Задания части 2 ЕГЭ по теме «Клеточное дыхание, митохондрии»
1. Общая масса митохондрий по отношению к массе клеток различных органов крысы составляет: в поджелудочной железе – 7,9%, в печени – 18,4%, в сердце – 35,8%. Почему в клетках этих органов различное содержание митохондрий?
1) митохондрии являются энергетическими станциями клетки, в них синтезируются и накапливаются молекулы АТФ; 2) для интенсивной работы сердечной мышцы необходимо много энергии, поэтому содержание митохондрий в ее клетках наиболее высокое; 3) в печени количество митохондрий по сравнению с поджелудочной железой выше, так как в ней идет более интенсивный обмен веществ.
2. Объясните, в чём сходство и в чём различия биологического окисления органических веществ в клетке и процесса их горения в неживой природе.
Сходство: сложные вещества распадаются до более простых с выделением энергии. Различия: биологическое окисление происходит под действием ферментов, оно происходит медленно (ступенчато), часть энергии запасается в форме АТФ.
3. В чем заключается биологический смысл окислительного фосфорилирования?
Богатые энергией электроны, полученные в предыдущих стадиях энергетического обмена, восстанавливают кислород, при этом выделяется энергия, которая идет на синтез АТФ (фосфорилирование АДФ).
4. Известно, что реакции метаболизма ускоряются ферментами. К каким последствиям приведёт снижение активности ферментов, участвующих в кислородном этапе энергетического обмена животных?
1) Скорость реакций кислородного дыхания замедлится. 2) В организме ускорятся процессы бескислородного дыхания. 3) Органы, неспособные к бескислородному дыханию, будут испытывать недостаток энергии.
5. Почему брожение считают эволюционно более древним типом энергетического обмена, чем дыхание?
1. Дыхание требует наличия кислорода, а в атмосфере Земли кислорода раньше не было. 2. Для дыхания требуются митохондрии – специализированные органоиды сложного строения, а брожение происходит просто в цитоплазме клетки.
6. Действие некоторых лекарственных препаратов связано с подавлением ферментативных процессов в клетках бактерий. Препараты подавляют активность ферментов, обеспечивающих процесс окислительного фосфорилирования. Синтез какого вещества подавляют эти препараты? Где происходят эти процессы в клетке бактерии?
7. Биологическое окисление органических веществ в организме человека сходно по химическому процессу со сжиганием топлива (угля, торфа, дерева). Какие общие с горением продукты образуются в результате этих процессов? Сравните энергетику процессов биологического окисления и горения. В чём их отличие?
1) в результате окисления кислородом органических веществ, как и при горении, образуются углекислый газ и вода; 2) при горении вся энергия выделяется в виде тепла, а при биологическом окислении часть энергии запасается в молекулах АТФ
8. В каких реакциях обмена веществ вода является конечным продуктом?
1. Вода является конечным продуктом в реакциях окисления органических веществ в процессе энергетического обмена. 2. Например, в реакции кислородного дыхания.
9. При закладке на хранение клубней картофеля их масса к весне уменьшается. Объясните почему.
1) Клетки клубня дышат: крахмал распадается на глюкозу, глюкоза окисляется до углекислого газа и воды, которые испаряются. 2) Масса клубней испаряется за счет того, что из клубня улетучиваются углекислый газ и вода.
10. Объясните, почему в клетках мышечной ткани нетренированного человека после напряжённой физической работы возникает чувство боли.
1) при напряжённой физической работе в клетках мышечной ткани возникает недостаток кислорода; 2) происходит гликолиз, в результате которого накапливается молочная кислота, вызывающая эти симптомы
11. На электронных микрофотографиях видно, что в шейке сперматозоида располагаются митохондрии. Объясните, какова их роль.
1) для активного движения сперматозоида необходимо много энергии (АТФ); 2) в митохондриях активно синтезируются молекулы АТФ
12. В процессе изготовления вина на ёмкость с брагой надевают сверху крышку с гидрозатвором (устройством, которое наружу газы выпускает, а внутрь не впускает). Для чего используется данная деталь в конструкции гидрозатвора? Ответ поясните.
1) Для изготовления вина используются дрожжи, которые осуществляют спиртовое брожение. 2) При спиртовом брожении выделяются спирт и углекислый газ. 3) Углекислый газ необходимо выпускать из ёмкости, чтобы её не разорвало давлением. 4) Кислород воздуха нельзя впускать в ёмкость, чтобы дрожжи не перешли на кислородное дыхание.
