"Клітинне дихання"

Дайте відповіді на запитання :

• Яка роль енергетичного обміну у забезпеченні життєдіяльності організмів? 

• Що таке  ферменти ?

• Що таке складні та прості білки ?

• Що ви знаєте про лізосоми ? 

• Яка роль жовчі в процесах перетравлення їжі?

• Що ви знаєте про мітохондрії?

Площа мембран мітохондрій, які містяться в печінці звичайного білого лабораторного щура, становить 40 м2. Якщо виділити всі мітохондрії із серця цього трудівника і розрахувати поверхню їхніх мембран, одержимо 250 м2. А якщо розрахувати поверхню мембран літального м’яза мухи, то одержимо фантастичну цифру — 400 м2.

— Чим це можна пояснити? Що об’єднує ці органели?

— Як будова цих органел відповідає їхнім функціям?

(Після завершення уроку ви зможете дати відповідь на ці запитання)

-Запишіть тему сьогоднішнього уроку : "Клітинне дихання, його біохімічні особливості"

Засвоєння нового матеріалу

1. Характеристика мітохондрій

Мітохондрії є практично в усіх еукаріотичних клітинах. Кількість мітохондрій у клітині коливається від 1 до 100 тис. і залежить від типу, функціональної активності та віку клітини. Так, у рослинних клітинах мітохондрій менше, ніж у тварин; а в молодих клітинах більше, ніж у старих. Життєвий цикл мітохондрій становить кілька днів. У клітині мітохондрії зазвичай скупчуються поблизу ділянок цитоплазми, де виникає потреба в АТФ. Наприклад, у серцевому м’язі мітохондрії розміщуються поблизу міофібрил, а в сперматозоїді утворюють спіральний футляр навколо осі джгутика.

Мітохондрія оточена внутрішньою і зовнішньою мембранами, які складаються з подвійного шару фосфоліпідів і білків. Ці дві мембрани схожі, проте мають різні властивості. Зовнішня мембрана гладенька, вона не утворює ніяких складок і виростів. Внутрішня мембрана утворює численні складки — кристи, спрямовані в порожнину мітохондрії. Кристи, які розширюють зовнішню ділянку внутрішньої мітохондріальної мембрани, збільшують її здатність виробляти АТФ. Між зовнішньою і внутрішньою мембраною існує простір, який називається міжмембранним.

Простір, обмежений внутрішньою мембраною, називають матриксом. Матрикс містить надзвичайно сконцентровану суміш сотень ферментів, на додаток до спеціальних мітохондріальних рибосом, тРНК і кільцеву мітохондріальну ДНК.

Ця нехромосомна ДНК кодує нечисленні мітохондріальні пептиди (13 у людини), що використовуються у внутрішній мітохондріальній мембрані разом з білками, які кодуються генами клітинного ядра.

— Поясніть, чому мітохондрії називають «напівавтономними органелами».

— Яка основна функція мітохондрій?

Клітинне дихання

• Бесіда

Пригадайте:

— Що таке енергетичний обмін?

— Які етапи енергетичного обміну ви знаєте?

— Які процеси відбуваються під час підготовчого етапу?

— Які процеси відбуваються під час безкисневого (анаеробного) етапу?

— Що відбувається далі з піровиноградною кислотою?

Третій етап енергетичного обміну — стадія кисневого, або повного, розщеплення — дихання. Продукти, які утворилися в попередній стадії, окиснюються до кінця, тобто до CO2 і H2O.

Основна умова здійснення цього процесу — наявність у навколишньому середовищі кисню і поглинання його клітиною. Стадія кисневого розщеплення, як і попередня стадія безкисневого розщеплення, являє собою ряд послідовних ферментативних реакцій. Кожна реакція каталізується особливим ферментом.

Увесь ферментативний ряд кисневого розщеплення зосереджений у мітохондріях, де ферменти розміщені на мембранах правильними рядами. Суть кожної з реакцій полягає в окисненні органічної молекули, яка з кожним ступенем поступово руйнується і перетворюється на кінцеві продукти окиснення: вуглекислий газ і воду. Усі проміжні реакції кисневого розщеплення, як і проміжні реакції безкисневого процесу, супроводжуються вивільненням енергії. Але кількість енергії, яка вивільняється на кожному ступені кисневого процесу, значно більша, ніж на кожному ступені безкисневого процесу. У сумі кисневе розщеплення дає величезну кількість енергії — 2600 кДж (650 ккал). Якби вся ця енергія

вивільнилася в результаті однієї реакції, то клітина зазнала б теплового пошкодження. Оскільки процес поділяється на ряд проміжних ланок, такої загрози немає.

