Разбор задач на энергетический обмен

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный (в пищеварительном канале, лизосомах ферментами):

крахмал → глюкоза (Е рассеивается); белки→ аминокислоты; жиры→ глицерин и жирные кислоты;

2. Бескислородный «гликолиз» (в цитоплазме): глюкоза → 2 ПВК (или 2 молочной к-ты) + 2 АТФ

3. Кислородный этап, «дыхание», «энергетический этап» или «гидролиз» (в митохондриях): ПВК → СО2 + Н 2О + 36 АТФ

Эффективность: Полное окисление: 1 молекула глюкозы = 38 АТФ;

• Бескислородное окисление, «гликолиз»: 1 глюкоза = 2 АТФ

(Неполное окисление при недостатке кислорода: 1 глюкоза = 2 АТФ);

• Кислородный этап, «дыхание», «аэробное окисление», «энергетический этап» или «гидролиз» = 36 АТФ.

В том числе: а) цикл Кребса = 2 АТФ

б) окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь) = 34 АТФ;

Уравнения: Реакция полного расщепления глюкозы:

С6Н12О6 + 38 АДФ + 38 Н3РО4 + 6 О2 –– 6 СО2 + 38 АТФ + 44 Н2О + 2880 кДж

(сокращенное уравнение: C6H12O6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 38 АТФ)

• Гликолиз (сокращенно): C6H12O6 →2 C3H6O3 (ПВК) + 2АТФ

• Реакция неполного расщепления глюкозы (при недостатке кислорода):

С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 Н2О + 200 кДж

(молочная к-та)

Сокращённо: C6H12O6 → 2C3H6O3 +2АТФ

• Спиртовое брожение: С6Н12О6 → 2СО2+2С2Н5ОН +2 АТФ (сокращенно)

Количество энергии, запасенной в одной молекуле АТФ: 40кДЖ

Примеры заданий ЕГЭ по линии 27 (часть 2)

1.В процессе гидролиза образовалось 1620 молекул АТФ. Определите, какое количество глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось в результате бескислородного и полного этапов катаболизма. Ответ поясните.

Дано: n (АТФ)= 1620

Найти:

n (глюкозы)-?

n (АТФ общ.) -?

n (АТФ бескисл. этапа)-?

Решение:

1. При гидролизе (бескислородном этапе) из одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ . Определяем количество молекул глюкозы, которое образовало 1620 молекул АТФ:

n (глюкозы) =1620 : 36 = 45 молекул глюкозы.

2. При гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК) с образованием двух молекул АТФ, следовательно, из 45 молекул глюкозы образовалось:

n (АТФ бескисл. этапа) = 45 х2 = 90 молекул АТФ.

3. При полном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Находим кол-во АТФ, образующееся при разложении 45 молекул АТФ:

n (АТФ общ.) = 45 х 38 = 1710 молекул АТФ.

Ответ: 1) Число молекул глюкозы = 45.

2) При гликолизе образуется 90 молекул АТФ.

3) Полный энергетический эффект = 1710 молекул АТФ.

2. В цикл Кребса вступило 56 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению? Сколько молекул АТФ образовалось при гликолизе и аэробном этапе? Каков суммарный энергетический эффект?

Ответ:

1. Если при разложении одной молекулы глюкозы образуется 2 ПВК, то при образовании 56 молекулы ПВК разложилось 28 молекул глюкозы: 56 : 2 = 28.

2. При гликолизе 1 молекулы глюкозы выделяется 2 молекулы АТФ,

При гликолизе 28 молекул глюкозы образуется 56 молекул АТФ.

3. При клеточном дыхании (аэробном этапе) из одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ, из 28 молекул глюкозы образуется: 36 х28 = 1008 молекул АТФ.

4. Общий энергетический эффект = 56 + 1008 = 1064 (молекул АТФ).

3.Сколько молекул АТФ образуется в клетках эукариот при полном окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 100 остатков глюкозы?

Ответ:

1. Из фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 100 остатков глюкозы, образуется 100 молекул глюкозы.

2. При полном окислении 1 молекулы глюкозы в клетках эукариот образуется 38 молекул АТФ.

3. При окислении 100 молекул глюкозы образуется: 38 х100 = 3800 (молекулы АТФ)

4. В процессе гликолиза образовалось 400 молекул пирувата (ПВК или пировиноградная кислота). Сколько молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется в процессе клеточного дыхания?

Ответ:

1. При гликолизе (бескислородный этап катаболизма) 1 молекула глюкозы образует 2 молекулы пирувата, следовательно, гликолизу подверглось: 400 : 2 = 200 (молекул глюкозы).

2. Кислородное дыхание – третий этап энергетического обмена, в результате которого из 1 молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ.

