§ 18. Енергетичний обмін. Кисневий (аеробний) етап
Кисневий етап енергетичного обміну (або аеробне дихання) можливий лише в аеробних умовах, тобто за наявності кисню. На цьому етапі органічні сполуки, що утворилися на безкисневому етапі, окиснюються в клітинах до кінцевих продуктів – вуглекислого газу (СО2) та води (Н2О). Процеси біологічного окиснення органічних сполук, пов’язані з відщепленням від них атомів Гідрогену, відбуваються в мітохондріях за участю певних ферментів. Завдяки процесам окиснення організм накопичує значну кількість енергії у вигляді макроергічних зв’язків молекул АТФ. Ці макроергічні зв’язки виникають між залишками ортофосфатної кислоти (у складі молекули АТФ їх два).
Тканинне, або клітинне, дихання — це використання кисню тканинами та клітинами для окиснення органічних сполук з одночасним заощадженням енергії, потрібної для забезпечення процесів життєдіяльності (мал. 18.1).
Оскільки кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за умов наявності кисню, недостатнє надходження кисню в клітини аеробних організмів здатне порушити процеси метаболізму та спричинити смерть.
Мал. 18.1. Зв’язок між безкисневим (І) та кисневим (II) етапами енергетичного обміну
Роль циклу Кребса в кисневому (аеробному) етапі енергетичного обміну. Важливе місце серед біохімічних перетворень, які відбуваються під час аеробного етапу енергетичного обміну, належить циклу біохімічних реакцій, так званому циклу Кребса. Його 1937 року відкрив англійський біохімік X. А. Кребс. Реакції циклу Кребса відбуваються в матриксі мітохондрій. Вони становлять собою послідовне перетворення певних органічних кислот. Під час цих перетворень від органічних кислот відщеплюються молекули СО2, що залишають мітохондрії та зрештою виходять з клітини. У результаті кожного циклу Кребса утворюється одна молекула АТФ. Але головним наслідком реакцій циклу є відщеплення від органічних кислот атомів Гідрогену, які передаються до сполук, що сприймають ці атоми, – акцепторів Гідрогену. Найважливішим акцептором Гідрогену є речовина НАД, приєднання до неї атому Гідрогену переводить її у відновлену форму (НАД • Н) (знайдіть цей процес на малюнку 18.1).
Під час окисно-відновних реакцій (докладніше про них ви дізнаєтеся на уроках хімії) електрони переносяться від відновника (сполуки-донора, яка їх постачає) до окисника (сполуки-акцептора, яка їх сприймає). Процес біологічного окиснення органічних сполук пов’язаний з відщепленням від них атомів Гідрогену. За участю специфічних ферментів ці атоми окиснюються, тобто втрачають електрони (e – ). При цьому електрони, які звільнилися, за допомогою послідовного ряду сполук-переносників, розташованих у внутрішній мембрані мітохондрії, транспортуються до її внутрішньої поверхні, тоді як йони Гідрогену Н + накопичуються на зовнішній поверхні (мал. 18.2). Цей механізм дістав назву дихальний ланцюг, або ланцюг перенесення електронів. Унаслідок цих процесів на зовнішній поверхні мембрани концентрується позитивний заряд, а на внутрішній – негативний. Переносники електронів входять до складу ферментних комплексів, які каталізують окисно-відновні реакції.
Дихальний ланцюг починається в мітохондріях з окиснення НАД • Н (відновлена форма) до НАД + (окиснена форма), йонів Н + та двох електронів (e – ). За участю цих електронів, двох йонів Гідрогену кисню О2 утворюється молекула води:
Цікаво знати
Повна назва НАД – нікотинамідаденіндинуклеотид. Вона спочатку здається неможливою для відтворення. Але спробуйте проаналізувати її складові, використовуючи свої знання з хімії. Ви переконаєтеся, це не так важко.
