Презентация "Энергетический обмен в клетке" презентация к уроку по биологии (10 класс) на тему. Энергетический обмен - катаболизм

Основные превращения при гликолизе (бескислородный этап) Осуществляется в гиалоплазме, с мембранами не связан; в нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. Осуществляется в гиалоплазме, с мембранами не связан; в нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. C 6 H 12 O 6 C 3 H 6 O 3 +Q C 6 H 12 O 6 C 3 H 6 O 3 +Q 60% теплота 60% теплота 40% на синтез 40% на синтез 2 АТФ 2 АТФ

Основные превращения при спиртовом брожении В клетках растительного организма бескислородный этап протекает в форме спиртового брожения. В клетках растительного организма бескислородный этап протекает в форме спиртового брожения. C 6 H 12 O 6 C 2 H 5 OH+ CO 2+2АТФ C 6 H 12 O 6 C 2 H 5 OH+ CO 2+2АТФ

Кислородный этап энергетического обмена (аэробное дыхание или гидролиз) Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота. Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота. C 3 H 6 O 3 +3H 2 O 3CO 2 + 6H 2 O C 3 H 6 O 3 +3H 2 O 3CO 2 + 6H 2 O

Брожение – это процесс: Брожение – это процесс: А) Расщепления органических веществ в анаэробных условиях; А) Расщепления органических веществ в анаэробных условиях; Б) окисление глюкозы; Б) окисление глюкозы; В) синтез АТФ в митохондриях; В) синтез АТФ в митохондриях; Г) превращение глюкозы в гликоген; Г) превращение глюкозы в гликоген;

Постоянный обмен веществ с окружающей средой – одно из основных свойств живых систем

Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией или пластическим обменом (анаболизм)

Процесс расщепления органических веществ называется диссимиляцией

(катаболизм)

энергия

Энергетический обмен – диссимиляция (катаболизм)

Пластический обмен – ассимиляция (анаболизм)

ферменты

Автотрофные организмы (зеленые растения) – способны синтезировать органические вещества из неорганических

Гетеротрофные организмы (животные) нуждаются в поступлении готовых органических веществ

I этап –

подготовительный

II этап – анаэробный (гликолиз) – неполное окисление

III этап – аэробный

– полное окисление

Миксотрофные организмы – со смешанным типом питания

Органические вещества, богатые энергией, распадаются на низкомолекулярные органические

или неорганические соединения, бедные энергией. Реакции сопровождаются освобождением энергии, часть которой запасается в форме АТФ

• Подготовительный
• Анаэробный (гликолиз) – бескислородное окисление
• Аэробный – кислородное окисление (клеточное дыхание)

Протекает в желудочно-кишечном тракте

Освобождаемая при этом энергия рассеивается в виде тепла

Сложные органические вещества расщепляются на более простые:

Белки до аминокислот

+ 3H 2 O

Нуклеиновые кислоты до нуклеотидов

+ 3H 2 O

Углеводы на моносахариды

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

+ 6H 2 O

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

СН 2 ОН

глюкоза

глюкоза

глюкоза

глюкоза

Жиры до жирных кислот и глицерина

+ 3H 2 O

глицерин

жирные кислоты

Протекает в цитоплазме клеток

Образованные на I этапе вещества подвергаются расщеплению с освобождением энергии –

неполное окисление.

Процесс называют бескислородным или анаэробным, т.к. идет без поглощения кислорода

Главным источником энергии в клетке является глюкоза (С 6 Н 12 О 6 )

Бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз: С 6 Н 12 О 6 + 2НАД +2АДФ + 2Ф  2С 3 Н 4 О 3 + 2НАДН 2 + 2АТФ

Пировиноградная

кислота

Атомы Н накапливаются при помощи акцептора НАД + , а позже соединяются с О 2  Н 2 О

В условиях, когда О 2 нет и, значит, водородные атомы, освободившиеся в процессе гликолиза, не могут быть ему переданы, вместо О 2 должен быть использован другой акцептор водорода. Таким акцептором становиться пировиноградная кислота. В зависимости от метаболических путей организма, конечные продукты различны:

Молочнокислое

2 С 3 Н 4 О 3 + 2НАД·Н 2 = 2 С 3 Н 6 О 3 + 2НАД

молочная кислота

спиртовое брожение глюкозы дрожжами

Спиртовое

2 С 3 Н 4 О 3 + 2НАД·Н 2 = 2 С 2 Н 5 ОН + СО 2 + НАД

этиловый спирт

Маслянокислое

2 С 3 Н 4 О 3 + 2НАД·Н 2 = С 4 Н 8 О 2 + 2СО 2 + 2Н 2 + НАД

масляная кислота

из одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80 кДж (40%) запасается в связях 2 молекул АТФ:

