Temat nr 19. Oddychanie tlenowe. Teoria Oddychanie komórkowe

Temat nr 19. Oddychanie tlenowe.
Teoria
Oddychanie komórkowe – jest wielostopniowym biochemicznym procesem utleniania związków organicznych
związanym z wytwarzaniem energii użytecznej komórkowo. Oddychanie przebiega w każdej żywej komórce w
sposób stały. Zachodzi ono nawet wtedy, gdy inne procesy metaboliczne zostaną zahamowane. Chociaż istnieją
różnice w przebiegu procesu oddychania u poszczególnych grup organizmów, to zestaw enzymów
katalizujących poszczególne reakcje składające się na oddychanie jest zbliżony u wszystkich organizmów
żywych. Zachodzenie oddychania jest jednym z najczęściej stosownych wskaźników zachodzenia procesów
życiowych.
Chociaż substratem w reakcji oddychania mogą być wszystkie związki organiczne obecne w komórkach,
najczęściej ogólną reakcję oddychania komórkowego zapisuje się dla utleniania cukru – glukozy w obecności
tlenu:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
Energia uwolniona w procesie utleniania związków organicznych pojawia się częściowo w postaci związku
wysokoenergetycznego – ATP, który może być wykorzystany do przeprowadzania reakcji chemicznych
zachodzących w komórce lub do poruszania organizmu np. w tkance mięśniowej. Proces produkcji ATP nie
przebiega ze 100% sprawnością i część energii uwalniana jest w postaci ciepła (zysk energetyczny to zaledwie
40%).
Poza węglowodanami organizmy w procesie oddychania mogą utleniać tłuszcze oraz białka, a po bardziej
złożonych modyfikacjach także pozostałe związki organiczne.
U organizmów eukartiotycznych cykl Krebsa, łańcuch oddechowy i fosforylacja oksydacyjna zachodzą w
mitochondriach.
Dla najczęściej używanego substratu, glukozy, reakcje oddychania komórkowego zachodzą na trzech szlakach
metabolicznych:
 Glikoliza, w której glukoza przekształcana jest do kwasu pirogronowego i powstają niewielkie ilości
ATP oraz NADH.
 Cykl Krebsa określany także cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem kwasów trikarboksylowych, w
którym kwas pirogronowy po przekształceniu do acetylo-CoA w cyklu przemian przekształcany jest do
CO2 z wytworzeniem NADH, FADH2 oraz GTP lub ATP.
 Oddychanie końcowe, czyli mitochondrialny łańcuch transportu elektronów i fosforylacja oksydacyjna.
W tym etapie zredukowane nukleotydy NADH, FADH2 są utleniane. W efekcie szeregu reakcji
powstaje woda, a uwalniana energia zamieniana jest na ATP.
Pierwszy z wymienionych etapów jest charakterystyczny dla utleniania węglowodanów i zachodzi w
cytozolu. Dwa pozostałe etapy zachodzą u organizmów eukariotycznych w wyspecjalizowanych organellach –
mitochondriach. W komórkach prokariontów enzymy biorące udział we wszystkich etapach oddychania
znajdują się w cytozolu i błonie komórkowej.
Tłuszcze oraz białka mogą być także włączane w cykl Krebsa. Wcześniej jednak tłuszcze rozkładane są do
acetylo-CoA w procesie β-oksydacji, a białka muszą być rozłożone na aminokwasy, te zaś pozbawione reszty
aminowej. Powstałe po odłączeniu reszty aminowej ketokwasy włączane są bezpośrednio lub po
przekształceniu
w
reakcje
glikolizy
i
cyklu
kwasu
cytrynowego.
.(za
wikipedią
http://pl.wikipedia.org/wiki/Fotosynteza).
Schemat oddychania tlenowego
Szczegółowe informacje poszukaj w dostępnych źródłach (np. podręczniki do rozszerzenia).
Zadania opracowano na podstawie następujących wydawnictw:












Podręczniki do biologii w zakresie podstawowym i rozszerzonym;
Vademecum maturzysty wydawnictwo Operon;
Vademecum maturzysty wydawnictwo Greg,
Zadania maturalne:
wydawnictwo Operon,
wydawnictwo MAC,
wydawnictwo WSIP,
wydawnictwo PWN,
wydawnictwo CKA,
wydawnictwo OMEGA,
wydawnictwo: NOWA ERA.
Arkusze maturalne (CKE).
Zadania do rozwiązania
1) Zamieszczony poniżej schemat przedstawia cząsteczkę ATP. Korzystając z tego schematu (4p):
a) nazwij elementy określone symbolami A, B, C;
b) wyjaśnij, co oznacza falista linia łącząca pewne elementy cząsteczki ATP;
c) oznaczając energię symbolem E, zapisz reakcję tworzenia w komórce ATP z jego typowych substratów;
d) w komórkach organizmów żywych reakcja zapisana w podpunkcie c) może zachodzić na drodze trzech różnych
rodzajów procesów biochemicznych, zwanych fosforylacjami. Nazwij każdy z nich i podaj jego lokalizację w
komórce.
2) Zanalizuj rolą ATP w przedstawionej poniżej reakcji (4p):
glukoza + glukoza +ATP
maltoza +ADP +Pi +E
a) podaj nazwę typu reakcji, jakiej ulega tu glukoza;
b) podaj nazwę reakcji, jakiej uległ tu ATP;
c) wyjaśnij, co się stało z energią dostarczoną tutaj glukozie przez ATP.
3) Schemat przedstawia budowę mitochondrium. Po jego analizie wykonaj zadania a i b (2p).
a) Nazwij struktury oznaczone na schemacie literami: A, B i C.
b) Zlokalizuj etapy utleniania biologicznego w mitochondrium.
4) Na schemacie przedstawiono dwa typy reakcji zachodzących w organizmie. Spośród niżej wymienionych reakcji
podkreśl te, które oznaczono na schemacie cyframi l i 2: utlenianie, fosforylacja, redukcja, hydroliza (2p).
5) Schemat przedstawia zależność pomiędzy oddychaniem komórkowym zachodzącym w mitochondriach a fotosyntezą
zachodzącą w chloroplastach. Wskaż dwa przykłady powiązania fotosyntezy z oddychaniem tlenowym.
6) Poniższy schemat przedstawia proces utleniania biologicznego na poziomie komórkowym. Dokonaj analizy schematu
i wykonaj zadania: a, b i c.
a) Podaj nazwę etapu oddychania tlenowego oznaczonego na schemacie literą X.
b) Wyjaśnij, co dzieje się z wodorem uzyskanym w procesie dehydrogenacji kwasów trójkarboksylowych.
c) Podaj jedną, istotną dla komórki, korzyść z przemieszczania się z protonów (kationów wodoru) i
elektronów w procesie metabolicznym oznaczonym na schemacie literą X.
7) Podczas spalania l mola glukozy w warunkach laboratoryjnych powstaje 2880 kj energii cieplnej. Wiedząc, że l mol
ATP kumuluje 30,6 kj energii, oblicz, jaka jest procentowa wydajność oddychania, jeżeli wskutek całkowitego
utlenienia biologicznego l mola glukozy organizm faktycznie zyskuje 36 moli ATP.
8) Na schemacie przedstawiono współzależność przemian katabolicznych, jakim ulegają podstawowe składniki
pokarmowe. Podaj nazwy substancji oznaczonych na schemacie literami X i Y.
9) Na schemacie przedstawiono przebieg oddychania tlenowego i beztlenowego.
a) Dokonaj porównania oddychania tlenowego i beztlenowego, uwzględniając: substrat, produkt, zysk energetyczny,
miejsce przebiegu, w tym celu skonstruuj tabelę (2p).
Zadania opracowano na podstawie następujących wydawnictw:












Podręczniki do biologii w zakresie podstawowym i rozszerzonym;
Vademecum maturzysty wydawnictwo Operon;
Vademecum maturzysty wydawnictwo Greg,
Zadania maturalne:
wydawnictwo Operon,
wydawnictwo MAC,
wydawnictwo WSIP,
wydawnictwo PWN,
wydawnictwo CKA,
wydawnictwo OMEGA,
wydawnictwo: NOWA ERA.
Arkusze maturalne (CKE).