Отже, процес перенесення електронів супроводжується утворенням різниці концентрації йонів Гідрогену Н + з різних боків внутрішньої мембрани мітохондрій. При цьому йони Н + накопичуються в міжмембранному просторі, а електрони – на внутрішній поверхні внутрішньої мембрани мітохондрій (див. мал. 18.2). Така різниця концентрацій йонів Гідрогену має потенціальну енергію, здатну виконувати корисну роботу: переміщення цих йонів з ділянки з високою концентрацією в ділянку з низькою концентрацією за допомогою звичайної дифузії може працювати на кшталт електричної батареї.
Мал. 18.2. Ланцюг перенесення електронів у внутрішній мембрані мітохондрії. Електрони (e – ), яким надана енергія, транспортуються молекулами – мобільними переносниками (4) на зовнішню поверхню внутрішньої мембрани мітохондрії (5 – білкова сполука, що забезпечує подальший транспорт електронів). Три білкові молекули (1-3) використовують частину звільненої енергії електронів для перекачування йонів Гідрогену (Н + ) у простір між двома мембранами мітохондрії (6). Зрештою електрони взаємодіють з протонами та киснем, утворюючи воду (7)
Внутрішня мітохондріальна мембрана є непроникною для йонів Гідрогену Н + . Їх переміщення можливе тільки через спеціальний канал. Він є структурним елементом особливого ферментного комплексу – АТФ-соми (див. мал. 14.2). Пригадаймо: у складі АТФ-соми є особливі ферменти, за участі яких синтезуються молекули АТФ. Таким чином, відбувається спряження процесів окиснення (перенесення електронів по дихальному ланцюгу) й утворення АТФ з АДФ та молекул ортофосфатної кислоти Н3РО4).
Основну роль у забезпеченні клітин енергією відіграє саме аеробний етап енергетичного обміну.
Реакції кисневого (аеробного) етапу енергетичного обміну супроводжуються виділенням такої кількості енергії, яка забезпечує синтез 36 молекул АТФ. Ефективність заощадження енергії, що вивільняється під час окиснення органічних речовин у вигляді макроергічних зв’язків синтезованих молекул АТФ, наближається до 70 %. Отже, ефективність кисневого етапу енергетичного обміну значно вища, ніж безкисневого.
Якщо врахувати, що на етапі гліколізу синтезуються дві молекули АТФ, то енергії, яка виділяється внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози під час здійснення як анаеробного, так і аеробного етапів, вистачає на утворення 38 молекул АТФ. Сумарне рівняння розщеплення глюкози має вигляд:
Завершується енергетичний обмін виведенням кінцевих продуктів (молекул Н2О та СО2) з організму.
Минулого року ви ознайомилися з будовою та функціями дихальної системи людини. А в цьому – з тим, як відбуваються процеси дихання на клітинному і молекулярному рівні. Це допомогло вам краще зрозуміти їхнє значення для забезпечення нормального функціонування організму. Тому ще раз нагадаємо: для ведення здорового способу життя слід захищати органи дихання від потрапляння пилу, небезпечних речовин, збудників захворювань, а також механічних ушкоджень. Пам’ятаймо: здоровий спосіб життя, регулярні заняття спортом або фізичними вправами поліпшують ефективне постачання клітин нашого організму киснем, а відповідно – і нормальне функціонування всього організму.
Ключові терміни та поняття: аеробний (кисневий) етап енергетичного обміну, дихальний ланцюг (ланцюг перенесення електронів).
Перевірте здобуті знання
1. Які процеси відбуваються під час кисневого етапу енергетичного обміну? 2. Які умови здійснення кисневого етапу енергетичного обміну? 3. Що таке дихальний ланцюг? Яка його роль у процесах кисневого етапу енергетичного обміну? 4. Скільки молекул АТФ синтезується під час кисневого етапу енергетичного обміну?
Поміркуйте. 1. Чому при окисненні органічних сполук вивільняється енергія? 2. Чому розщеплення органічних сполук за присутності кисню виявляється енергетично ефективнішим, ніж за його відсутності?
