Какие продукты реакции образуются при аэробном дыхании вода углекислый
☰
Клеточное дыхание — это окисление органических веществ в клетке, в результате которого синтезируются молекулы АТФ. Исходным сырьем (субстратом) обычно служат углеводы, реже жиры и еще реже белки. Наибольшее количество молекул АТФ дает окисление кислородом, меньшее – окисление другими веществами и переносом электронов.
Углеводы, или полисахариды, перед использованием в качестве субстрата клеточного дыхания распадаются до моносахаридов. Так у растений крахмал, а у животных гликоген гидролизуются до глюкозы.
Глюкоза является основным источником энергии почти для всех клеток живых организмов.
Первый этап окисления глюкозы — гликолиз. Он не требует кислорода и характерен как при анаэробном, так и аэробном дыхании.
Биологическое окисление
Клеточное дыхание включает в себя множество окислительно-восстановительных реакций, в которых происходит перемещение водорода и электронов от одних соединений (или атомов) к другим. При потери электрона каким-либо атомом происходит его окисление; при присоединении электрона — восстановление. Окисляемое вещество — это донор, а восстанавливаемое — акцептор водорода и электронов. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в живых организмах носят название биологического окисления, или клеточного дыхания.
Обычно при окислительных реакциях происходит выделение энергии. Причина этого кроется в физических законах. Электроны в окисляемых органических молекулах находятся на более высоком энергетическом уровне, чем в продуктах реакции. Электроны, переходя с более высокого на более низкий энергетический уровень, высвобождают энергию. Клетка умеет фиксировать ее в связях молекул АТФ — универсальном «топливе» живого.
Наиболее распространенным в природе конечным акцептором электронов является кислород, который восстанавливается. При аэробном дыхании в результате полного окисления органических веществ образуются углекислый газ и вода.
Биологическое окисление протекает по-этапно, в нем участвуют множество ферментов и соединения, переносящие электроны. При ступенчатом окислении электроны перемещаются по цепи переносчиков. На определенных этапах цепи происходит выделение порции энергии, достаточной для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.
Биологическое окисление весьма эффективно по-сравнению с различными двигателями. Около половины выделяющейся энергии в конечном итоге фиксируется в макроэргических связях АТФ. Другая часть энергии рассеивается в виде тепла. Поскольку процесс окисления ступенчатый, то тепловая энергия выделяется понемногу и не повреждает клетки. В то же время она служит для поддержания постоянной температуры тела.
Аэробное дыхание
Различные этапы клеточного дыхания у аэробных эукариот происходят
в цитоплазме – гликолиз,
в матриксе митохондрий – цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот,
на внутренней мембране митохондрий – окислительное фосфорилирование, или дыхательная цепь.
На каждом из этих этапов из АДФ синтезируется АТФ, больше всего на последнем. Кислород в качестве окислителя используется только на этапе окислительного фосфорилирования.
Суммарные реакции аэробного дыхания выглядит следующим образом.
Гликолиз и цикл Кребса: C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 12H2 + 4АТФ
Дыхательная цепь: 12H2 + 6O2 → 12H2O + 34АТФ
Таким образом биологическое окисление одной молекулы глюкозы дает 38 молекул АТФ. На самом деле нередко бывает меньше.
Анаэробное дыхание
Большинство анаэробов — это микроорганизмы. Однако к организмам, использующим анаэробное дыхание, относятся также дрожжи, ряд червей-паразитов. Способностью к анаэробному дыханию также обладают определенные ткани. Например, мышечные клетки, которые периодически могут испытывать недостаток кислорода.
При анаэробном дыхании в окислительных реакциях акцептор водорода НАД не передает водород в конечном итоге на кислород, которого в данном случае нет.
В качестве акцептора водорода может быть использована пировиноградная кислота, образующаяся при гликолизе.