2 АДФ + 2 H 3 PO 4 + энергия → 2 АТФ + H 2 O

Аденин

NH 2

H 2 C

+ H 2 O

H 3 PO 4

Рибоза

Протекает в митохондриях

Это аэробный процесс, т.е. протекающий с обязательным присутствием кислорода. Образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота: С 3 Н 4 О 3

подвергается дальнейшему окислению в митохондриях до Н 2 О и СО 2

Матрикс

Кристы

Рибосомы

Молекулы

АТФ- синтетазы

Гранулы

Внутреняя мембрана

Наружная мембрана

Клеточное дыхание включает три группы реакций:

• Образование ацетилкофермента А;
• Цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты (цикл Кребса);
• Перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование.

Первый и второй этапы протекают в матриксе митохондрий, а третья – на внутренней мембране митохондрий.

Ацетил-КоА + НАДН 2 + СO 2 Т.к. в результате окисления 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пирувата, число молекул всех компонентов реакции необходимо удвоить. Образовавшийся ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению в цикле Кребса. " width="640"

Пировиноградная кислота поступает из цитоплазмы

в митохондрии, где претерпевает окислительное декарбоксилирование, заключающееся в отщеплении одной молекулы углекислого газа (СO 2 ) от молекулы пирувата и присоединения

к ацетильной группе пирувата (СН 3 СО– ) кофермента А (КоА) с образованием ацетил-КоА:

Пируват + НАД + + KoA – Ацетил-КоА + НАДН 2 + СO 2

Т.к. в результате окисления 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пирувата, число молекул всех компонентов реакции необходимо удвоить.

Образовавшийся ацетил-КоА подвергается

дальнейшему окислению в цикле Кребса.

В цикле Кребса происходит последовательное окисление ацетил-КоА в составе лимонной кислоты, что сопровождается отщеплением углекислого газа (декарбоксилирование) и отнятие водорода (дегидрирование), который собирается в НАД ∙ H 2 и передается в цепь транспорта электронов, встроенную во внутреннюю мембрану митохондрий, т.е. в результате полного оборота цикла Кребса одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО 2 и Н 2 О.

Ацетил-КоА + 3НАД + + ФАД + 2Н 2 О + АДФ + Н 3 РО 4 → 2СО 2 + 3НАД ∙ Н + ФАД ∙ Н 2 + АТФ

• СО 2 выдыхается с воздухом;
• НАДН и ФАДН 2 окисляются в дыхательной цепи;

- АТФ используется на различные виды работы

поставляет водород в дыхательную цепь в виде НАДН и ФАДН 2

Дыхательная цепь (цепь переноса электронов) – это цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе работы которой компоненты дыхательной цепи катализируют перенос протонов (Н + ) и электронов ( е - ) от НАД ∙ H 2 и ФАД ∙ H 2 на их конечный акцептор – кислород, в результате чего образуется Н 2 О (электроны переносятся по дыхательной цепи на молекулу О 2 и активируют её. Активированный кислород сразу же реагирует с образовавшимися протонами (Н + ), в результате чего выделяется вода.

Дыхательная цепь – 12Н 2 О + 34 АТФ + Q T 18 " width="640"

АТФ-синтетаза

Внутренняя мембрана

1/2О 2

Митохондрия

Наружная мембрана

Межмембранное пространство, протонный резервуар

H +

H +

H +

H +

H +

H +

H +

H +

H +

Цепь переноса электронов

Цитохромы

Цитохромы

H +

Н 2 О

ФАД ∙ H 2

H +

НАД + + H +

НАД ∙ H 2

H +

2H +

H +

H +

34АДФ

34АТФ

Цикл Кребса

34Н 3 РО 4

Матрикс

12Н 2 + 6О 2 – Дыхательная цепь – 12Н 2 О + 34 АТФ + Q T

Окислительное фосфорилирование –

это синтез АТФ из АДФ и фосфата с помощью встроенного во внутреннюю мембрану митохондрий фермента АТФ-синтетазы. В этом процессе используется энергия движения электронов и протонов в митохондриальной мембране.