§ 17. Енергетичний обмін. Кисневий (аеробний) етап
Кисневий етап енергетичного обміну (або аеробне дихання) можливий лише в аеробних умовах, коли органічні сполуки, що утворилися на безкисневому етапі, окиснюються в клітинах до кінцевих продуктів – вуглекислого газу СО2 та води Н2О. Процес біологічного окиснення органічних сполук, пов’язаний з відщепленням від них атомів Гідрогену, відбувається в мітохондріях за участю певних ферментів. Завдяки процесам окиснення організм накопичує значну кількість енергії в макроергічних зв’язках молекул АТФ.
Запам’ятаємо: кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за умов наявності кисню. Тому недостатнє надходження кисню в клітини аеробних організмів здатне порушити процеси метаболізму та спричинити смерть.
Цікаво знати
Повна назва НАД – нікотинамідаденіндинуклеотид. Вона спочатку здається неможливою для відтворення. Але спробуйте проаналізувати її складові, використовуючи свої знання з хімії. Ви переконаєтеся, це не так важко.
Мал. 88. Зв’язок між безкисневою (І) та кисневою (II) фазами енергетичного обміну
Отже, тканинне, або клітинне, дихання – це використання кисню тканинами та клітинами для окиснення органічних сполук з одночасним заощадженням енергії, потрібної для забезпечення процесів життєдіяльності (мал. 88).
Роль циклу Кребса в кисневому (аеробному) етапі енергетичного обміну. Важливе місце серед біохімічних перетворень, які відбуваються під час аеробного етапу енергетичного обміну, належить циклу біохімічних реакцій, так званому циклу Кребса. Цей цикл 1937 року відкрив англійський біохімік Ханс Адольф Кребс (мал. 89).
Реакції циклу Кребса відбуваються в матриксі мітохондрій і становлять собою послідовне перетворення органічних кислот. Під час цих перетворень від органічних кислот відщеплюються молекули СО2, що залишають мітохондрії та зрештою виходять з клітини. У результаті кожного циклу Кребса як побічний продукт утворюється одна молекула АТФ. Але головним наслідком реакцій циклу є відщеплення від органічних кислот атомів Гідрогену, які передаються до сполук, що сприймають ці атоми, – акцепторів Гідрогену. Найважливішим акцептором Гідрогену є речовина НАД, приєднання до неї атому Гідрогену переводить її у відновлену форму (НАД • Н) (знайдіть цей процес на малюнку 88).
Мал. 89. Ханс Адольф Кребс (1900-1981) – лауреат Нобелівської премії в галузі медицини (1953)
Під час окисно-відновних реакцій (докладніше про них ви дізнаєтеся на уроках хімії) електрони переносяться від відновника (сполуки-донора, яка їх постачає) до окисника (сполуки-акцептора, яка їх сприймає). Процес біологічного окиснення органічних сполук пов’язаний з відщепленням від них атомів Гідрогену. За участю специфічних ферментів ці атоми окиснюються, тобто втрачають електрони (ē). При цьому електрони, які звільнилися, за допомогою послідовного ряду сполук-переносників, розташованих у внутрішній мембрані мітохондрії, транспортуються до її внутрішньої поверхні, тоді як йони Гідрогену Н + накопичуються на зовнішній поверхні (мал. 90). Цей механізм дістав назву дихальний ланцюг, або ланцюг перенесення електронів. Унаслідок цих процесів на зовнішній поверхні мембрани концентрується позитивний заряд, а на внутрішній – негативний. Переносники електронів входять до складу ферментних комплексів, які каталізують окисно-відновні реакції.
