IGCSE, A-Level & AP IGCSE, A-Level & AP Sheet preview · ⁨Предпросмотр листа⁩

Energy and respiration · ⁨Энергия и дыхание⁩

A-Level Biology · ⁨A-Level Биология⁩ · Topic 12 · ⁨Тема 12⁩

View Slides · ⁨Просмотр слайдов⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
9:49

дыхание

В любой момент ваше тело содержит около пятидесяти граммов АТФ. Однако за одни сутки вы производите и расходуете примерно свой собственный вес этого вещества. То же самое…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

12.1

Why living things need energy · ⁨Почему живым организмам нужна энергия⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. outline the need for energy in living organisms, as illustrated by active transport, movement and anabolic reactions, such as those occurring in DNA replication and protein synthesis
  2. describe the features of ATP that make it suitable as the universal energy currency
  3. state that ATP is synthesised by: • transfer of phosphate in substrate-linked reactions • chemiosmosis in membranes of mitochondria and chloroplasts
  4. explain the relative energy values of carbohydrates, lipids and proteins as respiratory substrates
  5. state that the respiratory quotient (RQ) is the ratio of the number of molecules of carbon dioxide produced to the number of molecules of oxygen taken in, as a result of respiration
  6. calculate RQ values of different respiratory substrates from equations for respiration
  7. describe and carry out investigations, using simple respirometers, to determine the RQ of germinating seeds or small invertebrates (e.g. blowfly larvae)
Русский
  1. опишите необходимость энергии в живых организмах, проиллюстрированную активным транспортом, движением и анаболическими реакциями, такими как те, что происходят при репликации ДНК и синтезе белков
  2. опишите особенности АТФ, делающие ее подходящей в качестве **универсальной энергетической валюты
  3. укажите, что АТФ синтезируется путем: • переноса фосфата в реакциях, связанных с субстратом • хемиосмоса на мембранах митохондрий и хлоропластов
  4. объясните относительные энергетические значения углеводов, липидов и белков как дыхательных субстратов
  5. укажите, что дыхательный коэффициент (RQ) — это отношение количества молекул углекислого газа, выделенных в результате дыхания, к количеству молекул поглощенного кислорода
  6. рассчитайте значения RQ различных дыхательных субстратов по уравнениям дыхания
  7. опишите и проводите исследования с использованием простых респираториумов для определения RQ прорастающих семян или мелких беспозвоночных (например, личинок мясной мухи)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

Cells need a steady supply of energy 能量, which they get from respiration 呼吸作用. Energy is needed for:

  • active transport 主动运输 (moving substances against a gradient),
  • movement (for example muscle contraction),
  • anabolic 合成代谢 reactions — the building of large molecules, such as in DNA replication and protein synthesis.
Русский

Клеткам необходим постоянный приток энергии, который они получают из дыхания. Энергия требуется для:

  • активного транспорта (перемещение веществ против градиента концентрации),
  • движения (например, сокращение мышц),
  • анаболических реакций — синтеза крупных молекул, таких как при репликации ДНК и синтезе белков.
Спортсмены, бегущие по дорожке
Во время упражнений мышцам нужен постоянный приток энергии, выделяемой в процессе дыхания
12.1

ATP — the energy currency · ⁨АТФ — энергетическая валюта⁩
English

ATP is the molecule that carries energy to where it is needed. It is made from ADP and a phosphate group; when it loses that phosphate again, it releases a small, usable burst of energy. ATP suits this job well, so we call it the universal energy currency:

  • it releases energy quickly, in small amounts that match a cell's needs.
  • it is easily made and re-made, again and again.
  • it is small and soluble, so it moves easily around the cell.

ATP is made in two ways: by direct transfer of a phosphate group in phosphorylation 磷酸化 reactions, and by chemiosmosis 化学渗透 across the membranes of mitochondria 线粒体 and chloroplasts.

