Что образуется при диссимиляции углеводов в процессе дыхания ряд органических кислот
Водно-солевой, белковый, жировой и углеводный обмен. Распад и окисление органических веществ в клетках. Ферменты. Ассимиляция и диссимиляция — две стороны единого процесса обмена веществ. Обмен веществ между организмом и окружающей средой. Нормы питания. Значение правильного питания. Витамины и их значение для организма.
• Повторить материал по теме «Обмен веществ и энергии в клетке», а также учебный материал. Изучить схему 61, таблицу 117.
• Ответить на вопросы для самоконтроля.
• Выполнить контрольную работу № 62.
• Проанализировать таблицы 118, 119 «Витамины».
• Выполнить контрольную работу № 63.
Вопросы для самоконтроля
• Что включают в себя процессы ассимиляции и диссимиляции?
• Чем регулируется обмен веществ в организме?
• Почему ассимиляцию называют пластическим обменом, а диссимиляцию — энергетическим обменом?
• Каким образом белки одновременно участвуют в процессах диссимиляции и ассимиляции?
• Что образуется в процессе расщепления углеводов?
• Какие вещества создаются за счет расщепляющихся углеводов?
• Могут ли жиры и углеводы переходить друг в друга?
• Какие три этапа диссимиляции происходят в организме И в каких органах и органеллах?
• Что означает понятие «усвоение пищи»? Где усваивается пища?
• Оба ли процесса обмена веществ протекают с участием ферментов?
• До каких конечных продуктов расщепляются белки, жиры, углеводы?
• Чем регулируется белковый обмен, жировой обмен, углеводный обмен в отдельности?
• Какую роль в обмене веществ играют вода и минеральные соли?
• Как выводятся из организма СО2, Н2О, соли, мочевина?
• Выделяются ли при нормальной работе организма нерасщепленные белки, жиры, углеводы?
• Как переводится на русский язык слово «витамины» и кем они были открыты?
• Каково значение различных витаминов для организма?
• Какие болезни авитаминоза вам известны?
• В каком случае применяют синтетические витамины?
• В какое время года наиболее вероятен недостаток витаминов?
• Почему всем людям, особенно детям, надо больше бывать на солнце?
Контрольная работа № 62 (обмен веществ)
1. Какое органическое вещество является исходным в экологической системе (белки, жиры, углеводы)?
2. Что образуется при диссимиляции углеводов в процессе дыхания (ряд органических кислот, АТФ, вода, теплота, О2, СО2)?
3. В каких реакциях участвуют органические кислоты, получившиеся при расщеплении углеводов (образование аминокислот, жирных кислот, клетчатки, молекул воды)?
4. Какие белки расщепляются в клетках человека при диссимиляции (растительные, животные, собственные белки человека)?
5. Где находятся дыхательные пигменты (легкие, митохондрии, эритроциты)?
6. Где функционируют дыхательные ферменты (легкие, митохондрии)?
7. Где ассимилируются углеводы у растений (митохондрии, пластиды, рибосомы, каналы ЭС)?
8. Какие соединения могут откладываться в запас в организме человека (белки, жиры, углеводы)?
9. Где у человека находятся центры голода и жажды (кора больших полушарий, продолговатый мозг, гипоталамус)?
10. Что приводит человека к ожирению (преобладание диссимиляции над ассимиляцией, преобладание ассимиляции над диссимиляцией, нарушение функций гипоталамуса, нарушение функций щитовидной железы)?
11. Какие аминокислоты называют незаменимыми (их нет в животной пище, их нет в растительной пище, они не синтезируются самим организмом)?
12. В каком порядке организм расходует органические вещества тела при голодании (белки, жиры, углеводы)?
Клеточное дыхание, митохондрии
Дыхание (простое)
Клеточное дыхание (средняя сложность)
0. Подготовительная стадия
В пищеварительной системе сложные органические вещества распадаются до более простых (белки до аминокислот, крахмал до глюкозы, жиры до глицерина и жирных кислот и т.п.). При этом выделяется энергия, которая рассеивается в форме тепла.
1. Гликолиз
Происходит в цитоплазме, без участия кислорода (анаэробно). Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется энергия в виде 2 АТФ и богатых энергией электронов на переносчиках.
2. Окисление ПВК в митохондриях
Происходит в митохондриях. ПВК окисляется кислородом до углекислого газа, при этом образуются богатые энергией электроны. Они восстанавливают кислород, при этом образуется вода и энергия на 36 АТФ.