У дрожжей пируват сбраживается до этанола (спиртовое брожение). При этом в процессе реакций образуется также углекислый газ и используется НАД:
CH3COCOOH (пируват) → CH3CHO (ацетальдегид) + CO2
CH3CHO + НАД · H2 → CH3CH2OH (этанол) + НАД
Молочнокислое брожение происходит в животных клетках, испытывающих временный недостаток кислорода, и у ряда бактерий:
CH3COCOOH + НАД · H2 → CH3CHOHCOOH (молочная кислота) + НАД
Оба брожения не дают выхода АТФ. Энергию в данном случае дает только гликолиз, и составляет она всего две молекулы АТФ. Значительная часть энергии глюкозы так и не извлекается. Поэтому анаэробное дыхание считается малоэффективным.
Основы учения о клетке. Энергетический обмен
Вариант 1
1. Как называется биологическое окисление с участием кислорода?
1)полное
2)неполное
3)аэробное
4)анаэробное
2. Какой процесс необходим для снабжения энергией клеток анаэробных организмов?
1) фотосинтез
2) дыхание
3) брожение
4) гликолиз
3. Где происходит второй этап клеточного дыхания?
1) в ядре клетки
2) в цитоплазме клетки
3) в митохондриях
4)в рибосомах
4. Какие продукты реакции образуются при аэробном дыхании?
1) вода, углекислый газ, АТФ
2) вода и углекислый газ, азот
3)углекислый газ, АТФ и серная кислота
4)вода, АТФ и хлор
5.В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.
Объект
Функция
АТФ
…
Гемоглобин
Транспорт газа
Какое понятие следует вписать на место пропуска в этой таблице?
хранение информации
клеточный иммунитет
3) размножение
4) накопление энергии
6. Молекулы АТФ в процессе клеточного дыхания образуются в
1) митохондриях
2) рибосомах
3) хлоропластах
4) лизосомах
7.Верны ли следующие суждения об обмене веществ и превращении энергии?
А. АТФ образуется при брожении
Б. Синтез АТФ происходит только в клетках животных при чрезмерной физической
нагрузке.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
8.Что характеризует энергетический обмен в клетке? Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) по своим результатам противоположен биосинтезу
2) идёт с поглощением энергии
3)завершается в митохондриях
4) завершается в рибосомах
5) сопровождается синтезом молекул АТФ
6) завершается образованием кислорода и углеводов
9.Установите последовательность процессов, протекающих на каждом этапе энергетического обмена в клетках животных.
А) расщепление гликогена до глюкозы
Б) полное окисление пировиноградной кислоты
В) поступление органических веществ в клетку
Г) гликолиз, образование 2 молекул АТФ
10. Вставьте в текст «Этапы энергетического обмена» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
Энергетический обмен происходит в несколько этапов. Первый этап протекает в ______ (А) системе животного. Он
характеризуется тем, что сложные органические вещества расщепляются на мономеры. Второй этап протекает в _______(Б) и назван бескислородным этапом, так как осуществляется без участия кислорода. Другое его название — _______(В). Третий этап энергетического обмена — кислородный, осуществляется непосредственно внутри _______(Г) на кристах, где при участии ферментов происходит синтез АТФ.
Перечень терминов
1) брожение
2) гликолиз
3) лизосома
4) митохондрия
5) кровеносная
6) пищеварительная
7) межклеточная жидкость
8) цитоплазма клетки
Основы учения о клетке. Энергетический обмен
Вариант 2
1.Как называется бескислородное биологическое окисление?
1) аэробное
2) анаэробное
3) неполное
4) полное
2. Гликолю — это расщепление:
1 ) воды
2) молочной кислоты
3) глюкозы
4)АТФ
3. Где происходит завершающий этап клеточного дыхания?
1 ) в цитоплазме клетки
2) в ядре клетки
3) в рибосомах
4) в митохондриях
4. При аэробном дыхании пировиноградная кислота превращается в:
1) углекислый газ и молочную кислоту (или этиловый спирт)
2) углекислый газ и воду
3) молочную кислоту и воду
4) углекислый газ и лимонную кислоту
5.В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.
Объект
Процесс
Митохондрия
…
Клеточный центр
Деление клетки
Какое понятие следует вписать на место пропуска в этой таблице?