Русский

АТФ — это молекула, переносящая энергию туда, где она необходима. Она образуется из АДФ и остатка фосфорной кислоты; потеря этого остатка снова высвобождает небольшой, но полезный для клетки всплеск энергии. АТФ отлично подходит для этой роли, поэтому мы называем её универсальной энергетической валютой:

  • она быстро высвобождает энергию небольшими порциями, соответствующими потребностям клетки.
  • она легко синтезируется и восстанавливается снова и снова.
  • она мала и растворима, поэтому легко перемещается по клетке.
Цикл, показывающий превращение АДФ плюс фосфат в АТФ с использованием энергии дыхания, и обратный процесс превращения АТФ обратно в АДФ плюс фосфат при высвобождении энергии для клетки
Дыхание присоединяет фосфат для образования АТФ; клетка отщепляет его снова, чтобы высвободить энергию

АТФ образуется двумя способами: путем прямого переноса остатка фосфорной кислоты в реакциях фосфорилирования и с помощью химиосмоса через мембраны митохондрий и хлоропластов.

Explore · ⁨Исследовать⁩

The ATP cycle · ⁨Цикл АТФ⁩

Step around the loop. ATP is split to release a small burst of energy, then rebuilt by respiration — over and over. · ⁨Шаг за шагом: АТФ расщепляется для высвобождения небольшого импульса энергии, затем восстанавливается путем дыхания — и так по кругу.⁩

12.1

Respiratory substrates and RQ · ⁨Дыхательные субстраты и RQ⁩
English

A respiratory substrate 呼吸底物 is a molecule that is broken down to release energy. Per gram, lipids release the most energy (they have the most hydrogen), proteins are next, and carbohydrates the least.

The respiratory quotient 呼吸商 (RQ) compares the gases exchanged:

$$\text{RQ} = \frac{\text{molecules of carbon dioxide produced}}{\text{molecules of oxygen taken in}}$$

You can work out the RQ from a respiration equation. Carbohydrates give an RQ of about 1.0, lipids about 0.7 and proteins about 0.9.

Worked example. Find the RQ for the aerobic respiration of glucose: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$.

$$\text{RQ} = \frac{\text{CO}_2 \text{ produced}}{\text{O}_2 \text{ taken in}} = \frac{6}{6} = 1.0.$$

This is why an RQ near $1.0$ suggests the organism is respiring carbohydrate; a lower RQ (about $0.7$) suggests it is using lipid, which needs more oxygen per molecule of $\text{CO}_2$.

A respirometer 呼吸计 measures the oxygen 氧气 taken in by living things, such as germinating 萌发 seeds or small invertebrates 无脊椎动物, and is used to find their RQ.

Русский

Дыхательный субстрат — это молекула, которая расщепляется для высвобождения энергии. На грамм липиды выделяют наибольшее количество энергии (в них больше всего водорода), за ними следуют белки, а углеводы дают наименьшее.

Гистограмма: липиды выделяют больше всего энергии на грамм, затем белки, затем углеводы
Липиды выделяют наибольшее количество энергии на грамм, затем белки, затем углеводы

Дыхательный коэффициент (RQ) сравнивает обменивающиеся газы:

$$\text{RQ} = \frac{\text{molecules of carbon dioxide produced}}{\text{molecules of oxygen taken in}}$$

Вы можете рассчитать RQ по уравнению дыхания. Углеводы дают RQ около 1.0, липиды — около 0.7, а белки — около 0.9.

Разобранный пример. Найдите RQ для аэробного дыхания глюкозы: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$.

$$\text{RQ} = \frac{\text{CO}_2 \text{ produced}}{\text{O}_2 \text{ taken in}} = \frac{6}{6} = 1.0.$$

Именно поэтому RQ, близкий к $1.0$, указывает на то, что организм дышит углеводами; более низкий RQ (около $0.7$) свидетельствует о том, что используются липиды, которым требуется больше кислорода на молекулу $\text{CO}_2$.

Респирометр измеряет поглощенный кислород живыми организмами, такими как прорастающие семена или мелкие беспозвоночные, и используется для определения их RQ.

