БИОЛОГИЯ · 11 КЛАСС
Проект «Педагагічная скарбонка»
Молекулы, наследственность и эволюция

§ 21. Клеточное дыхание и брожение

Гликолиз расщепляет глюкозу до двух молекул пирувата в цитозоле. Его чистый энергетический результат составляет две молекулы АТФ на одну глюкозу.

Интерактивное исследование6 выводов2 интересных факта
21
Главный вопрос

Почему полное окисление глюкозы позволяет получать больше АТФ, чем брожение?

Биологическая лаборатория

Проследите энергетическое сопряжение

Открывайте этапы по порядку или возвращайтесь к любому из них. На каждом шаге схема объясняет, что меняется и почему.

Исследуйте изменения и читайте объяснения. Учебные схемы и числовые модели упрощены.

Разбираемся в теме

Четыре смысловых раздела
01

От глюкозы к пирувату

Гликолиз расщепляет глюкозу до двух молекул пирувата в цитозоле. Его чистый энергетический результат составляет две молекулы АТФ на одну глюкозу.

В начале пути АТФ расходуется, затем образуется больше, поэтому важно различать валовой и чистый выход. Одновременно восстанавливается НАД, принимающий электроны. Гликолиз не использует кислород непосредственно и возможен как перед аэробным дыханием, так и в сочетании с брожением.

Чистый результат гликолиза
+
4 АТФ

Образуются на последующих шагах.

−
2 АТФ

Расходуются в начале пути.

=
2 АТФ

Чистый выход на одну глюкозу.

Гликолиз
Цитозольный путь превращения глюкозы в пируват с чистым образованием двух АТФ
Пируват
Трёхуглеродный продукт гликолиза
НАД
Переносчик электронов, переходящий между окисленной и восстановленной формами
От схемы — к объяснению
02

Дальнейшее окисление

При аэробном обмене пируват преобразуется в ацетильную группу ацетил-КоА. В цикле Кребса углерод окисляется до углекислого газа, а электроны переходят на переносчики.

У эукариот эти процессы связаны главным образом с матриксом митохондрий. Цикл также поставляет промежуточные вещества для биосинтеза. Основная часть АТФ аэробного дыхания образуется не непосредственно в цикле, а при последующей работе дыхательной цепи и АТФ-синтазы.

Выделяем главное

  • Ацетил-КоА. Соединение, переносящее двухуглеродную ацетильную группу в реакции обмена
  • Цикл Кребса. Циклический путь окисления ацетильных групп с восстановлением переносчиков электронов
  • Матрикс митохондрии. Внутренняя среда митохондрии внутри внутренней мембраны
Выделяем главное

Строение митохондрии

Mariana Ruiz Villarreal LadyofHats · Public domain
Wikimedia Commons · источник

Клетки дрожжей

Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy · CC BY 3.0
Wikimedia Commons · источник

Йогурт — продукт молочнокислого брожения

No machine-readable author provided. Rainer Zenz assumed (based on copyright claims). · CC BY-SA 3.0
Wikimedia Commons · источник

03

Мембрана связывает перенос с синтезом

Дыхательная цепь переносит электроны и создаёт протонный градиент на внутренней мембране митохондрии. Обратный поток протонов через АТФ-синтазу обеспечивает синтез АТФ.

Кислород служит конечным акцептором электронов при аэробном дыхании, а продуктом его восстановления становится вода. Реальный выход АТФ зависит от условий и способов переноса восстановительных эквивалентов. Число 38 из упрощённых учебных схем не является универсальной величиной для каждой эукариотической клетки.

Связь дыхательной цепи с синтезом АТФ
  1. 1
    Перенос электронов

    Энергетически выгодные переходы в мембранных комплексах.

  2. 2
    Перемещение протонов

    Создание градиента на внутренней мембране.

  3. 3
    Поток через АТФ-синтазу

    Протоны движутся обратно по градиенту.

  4. 4
    Синтез АТФ

    Механизм связывает поток с образованием АТФ.