1)синтез АТФ
2) фагоцитоз
3) выделение веществ
4) хранение информации
6:Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию
1) защиты от антител
2) катализаторов реакций
3) транспорта веществ
4) аккумулятора энергии
7.Верны ли следующие суждения об обмене веществ и превращении энергии?
А. АТФ образуется при дыхании организмов
Б. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
8. Что происходит в процессе дыхания? Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) расщепление молекул воды
2) образование крахмала
3)поглощение энергии света молекулами хлорофилла
4) образование воды
5) поглощение кислорода
6) выделение углекислого газа
9.Какова последовательность процессов энергетического обмена в клетке?
А) расщепление биополимеров до мономеров
Б) лизосома сливается с частицей пищи, содержащей белки, жиры и углеводы
В) расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты и синтез двух молекул АТФ
Г) окисление пировиноградной кислоты и синтез 36 молекул АТФ
Д) поступление пировиноградной кислоты в митохондрии
10.Вставьте в текст «Этапы энергетического обмена» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность цифр (по тексту) впишите в приведённую ниже таблицу.
ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
Энергетический обмен происходит в несколько этапов. Первый этап у простейших протекает в ______ (А). Он характеризуется тем, что сложные органические вещества расщепляются до менее сложных. Второй этап протекает в цитоплазме и назван _______ (Б) этапом, так как осуществляется без участия кислорода. Другое его название — _______ (В). Третий этап энергетического обмена — кислородный — осуществляется непосредственно внутри митохондрий на _______(Г), где при участии ферментов происходит синтез АТФ.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ:
1) гликолиз
2) аэробный
3) криста
4) кровеносная
5) пищеварительная
6) межклеточная жидкость
7) анаэробный
8) лизосома
МАТРИЦА ОТВЕТОВ
Задание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ответ
ВАРИАНТ 1
Задание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ответ
3
3
2
1
4
1
1
135
ВАГБ
6824
ВАРИАНТ 2
Задание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ответ
2
3
4
1
1
4
3
456
БАВДГ
8713
Елена З. · 19 октября 2018
895
Мало говорю, но много пишу.
Аэробное дыхание — это совокупность процессов с участием кислорода, через которые органические вещества окисляются и выделяют энергию. Аэробное (внешнее и тканевое) дыхание характерно для птиц, рептилий и млекопитающих. Существует еще анаэробный тип дыхание, при котором окисление органических веществ происходит при отсутствии кислорода. Оно характерно для многих низших… Читать далее
Увлекаюсь всем на свете: от моды до путешествий. Работаю помощником главного…
Аэробное дыхание — это ряд процессов насыщения клеток с участием кислорода. Дыхание у человека по-умолчанию не может быть анаэробным. Поэтому, делать ничего не нужно. Можно продолжать дышать.
Что такое «второе дыхание» и как оно «открывается»?
Студентишка медицинского университета,футбольный фанат
Во время физической нагрузки значительно увеличивается работа мышц. Основным источником энергии для мышечной ткани является окисление глюкозы (гликолиз). В обычных условиях окисление глюкозы происходит с участием кислорода (аэробный гликолиз). В интенсивно работающих скелетных мышцах, в условиях ограниченного доступа кислорода, включается анаэробное окисление во время которого пируват (пировиноградная кислота) превращается в лактат (молочную кислоту) без потребления кислорода. Именно накопление молочной кислоты даёт клиническую картину усталости, боль и жжение в мышцах.
В условиях недостатка кислорода в эритроцитах образуется побочный продукт гликолиза — 2,3-бисфосфоглицерат (БФГ). Присоединяясь к гемоглобину, БФГ ослабляет его связь с кислородом (О2). В центре тетрамерной молекулы гемоглобина есть полость, образованная аминокислотными остатками всех четырёх протомеров. Центральная полость — место присоединения 2,3-бисфосфоглицерата. Присоединения БФГ вызывает конформационные изменения структуры гемоглобина, что в свою очередь способствует диссоциации кислорода из оксигемоглобина и переходу его в ткани.Это и является, собственно, физиологической основой явления «второго дыхания».