Почему брожение считают эволюционно более древним типом энергетического обмена чем дыхание
Раздел ЕГЭ: 2.5. Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле.
Несмотря на всю сложность реакций энергетического обмена, его условно подразделяют на три этапа: подготовительный, анаэробный (бескислородный) и аэробный (кислородный).
На подготовительном этапе молекулы полисахаридов, липидов, белков, нуклеиновых кислот распадаются на более простые, например глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды и др. Этот этап может протекать непосредственно в клетках либо в кишечнике, откуда расщепленные вещества доставляются с током крови.
Анаэробный этап энергетического обмена сопровождается дальнейшим расщеплением мономеров органических соединений до еще более простых промежуточных продуктов, например пировиноградной кислоты, или пирувата. Он не требует присутствия кислорода, и протекает в цитоплазме.
Бескислородному расщеплению могут подвергаться различные вещества, однако довольно часто субстратом реакций оказывается глюкоза. Процесс ее бескислородного расщепления называется гликолизом. При гликолизе молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть окисляется, при этом образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы восстановленного переносчика водорода НАДН + Н + :
Аэробный этап энергетического обмена может происходить только в присутствии кислорода, при этом промежуточные соединения, образовавшиеся в процессе бескислородного расщепления, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды) и выделяется большая часть энергии, запасенной в химических связях органических соединений. Она переходит в энергию макроэргических связей 36 молекул АТФ. Этот этап также называется тканевым дыханием. В случае отсутствия кислорода промежуточные соединения превращаются в другие органические вещества, и этот процесс называется брожением.
Дыхание
Аэробное дыхание происходит в митохондриях, при этом пировиноградная кислота сначала утрачивает один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстановительного эквивалента НАДН + Н + и молекулы ацетилкофермента А (ацетил-КоА):
Ацетил-КоА в матриксе митохондрий вовлекается в цепь химических реакций, совокупность которых называется циклом Кребса. В ходе этих превращений образуется две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до углекислого газа, а его ионы водорода и электроны присоединяются к переносчикам водорода НАДН + Н + и ФАДН2. Переносчики транспортируют протоны водорода и электроны к внутренним мембранам митохондрий, образующим кристы. При помощи белков-переносчиков протоны водорода нагнетаются в межмембранное пространство, а электроны передаются по так называемой дыхательной цепи ферментов, расположенной на внутренней мембране митохондрий, и сбрасываются на атомы кислорода:
Следует отметить, что некоторые белки дыхательной цепи содержат железо и серу.
Из межмембранного пространства протоны водорода транспортируются обратно в матрикс митохондрий с помощью специальных ферментов — АТФ-синтаз, а выделяющаяся при этом энергия расходуется на синтез 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В матриксе митохондрий протоны водорода реагируют с радикалами кислорода с образованием воды:
Совокупность реакций кислородного этапа дыхания может быть выражена следующим образом:
Суммарное уравнение дыхания выглядит таким образом:
Брожение
В отсутствие кислорода или при его недостатке происходит брожение. Брожение является эволюционно более ранним способом получения энергии, чем дыхание, однако оно энергетически менее выгодно, поскольку в результате брожения образуются все еще богатые энергией органические вещества. Различают несколько основных видов брожения: молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое и др. Так, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода в ходе брожения пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, при этом образовавшиеся ранее восстановительные эквиваленты расходуются и остается всего две молекулы АТФ:
При брожении с помощью дрожжевых грибов пировиноградная кислота в присутствии кислорода превращается в этиловый спирт и оксид углерода (IV):
При брожении с помощью микроорганизмов из пировиноградной кислоты могут образоваться также уксусная, масляная, муравьиная кислоты и др.
Это конспект для 10-11 классов по теме «Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание». Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 2.5:
Почему брожение считают эволюционно более древним типом энергетического обмена чем дыхание
Количество же энергии, запасаемое в виде АТФ при аэробном дыхании, в 19 раз больше, чем при анаэробном (38 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы в первом случае и 2 молекулы АТФ — во втором). С этой точки зрения аэробное дыхание значительно эффективнее анаэробного.
При молочнокислом брожении на каждую молекулу глюкозы образуются две молекулы АТФ.