Брожение и кислородное дыхание
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.
Митохондрии
Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь – кристы, они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов клеточного дыхания.
Внутренняя среда митохондрии называется матрикс. В нем находятся кольцевая ДНК и мелкие (70S) рибосомы, за счет них митохондрии самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами.
Еще можно почитать
Задания части 1
РАСЧЕТЫ
1. В процессе полного расщепления глюкозы образовалось 684 молекулы АТФ. Сколько молекул глюкозы подверглось расщеплению? Сколько молекул АТФ образовалось в результате гликолиза? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
2. В процессе гликолиза образовалось 84 молекулы пировиноградной кислоты. Какое число молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при её полном окислении? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
3. В диссимиляцию вступило 15 молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после кислородного этапа и суммарный эффект диссимиляции. Запишите три числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
4. Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках эукариот на подготовительном этапе энергетического обмена, в процессе гликолиза и в процессе дыхания при окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 10 остатков глюкозы? Ответ запишите в виде последовательности трех чисел в порядке их убывания без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
5. В ходе диссимиляции образовалось 24 моль углекислого газа. Сколько моль АТФ синтезировалось? В ответе запишите только количество моль АТФ.
Выберите один, наиболее правильный вариант. Расщепление липидов до глицерина и жирных кислот происходит в
1) подготовительную стадию энергетического обмена
2) процессе гликолиза
3) кислородную стадию энергетического обмена
4) ходе пластического обмена
Выберите один, наиболее правильный вариант. Сколько молекул АТФ запасается в процессе гликолиза?
1) 2
2) 32
3) 36
4) 40
Выберите один, наиболее правильный вариант. На подготовительной стадии энергетического обмена исходными веществами являются
1) аминокислоты
2) полисахариды
3) моносахариды
4) жирные кислоты
Выберите один, наиболее правильный вариант. Где протекает анаэробный этап гликолиза?
1) в митохондриях
2) в легких
3) в пищеварительной трубке
4) в цитоплазме
Выберите один, наиболее правильный вариант. Чем характеризуются процессы биологического окисления
1) большой скоростью и быстрым выделением энергии в виде тепла
2) участием ферментов и ступенчатостью
3) участием гормонов и малой скоростью
4) гидролизом полимеров
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
Какие утверждения об этапах энергетического обмена верны? Определите три верных утверждения и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Анаэробный этап энергетического обмена протекает в кишечнике.
2) Анаэробный этап энергетического обмена протекает без участия кислорода.
3) Подготовительный этап энергетического обмена – это расщепление макромолекул до мономеров.
4) Аэробный этап энергетического обмена протекает без участия кислорода.
5) Аэробный этап энергетического обмена протекает до образования конечных продуктов СО2 и Н2О.
КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ КРОМЕ
1. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания клеточного дыхания. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) фотолиз воды
2) синтез АТФ
3) цикл Кребса
4) восстановление углерода
5) окисление НАД-Н
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, описывают реакции, происходящие в ходе энергетического обмена у человека. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) образование кислорода из воды
2) синтез 38 молекул АТФ
3) расщепление глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты
4) восстановление углекислого газа до глюкозы
5) образование углекислого газа и воды в клетках
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ
Реакции подготовительного этапа энергетического обмена происходят в
1) хлоропластах растений
2) каналах эндоплазматической сети
3) лизосомах клеток животных
4) органах пищеварения человека
5) аппарате Гольджи эукариот
6) пищеварительных вакуолях простейших
2. Установите соответствие между процессами и этапами клеточного дыхания: 1) подготовительный, 2) гликолиз. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) протекает в гиалоплазме клеток
Б) происходит при участии гидролитических ферментов лизосом
В) расщепление биополимеров до мономеров
Г) процесс образования энергии для анаэробов
Д) образуется ПВК
3. Установите соответствие между процессами и этапами энергетического обмена: 1) бескислородный, 2) подготовительный. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) расщепляются молекулы крахмала
Б) синтезируются 2 молекулы АТФ
В) протекают в лизосомах
Г) участвуют гидролитические ферменты
Д) образуются молекулы пировиноградной кислоты
2. Установите соответствие между характеристиками и этапами энергетического обмена: 1) подготовительный, 2) бескислородный, 3) кислородный. Запишите цифры 1-3 в правильном порядке.
