§ 19. Обмін речовин. Типи живлення. Клітинне дихання в мітохондріях. Фотосинтез у хлоропластах

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

У фітнес-центрах дуже популярне аеробне тренування. (Дізнайтеся більше про цей вид тренування.) А що таке аеробне тренування на клітинному рівні? І чому після надмірних фізичних навантажень болять м’язи?

На клітинному рівні аеробне тренування — це робота клітин у присутності кисню, коли глюкоза повністю розщеплюється в мітохондріях до води й вуглекислого газу з утворенням великої кількості молекул АТФ.

М’язи болять через те, що під час надмірного навантаження кисню клітинам починає не вистачати, вмикається безкисневий розпад глюкози, і в м’язових волокнах накопичується молочна кислота (лактат), яка подразнює нервові закінчення.

ЗНАЙДІТЬ ІНФОРМАЦІЮ Й ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

Розгляньте мал. 19.1. Визначте, у яких місцях клітини відбуваються гліколіз і аеробне дихання, що утворюється в результаті цих процесів. Порівняйте їхню ефективність.

Гліколіз відбувається в цитоплазмі клітини, а аеробне дихання — всередині мітохондрій.

У результаті гліколізу з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули піровиноградної кислоти (пірувату) та 2 молекули АТФ, тоді як під час аеробного дихання піруват окиснюється до вуглекислого газу ($CO_2$) та води ($H_2O$) з виділенням ще 36 молекул АТФ.

Аеробне дихання є значно ефективнішим за гліколіз: воно дає у 18 разів більше корисної енергії у формі АТФ з тієї самої кількості пірувату.

РОБОТА В ПАРІ

Розгляньте спектри поглинання хлорофілу та каротиноїдів (мал. 19.4). Яка причина наявності різних пігментів у хлоропластах?

Різні пігменти поглинають промені з різною довжиною хвилі: хлорофіли найефективніше вловлюють синє й червоне світло, а каротиноїди поглинають додатково синьо-зелену частину спектра. Це дозволяє рослині максимально повно використовувати енергію всього сонячного світла, а також захищає хлорофіл від руйнування надлишковим опроміненням.

РОБОТА В ГРУПІ

Розгляньте мал. 19.2. Що відбувається під час світлозалежної стадії фотосинтезу? Які продукти утворюються й куди вони надходять?

Під час світлозалежної стадії молекули хлорофілу на мембранах тилакоїдів поглинають світло, синтезують АТФ та здійснюють фотоліз води (розщеплення води світлом).

У результаті фотолізу утворюється кисень, який виділяється в навколишнє середовище як побічний продукт, а накопичена енергія АТФ разом із відновленими сполуками спрямовується до строми хлоропласта для наступного етапу.

Що відбувається під час світлонезалежної стадії? Звідки береться енергія для її реакцій?

Під час світлонезалежної стадії в стромі хлоропласта відбувається фіксація вуглекислого газу ($CO_2$) та синтез молекул глюкози.

Енергія для цих хімічних реакцій береться з молекул АТФ, які були синтезовані на попередній, світлозалежній стадії.

ВІРТУАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОСИНТЕЗУ

1–4. Проведіть серію дослідів на симуляторі, змінюючи освітленість (за температури 25 °C та концентрації CO₂ 0,04 %), і зафіксуйте результати в таблиці.

5. Побудуйте графік залежності утворення кисню від обраного фактора. Позначте осі: X — змінюваний фактор (освітленість), Y — об’єм кисню.

6. За графіком визначте, за яких умов фотосинтез є найінтенсивнішим.

Фотосинтез досягає максимальної інтенсивності за рівня освітленості від 1000 люкс і вище, коли об’єм виділеного кисню стабілізується на позначці 50 умовних одиниць.

7. Зробіть висновок, як цей фактор упливає на фотосинтез.

Зі збільшенням освітленості інтенсивність фотосинтезу пропорційно зростає, оскільки хлорофіл отримує більше енергії для розщеплення води. При досягненні рівня близько 1000 люкс настає світлове насичення, після якого швидкість реакції більше не зростає, оскільки процес починає обмежуватися іншими факторами (кількістю ферментів або вуглекислого газу).

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Поясніть, чому мітохондрії називають енергетичними станціями клітини; органелами внутрішньоклітинного дихання.

Мітохондрії називають енергетичними станціями, тому що саме в них під час аеробного етапу утворюється найбільше молекул АТФ — 36 із кожної молекули глюкози. Органелами внутрішньоклітинного дихання їх вважають через те, що саме тут за безпосередньої участі кисню відбувається остаточне окиснення органічних сполук до вуглекислого газу й води.

2. Як змінюється дихання в людини, яка починає бігти або швидко йти вгору? Як це пов’язано з енергетичними процесами в клітині?

Дихання стає значно частішим і глибшим. Під час бігу працюючим м’язам потрібно значно більше енергії АТФ, тому клітини вимагають збільшеного надходження кисню до мітохондрій для аеробного дихання. Прискорене дихання допомагає швидко доставити цей кисень до клітин і одночасно вивести надлишок утвореного вуглекислого газу.

3. Як можна застосувати знання про фактори, які впливають на інтенсивність фотосинтезу, у сільському господарстві, фермерстві або тепличному виробництві?

У теплицях для максимального росту рослин встановлюють штучне підсвічування лампами синього й червоного спектра, які найкраще поглинаються хлорофілом. Також фермери регулюють температурний режим, забезпечують своєчасний полив і спеціально збагачують повітря вуглекислим газом, оскільки збільшення його концентрації помітно прискорює утворення органічних речовин і підвищує врожайність.