NH 2

два остатка фосфорной кислоты

H 2 C

+ H 2 O

H 3 PO 4

На III этапе образуется 36 АТФ

Рибоза

С 3 Н 4 О 3

Ганс Кребс (1900 – 1981)

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Н 3 РО 4  6СО 2 + 6Н 2 О + 38АТФ

Суммарное уравнение окисления глюкозы состоит из:

• Гликолиза

С 6 Н 12 О 6 + 2НАД + +2АДФ +2Н 3 РО 4  2С 3 Н 4 О 3 + 2НАД ∙ Н 2 + 2АТФ

• Клеточного дыхания

2С 3 Н 4 О 3 + 6О 2 + 36АДФ + 36 Н 3 РО 4  42Н 2 О + 6СО 2 + (36АТФ)

• 2 АТФ в гликолизе – анаэробный этап;

• 2 АТФ – в цикле Кребса и
• 34 АТФ – за счет окислительного

фосфорилирования

Всего: на анаэробном этапе – 2 АТФ, на аэробном этапе – 36 АТФ, в сумме 38 АТФ в расчете на 1 молекулу глюкозы.

Урок в 10 классе по курсу

«Общая биология».

Подготовила учитель биологии

МБОУ «СОШ №43 им. Г.К. Жукова» г. Курска

Холодова Е.Н.

Источник энергии на Земле - Солнце

Солнечная энергия

Фотосинтез

Белки

Энергия

органических

веществ

Жиры

Углеводы

Метаболизм

• Энергетический

• Пластический обмен
• Ассимиляция
• Анаболизм

обмен

• Диссимиляция
• Катаболизм

• Аденин
• Рибоза
• Энергия
• 3 остатка фосфорной кислоты
• Митохондрии
• Аккумулятор
• Макроэргическая связь

Единым и универсальным источником энергии в клетке является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота),которая образуется в результате окисления органических веществ.

АТФ + Н 2 О = АДФ + Н 3 РО 4 + энергия

АДФ + Н 3 РО 4 + энергия = АТФ + Н 2 О

реакция ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

т.е. присоединения одного остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (аденозиндифосфата).

«Рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменение внешней среды- все эти свойства живого в конечном счете неразрывно связаны с определенными химическими превращениями , без которых ни одно из этих проявлений жизнедеятельности не могло бы существовать»

В.А. Энгельгардт

• Сформировать знания о трех этапах энергетического обмена на примере углеводного обмена.
• Дать характеристику реакциям энергетического обмена.
• Уметь из сложного материала классифицировать и обобщить материал по этапам, видам и по месту их протекания.

Что такое энергетический обмен или катаболизм?

КАТАБОЛИЗМ – это совокупность реакций ферментативного расщепления сложных органических соединений, сопровождающихся выделением энергии.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

• у АЭРОБОВ
• 1.Подготовительный
• 2.Бескислородный
• 3.Кислородный

• у АНАЭРОБОВ
• 1.Подготовительный
• 2.Бескислородный

Характеристика этапов энергетического обмена.

Химические реакции

I этап - Подготовительный в пищеварительной системе.

Выход энергии

II этап (анаэробный) – Гликолиз. Идет без О 2 в цитоплазме клетки

Образование АТФ

III этап (аэробный) – Кислородное расщепление.

Идет в присутствии О 2 в митохондриях (клеточное дыхание).

Итоговое суммарное уравнение:

1 ЭТАП- подготовительный

Где происходит?

В лизосомах и пищеварительном тракте.

Что происходит в пищеварительной системе?

Расщепление полимеров до мономеров.

Белки аминокислоты

Жиры глицерин + ВЖК

Углеводы глюкоза

Что происходит с энергией при расщеплении всех этих веществ?

2 ЭТАП- бескислородное окисление или гликолиз .

Где происходит?

В цитоплазме клеток, без кислорода.

Гликолиз – процесс расщепления углеводов в отсутствии кислорода под действием ферментов.

• Где происходит? В клетках животных.
• Что происходит? Глюкоза с помощью

ферментативных реакций

окисляется.

С 6 Н 12 О 6 + 2 Н 3 РО 4 +2 АДФ = 2 С 3 Н 4 О 3 + 2 АТФ +2 Н 2 О

глюкоза фосфорная ПВК вода

кислота

Итог: энергия в виде 2 молекул АТФ .

Спиртовое брожение.

• Где происходит? В растительных и

некоторых дрожжевых

клетках вместо гликолиза.

