Задача № 38. Сколько молекул АТФ можно синтезировать за счет энергии окисления I молекулы глюкозы до CO2 и Н2О при следующих условиях

Сколько молекул АТФ можно синтезировать за счет энергии окисления I молекулы глюкозы до CO₂ и Н₂О при следующих условиях:

А) функционируют все элементы дыхательной цепи; б) заблокирована НАДН-дегидрогеназа; в) разрушены митохондрии.

Для выполнения расчетов:

Напишите схему превращения глюкозы до углекислого газа и воды.

2. Вспомните, что такое дыхательная цепь? Её значение и локализация?

Укажите роль НАДН-дегидрогеназы.

Ответ к задаче №38

А) если функционируют все элементы дыхательной цепи - 38 АТФ; б) если заблокирована НАДН-дегидрогеназа - 8 АТФ; в) если разрушены митохондрии - 2 АТФ за счет гликолиза.

Отв1)

6 CO2 + 6 H2O -----> C6H12O6 + 6 O2
C6H12O6 + H2 > C6H14O6

 

Отв2)

 

Дыхательная цепь является частью процесса окислительного фосфорилирования (см. с. 126). Компоненты дыхательной цепи катализируют перенос электронов от НАДН + Н⁺ или восстановленного убихинона (QH₂) на молекулярный кислород. Из-за большой разности окислительно-восстановительных потенциалов донора (НАДН + Н⁺и, соответственно, QH₂) и акцептора (О₂) реакция является высокоэкзергонической (см. с. 24). Большая часть выделяющейся при этом энергии используется для создания градиента протонов (см. с. 128) и, наконец, для образования) с помощью АТФ-синтазы.

Дыхательная цепь – последовательная цепь ферментов, осуществляющая перенос ионов водорода и электронов от окисляемых субстратов к молекулярному кислороду – конечному акцептору водорода. В ходе этих реакций выделение энергии происходит постепенно, небольшими порциями, и она может быть аккумулирована в форме АТФ. Локализация ферментов дыхательной цепи – внутренняя митохондриальная мембрана.

Отв3)

Часть никотинамидных коферментов восстанав­ливается в цитоплазме в процессе гликолиза. Для того чтобы осуществить их окисление, существуют специальные механизмы. У растений НАДН-дегидрогеназа, под действием которой НАДН может вступать в дыхательную цепь, ло­кализована на наружной поверхности внутренней мембраны.В случае отсутст­вия наружной НАДН-дегидрогеназы перенос НАДН на внутреннюю мембрану осуществляется с помощью челночного механизма. Суть этого механизма сле­дующая. Образовавшийся в цитоплазме НАДН реагирует с фосфодиоксиацетоном, восстанавливая его до глицерофосфата. Глицерофосфат проникает через мембрану и отдает водород флавиновой дегидрогеназе и через нее в дыхатель­ную цепь. При этом глицерофосфат снова превращается в фосфодиоксиацетон, который выходит из митохондрий в цитоплазму и опять подвергается восста­новлению НАДН + Н⁺. Сходный механизм переноса энергетических эквива­лентов через мембраны обнаружен и в хлоропластах. Таким образом, в клетке одновременно осуществляется как распределение веществ по разным компартментам, так и взаимосвязь между ними. Важным является вопрос, как обеспечиваются энергией процессы, происхо­дящие в ядре клетки. По-видимому, частично АТФ поступает в ядро из цитоплаз­мы. В ядре имеются и собственные дыхательные ферменты. Так, в нуклеоплазме обнаружены ферменты гликолиза. Есть данные, что в ядре функционируют фер­менты дыхательной цепи, подобные митохондриальным. Наконец, ферменты дыхания обнаружены и в хлоропластах.

 

 

Задача № 39

В гипоэнергетическом состоянии клетка начинает использовать НАДФН в качестве источника энергии. Сколько АТФ образуется при окислении 1 молекулы глюкозо-6-фосфата до рибозо-5-фосфата в аэробных условиях?

Для ответа:

Назовите процесс, в котором происходит восстановление НАДФН.

Напишите схему окисления глюкозо-6-фосфата до рибозо-5-фосфата.

3. Укажите фермент, необходимый для передачи водорода от НАДФН в дыхательную цепь?