Дыхательная цепь
Система мембранных переносчиков электронов, сопряжённая с созданием протонного градиента
АТФ-синтаза
Ферментный комплекс, синтезирующий АТФ за счёт энергии градиента протонов
Окислительное фосфорилирование
Синтез АТФ, сопряжённый с переносом электронов по дыхательной цепи
От схемы — к объяснению
04

Брожение поддерживает гликолиз

Брожение восстанавливает запас окисленной формы НАД, необходимой для продолжения гликолиза. Органические продукты сохраняют значительную часть исходной химической энергии.

При молочнокислом варианте образуется лактат, при спиртовом — этанол и углекислый газ. В этих типичных схемах чистые две АТФ получены на этапе гликолиза, а не дополнительно при восстановлении конечного продукта. Брожение широко используется в пищевых технологиях и позволяет некоторым клеткам обходиться без аэробной цепи.

Выделяем главное

Брожение
Путь регенерации окисленных переносчиков с образованием органических конечных продуктов без дыхательной цепи
Молочнокислое брожение
Превращение пирувата в лактат с регенерацией окисленной формы НАД⁺
Спиртовое брожение
Превращение продуктов гликолиза в этанол и углекислый газ
Выделяем главное
Думаем как биологи

Разберите ситуацию

Почему прекращение работы дыхательной цепи может остановить цикл Кребса, хотя кислород не является его непосредственным реагентом?

Сверить рассуждение

Переносчики перестают эффективно возвращаться в окисленную форму. Их недостаток ограничивает реакции цикла, демонстрируя зависимость одного этапа от другого.

Собираем главное

Шесть опорных выводов

01

Гликолиз расщепляет глюкозу до двух молекул пирувата в цитозоле. Его чистый энергетический результат составляет две молекулы АТФ на одну глюкозу.

02

При аэробном обмене пируват преобразуется в ацетильную группу ацетил-КоА. В цикле Кребса углерод окисляется до углекислого газа, а электроны переходят на переносчики.

03

Дыхательная цепь переносит электроны и создаёт протонный градиент на внутренней мембране митохондрии. Обратный поток протонов через АТФ-синтазу обеспечивает синтез АТФ.

04

Брожение восстанавливает запас окисленной формы НАД, необходимой для продолжения гликолиза. Органические продукты сохраняют значительную часть исходной химической энергии.

05

Аэробное дыхание извлекает больше доступной энергии благодаря более полному окислению. Основной синтез АТФ связан с мембранной системой.

06

Брожение позволяет продолжать гликолиз через регенерацию НАД. Значительная часть энергии остаётся в его органических продуктах.

Проверьте себя10 вопросов · проверяем понимание темы
1. Какое понятие соответствует описанию? «Цитозольный путь превращения глюкозы в пируват с чистым образованием двух АТФ»
2. Какое понятие соответствует описанию? «Трёхуглеродный продукт гликолиза»
3. Какое понятие соответствует описанию? «Соединение, переносящее двухуглеродную ацетильную группу в реакции обмена»
4. Какое понятие соответствует описанию? «Циклический путь окисления ацетильных групп с восстановлением переносчиков электронов»
5. Какое понятие соответствует описанию? «Система мембранных переносчиков электронов, сопряжённая с созданием протонного градиента»
6. Какое понятие соответствует описанию? «Ферментный комплекс, синтезирующий АТФ за счёт энергии градиента протонов»
7. Какое понятие соответствует описанию? «Путь регенерации окисленных переносчиков с образованием органических конечных продуктов без дыхательной цепи»
8. Какое понятие соответствует описанию? «Превращение пирувата в лактат с регенерацией окисленной формы НАД⁺»
9. Какое понятие соответствует описанию? «Переносчик электронов, переходящий между окисленной и восстановленной формами»
10. Какое понятие соответствует описанию? «Синтез АТФ, сопряжённый с переносом электронов по дыхательной цепи»

Источники и иллюстрации

Основа: предоставленный параграф учебника «Биология. 11 класс», § 21 «Клеточное дыхание и брожение», издательство «Народная асвета». Материал переработан в учебный конспект по структуре и терминологии курса. Подписи, авторы и лицензии изображений приведены рядом с ними.

Конспект, схемы и задания работают без подключения к сети. Для внешних изображений требуется интернет.

↑

Загрузка прогресса…