > O2, в клетке мало. В каком направлении пойдет диффузия O2?
Ответ учащихся: в направлении клетки. В клетке > CO2 (вследствие обмена веществ), а в крови давления в область H2CO3); значит, по крови к легким идет H2CO3и в альвеолах идет обратный процесс (тот же учащийся составляет уравнениеH2CO3 ––> H2O+ CO2).
– Таким образом, при выдохе в атмосферу выходят эти продукты обмена.
– Какое же свойство CO2 здесь прослеживается?
Ответ учащихся: взаимодействие углекислого газа с водой – явление обратимое.
– Какова же роль кислорода в клетке?
(Приглашается к доске учащийся для совместной работы с учителем)
– В клетке всегда должно быть биотопливо – глюкоза C6H12O6, она взаимодействует с O2, образует CO2 и H2O (учащийся пишет уравнение)
– Роль кислорода – освобождать эту энергию, необходимую для осуществления всех функций организма.
– Как называется эта реакция? Какое химическое свойство O2 здесь прослеживается?
Ответ учащихся: это реакция окисления, а O2 – окислитель.
– Итак, газообмен при дыхании основан на физических и химических свойствах кислорода и углекислого газа.
– II стадия зависит в основном от чистоты кровеносных сосудов, а значит от образа жизни индивида.
(Учащимся предлагается фрагмент из лекции профессора Сибирского Гуманитарно-экологического института, президента международной ассоциации психоаналитиков Жданова В.Г. «О вреде курения»)
– Если вспомнить итоги анкетирования в нашем классе в начале года о вредных привычках, то наверное, некоторым из вас стоит призадуматься.
(Результаты анкетирования заставляют насторожиться, они обсуждены с учащимися и на родительских собраниях.)
– Но состояние нашего здоровья зависит еще и от экологической обстановки. Наш поселок расположен в лесной зоне, на берегу Бирюсы, никаких химических перерабатывающих предприятий нет. Правда, в 12 км от нас идет добыча угля, который транспортируется и в наши учреждения, и на предприятия города Тайшета.
– Что же можно сказать об экологической ситуации поселка в плане чистоты атмосферы? Об этом говорят результаты небольших исследований (Приложение 5)
(2 группы ребят дают отчет по своим домашним экспериментальным заданиям) «Химия в школе» № 2,08 с 70, 71.
– Какие предложения вы можете сделать по сохранению атмосферы нашего поселка? (Учащиеся предлагают, например : озеленение территории, ограничение проезда грузового транспорта по улицам поселка и т.д.)
Выводы: залогом чистоты атмосферного воздуха является сохранение зеленого наряда, который за счет фотосинтеза регулирует газовый баланс планеты: обеспечивает выделение O2 и поглощение CO2
IV. Закрепление
Задача.
Котельная при нашей школе в среднем сжигает 2т угля в сутки. Состав угля: 84% углерода, 5% самородной меди, 3,5% серы, 5% воды, 2,5% негорючих веществ. Какова площадь леса, необходимого для восполнения потери O2, расходуемого на сжигание, если 1 га в сутки даст 10 кг O2?
Работают 3 группы учащихся.
– Приглашается один учащийся для записи данных задачи.
– выясняем, какие компоненты повлекут при сгорании затраты O2.
– учащиеся каждого ряда выполняют самостоятельно расчеты по потреблению O2 при сгорании: I ряд – углерода, II ряд – серы, III ряд – меди;
– найденные затраты суммируются
– выполняются расчеты по нахождению площади леса.
2. По уравнениям реакций горения находим массы затраченного кислорода:
– В заключение урока, еще раз возвращаясь к теме, сделаем выводы о том, что для нормальной жизнедеятельности организма необходим обмен веществ на оптимальном уровне, а это возможно при нормально протекающем газообмене между организмом и средой. Газовый баланс атмосферы поддерживается только благодаря зеленому наряду планеты и потому вечными будут заповеди человека:
1. Построить дом
2. Посадить дерево
3. Вырастить сына
Домашнее задание: § 26-28 стр.132-146
Примечание редакции: из-за размеров, превышающих допустимые Приложение 4 не прилагается.
