Зразок розвязування задач на тему:" Енергетичний обмін у клітині та організмі людини"

Розв’язання задач по темі: «Обмін речовин та енергії в клітині та організмі».

 10 клас профільний рівень 2018 р.

ЗАДАЧА № 1 . У процесі дисиміляції в тканинах відбулось розщеплення 6 моль глюкози, з яких повного кисневого розщеплення зазнала тільки половина.

1. Визначте, які маси молочної кислоти і вуглекислого газу утворились унаслідок реакції.

2. Яка кількість речовини АТФ утворилась?

3. Яка кількість енергії і в якому вигляді акумулювалась у ній?

Розв'язання

Дано:

1. Визначаємо кількість речовини глюкози, яка зазнала неповного розщеплення:

6 - 3 = 3 (моль) С₆Н₁₂O₆.

2.Визначаємо масу С₃Н₆O₃ і кількість речовини АТФ, що утворились унаслідок неповного розщеплення глюкози:

Таким чином, унаслідок неповного (безкисневого) розщеплення 3 моль С₆Н₁₂O₆, утворилось 540 г С₃Н₆O₃ і 6 моль АТФ.

3.Визначаємо масу СO₂ і кількість речовини АТФ, що утворились унаслідок повного (кисневого) розщеплення 3 моль С₆Н₁₂O₆:

1 моль С₆Н₁₂O₆ утворює 6 моль СO₂;

3 моль С₆Н₁₂O₆ утворюють х моль СO₂;

х = 3 ∙ 6 = 18 (моль) СO₂ — утворилося внаслідок повного розщеплення 3 моль С₆Н₁₂O₆.

1 моль СO₂ — 44 г;

18 моль СO₂ — х г;

х = 18 ∙ 44 = 792 (г) СO₂ — утворилося внаслідок повного розщеплення 3 моль глюкози.

1 моль С₆Н₁₂O₆ утворює 38 моль АТФ;

3 моль С₆Н₁₂О_б утворюють х моль АТФ;

х = 3 ∙ 38 = 114 (моль) АТФ — утворилося внаслідок (кисневого) розщеплення 3 моль глюкози.

4. Визначаємо кількість енергії, яка виділилась унаслідок неповного (безкисневого) і повного (кисневого) розщеплення глюкози:

6 + 114 = 120 (моль) АТФ — утворилося внаслідок розщеплення 6 моль глюкози.

1 моль АТФ акумулює 40 кДж енергії;

120 моль АТФ акумулюють х кДж енергії;

х = 120 ∙ 40 = 4800 (кДж) енергії акумульовано в молекулах АТФ, утворених під час розщеплення 6 моль глюкози.

Відповідь. 1. Утворилось 540 г молочної кислоти і 792 г вуглекислого газу.

2. Утворилось 120 моль АТФ.

3. Енергія (4800 кДж) акумульована в АТФ у вигляді макроергічних зв’язків.

 

ЗАДАЧА № 2. На роботу м’язів протягом 1 хв потрібно 20 кДж енергії. Людина працювала з таким навантаженням 1 год. Яка маса глюкози засвоїлась у м’язах, якщо половина її зазнала анаеробного, а половина — повного розщеплення?

Розв’язання

Дано:

Витрати енергії — 20 кДж/хв;

t — 1 година;

Половина глюкози зазнала анаеробного, а друга половина — повного розщеплення.

m(С₆Н₁₂О_б) — ?

Визначаємо загальні витрати енергії за 1 годину роботи:

20 кДж/хв ∙ 60 хв = 1200 кДж.

Оскільки половина глюкози зазнала повного розщеплення, а друга— неповного, складаємо сумарні рівняння розщеплення глюкози:

180 г + 180 г = 360 г С₆Н₁₂O₆.

1520 кДж + 80 кДж = 1600 кДж.

Визначаємо масу глюкози, яка зазнала розщеплення під час роботи протягом 1 години:

360 г С₆Н₁₂O₆ — 1600 кДж;

х г С₆Н₁₂O₆ — 1200 кДж;

Відповідь. Засвоїлось 270 г глюкози.