Как происходит искусственная вентиляция лёгких в реанимации?
Искусственная вентиляция лёгких поводится в качестве меры реанимации, когда самостоятельно поддерживать этот процесс человек не может.
После осмотра пациента врач устанавливает на аппарате ИВЛ необходимую частоту и глубину вдохов, а такжк газовую смесь.
Аппарат подключают через интубационную трубку (или через трубку в передней стенке трахеи, или через маску), он автоматически поддерживает процесс и состав подаваемого газа.
ИВЛ проводится не только «вместо» человека, но и при нарушении дыхательных функций, когда пациент может дышать сам, но периодически испытывает затруднения (вспомогательная вентиляция).
Подробнее р всех аспектах можно прочитать здесь:https://sovets.net/12544-iskusstvennaya-ventilyaciya-legkih.html#h2_1
Прочитать ещё 2 ответа
Какие дыхательные упражнения помогают справиться со стрессом?
Существует довольно много техник дыхания, позволяющих снять стресс и сбросить напряжение. Это и дыхание животом, и дыхание свечи, и пранаяма и многие другие. Главное — осознанное дыхание. Самое простое дыхательное упражнение — счёт.
Необходимо сесть на стул, спину держать прямо, расслабляем руки, ноги и шею. Глубоко дышим и начинаем считать вдохи и выдохи и так до десяти. После — начинаем сначала. Дышим спокойно, ровно, настолько глубоко, насколько позволяют легкие.
Прочитать ещё 1 ответ
Клеточное или тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (АТФ, которых в результате процесса образуется 30(32) и др.) и может быть использована по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. О физиологических процессах транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению от них углекислого газа см. статью Дыхание.
Использование различных начальных субстратов[править | править код]
В качестве исходных субстратов дыхания могут выступать различные вещества, преобразуемые в ходе специфических метаболических процессов в Ацетил-КоА с высвобождением ряда побочных продуктов. Восстановление НАД (НАДФ) и образование АТФ может происходить уже на этом этапе, однако большая их часть образуется в цикле трикарбоновых кислот при переработке Ацетил-КоА.
Гликолиз[править | править код]
Гликолиз — путь ферментативного расщепления глюкозы — является общим практически для всех живых организмов процессом. У аэробов он предшествует собственно клеточному дыханию, у анаэробов завершается брожением. Сам по себе гликолиз является полностью анаэробным процессом и для осуществления не требует присутствия кислорода.
Первый его этап протекает с высвобождением 2 молекул АТФ и включает в себя расщепление молекулы глюкозы на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. На втором этапе происходит НАД-зависимое окисление глицеральдегид-3-фосфата, сопровождающееся субстратным фосфорилированием, то есть присоединением к молекуле остатка фосфорной кислоты и формированием в ней макроэргической связи, после которого остаток переносится на АДФ с образованием АТФ.
Таким образом, уравнение гликолиза имеет следующий вид:
Глюкоза + 2НАД+ + 4АДФ + 2АТФ + 2Фн = 2ПВК + 2НАД∙Н + 2 АДФ + 4АТФ + 2H2O + 2Н+.
Сократив АТФ и АДФ из левой и правой частей уравнения реакции, получим:
Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн = 2НАД∙Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H2O + 2Н+.
Окислительное декарбоксилирование пирувата[править | править код]
Образовавшаяся в ходе гликолиза пировиноградная кислота (пируват) под действием пируватдегидрогеназного комплекса (сложная структура из 3 различных ферментов и более 60 субъединиц) распадается на углекислый газ и ацетальдегид, который вместе с Коферментом А образует Ацетил-КоА. Реакция сопровождается восстановлением НАД до НАД∙Н.
У эукариот процесс протекает в матриксе митохондрий.
β-окисление жирных кислот[править | править код]
Деградация жирных кислот (у некоторых организмов также алканов) происходит у эукариот в матриксе митохондрий. Суть этого процесса заключается в следующем. На первой стадии к жирной кислоте присоединяется кофермент А с образованием ацил-KoA. Он дегидрируется с последовательным переносом восстановительных эквивалентов на убихинон дыхательной ЭТЦ. На второй стадии происходит гидратирование по двойной связи С=С, после чего на третьей стадии происходит окисление полученной гидроксильной группы. В ходе этой реакции восстанавливается НАД.
