Конспект урока "Энергетический обмен – катаболизм. Его этапы."

Тема: Энергетический  обмен – катаболизм.  Его  этапы.

Цель урока: изучить процесс энергетического обмена.

Задачи урока:

1.      Углубить и расширить знания об обмене веществ и превращении энергии.

2.      Подвести учащихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке.

3.      Продолжить умение классифицировать и обобщить сложный материал по этапам, по видам, по месту их образования.

Вид урока: урок-презентация.

Оборудование: заготовки таблиц, слайдов

Ход урока:

I.Орг. момент

II. Повторение изученного материала. Фронтальный опрос по вопросам 1-7 с. 123 учебника

III. Изучение новой темы

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление; у анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.

I этап, подготовительный

Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических веществ до простых: белковые молекулы — до аминокислот, жиры — до глицерина и карбоновых кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом. Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению.

II этап, гликолиз (бескислородный)

Этот этап заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, образовавшихся во время подготовительного этапа, происходит в цитоплазме клетки и в присутствии кислорода не нуждается. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Процесс бескислородного неполного расщепления глюкозы — гликолиз.  Потеря электронов называется окислением, приобретение — восстановлением, при этом донор электронов окисляется, акцептор восстанавливается.

Гликолиз — сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять реакций. Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД⁺ (никотинамидадениндинуклеотид). Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н₂:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД⁺ → 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + 2НАД·Н₂.

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

1.           С₃Н₄О₃ → СО₂ + СН₃СОН,

2.           СН₃СОН + НАД·Н₂ → С₂Н₅ОН + НАД⁺.

У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты: С₃Н₄О₃ + НАД·Н₂ → С₃Н₆О₃ + НАД⁺.

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80% запасается в связях АТФ.

III этап, клеточное дыхание (кислородный)

Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нём участвуют ферменты, расщеплению подвергается молочная кислота.  СО₂ выделяется из митохондрий в окр. среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конечный результат которых синтез АТФ.

Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом:С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 38АТФ + Q_т,  где Q_т — тепловая энергия.IV.Закрепление.

1. В процессе диссимиляции произошло расщепление 17 моль глюкозы, из которых кислородному расщеплению подверглось только 3 моль. Определите:

А) сколько моль молочной кислоты и углекислого газа при этом образовалось?

Б) сколько моль АТФ при этом синтезировалось?

В) сколько энергии и в какой форме аккумулировано в этих молекулах АТФ?

Г) сколько моль кислорода израсходовано на окисление образовавшейся при этом молочной кислоты?

2. В процессе гидролиза образовалось 972 молекулы АТФ. Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате гликолиза и полного окисления. Ответ поясните.

Ответ: 1) при гидролизе (кислородный этап катаболизма) из обной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ, следовательно, гидролизу подверглось: 972 : 36 = 27 молекул глюкозы;

2) при гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется до 2-х молекул ПВК с образованием 2-х молекул АТФ, поэтому количество молекул АТФ равно: 27 х 2 = 54;

3) при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, следовательно, при полном окислении 27 молекул глюкозы образуется : 27 х 38 = 1026 молекул АТФ (или 972 + 54 = 1026).

3. Какое из двух типов брожения – спиртовое или молочнокислое является энергетически более эффективным? Эффективность рассчитать по формуле:

где Е_зап. – запасённая энергия; Е_общ. – общая энергия.

Энергия, запасённая в 1 моль АТФ, составляет 30,6 кДж/моль. Энергия общая – 150 кДж/моль (спиртовое брожение); энергия общая – 210 кДж/моль (молочнокислое брожение). Ответ поясните.Ответ: 1) и спиртовое и молочнокислое брожение протекает в анаэробных условиях (без кислорода), и в результате синтезируется 2 моль АТФ, т.е. 2 х 30,6 кДж/моль = 61,2 кДж/моль;

2) эффективность спиртового брожения:

3) эффективность молочнокислого брожения:

4) энергетически более эффективным является спиртовое брожение.

Домашнее задание: § 4.2, прочитать; вопросы 1-3 с.131