А) образуется пировиноградная кислота
Б) процесс протекает в лизосомах
В) синтезируется более 30 молекул АТФ
Г) образуется только тепловая энергия
Д) процесс протекает на кристах митохондрий
Е) процесс протекает в гиалоплазме
3. Установите соответствие между процессами и этапами энергетического обмена: 1) подготовительный, 2) анаэробный, 3) аэробный. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) гидролитическое расщепление органических веществ
Б) бескислородное расщепление глюкозы
В) циклические реакции
Г) образование ПВК
Д) протекание в митохондриях
Е) рассеивание энергии в виде тепла
4. Установите соответствие между процессами и этапами энергетического обмена: 1) аэробный, 2) анаэробный, 3) подготовительный. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) гидролитическое расщепление органических веществ
Б) образование пировиноградной кислоты
В) циклические реакции цикла Кребса
Г) образование более 30 молекул АТФ
Д) расщепление глюкозы
2. Установите соответствие между признаками и этапами энергетического обмена: 1) гликолиз, 2) дыхание. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) протекает в цитоплазме
Б) запасается 36 молекул АТФ
В) протекает на кристах митохондрий
Г) образуется ПВК
Д) протекает в матриксе митохондрий
3. Установите соответствие между характеристикой и этапом обмена веществ, к которому её относят: 1) гликолиз, 2) кислородное расщепление. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) расщепляется ПВК до СО2 и Н2О
Б) расщепляется глюкоза до ПВК
В) синтезируется две молекулы АТФ
Г) синтезируется 36 молекул АТФ
Д) возник на более позднем этапе эволюции
Е) происходит в цитоплазме
БЕСКИСЛОРОДНОЕ
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используют для описания процесса молочнокислого брожения. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите 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
2. Установите соответствие между процессом и этапом энергетического обмена, на котором этот процесс происходит: 1) бескислородный, 2) кислородный. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) транспорт электронов по цепи переноса
Б) полное окисление до СО2 и Н2О
В) образование пировиноградной кислоты
Г) гликолиз
Д) синтез 36 молекул АТФ
3. Установите соответствие между характеристиками и этапами энергетического обмена: 1) бескислородный, 2) кислородный. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) образуется этиловый спирт и углекислый газ
Б) запасается более 30 молекул АТФ при расщеплении одной молекулы глюкозы
В) пировиноградная кислота распадается на воду и углекислый газ
Г) данный этап свойствен как анаэробным, так и аэробным организмам
Д) процесс протекает в митохондриях
4. Установите соответствие между процессами энергетического обмена и этапами: 1) бескислородный, 2) кислородный. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) этап начинается с расщепления глюкозы
Б) образуется 2 молекулы С3Н4О3
В) происходит в мембранах крист
Г) синтезируется 36 молекул АТФ
Д) одним из результатов является спиртовое брожение
5. Установите соответствие между характеристиками и этапами энергетического обмена углеводов: 1) бескислородный, 2) кислородный. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) Происходит расщепление глюкозы.
Б) Обмен осуществляется в митохондриях.
В) Образуется молочная кислота.
Г) Синтезируется более 30 молекул АТФ.
Д) Образуется пировиноградная кислота.
Е) Образуются конечные продукты – углекислый газ и вода.
КИСЛОРОДНОЕ
1. Что характерно для кислородного этапа энергетического процесса?
1) протекает в цитоплазме клетки
2) образуются молекулы ПВК
3) встречается у всех известных организмов
4) протекает процесс в матриксе митохондрий
5) наблюдается высокий выход молекул АТФ
6) имеются циклические реакции
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из указанных признаков относятся к аэробному обмену веществ?
1) белки расщепляются до аминокислот
2) протекает в митохондриях
3) завершается образованием пировиноградной кислоты или этилового спирта
4) протекает в цитоплазме клеток
5) завершается образованием АТФ, двуокиси углерода и воды
6) энергетический эффект — 36 молекул АТФ
КИСЛОРОДНОЕ КРОМЕ
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания процесса кислородного дыхания. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) аэробный процесс
2) молекула глюкозы распадается на две молекулы молочной кислоты
3) образуется 36 молекул АТФ
4) осуществляется в митохондриях
5) энергия аккумулируется в двух молекулах АТФ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
1. Установите последовательность этапов окисления молекул крахмала в ходе энергетического обмена
1) образование молекул ПВК (пировиноградной кислоты)
2) расщепление молекул крахмала до дисахаридов
3) образование углекислого газа и воды
4) образование молекул глюкозы
2. Установите последовательность процессов, протекающих на каждом этапе энергетического обмена человека.