Дихальний ланцюг починається в мітохондріях з окиснення НАД • Н (головного продукту циклу Кребса) до НАД + (окиснена форма), йонів Н + та двох електронів (б). За участю цих електронів, двох йонів Гідрогену Н + та кисню О2 утворюється молекула води:
Отже, одночасно з перенесенням електронів ферментні комплекси дихального ланцюга перекачують йони Гідрогену Н + з внутрішнього середовища (матриксу) мітохондрій до простору між внутрішньою та зовнішньою мембранами мітохондрії. Таким чином, процес перенесення електронів супроводжується утворенням різниці концентрації йонів Гідрогену Н + з різних боків внутрішньої мембрани мітохондрій. При цьому йони Н + накопичуються в міжмембранному просторі, а електрони – на внутрішній поверхні внутрішньої мембрани мітохондрій (див. мал. 90). Така різниця концентрацій йонів Гідрогену Н + має потенціальну енергію, яка здатна виконувати корисну роботу: переміщення цих йонів з ділянки з високою концентрацією в ділянку з низькою концентрацією за допомогою звичайної дифузії може працювати на кшталт електричної батареї.
Мал. 90. Ланцюг перенесення електронів у внутрішній мембрані мітохондрії. Електрони (ē), яким надана енергія, транспортуються молекулами – мобільними переносниками (4) на зовнішню поверхню внутрішньої мембрани мітохондрії (5 – білкова сполука, що забезпечує подальший транспорт електронів). Три білкові молекули (1-3) використовують частину звільненої енергії електронів для перекачування йонів Гідрогену (Н + ) у простір між двома мембранами мітохондрії (6). Зрештою електрони взаємодіють з протонами та киснем, утворюючи воду (7)
Мал. 91. Молекула ферменту АТФ-синтетази забезпечує синтез АТФ під час кисневого етапу енергетичного обміну: 1 – внутрішня мембрана мітохондрії; 2 – молекула білка, що забезпечує транспорт йонів Н + у міжмембранний простір мітохондрії; 3 – АТФ-сома, до складу якої входить фермент АТФ-синтетаза (скорочено – АТФ-аза)
Запам’ятаємо: ще одна назва клітинного дихання – окисне фосфорилювання. Це спряження процесів окиснення (перенесення електронів по дихальному ланцюгу) і фосфорилювання (утворення АТФ з АДФ і молекул ортофосфатної кислоти Н3РО4).
Запам’ятаємо: основну роль у забезпеченні клітин енергією відіграє саме аеробний етап енергетичного обміну.
Внутрішня мітохондріальна мембрана є непроникною для йонів Гідрогену Н + . Їх переміщення можливе тільки через спеціальний канал. Він є структурним елементом особливого ферментного комплексу, який зовні дещо нагадує плодове тіло шапинкового гриба, АТФ-соми (див. мал. 67). Цей комплекс входить до складу внутрішньої мембрани мітохондрії, але одна з його частин перебуває у матриксі цієї органели. У складі АТФ-соми є особливі ферменти (мал. 91, 3). За їхньою участю синтезуються молекули АТФ. Таким чином, відбувається спряження процесів окиснення (перенесення електронів по дихальному ланцюгу) і фосфорилювання (утворення АТФ з АДФ та молекул ортофосфатної кислоти Н3РО4).
Окиснення двох молекул піровиноградної кислоти до Н2О та СО2 (у ході циклу Кребса та наступного окисного фосфорилювання) супроводжується виділенням такої кількості енергії, яка забезпечує синтез 36 молекул АТФ. Ефективність заощадження енергії, що вивільняється під час окиснення органічних речовин у вигляді макроергічних зв’язків синтезованих молекул АТФ, наближається до 70 %. Отже, ефективність кисневого етапу енергетичного обміну значно вища, ніж безкисневого.
Якщо врахувати, що на етапі гліколізу синтезуються дві молекули АТФ, то енергії, яка виділяється внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози під час здійснення як анаеробного, так і аеробного етапів, вистачає на утворення 38 молекул АТФ. Сумарне рівняння розщеплення глюкози має вигляд:
Слід зазначити, що синтез молекул АТФ під час безкисневого та насамперед кисневого етапів енергетичного обміну має важливе значення і для підтримання певного теплового балансу як окремих клітин, так і всього організму. Якби під час безкисневого розщеплення та окиснення різних сполук уся виділена енергія переходила в теплову (а на кисневому етапі більша її частина витрачається на синтез АТФ), це могло б зумовити денатурацію та деструкцію білків і нуклеїнових кислот.
