Метаболизм — это процесс обмена веществ в организме.
Обмен веществ бывает 2 типов: энергетический (катаболизм) и пластический (анаболизм). Энергетический обмен подразумевает окисление (расщепление) веществ с выделением АТФ (энергии), а пластический, наоборот, — синтез веществ c затратой энергии АТФ. Так, к анаболизму относят: все матричные процессы, синтез жиров, углеводов. Исключение: Синтез АТФ — это катаболизм (!), потому что в результате их синтеза организм как бы получает потенциальную энергию.
Энергетический обмен глюкозы включает в себя 3 этапа: подготовительный, анаэробный и аэробный этапы. Разберём каждый по порядку
Подготовительный этап = пищеварение
Где происходит? В желудочно-кишечном тракте и лизосомах (внутриклеточное пищеварение). В обоих случаях участвуют ферменты. Смысл этого этапа — расщепление сложных органических веществ. При этом выделяется энергия в виде тепла.
- Белки расщепляются до аминокислот
- Жиры расщепляются до глицерина и жирных (карбоновых) кислот
- Нуклеиновые кислоты расщепляются до нуклеотидов
- Полисахариды расщепляются до моносахаридов.
Далее оба этапа будут справедливы относительно глюкозы. Распад белков, жиров и нуклеиновых кислот в ЕГЭ не рассматривают.
Анаэробный этап = бескислородный этап = гликолиз или брожение
Гликолиз — расщепление глюкозы. 1 молекула глюкозы распадается на 2 молекулы пирувата, или пировиноградной кислоты (ПВК). В результате данного процесса (в котором тоже участвуют ферменты) образуется 2 АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме без участия кислорода.
Если кислород в клетке имеется, то пируват расходуется в следующем этапе (аэробном). Если кислорода нет или он находится в дефиците, то превращение глюкозы происходит в процессах брожения. Брожение тоже протекает с помощью ферментов в цитоплазме.
Существует 4 вида брожения, о которых нужно помнить:
- Молочнокислое брожение: образуется молочная кислота и 2 АТФ
- Спиртовое брожение: образуется этанол и 2 АТФ
- Маслянокислое брожение: образуется масляная кислота и 2 АТФ
- Уксуснокислое брожение: образуется уксусная кислота и 2 АТФ
Аэробный этап = кислородный этап = дыхание
Происходит с участием ферментов и кислорода. У эукариот происходит в митохондриях, у прокариот (например, у аэробных бактерий) — на мембране клетки. Происходит в 3 этапа:
- Окислительное декарбоксилирование (происходит в матриксе митохондрий; ПВК превращается в ацетил-кофермент А, или, по-другому, ацетил-коэнзим А).
- Цикл Кребса (происходит тоже в матриксе митохондрий, включает циклические ферментативные реакции окисления ацетил-кофермента А, промежуточными продуктами являются органические кислоты, например, лимонная, яблочная и др.; конечный продукт — углекислый газ).
- Окислительное фосфорилирование (происходит на кристах митохондрий, белки-переносчики передают электроны на кислород (электрон-транспортная, или дыхательная цепь); выделяется энергия, которая идет на синтез АТФ с участием фермента АТФ-синтазы; конечный продукт — вода).
Таким образом, те 2 ПВК, которые выделились в результате гликолиза, вступают в аэробный этап, в результате которого выделяется углекислый газ, вода и 36 АТФ.
Суммарный энергетический выход трех этапов энергетического обмена составляет 38 АТФ в расчете на 1 глюкозу: 2 АТФ - в гликолизе; 36 АТФ — на аэробном этапе.
Суммарное уравнение энергетического обмена глюкозы:
C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 38 АТФ
Решение типовых задач
Текст задачи
«В процессе гликолиза образовались 112 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении глюкозы в клетках эукариот? Ответ поясните.»
Решение
1) Мы знаем, что из 1 молекулы глюкозы получается 2 молекулы ПВК. В задаче сказано, что образовались 112 молекул ПВК. Значит глюкозы в начале было в 2 раза меньше: 56 молекул. Именно столько молекул глюкозы подверглось гликолизу.
2) По суммарному уравнению энергетического пути мы знаем, что при полном окислении 1 молекулы глюкозы в клетках эукариот образуется 38 АТФ. Зная количество глюкозы, найдём количество образующегося АТФ. 56 молекул глюкозы умножаем на 38 АТФ, получаем 2128 АТФ — столько АТФ мы получим, полностью окислив 56 молекул глюкозы.
Хочешь узнать, как прошло поступление в этом году? Мы подготовили подборку проходных баллов медицинских вузов (тыкай и забирай полный файл ВКонтакте)
Получить тест по теме в ЛС →
Примерное время выполнения: 40 минут.
Полноценный тест с автоматической проверкой. Мы используем сервис «РЕШУ ЕГЭ» как самый удобный в коммуникации между учителем и учеником. На сервисе возможна авторизация через ВК.
ДОПОЛНЕНИЕ
Если вы хотите углубиться в тему энергетического обмена до олимпиадного уровня, специально для вас мы сделали материал: PDF и презентация