Глюкоза————> 2Молочная кислота + 2АТФ
При спиртовом брожении на каждую молекулу глюкозы образуются две молекулы АТФ:
Совокупность реакций синтеза органических веществ из неорганических с использованием энергии света называют
При хемосинтезе используется энергия химических связей неорганических веществ,брожение и гликолиз — процессы расщепления органических веществ с образованием Е.
Дрожжи получают энергию для жизнедеятельности путём:
Фотосинтез и хемосинтез у них не идет, в клетках нет хлоропластов, питание гетеротрофное. Дрожжи используют глюкозу для получения энергии в ходе спиртового брожения.
Дрожжи являются хемоорганогетеротрофами и используют органические соединения как для получения энергии, так и в качестве источника углерода.
В чём состоит Ваш вопрос? Приведенное Вами утверждение не противоречит выбору правильного ответа.
Совокупность реакций синтеза органических веществ из неорганических с использованием энергии света называют
При хемосинтезе используется энергия химических связей, гликолиз и брожение относят к энергетическому процессу, в них идет разложение веществ. Совокупность реакций синтеза органических веществ из неорганических с использованием энергии света называют фотосинтезом.
Почему брожение считают эволюционно более древним типом энергетического обмена, чем дыхание?
1) Брожение осуществляется без участия кислорода.
2) Кислорода не было в древней атмосфере.
Кислородное расщепление глюкозы значительно эффективнее брожения, так как при этом
Брожение состоит из гликолиза (2 АТФ) и превращения ПВК в молочную кислоту или спирт + углекислый газ (0 АТФ). Итого 2 АТФ.
Кислородное дыхание состоит из гликолиза (2 АТФ) и окисления ПВК в митохондриях (36 АТФ). Итого 38 АТФ.
Установите соответствие между организмом и трофической группой, к которой его относят: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ОРГАНИЗМ
ТРОФИЧЕСКАЯ ГРУППА
А) холерный вибрион
Б) бактерия брожения
В) туберкулезная палочка
Г) столбнячная палочка
Е) почвенная бактерия
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Сапротрофы — гетеротрофные организмы, использующие для питания органические соединения мёртвых тел или выделения (экскременты) животных: бактерия брожения, сенная палочка, почвенная бактерия. Паразиты — гетеротрофные организмы, использующие для питания органические соединения живых организмов: холерный вибрион, туберкулезная палочка, столбнячная палочка.
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используют для описания процесса молочнокислого брожения. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) является примером пластического обмена
2) осуществляется лактобациллами
3) в качестве субстрата для окисления используются сахара
4) может происходить в мышечной ткани животных в условиях недостатка кислорода
5) осуществляется в митохондриях
«Выпадающие» признаки: 1) является примером пластического обмена; 5) осуществляется в митохондриях. Молочнокислое брожение — этап энергетического обмена, бескислородный этап, протекающий в цитоплазме клетки без участия митохондрий.
Найдите три ошибки в приведённом тексте «Метаболиз». Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки, исправьте их. Дайте правильную формулировку.
(1)Метаболизм, или обмен веществ, обычно делят на две стадии: катаболизм и анаболизм. (2)В ходе катаболизма сложные органические вещества распадаются до более простых с выделением энергии. (3)Начальный этап катаболизма глюкозы происходит в цитоплазме клетки при аэробных условиях. (4)Дальнейшие этапы приводят к полному окислению глюкозы до кислорода и воды. (5)А в процессах анаболизма – из более простых веществ синтезируются более сложные, и это сопровождается затратами энергии. (6)Примерами анаболизма являются фотосинтез, хемосинтез и брожение. (7)Анаболизм также включает процессы создания аминокислот, жирных кислот и нуклеотидов.
1. 3 — начальный этап катаболизма глюкозы происходит в цитоплазме клетки при анаэробных (бескислородных) условиях.
2. 4 — дальнейшие этапы приводят к полному окислению глюкозы до углекислого газа (CO2) и воды.
3. 6 — примерами анаболизма являются фотосинтез и хемосинтез, брожение является примером катаболизма (диссимиляции/ энергетического обмена).
Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание
Содержание:
Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов
Обмен веществ является комплексом различных химических преобразований, способствующих сохранению и самовоспроизведению биоструктур.
Он заключается в поступлении веществ в организм во время питания и дыхания, метаболизме внутри клетки или обмене веществ, вдобавок, в высвобождении конечных продуктов метаболизма.