Завершується енергетичний обмін виведенням кінцевих продуктів з організму.
У процесі клітинного дихання енергія, яка міститься у вигляді хімічних зв’язків субстрату що окиснюється, звільняється невеликими порціями. Це дає можливість клітині використовувати її більш повно, порівняно з тією енергією, яка звільняється під час безкисневого етапу.
Коротко про головне
Кисневий етап енергетичного обміну відбувається в мітохондріях. Унаслідок окисно-відновних реакцій органічні спонуки, які утворилися на попередньому, безкисневому, етапі, окиснюються до СО2 та Н2О. У внутрішній мембрані мітохондрій є особлива ферментна система, завдяки якій синтезуються молекули АТФ. Для цього використовується енергія, яка звільняється при перенесенні йонів Н + із зовнішньої поверхні внутрішньої мембрани мітохондрій на внутрішню.
Оскільки в процесі безкисневого (анаеробного) етапу енергетичного обміну утворюються дві молекули АТФ, а кисневого (аеробного) – 36, то енергії, яка виділяється внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози, вистачає на утворення 38 молекул АТФ.
Ключові терміни та поняття: аеробний (кисневий) етап енергетичного обміну, дихальний ланцюг (ланцюг перенесення електронів), окисне фосфорилювання.
Перевірте здобуті знання
1. Які процеси відбуваються під час кисневого етапу енергетичного обміну? 2. Які умови здійснення кисневого етапу енергетичного обміну? 3. Що таке дихальний ланцюг? Яка його роль у процесах кисневого етапу енергетичного обміну? 4. Скільки молекул АТФ синтезується під час кисневого етапу енергетичного обміну? 5. Скільки загалом молекул АТФ синтезується під час безкисневого та кисневого етапів енергетичного обміну?
1. Чому при окисненні органічних сполук вивільняється енергія? 2. Чому розщеплення органічних сполук за присутності кисню виявляється енергетично ефективнішим, ніж за його відсутності?
Зразок розвязування задач на тему:” Енергетичний обмін у клітині та організмі людини”
ЗАДАЧА № 2 . На роботу м’язів протягом 1 хв потрібно 20 кДж енергії. Людина працювала з таким навантаженням 1 год. Яка маса глюкози засвоїлась у м’язах, якщо половина її зазнала анаеробного, а половина — повного розщеплення?
Витрати енергії — 20 кДж/хв;
t — 1 година;
Половина глюкози зазнала анаеробного, а друга половина — повного розщеплення.
m (С 6 Н 12 О б ) — ?
Визначаємо загальні витрати енергії за 1 годину роботи:
20 кДж/хв ∙ 60 хв = 1200 кДж.
Оскільки половина глюкози зазнала повного розщеплення, а друга— неповного, складаємо сумарні рівняння розщеплення глюкози:
180 г + 180 г = 360 г С 6 Н 12 O 6 .
1520 кДж + 80 кДж = 1600 кДж.
Визначаємо масу глюкози, яка зазнала розщеплення під час роботи протягом 1 години:
360 г С 6 Н 12 O 6 — 1600 кДж;
х г С 6 Н 12 O 6 — 1200 кДж;
Відповідь. Засвоїлось 270 г глюкози.
ЗАДАЧА № 3 . Бігун витрачає 24 кДж енергії за 1 хв бігу. Яка маса глюкози потрібна для бігу з такою ж витратою енергії впродовж години, якщо протягом 50 хв відбувається повне розщеплення глюкози, а протягом 10 хв — безкисневе?
Витрати енергії — 24 кДж/хв;
t 1 = 50 хв (повне розщеплення);
t 2 = 10 хв (неповне розщеплення).
m (С 6 Н 12 O 6 ) — ?