ЗАДАЧА № 3. Бігун витрачає 24 кДж енергії за 1 хв бігу. Яка маса глюкози потрібна для бігу з такою ж витратою енергії впродовж години, якщо протягом 50 хв відбувається повне розщеплення глюкози, а протягом 10 хв — безкисневе?

Розв’язання

Дано:

Витрати енергії — 24 кДж/хв;

t₁ = 50 хв (повне розщеплення);

t₂ = 10 хв (неповне розщеплення).

m(С₆Н₁₂O₆) — ?

Визначаємо витрати енергії за 50 хв бігу:

24 кДж/хв ∙ 50 хв = 1200 кДж.

Визначаємо масу глюкози, засвоєної організмом спортсмена за 50 хв бігу за повного розщеплення глюкози:

180 г С₆Н₁₂O₆ виділяє 1520 кДж енергії;

х г С₆Н₁₂O₆ виділяє 1200 кДж енергії;

Визначаємо витрати енергії за 10 хв бігу:

24 кДж/хв ∙ 10 хв = 240 кДж.

Визначаємо масу глюкози, засвоєної м’язами бігуна за 10 хв бігу при неповному розщепленні глюкози:

180 г С₆Н₁₂O₆ виділяє 80 кДж енергії;

х г С₆Н₁₂O₆ виділяє 240 кДж енергії;

Визначаємо загальну масу глюкози, витраченої на роботу м’язів бігуна за 1 годину бігу:

142,1 г + 540 г = 682,1 г С₆Н₁₂О_б.

Відповідь. Бігун витратить 682,1 г глюкози.

ЗАДАЧА № 4. У процесі дисиміляції в тканинах утворилось 220 г вуглекислого газу і 450 г молочної кислоти.

1. Як відбувалось розщеплення глюкози і яка маса її засвоїлася?

2. Яка кількість речовини АТФ утворилася при цьому? Скільки енергії і в якому вигляді акумульовано в АТФ?

Розв'язання

Дано:

За продуктами реакції видно, що в тканинах йшли процеси безкисневого (неповного) і кисневого (повного) розщеплення глюкози. Спочатку визначимо масу глюкози, що розщепилась повністю і яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась.

1. Складемо відповідне сумарне рівняння реакції:

Зі 180 г С₆Н₁₂O₆ утворюється 264 г СO₂;

3 х г С₆Н₁₂O₆ утворюється 220 г СO₂;

 (повне розщеплення глюкози).

Унаслідок виділення 264 г СO₂ утворюється 38 моль АТФ;

Унаслідок виділення 220 г СO₂ утворюється х моль АТФ;

Визначаємо, яка маса глюкози піддалася неповному розщепленню і яка кількість речовини АТФ при цьому утворилась. Для цього складаємо відповідне сумарне рівняння реакції:

Зі 180 г С₆Н₁₂O₆ утворюється 180 г С₃Н₆O₃;

3 х г С₆Н₁₂O₆ утворюється 450 г С₃Н₆O₃;

 (неповне розщеплення).

Під час утворення 180 г С₃Н₆O₃ синтезувалось 2 моль АТФ;

Під час утворення 450 г С₃Н₆O₃ синтезувалось х моль АТФ;

Визначаємо загальну масу витраченої глюкози:

150 г + 450 г = 600 г С₆Н₁₂О_б.

2. Визначаємо загальну кількість речовини АТФ:

31,65 моль + 5 моль = 36,67 моль АТФ.

Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 36,67 моль АТФ:

36,67 моль ∙ 40 кДж/моль = 1466,8 кДж.

Відповідь.

1. Засвоїлось 600 г глюкози (з них 150 г зазнали повного розщеплення).

2. Утворилось 36,67 моль АТФ, у яких акумульовано 1466,8 кДж енергії у вигляді макроергічних зв’язків.

ЗАДАЧА № 5. У процесі дисиміляції розщепилось 7 моль глюкози, з яких повного (кисневого) розщеплення зазнали 2 моль.

1. Визначте, яка кількість речовини молочної кислоти і вуглекислого газу при цьому утворилась.

2. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась?

3. Скільки енергії акумульовано на окиснення утвореної при цьому молочної кислоти?