1) расщепление крахмала до глюкозы
2) полное окисление пировиноградной кислоты
3) поступление мономеров в клетку
4) гликолиз, образование двух молекул АТФ
3. Установите последовательность процессов, происходящих при обмене углеводов в организме человека. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) расщепление крахмала под действием ферментов слюны
2) полное окисление до углекислого газа и воды
3) расщепление углеводов под действием ферментов поджелудочного сока
4) анаэробное расщепление глюкозы
5) всасывание глюкозы в кровь и транспорт к клеткам тела
4. Установите последовательность процессов окисления молекулы крахмала в ходе энергетического обмена. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование лимонной кислоты в митохондрии
2) расщепление молекул крахмала до дисахаридов
3) образование двух молекул пировиноградной кислоты
4) образование молекулы глюкозы
5) образование углекислого газа и воды
5. Установите последовательность процессов, происходящих при клеточном дыхании аэробной клетки. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование ацетил-кофермента А
2) образование АТФ путем окислительного фосфорилирования
3) поступление глюкозы в цитоплазму
4) образование молекул пировиноградной кислоты
5) реакции цикла Кребса
МИТОХОНДРИИ
Выберите три особенности строения и функций митохондрий
1) внутренняя мембрана образует граны
2) входят в состав ядра
3) синтезируют собственные белки
4) участвуют в окислении органических веществ до углекислого газа и воды
5) обеспечивают синтез глюкозы
6) являются местом синтеза АТФ
МИТОХОНДРИИ РИС
Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку, на котором изображено строение митохондрии. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) наружная мембрана
2) плазматическая мембрана
3) рибосомы
4) строма
5) матрикс
6) кристы
МИТОХОНДРИЯ КРОМЕ
1. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания митохондрий. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) не делятся в течение жизни клетки
2) имеют собственный генетический материал
3) являются одномембранными
4) содержат ферменты окислительного фосфорилирования
5) имеют двойную мембрану
2. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания строения и функций митохондрий. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) расщепляют биополимеры до мономеров
2) содержат соединённые между собой граны
3) имеют ферментативные комплексы, расположенные на кристах
4) окисляют органические вещества с образованием АТФ
5) имеют наружную и внутреннюю мембраны
3. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания строения и функций митохондрий. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) расщеплении биополимеров до мономеров
2) расщеплении молекул глюкозы до пировиноградной кислоты
3) окислении пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды
4) запасании энергии в молекулах АТФ
5) образовании воды при участии атмосферного кислорода
4. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используют для описания процессов, происходящих в митохондриях. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) биосинтез белков
2) расщепление глюкозы до двух молекул ПВК
3) транспорт электронов переносчиками в мембране
4) возбуждение электрона светом
5) синтез молекул АТФ
МИТОХОНДРИЯ КРОМЕ РИС
1. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображенного на рисунке органоида эукариотической клетки. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны:
1) внутренняя мембрана образует тилакоиды
2) внутренняя полость органоида – строма
3) двумембранный органоид
4) осуществляет синтез АТФ
5) размножается путем деления
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для написания изображенного на рисунке органоида эукариотической клетки. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны:
1) внутренняя мембрана образует тилакоиды
2) внутренняя полость органоида – строма
3) двумембранный органоид
4) осуществляет синтез АТФ
5) размножается путем деления
3. Все перечисленные ниже характеристики, кроме двух, используют для описания изображенного на рисунке органоида эукариотической клетки. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) фотолиз воды
2) матрикс
3) клеточное дыхание
4) кристы
5) тилакоиды
4. Перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания функций изображенного органоида клетки. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) служит энергетической станцией
2) расщепляет биополимеры на мономеры
3) обеспечивает упаковку веществ из клетки
4) синтезирует и накапливает молекулы АТФ
5) участвует в биологическом окислении
Проанализируйте таблицу «Этапы энергетического обмена углеводов в клетке». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин или соответствующее понятие из предложенного списка.
