Уравнение химической реакции процесса дыхания

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)

1. Хорошо растворим в воде
2. Намного тяжелее воздуха
3. Плохо растворим в воде
4. Участвует в фотосинтезе
5. Является жидкостью
6. Бесцветный
7. Немного тяжелее воздуха
8. Является окислителем в обмене веществ
9. Поддерживает горение и дыхание
10. Вызывает помутнение известковой воды
11. Используется при тушении пожаров
12. Молекула электронейтральна
13. 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.

Что такое химическое уравнение для клеточного дыхания

Что такое химическое уравнение для клеточного дыхания — Разница Между

Содержание:

Клеточное дыхание — это процесс, посредством которого организмы преобразуют биохимическую энергию питательных веществ в АТФ. Этот процесс расщепляет глюкозу на шесть молекул углекислого газа и двенадцать молекул воды. общее химическое уравнение для аэробного дыхания является С₆ЧАС₁₂О₆ + 6O₂ + 6H₂O → 12H₂O + 6CO₂ + 36 / 38ATP
и химические уравнения для анаэробного дыхания являются С₆ЧАС₁₂О₆ → 2C₂ЧАС₅OH + 2CO2 + 2ATP (для брожения этанола) и С₆ЧАС₁₂О₆ → 2C₃ЧАС₆О₃ + 2ATP (для брожения молочной кислоты).

Клеточное дыхание — это катаболический процесс, который расщепляет большие молекулы на маленькие. Энергия, выделяемая при клеточном дыхании, используется в синтезе АТФ. Различные сахара, аминокислоты и жирные кислоты могут быть использованы в качестве субстрата для клеточного дыхания.

Ключевые области покрыты

1. Что такое клеточное дыхание
— определение, факты, виды
2. Что такое химическое уравнение для клеточного дыхания
— Аэробное дыхание, анаэробное дыхание

Ключевые слова: аэробное дыхание, анаэробное дыхание, АТФ, клеточное дыхание, глюкоза

Что такое клеточное дыхание

Клеточное дыхание представляет собой набор химических реакций, связанных с расщеплением питательных веществ на углекислый газ и воду, с образованием АТФ. АТФ является основной энергетической валютой клетки. Клеточное дыхание происходит практически во всех организмах на земле. Питательные вещества, такие как углеводы, белки и жирные кислоты, превращаются в глюкозу и используются в клеточном дыхании. Существует два типа клеточного дыхания: аэробное и анаэробное. Конечным электронным акцептором аэробного дыхания является молекулярный кислород, который является неорганическим соединением при анаэробном дыхании.Общий процесс клеточного дыхания показан в Рисунок 1.

Рисунок 1: Клеточное дыхание

Что такое химическое уравнение для клеточного дыхания

Химические уравнения для всех типов клеточного дыхания описаны ниже.

Аэробного дыхания

Аэробное дыхание является наиболее эффективным типом клеточного дыхания, которое происходит в присутствии кислорода. Три шага аэробного дыхания — гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов.

1. Гликолиз

Гликолиз — это первая стадия аэробного дыхания, которое происходит в цитоплазме. Две молекулы пирувата образуются из одной молекулы глюкозы во время гликолиза. Химическое уравнение для гликолиза,

Глюкоза + 2NAD + 2Pi + 2ADP → 2Pyruvate + 2NADH + 2ATP + 2H + + 2H₂O + Тепло

Эти молекулы пировиноградной кислоты реагируют с коэнзимом-А с образованием ацетил-КоА.

Пируват + 2NAD + + CoA → Ацетил-КоА + NADH + CO₂ + H +

2. Цикл Кребса

Во время цикла Кребса ацетил-КоА полностью разлагается на углекислый газ.

Ацетил КоА + 3NAD + Q + ВВП + Pi + 2H₂O → CoA-SH + 3NADH + 3H + + QH₂ + GTP + 2CO₂

3. Электронная транспортная цепь

Коферменты, полученные в результате двух вышеупомянутых процессов, восстанавливаются путем окислительного фосфорилирования. Высвобожденная энергия сохраняется в АТФ.

Общее химическое уравнение для аэробного дыхания показано ниже.

Анаэробное дыхание

Анаэробное дыхание представляет собой тип клеточного дыхания, которое происходит в отсутствие кислорода. Основным видом анаэробного дыхания является брожение. Можно выделить два типа брожения: брожение в этаноле и брожение молочной кислоты. Первыми шагами обоих методов ферментации являются гликолиз. Сбалансированные химические уравнения как для ферментации этанола, так и для ферментации молочной кислоты приведены ниже.