Анализ общего уравнения дыхания
Дыхание
Определение. Виды дыхания
Для осуществления всех реакций в живых организмах требуется постоянный приток энергии. Основным источником энергии в живой клетке является дыхание.
Дыхание — это окислительно-восстановительный процесс расщепления (диссимиляции) органических веществ (углеводов, липидов) с выделением энергии. При окислении высвобождается та энергия, которую аккумулировали зеленые растения в процессе фотосинтеза.
Общее уравнение дыхания:
Это уравнение аэробного дыхания. Наряду с этим существуют организмы более древние в эволюционном отношении, у которых процесс окисления органических веществ идет в анаэробных условиях. Этот тип окисления впервые был изучен у микроорганизмов и получил название «брожение».
Различают три основные типа брожения:
Лежит в основе производства вина, пива, хлеба
Играет большую роль при изготовлении молочнокислых продуктов, кваса, хлебных заквасок, квашении овощей, получении молочной кислоты.
Вследствие неприятного вкуса и запаха масляной кислоты не находит применения, но оно вызывает порчу пищевых продуктов: картофеля, овощей, вспучивание сыра, прогоркание масла.
Кроме этих основных видов брожения в природе существуют пропионовокислое, уксуснокислое, ацетоновое и другие виды.
Для растений, животных и человека характерен аэробный распад углеводов.
Участие органических веществ в процессе дыхания
В процессе дыхания окислению могут подвергаться не только углеводы, но и жиры, белки и органические кислоты. Определить ориентировочно участие определенного субстрата в дыхании можно, оценивая величину дыхательного коэффициента (ДК), т. е. отношение количества выделившегося диоксида углерода к количеству поглощенного кислорода, согласно общему уравнению дыхания:
При расходовании в процессе дыхания углеводов ДК будет равен 1. Как следует из уравнения,
Однако на окисление в ходе дыхания используются и другие субстраты. Например, при прорастании семян масличных растений на дыхание используются запасные липиды — триацилглицеролы. При окислении триацилгли-церола ДК определяется из следующего уравнения дыхания:
ДК 1, а при анаэробном дыхании ДК равен бесконечности:
Анализ общего уравнения дыхания
Процесс дыхания лежит в основе хранения любого растительного сырья. Анализ общего уравнения показывает, что при дыхании происходят следующие явления:
3.1 Потеря сухой массы вещества. В результате расходования органического вещества на дыхание всегда происходит уменьшение сухой массы хранящегося растительного сырья.
3.2 Изменение газового состава атмосферы, окружающей массу хранящегося сырья, вследствие уменьшения массовой доли кислорода и возрастания диоксида углерода. Количество последнего может увеличиться в сотни раз, благодаря чему аэробное окисление переходит в анаэробное, главным образом в спиртовое брожение с образованием в клетке этилового спирта.
3.3 Выделение воды в виде водяных паров при дыхании. Это приводит к повышению влажности сырья и увеличению интенсивности его дыхания.
3.4 Выделение большого количества энергии в виде теплоты. Вследствие плохой теплопроводности растительной массы теплота накапливается внутри слоя хранящегося сырья.
Под влиянием выделения паров воды, накопления теплоты и роста температуры внутри массы хранящегося сырья начинается процесс самосогревания. Температура может достигать значительных величин, вызывая необратимую порчу сырья. Основными технологическими приемами, предупреждающими самосогревание, в частности зерновых масс, являются сушка, активное вентилирование, охлаждение, а для некоторых видов сырья — химическое консервирование.
Интенсивность дыхания
Количественная характеристика дыхания определяется его интенсивностью. Последняя может быть оценена в соответствии с общим уравнением дыхания следующими показателями: величиной потери массы веществ, окисляемых в ходе дыхания; количеством теплоты, выделяемой при дыхании; количеством поглощенного кислорода и выделенного диоксида углерода.
http://urok.1sept.ru/articles/571295
http://lektsii.org/14-65260.html