1) аппарат Гольджи
2) лизосомы
3) образование 38 молекул АТФ
4) образование 2 молекул АТФ
5) фотосинтез
6) темновая фаза
7) аэробный
8) пластический
Проанализируйте таблицу «Энергетический обмен». Для каждой буквы выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) анаэробный
2) кислородный
3) пресинтетический
4) подготовительный
5) две молекулы пировиноградной кислоты
6) две молекулы АТФ
7) окислительное фосфорилирование
8) гликолиз
Проанализируйте таблицу «Этапы клеточного дыхания». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) углекислый газ, вода
2) НАД-Н, ФАД-Н2, АТФ
3) НАД-Н, ФАД-Н2, кислород
4) НАД-Н, ФАД-Н2, углекислый газ, АТФ
5) молочная кислота
6) гликолиз
7) окислительное фосфорилирование
8) брожение
Диссимиляция
Диссимиляция (катаболизм) — совокупность процессов, при которых происходит окисление сложных органических веществ и превращение их в неорганические (воду, углекислый газ, мочевину (простое органическое вещество) и др.), сопровождающееся синтезом АТФ, которая используется организмом в процессах ассимиляции и других процессах жизнедеятельности организма.
Главной функцией процессов диссимиляции в организме является перевод энергии из «неудобной» организму формы (энергии химических связей сложных органических веществ — белков, углеводов, жиров) в «удобную» форму — макроэргические связи соединения типа АТФ и АДФ, энергия которых за счет процессов фосфорилирования легко переходит от одного соединения к другому. Это одна из биолого-экологических функций ассимиляции. Другой такой функцией является реализация круговорота веществ, когда органические вещества превращаются в неорганические, а последние вновь вступают в круговорот, участвуя в образовании органических веществ.
Перевод энергии из «неудобной» для организма формы в «удобную» происходит за счет превращения сначала АМФ в АДФ, а затем АДФ в АТФ.
Превращения аденозинфосфатов с образованием макроэргических связей выражаются схемами: АМФ + Н3РO4 → АДФ + Н2O (поглощение энергии); АДФ + Н3РO4 = АТФ + Н2O (поглощение энергии).
В результате процессов диссимиляции накапливается АТФ, которая затем используется в процессах ассимиляции, а энергия, заключенная в макроэргических связях молекул АТФ, передается на другие молекулы либо за счет процессов фосфорилирования (остаток переходит с молекулы АТФ на другие молекулы), либо за счет гидролиза АТФ и ее превращения в АДФ и фосфорную кислоту.
Организмы по характеру участия в процессах диссимиляции молекулярного кислорода делятся на анаэробные (бескислородные) и аэробные (кислородные). В анаэробных организмах диссимиляция осуществляется за счет брожения, а в аэробных — за счет дыхания в широком понимании сущности этого понятия.
Брожение — совокупность процессов разложения сложных органических веществ до более простых, сопровождающаяся выделением энергии и синтезом АТФ.
В природе наиболее распространенными видами брожения являются молочнокислое и спиртовое. Как способ «извлечения» энергии брожение — малоэффективный процесс: так, при молочнокислом брожении из 1 моль глюкозы образуется 2 моль АТФ.
1. Молочнокислое брожение — анаэробный процесс распада глюкозы до молочной кислоты. Выражается схемой:
(выделяется энергия, под действием которой синтезируется две молекулы АТФ).
Этот вид брожения характерен для молочнокислых бактерий, в присутствии которых происходит скисание молока.
Молочнокислое брожение является одной из стадий процесса дыхания (в широком смысле) у аэробных организмов, в том числе и у человека.
2. Спиртовое брожение — аэробный процесс распада глюкозы, сопровождающийся образованием этилового спирта и углекислого газа; протекает по схеме:
(выделяется энергия, используемая для синтеза АТФ).
Этот вид брожения происходит в плодах, в других органах растения, находящихся в анаэробной среде.
В природе наиболее широкое распространение имеет другой способ диссимиляции — дыхание, которое реализуется в окислительной среде, т. е. среде, содержащей молекулярный кислород. Процесс дыхания состоит из двух частей: газообмена и сложной последовательности биохимических процессов окисления органических соединений, конечными продуктами которых являются углекислый газ, вода, аммиак (превращается в другие вещества) и некоторые другие соединения (сероводород, неорганические соединения фосфора и др.).
В обиходе дыхание рассматривается как процесс газообмена (это понимание понятия «дыхания» в узком смысле). Так, зоологи в организмах высших животных выделяют систему органов дыхания — в этих органах осуществляется газообмен, в результате которого из организма удаляется СО2, а в организм поступает О2 (мы «дышим», т. е. выделяем углекислый газ и поглощаем молекулярный кислород).
В данном пособии дыхание рассматривается в широком смысле этого слова как совокупность процессов газообмена, перенесения газов по организму и совокупность химических процессов, при которых сложные органические вещества превращаются в неорганические, при этом энергия усваивается организмом в форме АТФ, синтезирующейся в процессе диссимиляции.