Метаболизм неотрывно соединён с процессами преобразований определённых видов энергии в другие. К примеру, в начале процесса фотосинтеза световая энергия скапливается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, в процессе же дыхания она освобождается и применяется для синтезирования новых молекул, механические и осмотические работы, рассеянные в виде тепла и т. д.
Поток химических превращений в живых организмах снабжается биологическими катализаторами белковой специфики — ферментами или энзимами. Наряду с остальными катализаторами, энзимы ускоряют течение химических реакций в клетке до нескольких сотен тысяч раз, при этом они не меняют природу или свойства конечных продуктов клетки. Ферменты представляют собой простые или сложные белковые молекулы, которые, помимо части, состоящей из белка, включают небелковый кофактор, по – другому называемый коферментом. Ферментами являются, например: амилаза слюны, которая расщепляет гликаны при длительном жевании и пепсин, который обеспечивает переваривание белков в желудочно-кишечном тракте.
Механизм действия ферментов заключается в том, чтобы снизить энергию активации веществ (субстратов), которые вступают в реакцию вследствие образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.
Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь
Метаболизм процессуально слагается из двух частей, происходящих в клетке в одно и то же время: пластического и энергетического обмена.
Пластический метаболизм (анаболизм, ассимиляция) является совокупностью реакций синтеза, сопровождающихся расходом энергии аденозинтрифосфата. Пластический обмен особенно важен тем, что в результате него синтезируются органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности клетки. Реакциями данного обмена являются, например, процесс фотосинтеза, биологический синтез белковых молекул и репликация молекул ДНК (самодублирование).
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) являет собой сочетание реакций разложения сложных веществ на более простые. Результатом данного обмена является накапливание энергии в форме АТФ. Важнейшими процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.
Пластический и энергетический обмены прочно коррелируют между собой, в связи с тем, что синтез органических веществ происходит в процессе пластического обмена, а для этого нужна именно энергия АТФ; в процессе обмена энергии органические вещества разлагаются, и высвобождается АТФ, а затем используется для синтеза.
Получение энергии организмами осуществляется в процессе питания, затем высвобождают ее и переводят в форму, доступную главным образом в процессе дыхания. По способу питания все организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы способны к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических, а гетеротрофные организмы поглощают уже готовые органические вещества.
Ассимиляция — биосинтез макромолекул, свойственных клеткам организма. Растения и многие бактерии могут создавать молекулы глюкозы из углекислого газа и воды. На этот процесс расходуется и запасается энергия. Животным необходимы готовые молекулы белков, жиров и углеводов (БЖУ). Это важнейший строительный и энергетический материал для клеток.
Ассимиляция — это совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии.
Чтобы организм мог усвоить вещества из пищи, они должны быть сначала разобраны на «кирпичики» или мономеры. Из них в организме «собираются» собственные макромолекулы.
Диссимиляция— распад веществ, противоположный ассимиляции (биосинтезу). Белки гидролизуются до аминокислот. При распаде жиров выделяются жирные кислоты и глицерин. Сложные углеводы разлагаются на простые сахара.
Ассимиляция и диссимиляция происходят согласованно. Распад и окисление веществ с выделением энергии возможны лишь тогда, когда есть субстрат — макромолекулы. Они разлагаются на мономеры, которые участвуют в биосинтезе. Выделяющаяся при диссимиляции энергия затрачивается на образование свойственных организму веществ.
Стадии энергетического обмена
Несмотря на сложность реакций обмена энергии, он разделяется на три фазы:
На подготовительном этапе происходит разложение молекул гликанов, липидов, белков, нуклеиновых кислот на более простые, к примеру, на глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды. Эта фаза может осуществляться непосредственно в клетках или в кишечнике, откуда эти вещества переносятся кровотоком.
В анаэробной фазе энергетического катаболизма в дальнейшем происходит расщепление мономеров органических соединений до более простых промежуточных соединений, к примеру, пировиноградной кислоты или пирувата. Он не нуждается в присутствии кислорода, и для организмов, живущих в болотном иле, это единственный способ получить энергию. Анаэробная фаза энергетического обмена проходит в цитоплазме.
Некоторые вещества подвергаются бескислородному расщеплению, при этом глюкоза, чаще всего, остается основным субстратом реакций. Процесс его свободного от кислорода распада принято называть гликолизом. Вследствие гликолиза, молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть она окисляется, и образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы переносчика водорода, восстановленного НАДH + H + :
Образование АТФ из АДФ осуществляется за счет прямого переноса фосфат-аниона из предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием.
