Презентація "Клітинне дихання"

КЛІТИННЕ ДИХАННЯ, ЙОГО БІОХІМІЧНІ МЕХАНІЗМИ

ОБМІН ЕНЕРГІЇ — це сукупність процесів, що забезпечують надходження, перетворення та видалення енергії у біосистемах. Основним джерелом світлової енергії є Сонце, а хімічної - хімічні зв'язки готових органічних речовин.

Енергетичні перетворення світлової чи хімічної енергії у клітинах відрізняються від енергетичних процесів неживої природи тим, що: а) основою є окисно-відновні реакції, що відбуваються за участі ферментів; б) мають поступовий (поетапний) характер; в) здійснюються за участі високоспеціалізованих структур — фотомембран, мезосом, мітохондрій та хлоропластів; г) для акумулювання, збереження й внутрішнього перенесення енергії слугує АТФ.

Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) — органічна сполука, що належить до вільних нуклеотидів і є універсальним хімічним акумулятором енергії у клітині. Молекула АТФ є нуклеотидом, який складається із аденіну, рибози і трьох залишків ортофосфатної

Під час відщеплення фосфатної групи від АТФ вивільняється близько 42 к. Дж енергії та утворюється АДФ (аденозиндифосфатна кислота). Коли ж від молекули АТФ відщеплюються два фосфат-йони, то утворюється АМФ (аденозинмонофосфатна кислота) і звільняється близько 84 к. Дж енергії. Процеси розщеплення й утворення АТФ відбуваються постійно відповідно до схеми:

Енергія макроергічних зв'язків АТФ вивільняється в реакціях гідролізу і використовується для виконання будь-якої роботи клітини. Синтез АТФ відбувається завдяки реакціям фосфорилювання, що можуть здійснюватися в цитоплазмі (субстратне фосфорилювання) в мітохондріях (окиснювальне фосфорилювання) В хлоропластах (фотофосфорилювання).

У живій природі розрізняють три основні способи отримання енергії. Перший із них властивий автотрофним організмам, другий — гетеротрофним, третій властивий авто- й гетеротрофам:

1. У автотрофних організмів зовнішня енергія поглинається хлорофілом (бактеріохлорофілом) й перетворюється в хімічну енергію АТФ. Далі з вуглекислого газу й води в темновій фазі синтезується глюкоза.

В живій природі цей спосіб властивий фотоавтотрофам, у яких спостерігається кисневий фотосинтез (ціанобактерії, рослини)бактеріальний фотосинтез, що на відміну від кисневого фотосинтезу відбувається в анаеробних умовах без виділення кисню (пурпурні й зелені сіркобактерії).

Поряд з фотосинтезом зв'язування вуглекислого газу в природі здійснюється в процесі хемосинтезу з використанням хімічної енергії окиснення неорганічних сполук (сірко-, залізо- та нітрифікуючі бактерії).

2. У гетеротрофних організмів хімічна енергія поживних речовин перетворюється в процесах клітинного дихання в енергію макроергічних зв'язків АТФ . Ці енергетичні перетворення відбуваються в мітохондріях як процеси гліколізу, бродіння, субстратного та окиснювального фосфорилювання.

3. У автотрофних й гетеротрофних організмів внутрішньоклітинні перетворення енергії АТФ в різні форми енергії (електричну, світлову, теплову, механічну) сприяють виконанню клітиною процесів життєдіяльності. Частина цієї енергії втрачається у вигляді теплоти.

Ознаками подібності є утворення таких універсальних речовин: піровиноградна кислота й АТФ, використання кисню як акцептора електронів й Гідрогену, розщеплення до кінцевих продуктів Н2 О і СО2, використання подібних ферментів. КЛІТИННЕ ДИХАННЯ — це сукупність процесів біологічного окиснення поживних речовин з вивільненням хімічної енергії, що акумулюється в АТФ. Процеси дихання в клітинах організмів різних царств живої природи подібні за багатьма ознаками.