Брожение этанола

Брожение молочной кислоты

Заключение

Во время клеточного дыхания одна молекула глюкозы расщепляется на шесть молекул углекислого газа и двенадцать молекул воды. Высвобожденная энергия используется при производстве АТФ.

Ссылка:

1. «Шаги клеточного дыхания».Ханская академия,

Аэробное дыхание – полное руководство

Определение

Аэробное дыхание – это процесс, при котором организмы используют кислород для превращения топлива, такого как жиры и сахара, в химическую энергию. По сравнению, анаэробное дыхание не использует кислород.

Дыхание используется всеми клетками для превращения топлива в энергию, которая может использоваться для питания клеточных процессов. Продукт дыхания является молекула называется аденозинтрифосфатом (АТФ), который использует энергию, запасенную в его фосфатных связях, для запуска химических реакций. Его часто называют «валютой» клетка.

Аэробное дыхание намного эффективнее, и вырабатывает АТФ намного быстрее, чем анаэробное дыхание, Это потому, что кислород является отличным акцептором электронов для химических реакций, участвующих в производстве АТФ.

В процессе гликолиза две молекулы АТФ потребляются и четыре производятся. Это приводит к чистому усилению двух молекул АТФ, продуцируемых для каждой молекулы сахара, расщепленной в результате гликолиза. На этом сходство аэробного и анаэробного дыхания заканчивается.

В клетках с кислородом и аэробным дыханием молекула сахара распадается на две молекулы пируват, В клетках, которые не имеют кислорода, молекула сахара расщепляется на другие формы, такие как лактат.

Различия

После гликолиза различные химические процессы дыхания могут идти несколькими путями:

• Клетки, использующие аэробное дыхание, продолжают свою цепочку переноса электронов в высокоэффективном процессе, который в результате дает 38 молекул АТФ из каждой молекулы сахара.
• Клетки, которые лишены кислорода, но обычно не используют анаэробное дыхание, как наши мускул клетки могут оставлять конечные продукты гликолиза сидя, получая только две АТФ на молекулу сахара, которую они расщепляют. Это неэффективный метод получения энергии дыханием.
• Клетки, которые сделаны для анаэробного дыхания, такие как многие типы бактерии, может продолжить цепочку переноса электронов, чтобы извлечь больше энергии из конечных продуктов гликолиза.

После гликолиза клетки, которые не используют кислород для дыхания, но переходят в цепь переноса электронов, могут использовать другой акцептор электронов, такой как сульфат или нитрат, для продвижения своей реакции.

Эти процессы представляют собой тип анаэробного дыхания, называемого «ферментация «. Некоторые типы реакций брожения производят алкоголь и углекислый газ. Вот как алкогольные напитки и хлеб сделаны.

Аэробное дыхание, с другой стороны, отправляет остатки пирувата после гликолиза по совершенно другому химическому пути, этапы которого подробно обсуждаются ниже.

Шаги Аэробного Дыхания

Общее уравнение

Уравнение для аэробного дыхания описывает реагенты и продукты всех его стадий, включая гликолиз. Это уравнение:

1 глюкоза + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 АТФ

Таким образом, 1 молекула шестиуглеродной глюкозы и 6 молекул кислорода превращаются в 6 молекул углекислого газа, 6 молекул воды и 38 молекул АТФ. Реакции аэробного дыхания можно разбить на четыре стадии, описанные ниже.

гликолиз

Гликолиз является первой стадией аэробного дыхания и происходит в цитоплазма клетки. Он включает в себя расщепление 1 молекулы сахара с шестью углеродами на две молекулы пирувата с тремя углеродами. Этот процесс создает две молекулы АТФ.

Общее уравнение выглядит следующим образом:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 PI + 2 NAD + → 2 Пируват + 2 ATP + 2 NADH + 2 H + + 2 H2O

Этот процесс уменьшает кофактор NAD + до NADH. Это важно, так как позже в процессе клеточное дыхание, NADH будет способствовать формированию гораздо большего количества АТФ через митохондрии «s цепь переноса электронов.

На следующей стадии пируват перерабатывают для превращения его в топливо для цикла лимонной кислоты, используя процесс окислительного декарбоксилирования.

