§ 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. За відсутності кисню в нейронах може відбуватися лише гліколіз, який дає тільки дві молекули АТФ, і цієї енергії недостатньо для підтримки їхньої життєдіяльності. Деякі бактерії та паразитичні тварини (наприклад, аскариди в кишківнику) пристосовані до життя в безкисневому середовищі, оскільки отримують усю необхідну енергію шляхом гліколізу та бродіння і мають набагато нижчі 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 достатній кількості. М’язи переходять на безкисневий спосіб отримання енергії — гліколіз, під час якого кінцевий продукт піруват перетворюється на молочну кислоту. Регулярні тренування стимулюють розвиток капілярної сітки в м’язах і збільшують кількість мітохондрій, завдяки чому організм краще забезпечується киснем і повільніше переходить до накопичення молочної кислоти.

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 високоефективним резервом енергії, проте їхнє окиснення та розщеплення вимагає обов’язкової наявності кисню. Аскариди мешкають у порожнині тонкого кишківника людини, де вміст кисню майже відсутній, тому вони можуть отримувати енергію лише шляхом безкисневого гліколізу. Оскільки субстратом для гліколізу є виключно вуглеводи, аскаридам вигідно запасати енергію саме у вигляді глікогену.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

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

Які молекули утворюються у процесі окиснення глюкози під час клітинного дихання?

Утворюються молекули вуглекислого газу ($CO_2$) і води ($H_2O$), а також вивільняється енергія у вигляді молекул АТФ.

Де відбуваються процеси клітинного дихання?

Початкове розщеплення глюкози відбувається в цитозолі (цитоплазмі) клітини, а основний кисневий етап клітинного дихання — у мітохондріях.

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

Клітинне дихання складається з трьох послідовних етапів:

1. Підготовчий етап — полімери розщеплюються травними ферментами до мономерів у травному тракті, лізосомах або в навколишньому середовищі без виділення корисної для клітини енергії (вона розсіюється як тепло).
2. Безкисневий етап (гліколіз) — відбувається в цитозолі без кисню, де молекула глюкози розщеплюється на дві молекули пірувату з чистим виходом двох молекул АТФ.
3. Кисневий етап — відбувається в мітохондріях за наявності кисню; включає цикл Кребса в матриксі та окиснення в електронно-транспортному ланцюзі внутрішньої мембрани, що дає близько 36 молекул АТФ, вуглекислий газ і воду.

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

Цикл Кребса є спільним фінальним шляхом для розщеплення білків, жирів і вуглеводів, оскільки продукти їхнього розпаду перетворюються на ацетил-КоА або інші проміжні кислоти цього циклу. Ці молекули можуть взаємно перетворюватися одна на одну в реакціях циклу, що дає клітині змогу перерозподіляти речовини й синтезувати ліпіди з надлишку вуглеводів або використовувати амінокислоти як джерело енергії.

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

На кисневому етапі відбувається повне окиснення пірувату до кінцевих неорганічних продуктів — вуглекислого газу та води. Завдяки роботі електронно-транспортного ланцюга у внутрішній мембрані мітохондрій синтезується близько 34 молекул АТФ, і разом із циклом Кребса цей етап забезпечує клітині до 36 молекул АТФ, тоді як на безкисневому етапі утворюється лише дві молекули.

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 діє як безперервна система передачі електронів від відновлених коферментів до кисню. Блокування хоча б одного ферменту ланцюга повністю зупиняє рух електронів і створення протонного градієнта, через що миттєво припиняється синтез більшої частини АТФ, і клітини життєво важливих органів гинуть від браку енергії.

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 незвичного навантаження нестача кисню змушує м’язові клітини запускати молочнокисле бродіння, внаслідок чого в тканинах накопичується молочна кислота, яка змінює кислотність і подразнює нервові закінчення. Одночасно виникають мікропошкодження скоротливих білків м’язових волокон, що викликає місцеву запальну реакцію, набряк і тривалий біль, відомий як крепатура.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

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

• Розщеплення речовин у клітині відбувається поетапно: підготовчий етап, безкисневий гліколіз та кисневе дихання.
• У процесі безкисневого гліколізу клітина запасає 2 молекули АТФ, а кисневий етап у мітохондріях дає близько 36 молекул АТФ.
• Цикл Кребса пов’язує розщеплення вуглеводів, білків і ліпідів, дозволяючи клітині трансформувати одні органічні сполуки в інші.

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’язові клітини переключаються на анаеробне дихання за браку кисню та як утворення молочної кислоти спричиняє втому.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Труднощі викликало запам’ятовування точної локалізації кожного процесу — цитозоль, матрикс чи внутрішня мембрана мітохондрії. Подолати їх допомогло уважне опрацювання схеми аеробного етапу клітинного дихання з підручника.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть мені правильно вибудовувати власні спортивні тренування, робити розминку для насичення м’язів киснем і уникати перевантажень.