Наконец, на четвёртой стадии образовавшаяся β-кетокислота расщепляется β-кетотиолазой в присутствии кофермента А на ацетил-КоА и новый ацил-КоА, в которой углеродная цепь на 2 атома короче. Цикл β-окисления повторяется до тех пор, пока вся жирная кислота не будет переработана в ацетил-КоА.
Цикл трикарбоновых кислот[править | править код]
Ацетил-КоА под действием цитратсинтазы передаёт ацетильную группу оксалоацетату с образованием лимонной кислоты, которая поступает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В ходе одного оборота цикла лимонная кислота несколько раз дегидрируется и дважды декарбоксилируется с регенерацией оксалоацетата и образованием одной молекулы ГТФ (способом субстратного фосфорилирования), трёх НАДН и ФАДН2.
Суммарное уравнение реакций:
Ацетил-КоА + 3НАД+ + ФАД + ГДФ + Фн + 2H2O + КоА-SH = 2КоА-SH + 3НАДH + 3H+ + ФАДН2 + ГТФ + 2CO2
У эукариот ферменты цикла находятся в свободном состоянии в матриксе митохондрий, только сукцинатдегидрогеназа встроена во внутреннюю митохондриальную мембрану.
Окислительное фосфорилирование[править | править код]
Основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН2, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т.д. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2.5 молекулы АТФ, ФАДН2 — 1.5 молекулы.
Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.
Анаэробное дыхание[править | править код]
Если в электронтранспортной цепи вместо кислорода используется другой конечный акцептор (трёхвалентное железо, нитрат- или сульфат-анион), дыхание называется анаэробным. Анаэробное дыхание свойственно в основном бактериям, которые благодаря этому играют важную роль в биогеохимическом цикле серы, азота и железа. Денитрификация — один из типов анаэробного дыхания — является одним из источников парниковых газов, железобактерии принимают участие в образовании железомарганцевых конкреций. Среди эукариот анаэробное дыхание встречается у некоторых грибов, морских донных беспозвоночных, паразитических червей [1] и протистов — например, фораминифер [2].
Общее уравнение дыхания, баланс АТФ[править | править код]
| Стадия | Выход кофермента | Выход АТФ (ГТФ) | Способ получения АТФ |
|---|---|---|---|
| Первая фаза гликолиза | −2 | Фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6-фосфата с использованием 2 АТФ из цитоплазмы. | |
| Вторая фаза гликолиза | 4 | Субстратное фосфорилирование | |
| 2 НАДН | 3 (5) | Окислительное фосфорилирование. Только 2 АТФ образуется из НАДН в электронтранспортной цепи, поскольку кофермент образуется в цитоплазме и должен быть транспортирован в митохондрии. При использовании малат-аспартатного челнока для транспорта в митохондрии из НАДН образуется 3 моль АТФ. При использовании же глицерофосфатного челнока образуется 2 моль АТФ. | |
| Декарбоксилирование пирувата | 2 НАДН | 5 | Окислительное фосфорилирование |
| Цикл Кребса | 2 | Субстратное фосфорилирование | |
| 6 НАДН | 15 | Окислительное фосфорилирование | |
| 2 ФАДН2 | 3 | Окислительное фосфорилирование | |
| Общий выход | 30 (32) АТФ[3] | При полном окислении глюкозы до углекислого газа и окислении всех образующихся коферментов. | |
См. также[править | править код]
- Брожение
Примечания[править | править код]
- ↑ Tielens A.G.M., Rotte C., van Hellemond J.J., Martin W. Mitochondria as we don’t know them (Trends in Biochem.Sci.,2002,27,11,564-572
- ↑ Если нет кислорода, можно дышать нитратами
- ↑ David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. — 4. — W. H. Freeman, 2004. — 1100 с.