Типи клітинного дихання:

Етапи енергетичного обміну

ЕТАПИ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ОБМІНУ{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Назва етапу. ХарактеристикаІ. Підготовчий (у травних вакуолях, лізосомах чи травному каналі; вивільняється всього 0,2—0,8 % енергії)Під дією травних ферментів складні органічні сполуки розщеплюються до сполук, що їх може засвоювати організм. Енергетичний ефект цього етапу незначний, і вся енергія розсіюється у вигляді теплотиІІ. Безкисневий (анаеробний) (у гіалоплазмі клітин; вивільняється лише 5—7 % енергії)Прості органічні сполуки розщеплюються без участі кисню: розщеплення глюкози — гліколіз, жирних кислот — ліполіз, амінокислот — протеоліз. Енергетичний ефект гліколізу — 200 к. Дж (116 к. Дж — на теплоту, 84 к. Дж — на АТФ): С6 Н12 О6 + 2 АДФ + 2 Н3 РО4 —> 2 С3 Н4 О3 + 2 Н2 О + 2 АТФІІІ. Кисневий (аеробний) (у матриксі й на кристах мітохондрій за участі кисню; вивільняється основна кількість енергії (понад 90 %)Аеробне перетворення вуглеводів продовжується завдяки розщепленню піровиноградної кислоти до води і вуглекислого газу. Енергетичний ефект: 2600 к. Дж (1088 к. Дж — на теплоту, 1512 к. Дж — на АТФ):2 С3 Н4 О3 + 6 О2 + 36 Н3 РО4 + 36 АДФ —> 6 СО2 + 42 Н2 О + 36 АТФ

Бродіння – процес розкладу органічних речовин (здебільшого вуглеводів) у безкисневих умовах. До бродіння здатні клітини дріжджів,молочнокислих бактерій, мукорових грибів та ін. Крім спиртового і молочнокислого бродіння в організмів є ще масляно-, оцтово-, пропіоновокисле, метанове та ін. Кожен тип бродіння характеризується специфічними кінцевими продуктами.

Стадії аеробного дихання ▪ Перша стадія. Окиснювальне декарбоксилювання – це перетворення піровиноградної кислоти (продукт безкисневого розщеплення малих біомолекул) на ацетилкоензим А (ацетил-Ко. А). ▪ Друга стадія. Цикл Кребса (цикл трикарбонових кислот) – циклічна послідовність ферментативних реакцій у матриксі мітохондрій, у результаті яких ацетил-Ко. А окиснюється до СО2 з вивільненням енергії й утворенням атомів Гідрогену.▪ Третя стадія. Окиснювальне фосфорилювання – це біосинтез АТФ із АДФ й неорганічного ортофосфату за рахунок енергії, що вивільняється й акумулюється за участі ферментів дихального ланцюга. Цей процес відбувається вже на кристах мітохондрій.

Схема процесів клітинного дихання

Сумарним енергетичним результатом розщеплення 1 моль глюкози є; 2800 к. Дж енергії (200 к. Дж + 2600 к. Дж),з якої в 38 молекулах АТФ акумулюється 55 % (42 к. Дж . 38 = 1596 к. Дж), а 45 % (1204 к. Дж) – розсіюється у вигляді теплоти. Рівняння повного розщеплення глюкози: С6 Н12 О6 + 6 О2 + 38 АДФ + 38 Н3 РО4 → 6 СО2 + 44 Н2 О + 38 АТФОтже, клітинне дихання є сукупністю процесів,під час яких розщеплюються поживні речовини, вивільняється хімічна енергія та акумулююється в макроергічних зв’язках АТФ.

Завдання для самоконтролю. Що таке обмін енергії? Що таке АТФ? 3. Хто такі автотрофи? 4. Хто такі гетеротрофи? 5. Що таке клітинне дихання? 6. Назвіть і охарактеризуйте етапи енергетичного обміну.7. Яка роль АТФ у забезпеченні процесів метаболізму? 8. Які є способи отримання енергії живими організмами? 9. Яка роль процесів дихання в забезпеченні організмів енергією?

Домашнє завдання. Параграф 27 Соболь «Біологія і екологія», 10 клас