4. Яка кількість речовини кисню витрачена на окиснення утвореної при цьому молочної кислоти?

Розв'язання

Дано:

η(С₆Н₁₂O₆) — 7 моль (з них 2 моль — повне розщеплення).

1. η(С₃Н₆O₃) — ? η(СO₂) — ?

2. η(АТФ) — ?

3. Q — ?

4. η(O₂) — ?

Визначаємо кількість речовини глюкози, яка зазнала неповного (безкисневого) розщеплення: 7 моль - 2 моль = 5 моль С₆Н₁₂О₆.

Оскільки частина глюкози зазнала повного розщеплення, а решта — неповного, складаємо сумарні рівняння цих розщеплень глюкози:

1. Визначаємо, яка кількість речовини молочної кислоти утворилась:

З 1 моль С₆H₁₂O₆ утворюється 2 моль С₃Н₆O₃;

З 5 моль С₆Н₁₂O₆ — х моль С₃Н₆O₃;

х = 5 ∙ 2= 10 (моль) С₃Н₆O₃.

Визначаємо, яка кількість речовини СO₂ утворилась:

З 1 моль С₆H₁₂O₆ утворюється 6 моль СO₂;

З 2 моль С₆H₁₂O₆ — х моль СO₂;

х = 2 ∙ 6= 12 (моль) СO₂.

2. Визначаємо, яка кількість речовини АТФ синтезувалась за неповного розщеплення 5 моль глюкози:

З 1 моль С₆Н₁₂О_б утворюється 2 моль АТФ;

З 5 моль С₆H₁₂O₆ — х моль АТФ;

х = 5 ∙ 2= 10 (моль).

Визначаємо, яка кількість речовини АТФ синтезувалась за повного розщеплення 2 моль глюкози:

З 1 моль С₆H₁₂O₆ утворюється 38 моль АТФ;

З 2 моль С₆H₁₂O₆ — х моль АТФ;

х = 2 ∙ 38= 76 (моль).

Визначаємо загальну кількість речовини синтезованої АТФ:

10 моль + 76 моль = 86 моль.

3. Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 86 моль АТФ:

86 моль ∙ 40 кДж/моль = 3440 кДж.

4. Визначаємо кількість речовини 0₂, витраченої на окиснення 2 моль глюкози:

Для окиснення 1 моль С₆H₁₂O₆ потрібно 6 моль O₂;

Для окиснення 2 моль С₆H₁₂O₆ — х моль O₂;

х = 2 ∙ 6 = 12 (моль) O₂.

Відповідь. 1. У процесі дисиміляції утворилось 10 моль глюкози і 12 моль вуглекислого газу.

2. Синтезовано 86 моль АТФ.

3. Акумульовано 3440 кДж енергії.

4. На окиснення молочної кислоти витрачено 12 моль кисню.

ЗАДАЧА № 6. Унаслідок дисиміляції глюкози в клітинах утворилося 6 моль молочної кислоти і 24 моль вуглекислого газу.

1. Визначте масу та кількість речовини глюкози, що зазнала дисиміляції.

2. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась?

3. Скільки енергії акумульовано в синтезованій АТФ?

Розв'язання

Дано:

Визначаємо кількість речовини глюкози, витраченої на утворення 6 моль С₃Н₆O₃, і кількість речовини, утвореної при цьому АТФ:

1 моль С₆Н₁₂O₆ утворює 2 моль С₃Н₆O₃;

х моль С₆Н₁₂O₆ — 6 моль С₃Н₆O₃;

х = 6 : 2 = 3 (моль) С₆Н₁₂O₆.

Унаслідок утворення 2 моль С₃Н₆O₃ виділилось 2 моль АТФ;

унаслідок утворення 6 моль С₃Н₆O₃ — х моль АТФ;

Визначаємо кількість речовини глюкози, витраченої на утворення 24 моль СO₂, і кількість речовини АТФ, утвореної під час цього процесу:

під час дисиміляції 1 моль С₆Н₁₂O₆ утворюється 6 моль СO₂;

під час дисиміляції х моль С₆Н₁₂O₆ — 24 моль СO₂;

х = 24 : 6 = 4 (моль) С₆Н₁₂O₆.