Аэробная фаза энергетического катаболизма может происходить только в присутствии кислорода, тогда как промежуточные продукты, образующиеся при бескислородном разложении, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды), и большая часть энергии, хранящейся в химических связях органических соединений, высвобождается. В молекулу АТФ входит 36 макроэргических связей. Эта стадия имеет такое название, как тканевое дыхание. Когда кислород отсутствует, происходит преобразование промежуточных продуктов обмена веществ в определённые органические вещества, данный процесс принято называть ферментацией или брожением.
Брожение и дыхание
Брожение и дыхание это две различные формы диссимиляции — разложения веществ в организме для получения энергии.
Брожение
Примеры процессов брожения известны из повседневной жизни, производственной деятельности.
Во всех случаях брожения микроорганизмы изменяют углеводы и производят макроэнергетическое вещество — АТФ. Для этого процесса не требуется кислород, что является важнейшим отличием от дыхания. Общий признак — химическая энергия связей в молекуле глюкозы преобразуется в энергию в форме АТФ, которая используется для жизненных процессов.
Брожение — древнейший и не самый совершенный способ выработки энергии. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ. Кислородный процесс более эффективен в плане получения энергии.
Организмы, которым необходим кислород для дыхания, являются аэробами (в переводе с греческого «аэр» — воздух). Внешняя сторона процесса заключается в поглощении кислорода из воздуха и выделении диоксида углерода.
Молекулы О2 попадают в организм насекомых через трахеи. Для рыб характерно жаберное дыхание, для млекопитающих — легочное. Переносят кислород к органам и транспортируют диоксид углерода красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин.
При отсутствии кислорода начинает происходить ферментация. Ферментация является эволюционно более ранним способом генерирования энергии, чем дыхание, но она менее энергетически выгодна, потому что ферментация производит органическое вещество, которое все еще богато энергией. Различают несколько основных видов брожения: уксусно – кислое, спиртовое, маслянокислое, молочнокислое, метановое и др.
Стало быть, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода во время ферментации пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, тогда как ранее образованные восстановительные эквиваленты расходуются, и остаются только две молекулы АТФ:
При ферментации с дрожжами пировиноградная кислота в присутствии кислорода преобразуется в этиловый спирт и окись углерода (IV):
Во время ферментации с использованием микроорганизмов пируват также может образовывать уксусную, масляную, муравьиную кислоты и так далее.
Энергия АТФ, которая образуется вследствие энергетического обмена, используется клеткой на различные виды работ:
Дыхание
Кислородное дыхание производится в митохондриях, где пировиноградная кислота вначале теряет один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстанавливающего эквивалента молекул НАДН + Н + и ацетилкофермента A (ацетил-КоА):
Ацетил-КоА в митохондриальном матриксе участвует в цепочке химических превращений, которые в совокупности называются циклом Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты). Во время этих превращений образуются две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до диоксида углерода, а его ионы водорода и электроны присоединяются к водородным векторам НАДН + Н + и НАДH2. Носители переносят протоны и электроны водорода во внутренние митохондриальные мембраны, которые образуют гребни. При помощи белков-носителей протоны водорода вводятся в межмембранное пространство, а электроны переносятся через, так называемую, дыхательную цепь энзимов, которые расположены во внутренней митохондриальной мембране, и разряжаются в атомы кислорода:
Важно то, что в дыхательной цепи имеются белки, содержащие железо и серу.
Протоны водорода переносятся из межмембранного пространства в митохондриальный матрикс благодаря специальным ферментам, АТФ-синтетаз, а энергия, выделенная в результате этого процесса, используется для синтеза 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В митохондриальной матрице протоны водорода, прореагировавшие с радикалами кислорода с образованием воды:
Набор кислородных дыхательных реакций можно выразить таким уравнением:
Общее уравнение дыхания выглядит следующим образом:
Таким образом, клеточное дыхание в организме человека происходит поэтапно. Гликолиз сопровождается образованием 8 молекул АТФ (2 из них расходуются). Окислительное декарбоксилирование «дает» 6 АТФ, цикл Кребса — 24 АТФ. Итого, разложение молекулы глюкозы приводит к созданию 38 молекул АТФ. Аэробное дыхание — более совершенный способ получения и накопления энергии.