Визначаємо витрати енергії за 50 хв бігу:
24 кДж/хв ∙ 50 хв = 1200 кДж.
Визначаємо масу глюкози, засвоєної організмом спортсмена за 50 хв бігу за повного розщеплення глюкози:
180 г С 6 Н 12 O 6 виділяє 1520 кДж енергії;
х г С 6 Н 12 O 6 виділяє 1200 кДж енергії;
Визначаємо витрати енергії за 10 хв бігу:
24 кДж/хв ∙ 10 хв = 240 кДж.
Визначаємо масу глюкози, засвоєної м’язами бігуна за 10 хв бігу при неповному розщепленні глюкози:
180 г С 6 Н 12 O 6 виділяє 80 кДж енергії;
х г С 6 Н 12 O 6 виділяє 240 кДж енергії;
Визначаємо загальну масу глюкози, витраченої на роботу м’язів бігуна за 1 годину бігу:
142,1 г + 540 г = 682,1 г С 6 Н 12 О б .
Відповідь. Бігун витратить 682,1 г глюкози.
ЗАДАЧА № 4 . У процесі дисиміляції в тканинах утворилось 220 г вуглекислого газу і 450 г молочної кислоти.
1. Як відбувалось розщеплення глюкози і яка маса її засвоїлася?
2. Яка кількість речовини АТФ утворилася при цьому? Скільки енергії і в якому вигляді акумульовано в АТФ?
За продуктами реакції видно, що в тканинах йшли процеси безкисневого (неповного) і кисневого (повного) розщеплення глюкози. Спочатку визначимо масу глюкози, що розщепилась повністю і яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась.
1. Складемо відповідне сумарне рівняння реакції:
Зі 180 г С 6 Н 12 O 6 утворюється 264 г С O 2 ;
3 х г С 6 Н 12 O 6 утворюється 220 г С O 2 ;
(повне розщеплення глюкози).
Унаслідок виділення 264 г С O 2 утворюється 38 моль АТФ;
Унаслідок виділення 220 г С O 2 утворюється х моль АТФ;
Визначаємо, яка маса глюкози піддалася неповному розщепленню і яка кількість речовини АТФ при цьому утворилась. Для цього складаємо відповідне сумарне рівняння реакції:
Зі 180 г С 6 Н 12 O 6 утворюється 180 г С 3 Н 6 O 3 ;
3 х г С 6 Н 12 O 6 утворюється 450 г С 3 Н 6 O 3 ;
(неповне розщеплення).
Під час утворення 180 г С 3 Н 6 O 3 синтезувалось 2 моль АТФ;
Під час утворення 450 г С 3 Н 6 O 3 синтезувалось х моль АТФ;
Визначаємо загальну масу витраченої глюкози:
150 г + 450 г = 600 г С 6 Н 12 О б .
2. Визначаємо загальну кількість речовини АТФ:
31,65 моль + 5 моль = 36,67 моль АТФ.
Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 36,67 моль АТФ:
36,67 моль ∙ 40 кДж/моль = 1466,8 кДж.
1. Засвоїлось 600 г глюкози (з них 150 г зазнали повного розщеплення).
2. Утворилось 36,67 моль АТФ, у яких акумульовано 1466,8 кДж енергії у вигляді макроергічних зв’язків.
ЗАДАЧА № 5 . У процесі дисиміляції розщепилось 7 моль глюкози, з яких повного (кисневого) розщеплення зазнали 2 моль.
1. Визначте, яка кількість речовини молочної кислоти і вуглекислого газу при цьому утворилась.
2. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась?
3. Скільки енергії акумульовано на окиснення утвореної при цьому молочної кислоти?
4. Яка кількість речовини кисню витрачена на окиснення утвореної при цьому молочної кислоти?
η(С 6 Н 12 O 6 ) — 7 моль (з них 2 моль — повне розщеплення).
1. η (С 3 Н 6 O 3 ) — ? η(С O 2 ) — ?
2. η(АТФ) — ?
3. Q — ?
4. η( O 2 ) — ?