Унаслідок утворення 6 моль СO₂ утворилось 38 моль АТФ;

унаслідок утворення 24 моль СO₂ — х моль АТФ;

Визначаємо загальну кількість речовини й масу витраченої глюкози:

З моль + 4 моль = 7 моль С₆Н₁₂O₆.

1 моль С₆Н₁₂O₆ — 180 г;

7 моль С₆Н₁₂O₆ — х г;

х = 180 ∙ 7 = 1260 (г) С₆Н₁₂O₆.

Визначаємо загальну кількість речовини АТФ і кількість енергії, акумульованої ними під час повного й неповного розщеплення глюкози:

6 моль + 152 моль = 158 моль АТФ.

Q = 158 моль ∙ 40 кДж/моль = 6320 кДж енергії.

Відповідь. 1. Зазнало дисиміляції 7 моль, або 1260 г глюкози.

2. У результаті дисиміляції синтезовано 158 моль АТФ.

3. Акумульовано 6320 кДж енергії в синтезованій АТФ.

 

Задача № 6. У процесі дисиміляції утворилося 24 моль СО2 і 12 моль С3Н6О3.

 

1. Яка кількість речовини глюкози при цьому розщепилась?

 

2. Яка кількість речовини АТФ синтезувалась?

 

3. Яка кількість енергії акумулювалась в молекулах АТФ?

 

Розв’язання.  Дано: 1. Визначаємо, яка кількість речовини глюкози

 

η(СО2) – 24 моль; зазнала розщеплення і яка кількість речовини АТФ

 

η(С3Н6О3) – 12 моль. утворилась при виділенні 24 моль СО2. Для цього

 

η(С6Н12О6) - ? складаємо сумарне рівняння реакцій повного роз-

 

η(АТФ) - ? Q - ? щеплення глюкози:

 

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 38АТФ + 44Н2О;

 

1 моль 6 моль 38 моль

 

З 1 моль С6Н12О6 утворюється 6 моль СО2;

 

з х моль С6Н12О6 – 24 моль СО2;

 

х=24/6=4 моль С6Н12О6 – зазнали повного розщеплення.

 

Унаслідок утворення 6 моль СО2 виділилось 38 моль АТФ;

 

Унаслідок утворення 24 моль СО2 – х моль АТФ;

 

х=24*38/6=152 моль АТФ.

 

Визначаємо, яка кількість речовини глюкози зазнала розщеплення і яка кількість речовини АТФ утворилась внаслідок виділення 12 моль С3Н6О3. Для цього складаємо сумарне рівняння реакції неповного розщеплення глюкози:

 

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О;

 

1 моль 2 моль 2 моль

 

З 1 моль С6Н12О6 утворюється 2 моль С3Н6О3;

 

з х моль С6Н12О6 – 12 моль С3Н6О3;

 

х=12/2=6 моль С6Н12О6 зазнали неповного розщеплення.

 

Унаслідок виділення 2 моль С3Н6О3 утворилося 2 моль АТФ;

 

Унаслідок виділення 12 моль С3Н6О3 – х моль АТФ;

 

х=12*2/2=12 моль АТФ.

 

Визначаємо загальну кількість речовини витраченої глюкози:

 

4 моль + 6 моль = 10 моль С6Н12О6.

 

2. Визначаємо загальну кількість речовини АТФ:

 

152 моль + 12 моль = 164 моль АТФ.

 

3. Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 164 моль АТФ:

 

164 моль*40 кДж/моль = 6560 кДж.

 

Відповідь.

 

1. Зазнали розщеплення 10 моль глюкози.

 

2. Синтезувалось 164 моль АТФ.

 

3. В молекулах АТФ акумульовано 6560 кДж енергії.

 

Задача№7.  Унаслідок дисиміляції глюкози в клітинах утворилося 5 моль молочної кислоти і 27 моль вуглекислого газу.

 

1. Визначте, яка кількість речовини глюкози зазнала дисиміляції.

 

2. Скільки з неї зазнало неповного і скільки повного розщеплення.

 

3. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезована і скільки енергії акумульовано.

 

4. Яка кількість речовини О2 витрачена на окиснення утвореної молочної кислоти?