Схема енергетичного обміну

• Цикл Кребса

  

Важливе місце в аеробному енергетичному обміні належить циклу Кребса, названому так на честь англійського біохіміка Х. Кребса, який відкрив цей процес у 1937 році. На початку циклу піровиноградна кислота реагує зі щавлевооцтовою, утворюючи лимонну кислоту. Остання через низку послідовних реакцій перетворюється на інші кислоти. Унаслідок таких перетворень відтворюється щавлевооцтова кислота, яка знову реагує з піровиноградною, і цикл повторюється. У кожному циклі Кребса утворюється одна молекула АТФ. Окрім того, у ході біохімічних реакцій циклу від органічних кислот відщеплюються атоми Гідрогену. Ці атоми відновлюють певні сполуки.

Докладне дослідження реакцій кисневого розщеплення показало, що в цих реакціях, як і в реакціях безкисневого процесу, беруть участь H3PO4 і АДФ і що кисневий процес, як і безкисневий, нерозривно зв’язаний із синтезом АТФ. У процесі кисневого розщеплення двох молекул піровиноградної (молочної) кислоти утворюються 36 молекул АТФ — 36 багатих на енергію фосфатних зв’язків. Отже, сумарне рівняння кисневого процесу можна записати так:

2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36АДФ = 6CO2 + 6H2O + 36АТФ + 36H2O, а сумарне рівняння повного розщеплення глюкози таке:

C6H12O6 + 6O2 + 38H3PO4 + 38АДФ → 6CO2 + 6H2O + 38АТФ + 38H2O

44H2O.

• Яке значення для клітини має третій етап енергетичного обміну?

Якщо в процесі безкисневого розщеплення глюкози вивільняється 200 кДж (50 ккал), то в стадії кисневого процесу вивільняється 2600 кДж (650 ккал), тобто в 13 разів більше. Якщо в процесі безкисневого розщеплення синтезуються дві молекули АТФ, то в кисневій стадії їх утворюється 36, тобто у 18 разів більше. Іншими словами, внаслідок розщеплення глюкози в клітині на стадії кисневого процесу вивільняється і перетворюється на інші форми енергії понад 90 % енергії глюкози.

Формулювання висновку

• Для синтезу АТФ у процесі гліколізу не потрібні мембрани. Він відбувається і в пробірці, якщо є всі ферменти і субстрати.

• Для кисневого процесу потрібні мітохондріальні мембрани.

• Розщеплення 1 молекули глюкози до вуглекислого газу і води забезпечує синтез 38 молекул АТФ (у безкисневій стадії утворюються 2 молекули АТФ, а у кисневій — 36 молекул АТФ).

• При нестачі кисню або пошкодженні мітохондрій клітина, щоб дістати необхідну для життя кількість АТФ, використовує безкисневий процес. Для цього їй потрібно в 20 разів більше глюкози, ніж у нормі.

(Запишіть у робочий зошит сформульований висновок)

«Творча лабораторія».

— У клітинах різних органів пацюка сумарний об’єм мітохондрій по відношенню до загального об’єму клітини становить: у печінці — 18,4 %, у підшлунковій залозі — 7,9 %, у серці — 35,8 %.

• Поясніть причину такої різниці у вмісті мітохондрій у клітинах.

— Апарат Гольджі найбільш розвинутий у залозистих клітинах (підшлункова залоза, слинна залоза). Мітохондрій у цих клітинах значно менше.

• Поясніть факти з точки зору функцій, які виконують ці органи.

Розщеплення поживних речовин в організмі відбувається в три етапи. З допомогою таблиці порівняйте ці етапи. Доведіть необхідність знань про дихання клітин для здорового способу життя.

Заповніть таблицю.

ЕТАПИ РОЗЩЕПЛЕННЯ ПОЖИВНИХ РЕЧОВИН НА ПРИКЛАДІ ВУГЛЕВОДІВ

Підбиття підсумків уроку

Складання Т-схеми до уроку

Я знав Я дізнався

Домашнє завдання

§15 опрацювати. Підготувати повідомлення на тему «Історія відкриття фотосинтезу»