3. Из 200 молекул глюкозы образуется : 36 х 200 = 7200 (молекул АТФ).

5. Человек при беге со средней скоростью расходует за 1 минуту 24 кДж энергии. Определите, сколько граммов глюкозы расходуется за 25 минут бега, если кислород доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве.

Решение:

1. Определяем сколько энергии необходимо мышцам для работы: 24 кДж × 25 мин = 600 кДж

2. Энергия может быть только в виде АТФ, узнаем сколько необходимо моль АТФ: 600 кДж : 40 кДж = 15 моль

3. По уравнению С6Н12О6 + 38 АДФ + 38 Н3РО4 + 6 О2 –– 6 СО2 + 38 АТФ + 44 Н2О + 2880 кДж

определяем, сколько глюкозы при расщеплении образует это количество АТФ:

1 моль (C6H12O6) - 38 моль (АТФ) x = 0,4 моль (C6H12O6)

x моль (C6H12O6) - 15 моль (АТФ)

4. Переведѐм количество глюкозы в граммы:

1 моль (C6H12O6) - 180 г x = 72 г (C6H12O6)

0,4 моль (C6H12O6) - x г

Ответ: мышцы ног за 25 мин бега израсходуют 72 г глюкозы.

6. В процессе диссимиляции произошло расщепление 4 молей глюкозы, из которых полному расщеплению подверглись только 3 моля. Определите: А) Сколько молей молочной кислоты образовалось? Б) Сколько при этом образовалось АТФ? В) Какое количество энергии в них аккумулировано? Г) Сколько молей СО₂ образовалось?
Д) Сколько молей О₂ израсходовано?

Решение:

Реакция неполного расщепления глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Н₃РО₄ –– 2 С₃Н₆О₃ + 2 АТФ + 2 Н₂О + 200 кДж
молочная к-та

А) молочной кислоты – 2 моля;
Б) АТФ – 2 моля;
В) 1 моль АТФ – 40 кДЖ, следовательно 40 х 2 = 80 кДж.

Реакция полного расщепления глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ + 38 АДФ + 38 Н₃РО₄ + 6 О₂ –– 6 СО₂ + 38 АТФ + 44 Н₂О + 2880 кДж

Поскольку полному расщеплению подверглись 3 моля глюкозы, то:

3 С₆Н₁₂О₆ + 3 х 38 АДФ + 3 х 38 Н₃РО₄ + 3 х 6 О₂ –– 3 х 6 СО₂ + 3 х 38 АТФ + 3 х 42 Н₂О

или:

Б) АТФ = 3 х 38 = 114 молей;
В) 3 х 38 х 40 = 4560 кДж;
Г) СО₂ = 6 х 3 = 18 молей;
Д) О₂ = 6 х 3 = 18 молей.

Теперь сложим данные:

А) молочной кислоты образовалось 2 моля;
Б) АТФ синтезировано 114 + 2 = 116 молей;
В) энергии 4560 кДж + 80 кДж = 4640 кДж;
Г) СО₂ – 18 молей;
Д) О₂ – 18 молей.

7. В процессе энергетического обмена в клетке образовалось 116 молекул АТФ и затрачено 18 молекул кислорода. Определите количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу и сколько из них окислению до конечных продуктов.

Решение:

При окислении 1 глюкозы затрачивается 6 молекул кислорода

18/6= 3 Глюкозы подверглись окислению до конечных продуктов

3*38=114

116-114= 2

Как раз 2 АТФ выделяется при гликолизе 1 глюкозы.

Ответ: 1 глюкоза в гликолизе, 3 глюкозы до конца

8. Расщеплению и окислению подверглось 6 молекул глюкозы, на это расходовалось 24 молекулы кислорода. Определите, сколько молекул воды и углекислого газа выделилось при этом.

Решение:

1) 6*4=24 молекул углекислого газа, т.к.  из 1 молекулы глюкозы выделяется 4 молекулы угл. газа
2) 44* 6=264 молекул воды, т.к. из 1 молекулы глюкозы выделяется 44 молекулы воды
   Ответ: а) 24
               б) 264

9.В процессе энергетического обмена в клетке образовалось 78 молекул АТФ и 12 молекул углекислого газа. Определите количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу и сколько из них окислению до конечных продуктов.

Решение:

Из 1 молекулы глюкозы образуется 38 АТФ при полном окислении 78:38=2. Значит полному окислению подверглось 2 молекулы глюкозы.

Одна молекула глюкозы при полном окислении – 6 СО2. 2АТФ при гликолизе.

Значит гликолизу подверглось 1 молекула глюкозы, полному окислению 2 молекулы глюкозы.