Ответ к задаче №39

В результате трансгидрогеназной реакции водороды с НАДФН переходят на НАД+. Восстановленный НАДН поступает в дыхательную цепь, где служит источником энергии для синтеза 3 молекул АТФ. Поскольку в окислительной стадии ПФП образуется 2 молекулы НАДФН, энергетический выход составит 6 молекул АТФ.

Отв1)

Процесс фотосинтеза состоит из двух последовательных и взаимосвязанных этапов: светового (фотохимического) и темнового (метаболического). На первой стадии происходит преобразование поглощенной фотосинтетическими пигментами энергии квантов света в энергию химических связей высокоэнергетического соединения АТФ и универсального восстановителя НАДФН — собственно первичных продуктов фотосинтеза, или так называемой «ассимиляционной силы». В темновых реакциях фотосинтеза происходит использование образовавшихся на свету АТФ и НАДФН в цикле фиксации углекислоты и ее последующего восстановления до углеводов.
У всех фотосинтезирующих организмов фотохимические процессы световой стадии фотосинтеза происходят в особых энергопреобразующих мембранах, называемых тилакоидными, и организованы в так называемую электрон-транспортную цепь. Темновые реакции фотосинтеза осуществляются вне тилакоидных мембран (в цитоплазме упрокариот и в строме хлоропласта у растений). Таким образом, световая и темновая стадии фотосинтеза разделены в пространстве и во времени.

Интенсивность фотосинтеза древесных растений широко варьирует в зависимости от взаимодействия многих внешних и внутренних факторов, причем эти взаимодействия изменяются во времени и различны у разных видов.

образование живыми растительными клетками органических веществ, таких, как сахара и крахмал, изнеорганических - из СО2 и воды - с помощью энергии света, поглощаемого пигментами растений. Этопроцесс производства пищи, от которого зависят все живые существа - растения, животные и человек. У всехназемных растений и у большей части водных в ходе фотосинтеза выделяется кислород. Некоторыморганизмам, однако, свойственны другие виды фотосинтеза, проходящие без выделения кислорода.Главную реакцию фотосинтеза, идущего с выделением кислорода, можно записать в следующем виде:

<="" div="" style="padding: 0px; margin: 0px; border-style: none; cursor: default;">
К органическим веществам относятся все соединения углерода за исключением его оксидов и нитридов. Внаибольшем количестве образуются при фотосинтезе такие органические вещества, как углеводы (в первуюочередь сахара и крахмал), аминокислоты (из которых строятся белки) и, наконец, жирные кислоты (которыев сочетании с глицерофосфатом служат материалом для синтеза жиров). Из неорганических веществ длясинтеза всех этих соединений требуются вода (Н2О) и диоксид углерода (СО2). Для аминокислот требуются,кроме того, азот и сера. Растения могут поглощать эти элементы в форме их оксидов, нитрата (NO3-) исульфата (SO42-) или в других, более восстановленных формах, таких, как аммиак (NH3) или сероводород(сульфид водорода H2S). В состав органических соединений может включаться при фотосинтезе такжефосфор (растения поглощают его в виде фосфата) и ионы металлов - железа и магния. Марганец инекоторые другие элементы тоже необходимы для фотосинтеза, но лишь в следовых количествах. Уназемных растений все эти неорганические соединения, за исключением СО2, поступают через корни. СО2растения получают из атмосферного воздуха, в котором средняя его концентрация составляет 0,03%. СО2поступает в листья, а О2 выделяется из них через небольшие отверстия в эпидермисе, называемыеустьицами.

Отв2)

Пентозофосфатный путь, называемый также гексомонофосфатным шунтом, служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь состоит из 2 фаз (частей) - окислительной и неокислительной.

В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу - рибулозо-5-фосфат, и образуется восстановленный NADPH.

В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Пентозофосфатный путь обеспечивает клетки рибозой для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и гидрированным ко-ферментом NADPH, который используется в восстановительных процессах.

Суммарное уравнение пентозофосфатного пути выражается следующим образом:

3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NADP⁺ → 3 СО₂ + 6 (NADPH + Н⁺) + 2 Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегид- 3 -фосфат.

Ферменты пентозофосфатного пути, так же, как и ферменты гликолиза, локализованы в цитозоле.

Наиболее активно Пентозофосфатный путь протекает в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, молочной железе в период лактации, семенниках.