Визначаємо кількість речовини глюкози, яка зазнала неповного (безкисневого) розщеплення: 7 моль – 2 моль = 5 моль С 6 Н 12 О 6 .
Оскільки частина глюкози зазнала повного розщеплення, а решта — неповного, складаємо сумарні рівняння цих розщеплень глюкози:
1. Визначаємо, яка кількість речовини молочної кислоти утворилась:
З 1 моль С 6 H 12 O 6 утворюється 2 моль С 3 Н 6 O 3 ;
З 5 моль С 6 Н 12 O 6 — х моль С 3 Н 6 O 3 ;
х = 5 ∙ 2= 10 (моль) С 3 Н 6 O 3 .
Визначаємо, яка кількість речовини С O 2 утворилась:
З 1 моль С 6 H 12 O 6 утворюється 6 моль С O 2 ;
З 2 моль С 6 H 12 O 6 — х моль С O 2 ;
х = 2 ∙ 6= 12 (моль) С O 2 .
2. Визначаємо, яка кількість речовини АТФ синтезувалась за неповного розщеплення 5 моль глюкози:
З 1 моль С 6 Н 12 О б утворюється 2 моль АТФ;
З 5 моль С 6 H 12 O 6 — х моль АТФ;
х = 5 ∙ 2= 10 (моль).
Визначаємо, яка кількість речовини АТФ синтезувалась за повного розщеплення 2 моль глюкози:
З 1 моль С 6 H 12 O 6 утворюється 38 моль АТФ;
З 2 моль С 6 H 12 O 6 — х моль АТФ;
х = 2 ∙ 38= 76 (моль).
Визначаємо загальну кількість речовини синтезованої АТФ:
10 моль + 76 моль = 86 моль.
3. Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 86 моль АТФ:
86 моль ∙ 40 кДж/моль = 3440 кДж.
4. Визначаємо кількість речовини 0 2 , витраченої на окиснення 2 моль глюкози:
Для окиснення 1 моль С 6 H 12 O 6 потрібно 6 моль O 2 ;
Для окиснення 2 моль С 6 H 12 O 6 — х моль O 2 ;
х = 2 ∙ 6 = 12 (моль) O 2 .
Відповідь. 1. У процесі дисиміляції утворилось 10 моль глюкози і 12 моль вуглекислого газу.
2. Синтезовано 86 моль АТФ.
3. Акумульовано 3440 кДж енергії.
4. На окиснення молочної кислоти витрачено 12 моль кисню.
ЗАДАЧА № 6 . Унаслідок дисиміляції глюкози в клітинах утворилося 6 моль молочної кислоти і 24 моль вуглекислого газу.
1. Визначте масу та кількість речовини глюкози, що зазнала дисиміляції.
2. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезувалась?
3. Скільки енергії акумульовано в синтезованій АТФ?
Визначаємо кількість речовини глюкози, витраченої на утворення 6 моль С 3 Н 6 O 3 , і кількість речовини, утвореної при цьому АТФ:
1 моль С 6 Н 12 O 6 утворює 2 моль С 3 Н 6 O 3 ;
х моль С 6 Н 12 O 6 — 6 моль С 3 Н 6 O 3 ;
х = 6 : 2 = 3 (моль) С 6 Н 12 O 6 .
Унаслідок утворення 2 моль С 3 Н 6 O 3 виділилось 2 моль АТФ;
унаслідок утворення 6 моль С 3 Н 6 O 3 — х моль АТФ;
Визначаємо кількість речовини глюкози, витраченої на утворення 24 моль С O 2 , і кількість речовини АТФ, утвореної під час цього процесу:
під час дисиміляції 1 моль С 6 Н 12 O 6 утворюється 6 моль С O 2 ;
під час дисиміляції х моль С 6 Н 12 O 6 — 24 моль С O 2 ;
х = 24 : 6 = 4 (моль) С 6 Н 12 O 6 .