• Что происходит

и образуется? На спиртовом брожении

основано приготовление

вина, пива, кваса. Тесто,

замешанное на дрожжах,

даёт пористый, вкусный хлеб.

С 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 РО 4 +2АДФ = 2С 2 Н 5 О H + 2CO 2 + АТФ +2 Н 2 O

глюкоза фосфорная этиловый вода

кислота спирт

Молочно - кислое брожение.

• Где происходит? В клетках человека

животных, в некоторых

видах бактерий и грибов.

• Что образуется? При недостатке кислорода –

молочная кислота. Лежит в

основе приготовления

кислого молока, простокваши,

кефира и др. молочнокислых

продуктов питания.

• ИТОГ: 40% энергии запасается в АТФ, 60%

рассеивается в виде тепла в

окружающую среду .

Кислородное расщепление (аэробное дыхание или гидролиз ).

Что происходит? Дальнейшее окисление продуктов

гликолиза до СО2 и Н2О с помощью

окислителя О2 и ферментов и дает

много энергии в виде АТФ.

Где происходит? Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и ее внутренними мембранами.

Этапы кислородного окисления:

а) цикл Кребса

б) окислительное фосфорилирование

Цикл Кребса – циклический ферментативный процесс полного окисления органических веществ, образовавшихся в процессе гликолиза до углекислого газа, воды и энергии запасаемой в молекулах АТФ.

Ханс Адольф Кребс (1900-1981г.г.)

Ацетил-КоА 2С

Лимонная

кислота 6С

Яблочная

кислота 4С

Глутаровая

кислота 5С

Фумаровая

кислота 4С

Янтарная кислота 4С

Процесс кислородного расщепления молочной выражается уравнением:

2 С 3 Н 6 О 3 + 6 О 2 + 36 АДФ + 36 Н 3 РО 4 =

6 СО 2 + 42 Н 2 О + 36 АТФ

Энергия в виде 36 молекул АТФ(более 60% энергии).

Подумай и ответь

1.Почему при разрушении митохондрий в клетке будет наблюдаться снижение уровня активности, а затем приостановка жизнедеятельности клетки?

2. Сколько всего молекул АТФ образуется в результате энергетического обмена?

Просуммировав это уравнение с уравнением гликолиза получим итоговое уравнение:

С 6 Н 12 О 6 + 2 АДФ + 2 Н 3 РО 4 = 2 С 3 Н 6 О 3 + 2 АТФ + 2 Н 2 О

2 С 3 Н 6 О 3 + 6 О 2 + 36 АДФ + 36 Н 3 РО 4 = 6 СО 2 + 36 АТФ + 42 Н 2 О

____________________________________________________________________________________

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38 АДФ + 38 Н 3 РО 4 = 6 СО 2 + 38 АТФ + 44 Н 2 О

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 = 6 СО 2 + 38 АТФ

ИТОГ: Энергия в виде 38 АТФ

ВЫВОД:

В организме всех живых существ ежедневно, ежечасно, ежесекундно происходит процесс катаболизма . Любое нарушение этого процесса может привести к непоправимым последствиям! И чтобы этот процесс не нарушился необходимо: …

необходим чистый воздух, т.е. кислород.

необходимы питательные вещества.

необходимы биологические катализаторы,

т.е ферменты.

необходимы биологические активаторы,

т.е. витамины.

• В результате окисления сохраняется равновесие между синтезом органики и её распадом.
• СО2 используется для образования карбонатов, накапливается в осадочных породах, для процесса фотосинтеза.
• Сохраняется равновесие между кислородом и углекислым газом в атмосфере.

1 . Постоянно проветривать помещение,

больше гулять на свежем воздухе.

2. Употреблять полноценную пищу, богатую белками, углеводами, жирами.

3. Не исключать из рациона питания молочно -кислые продукты.

4. Не забывать о витаминах.

Продолжите предложения.

Наш урок подошёл к концу, и я хочу сказать:

- для меня было открытием то, что...

- сегодня на уроке мне удалось (не удалось)...

Домашнее задание:

Параграф 22,

? Как взаимосвязаны анаболизм и катаболизм в едином процессе обмена веществ?

Задачи (приложение 2).

Решение задач .

Задача 1. В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному (кислородному) расщеплению подверглось только 2 моль. Определите:

а) сколько молей молочной кислоты и углекислого газа при этом образовано;

б) сколько молей АТФ при этом синтезировано;

в) сколько энергии и в какой форме аккумулировано в этих молекулах АТФ;

г) Сколько молей кислорода израсходовано на окисление образовавшейся при этом молочной кислоты.

• Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс. – М.: Дрофа, 2007, - 367с.
• Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Введение в общую биологию и экологию. 9 класс. – М.: Дрофа, 2006, - 304с.
• Козлова Т. А. Тематическое и поурочное планирование по биологии к учебнику А.А. Каменского, Е. А. Криксунова, В. В. Пасечника «Общая биология: 10-11 классы» – М.: Издательство «Экзамен», 2006. – 286с.
• Пепеляева О.А., Сунцова И.В. Поурочные разработки по общей биологии.
• 9 класс. – М: «ВАКО», 2009.- 462 с.
• Лернер Г. И. Биология. Тематические тренировочные задания. – М.: Эксмо, 2009. – 168с.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Метаболизм. Энергетический обмен Материалы к уроку: Энергетический обмен в клетке 10 класс Кабачкова Е.Н.

Метаболи́зм, или обмен веществ - набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Совокупность химических реакций в организме, которые связаны с синтезом сложных органических соединений, идущие с затратой энергии. Совокупность химических реакций в организме, которые связаны с деградацией (расщеплением) сложных органических соединений до простых, идущие с выделением энергии.

Окисление – потеря электронов или водорода каким-либо соединением. Восстановление – присоединение электронов или атомов водорода. Окисляемое вещество – донор, Восстанавливаемое вещество – акцептор электронов или водорода.

Катаболизм, или энергетический обмен Этапы: Подготовительный Гликолиз (если расщепляется молекула глюкозы) Дыхание

Подготовительный этап Проходит: В лизосомах В отделах пищеварительного тракта Сущность: Сложные органические молекулы под действием ферментов расщепляются до мономеров (глюкозы, аминокислот, жирных кислот, глицерина) Энергия: - Выделяется в виде тепла

Бескислородный (анаэробный) этап Гликолиз (греч. g lycos – сладкий, lysis – расщепляю) Место: Цитоплазма Сущность: Одна шестиуглеродная молекула глюкозы ступенчато расщепляется и окисляется при участии ферментов до двух трехуглеродных молекул пировиноградной кислоты. 4 атома водорода идут на восстановление никотинамидденуклеотида (НАД+)

Кислородный (аэробный) этап Дыхание Место: Митохондрии Сущность: 2 молекулы ПВК поступают на ферментативный кольцевой «конвейер» – цикл Кребса.

1) Попадая в митохондрию ПВК окисляется и превращается в богатое энергией производное уксусной кислоты – Ацетилкоэнзим А. Цикл Кребса

2) ацетил-КоА соединяется с молекулой щавелевоуксусной кислоты, при этом образуется трикарбоновая лимонная кислота.

3) Лимонная кислота окисляется в ходе последующих ферментативных реакций. При этом восстанавливаются 3 молекулы НАД + в НАД●Н, одна молекула ФАД (флавинадениндинуклеотид) в ФАД ●Н 2 и образуется молекула гунозинтрифосфата (ГТФ) с высокоэнергетической фосфатной связью. Энергия ГТФ используется для фосфорилирования АДФ и образования АТФ. Лимонная кислота теряет 2 углеродных атома, за счет которых образуется 2 молекулы углекислого газа.

В сумме, в результате 7 последовательных реакций, лимонная кислота превращается в щавелевоуксусную кислоту. Она в свою очередь соединяется с новой молекулой ацетил-КоА и цикл повторяется.

В процессе окисления глюкозы возникли главным образом молекулы НАД●Н и ФАД●Н 2 и совсем мало синтезировалось молекул АТФ. Именно АТФ является универсальным биологическим аккумулятором энергии. Следующий этап биологического окисления служит превращению энергии, запасенной в НАД●Н и ФАД●Н 2 в энергию АТФ.

Окислительное фосфорилирование (на кристах митохондрий) В ходе этого процесса электроны от НАД●Н и ФАД●Н 2 перемещаются по многоступенчатой цепи переноса электронов к конечному их акцептору – молекулярному кислороду. При переходе электрона со ступени на ступень в определенных звеньях такой цепи, освобождается энергия, которая идет на образование АТФ. Поскольку в этом процессе окисление сопряжено с фосфорилированием, процесс получил название окислительное фосфорилирование. 1931 год, биохимик Энгельгардт

Общая формула энергетического обмена: С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ +38Н 3 РО 4 6СО 2 + 12Н 2 О + 38АТФ