Окислительное декарбоксилирование пирувата

2 (Пируват– + Коэнзим A + NAD + → Ацетил-КоА + CO2 + NADH)

Окислительное декарбоксилирование, иногда называемое реакцией связи или реакцией перехода, является связующим звеном между гликолизом и циклом лимонной кислоты. Это, как и гликолиз, происходит в цитоплазме. В этом процессе пируват объединяется с коферментом А для получения ацетил-КоА.

Эта реакция перехода важна, потому что ацетил-КоА является идеальным топливом для цикла лимонной кислоты, который, в свою очередь, может привести в действие процесс окислительного фосфорилирования в митохондриях, которые производят огромное количество АТФ.

Больше NADH также создано в этой реакции. Это означает больше топлива для создания большего количества АТФ позже в процессе клеточного дыхания.

Цикл лимонной кислоты

2 (ACETYL COA + 3 NAD + + FAD + ADP + PI → CO2 + 3 NADH + FADH2 + ATP + H + + COENZYME A)

Реакция происходит дважды для каждой молекулы глюкозы, поскольку существует два пирувата и, следовательно, две молекулы ацетил-КоА, генерируемые для входа в цикл лимонной кислоты.

И NADH, и FADH2 – еще один переносчик электронов для цепи переноса электронов – созданы. Все NADH и FADH2, созданные на предыдущих этапах, теперь вступают в игру в процессе окислительного фосфорилирования.

Таким образом, в каждом цикле цикла два атома углерода вступают в реакцию в форме ацетил-КоА. Они производят две молекулы углекислого газа. Реакции генерируют три молекулы NADH и одну молекулу FADH. Одна молекула АТФ производится.

Окислительного фосфорилирования

Окислительное фосфорилирование является основной энергией, обеспечивающей стадию аэробного дыхания. Он использует свернутые мембраны в митохондриях клетки для производства огромного количества АТФ.

34 (ADP + PI + NADH + 1/2 O2 + 2H + → ATP + NAD + + 2 H2O)

В этом процессе NADH и FADH2 отдают электроны, полученные ими из глюкозы на предыдущих этапах клеточного дыхания, в цепь транспорта электронов в мембране митохондрий.

Цепочка переноса электронов состоит из ряда белковые комплексы которые встроены в митохондриальную мембрану, включая комплекс I, Q, комплекс III, цитохром С и комплекс IV.

Все это в конечном итоге служит для передачи электронов с более высоких на более низкие энергетические уровни, собирая энергию, выделяемую в процессе. Эта энергия используется для питания протонных насосов, которые приводят к образованию АТФ.

Так же, как натриево-калиевый насос клеточная мембрана протонные насосы митохондриальной мембраны используются для генерации градиент концентрации которые могут быть использованы для питания других процессов.

Протоны, которые транспортируются через мембрану, используя энергию, собранную от NADH и FADH2, «хотят» проходить через канальные белки из их области высокой концентрации в их область низкой концентрации.

В частности, белки канала представляют собой синтез АТФ, которые являются ферментами, которые производят АТФ. Когда протоны проходят через АТФ-синтаза они управляют образованием АТФ.

Именно поэтому этот процесс называют митохондриями «электростанциями клетки». Цепочка переноса электронов в митохондриях составляет почти 90% всех АТФ, образующихся в клетке, в результате расщепления пищи.

Это также шаг, который требует кислорода. Без молекул кислорода, чтобы принять истощенные электроны в конце цепи переноса электронов, электроны отступили бы, и процесс создания АТФ не мог бы продолжаться.

Аэробное дыхание – вот почему нам нужны и пища, и кислород, поскольку оба они необходимы для выработки АТФ, который позволяет нашим клеткам функционировать. Мы вдыхаем O2 и выдыхаем одинаковое количество молекул CO2. Откуда появился атом углерода? Это происходит от пищи, такой как сахар и жир, которую вы съели.

Именно поэтому вы дышите тяжелее и быстрее, выполняя сжигание калорий. Ваше тело использует кислород и сахар с большей скоростью, чем обычно, и вырабатывает больше АТФ для питания ваших клеток, а также больше отходов CO2.

Хотя наши клетки обычно используют кислород для дыхания, когда мы используем АТФ быстрее, чем доставляем молекулы кислорода в наши клетки, наши клетки могут выполнять анаэробное дыхание, чтобы удовлетворить свои потребности в течение нескольких минут.

Интересный факт: накопление лактата в результате анаэробного дыхания является одной из причин, почему мышцы могут чувствовать боль после интенсивные упражнения!