Унаслідок утворення 6 моль С O 2 утворилось 38 моль АТФ;
унаслідок утворення 24 моль С O 2 — х моль АТФ;
Визначаємо загальну кількість речовини й масу витраченої глюкози:
З моль + 4 моль = 7 моль С 6 Н 12 O 6 .
1 моль С 6 Н 12 O 6 — 180 г;
7 моль С 6 Н 12 O 6 — х г;
х = 180 ∙ 7 = 1260 (г) С 6 Н 12 O 6 .
Визначаємо загальну кількість речовини АТФ і кількість енергії, акумульованої ними під час повного й неповного розщеплення глюкози:
6 моль + 152 моль = 158 моль АТФ.
Q = 158 моль ∙ 40 кДж/моль = 6320 кДж енергії.
Відповідь. 1. Зазнало дисиміляції 7 моль, або 1260 г глюкози.
2. У результаті дисиміляції синтезовано 158 моль АТФ.
3. Акумульовано 6320 кДж енергії в синтезованій АТФ.
Задача № 6 . У процесі дисиміляції утворилося 24 моль СО2 і 12 моль С3Н6О3.
1. Яка кількість речовини глюкози при цьому розщепилась?
2. Яка кількість речовини АТФ синтезувалась?
3. Яка кількість енергії акумулювалась в молекулах АТФ?
Розв’язання . Дано: 1. Визначаємо, яка кількість речовини глюкози
η(СО2) – 24 моль; зазнала розщеплення і яка кількість речовини АТФ
η(С3Н6О3) – 12 моль. утворилась при виділенні 24 моль СО2. Для цього
η(С6Н12О6) – ? складаємо сумарне рівняння реакцій повного роз-
η(АТФ) – ? Q – ? щеплення глюкози:
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 38АТФ + 44Н2О;
1 моль 6 моль 38 моль
З 1 моль С6Н12О6 утворюється 6 моль СО2;
з х моль С6Н12О6 – 24 моль СО2;
х=24/6=4 моль С6Н12О6 – зазнали повного розщеплення.
Унаслідок утворення 6 моль СО2 виділилось 38 моль АТФ;
Унаслідок утворення 24 моль СО2 – х моль АТФ;
х=24*38/6=152 моль АТФ.
Визначаємо, яка кількість речовини глюкози зазнала розщеплення і яка кількість речовини АТФ утворилась внаслідок виділення 12 моль С3Н6О3. Для цього складаємо сумарне рівняння реакції неповного розщеплення глюкози:
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О;
1 моль 2 моль 2 моль
З 1 моль С6Н12О6 утворюється 2 моль С3Н6О3;
з х моль С6Н12О6 – 12 моль С3Н6О3;
х=12/2=6 моль С6Н12О6 зазнали неповного розщеплення.
Унаслідок виділення 2 моль С3Н6О3 утворилося 2 моль АТФ;
Унаслідок виділення 12 моль С3Н6О3 – х моль АТФ;
х=12*2/2=12 моль АТФ.
Визначаємо загальну кількість речовини витраченої глюкози:
4 моль + 6 моль = 10 моль С6Н12О6.
2. Визначаємо загальну кількість речовини АТФ:
152 моль + 12 моль = 164 моль АТФ.
3. Визначаємо кількість енергії, акумульованої в 164 моль АТФ:
164 моль*40 кДж/моль = 6560 кДж.
1. Зазнали розщеплення 10 моль глюкози.
2. Синтезувалось 164 моль АТФ.
3. В молекулах АТФ акумульовано 6560 кДж енергії.
Задача №7. Унаслідок дисиміляції глюкози в клітинах утворилося 5 моль молочної кислоти і 27 моль вуглекислого газу.
1. Визначте, яка кількість речовини глюкози зазнала дисиміляції.
2. Скільки з неї зазнало неповного і скільки повного розщеплення.
3. Яка кількість речовини АТФ при цьому синтезована і скільки енергії акумульовано.
4. Яка кількість речовини О2 витрачена на окиснення утвореної молочної кислоти?