§ 18 Розщеплення органічних речовин

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Чому без кисню клітини мозку гинуть дуже швидко, а деякі бактерії і навіть тварини можуть існувати в безкисневому середовищі?

Клітини головного мозку мають дуже високий рівень обміну речовин і потребують великої кількості енергії у формі АТФ, яка утворюється переважно під час кисневого етапу дихання (близько 36 молекул АТФ з однієї молекули глюкози). За відсутності кисню в нейронах відбувається лише гліколіз, що дає тільки 2 молекули АТФ, а цього недостатньо для підтримання їхньої життєдіяльності. Деякі бактерії та внутрішньокишкові паразити пристосовані до життя в безкисневому середовищі, оскільки отримують енергію шляхом бродіння та мають низькі енергетичні потреби.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Під час посилених фізичних навантажень у м’язах накопичується молочна кислота. Чому ж вона утворюється і яке відношення має до тренувань?

Під час інтенсивних фізичних навантажень кровоносна система не встигає постачати кисень до м’язових клітин у необхідній кількості. Через це м’язи переходять на безкисневий спосіб отримання енергії — гліколіз, під час якого кінцевий продукт піруват перетворюється на молочну кислоту в ході молочнокислого бродіння. Накопичення молочної кислоти спричиняє відчуття втоми та біль у м’язах, а регулярні тренування стимулюють розвиток кровоносних судин і збільшують кількість мітохондрій у м’язових волокнах.

2. Більшість тварин зберігають енергетичні резерви у формі жирів. Але деякі тварини, наприклад аскариди, — у формі глікогену. Поміркуй, у чому сенс такої відмінності.

Жири є висококалорійним джерелом енергії, але їхнє ефективне розщеплення можливе лише за наявності кисню, що характерно для аеробних організмів. Аскариди мешкають у кишечнику хазяїна, де середовище є практично безкисневим, тому вони отримують енергію шляхом анаеробного розщеплення вуглеводів. Оскільки субстратом для гліколізу слугують саме вуглеводи, аскаридам біологічно доцільніше запасати енергію у формі глікогену.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Переглянь відео в e-ДОДАТКУ і дай відповіді на запитання (завдання 18.1).

Навчальне відео з електронного додатка ілюструє послідовні етапи клітинного дихання в цитоплазмі та мітохондріях. Воно демонструє, що головною метою розщеплення органічних речовин є утворення молекул АТФ, які клітина використовує для забезпечення всіх процесів життєдіяльності.

2. Які етапи є у клітинного дихання, і які процеси відбуваються на цих етапах?

Клітинне дихання складається з трьох основних етапів:

1. Підготовчий етап — складні макромолекули розщеплюються до мономерів під дією травних ферментів у шлунково-кишковому тракті, лізосомах або поза клітиною.
2. Безкисневий (анаеробний) етап, або гліколіз — відбувається в цитозолі клітини без участі кисню; молекула глюкози розщеплюється на дві молекули пірувату з утворенням 2 молекул АТФ.
3. Кисневий (аеробний) етап — відбувається в мітохондріях за участі кисню; піруват перетворюється на ацетил-КоА, бере участь у циклі Кребса, після чого в електронно-транспортному ланцюзі утворюється близько 34 молекул АТФ, а також вуглекислий газ і вода.

3. Яким чином цикл Кребса зв’язує між собою різні метаболічні процеси в організмі?

Цикл Кребса є спільним шляхом розщеплення білків, жирів і вуглеводів. Продукти розщеплення цих органічних сполук перетворюються на проміжні речовини циклу Кребса, які можуть вільно перетворюватися одна в одну. Завдяки цьому клітина може перенаправляти свої ресурси і використовувати, наприклад, вуглеводи для синтезу жирів або амінокислот.

4. Чому кисневий етап клітинного дихання є найбільш енергетично вигідним?

Кисневий етап є найвигіднішим, оскільки під час нього відбувається повне окиснення речовин у мітохондріях за участю кисню. У процесі роботи циклу Кребса та електронно-транспортного ланцюга з однієї молекули глюкози утворюється близько 36 молекул АТФ, тоді як на безкисневому етапі утворюється лише 2 молекули АТФ.

5. Одна з відомих отрут — калію ціанід — при потраплянні в організм людини блокує роботу тільки одного з ферментів електронно-транспортного ланцюга. Чому це блокування має такі важкі наслідки для людини?

Електронно-транспортний ланцюг працює як послідовний конвеєр перенесення електронів. Блокування навіть одного ферменту повністю зупиняє весь ланцюг, через що припиняється синтез основного обсягу АТФ у мітохондріях, і клітини миттєво гинуть від енергетичного голодування.

6. Крепатура (біль і затвердіння у м’язах людини) з’являється через певний час після незвичних і великих фізичних навантажень. Вчені пов’язують це з роботою клітин м’язів в умовах нестачі кисню. Яким може бути механізм виникнення цього явища?

Під час інтенсивного навантаження м’язам бракує кисню для аеробного дихання, тому вони переходять на безкисневий гліколіз. Кінцевий продукт гліколізу перетворюється на молочну кислоту, яка накопичується у м’язах, викликає локальне подразнення нервових закінчень та набряк тканин, що й призводить до болю.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Клітинне дихання складається з трьох послідовних етапів: підготовчого, безкисневого (гліколізу) та кисневого.
• Під час безкисневого розщеплення однієї молекули глюкози утворюються 2 молекули АТФ, а під час кисневого — близько 36 молекул АТФ.
• За нестачі кисню у клітинах запускається процес бродіння, у результаті якого утворюється молочна кислота, спирт або оцтова кислота.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я став більш обізнаним щодо того, як м’язи отримують енергію під час фізичних навантажень і чому виникає крепатура.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Важко було запам’ятати кількість молекул АТФ на кожному етапі та назви процесів. Подолати труднощі допомогло уважне вивчення наочних схем у підручнику та підсумків параграфа.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть правильно дозувати фізичні навантаження під час занять спортом та робити розминку, щоб уникати кисневого голодування м’язів і сильної крепатури.