Итак, процесс дыхания в широком смысле состоит из двух фаз: газообмена и совокупности химических процессов освобождения энергии и синтеза АТФ. Кратко охарактеризуем эти фазы.
Для одноклеточных и относительно просто устроенных организмов (как растительных, так животных и грибов) газообмен протекает на всей поверхности тела: кислород поступает в клетки, а углекислый газ выделяется в окружающую среду. У высших растений роль органов дыхания играют или устьица(листья), или особо устроенные поры (чечевички) в коре многолетних органов (стебли, корни), кроме того, корни поглощают кислород и выделяют углекислый газ корневыми волосками. У высокоорганизованных многоклеточных животных имеются сложно устроенные органы дыхания — это или жабры (у водных животных), или легкие (высшие животные типа Позвоночные), или система трахей (насекомые).
Рассмотрим газообмен на примере человека — представителя типа Позвоночные. Этот процесс протекает достаточно сложно и начинается в легких, в которых в капиллярах альвеол кровь, обогащенная СO2 (венозная кровь), контактирует с воздухом, богатым кислородом (поступил в легкие во время вдоха), за счет чего в воздух легких выделяется углекислый газ, а молекулярный кислород взаимодействует с гемоглобином крови, образуя соединение алого цвета — оксигемоглобин (О2 вытесняет СО2 из его соединения с гемоглобином). В полость легких диффундирует и СО2, содержащийся в плазме крови. Возникшая артериальная кровь по венам легких поступает в левое предсердие, а из него — в левый желудочек и аорту. Далее кровь по кровеносным сосудам разносится к тканям различных органов и через капилляры в тканях углекислый газ из тканевой жидкости (в тканевую жидкость СО2 поступил из клеток) поступает в эритроциты крови, частично реагируя с оксигемоглобином, а частично растворяясь в плазме клетки. Молекулярный кислород диффундирует сначала в тканевую жидкость, а потом — в клетки. В результате охарактеризованных процессов в тканях образуется венозная кровь, которая из капилляров поступает в вены, а затем — в правое предсердие, правый желудочек, из которого через легочные артерии поступает в легкие и процесс повторяется.
2. Характеристика химических процессов окисления при диссимиляции.
Химизм «освобождения энергии», содержащейся в сложных биохимических соединениях, сложен и протекает в три этапа.
1 этап — подготовительный.
Этот этап протекает в любом организме и состоит в том, что сложные органические вещества превращаются в более простые (белки — в смесь природных альфа-аминокислот; полисахара — в моносахара; жиры — в смесь глицерина и жирных кислот). При протекании данного этапа выделяется небольшое количество энергии, которую организм практически не использует — она рассеивается.
2 этап — анаэробный.
Он представляет собой процессы брожения. Наиболее важным процессом брожения является молочнокислое брожение, которое можно изобразить схемой:
Этот этап необходим организмам для реализации их физиологических функций (совершение механической работы, перемещения организма в пространстве и т. д.). Кроме того, молочная кислота является веществом, вступающим в третий этап.
Для осуществления этого этапа необходим молекулярный кислород. Он реализуется в особых органоидах клетки — митохондриях (их образно называют «энергетическими станциями клетки»). Аэробный этап представляет собой сложнейшую цепь превращений, в результате которых образуются неорганические вещества. Если превращениям подвергалась глюкоза, то схематически аэробный этап можно изобразить так:
2СН3СН(ОН)СООН (молочная кислота) + 6О2 + 36 АДФ + 36 Н3Р04 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ
Две молекулы молочной кислоты взяты потому, что из одной молекулы глюкозы при молочнокислом брожении образуется две молекулы кислоты.
Итак, при полном распаде одной молекулы глюкозы до СО2 и Н2О синтезируется 38 (36+2) молекул АТФ, что соответствует 55%-му усвоению энергии, которая выделяется при полном окислении глюкозы до указанных выше продуктов.
Завершая рассмотрение процессов диссимиляции следует отметить различие в газообмене растений и животных, а для газообмена растений — различие газообмена днем и ночью. Следует помнить, что и у растений и у животных ночью газообмен одинаков — организм поглощает кислород и выделяет в среду обитания СО2. Днем газообмен у растений состоит в том, что растение на свету поглощает СО2, а выделяет в среду обитания О2 (у животных наоборот — выделяется СО2, а поглощается кислород). Из вышесказанного следует экологический вывод об особенностях жилища: в спальне не следует держать много растений (Обоснуйте почему).