Респирометр: колба с прорастающими семенами над содой lime, соединенная с капиллярной трубкой с окрашенной бусиной на шкале; бусина движется к колбе по мере расходования кислорода
Сода lime абсорбирует выделяющийся CO₂, поэтому объем газа уменьшается только за счет потребленного кислорода — и бусина смещается внутрь на эту величину
Explore · ⁨Исследовать⁩

Respiratory quotient lab · ⁨Лабораторная работа по определению ОВД⁩

RQ = CO2 produced / O2 used · ⁨RQ = CO2 выделенное / O2 потребленное⁩

Change oxygen use and see how RQ compares fuels. · ⁨Измените потребление кислорода и сравните, какие субстраты используются.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
energy/ˈenədʒi/ энергия
respirometer/rɪspɪˈrɒmɪtə/ респирометр
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ кислородом
germinate/ˈdʒɜːmɪneɪt/ прорастать
invertebrate/ɪnˈvɜːtɪbreɪt/ беспозвоночное
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ углекислый газ
acetyl/ˈæsɪtaɪl/ ацетильная группа
coenzyme A/ˌkəʊˈenzaɪm eɪ/ коэнзим А
oxaloacetate/ˈɒksələʊsɪteɪt/ оксаложелезнокислый эфир (оксалоацетат)
citrate/ˈsɪtreɪt/ цитрат
decarboxylation/dɪˌkɑːbəksɪˈleɪʃn/ декарбоксилирование
dehydrogenation/ˌdiːhaɪˈdrɒdʒəneɪʃn/ дегидрогенирование
electron/ɪˈlektrɒn/ электрон
electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/ дыхательной цепи
proton/ˈprəʊtɒn/ протон
ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/ АТФ-синтаза
cristae/ˈkrɪstiː/ кристы
fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ брожение
lactate/ˈlækteɪt/ лактат
yeast/jiːst/ дрожжи
ethanol/ˈeθənɒl/ этанол
12.2

Aerobic respiration: the four stages · ⁨Аэробное дыхание: четыре этапа⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. State where each of the four stages in aerobic respiration occurs in eukaryotic cells: • glycolysis in the cytoplasm • link reaction in the mitochondrial matrix • Krebs cycle in the mitochondrial matrix • oxidative phosphorylation on the inner membrane of mitochondria
  2. outline glycolysis as phosphorylation of glucose and the subsequent splitting of fructose 1,6-bisphosphate (6C) into two triose phosphate molecules (3C), which are then further oxidised to pyruvate (3C), with the production of ATP and reduced NAD
  3. explain that, when oxygen is available, pyruvate enters mitochondria to take part in the link reaction
  4. describe the link reaction, including the role of coenzyme A in the transfer of acetyl (2C) groups
  5. outline the Krebs cycle, explaining that oxaloacetate (4C) acts as an acceptor of the 2C fragment from acetyl coenzyme A to form citrate (6C), which is converted back to oxaloacetate in a series of small steps
  6. explain that reactions in the Krebs cycle involve decarboxylation and dehydrogenation and the reduction of the coenzymes NAD and FAD
  7. describe the role of NAD and FAD in transferring hydrogen to carriers in the inner mitochondrial membrane
  8. explain that during oxidative phosphorylation: • hydrogen atoms split into protons and energetic electrons • energetic electrons release energy as they pass through the electron transport chain (details of carriers are not expected) • the released energy is used to transfer protons across the inner mitochondrial membrane • protons return to the mitochondrial matrix by facilitated diffusion through ATP synthase, providing energy for ATP synthesis (details of ATP synthase are not expected) • oxygen acts as the final electron acceptor to form water
  9. describe the relationship between the structure and function of mitochondria using diagrams and electron micrographs
  10. outline respiration in anaerobic conditions in mammals (lactate fermentation) and in yeast cells (ethanol fermentation)
  11. explain why the energy yield from respiration in aerobic conditions is much greater than the energy yield from respiration in anaerobic conditions (a detailed account of the total yield of ATP from the aerobic respiration of glucose is not expected)
  12. explain how rice is adapted to grow with its roots submerged in water, limited to the development of aerenchyma in roots, ethanol fermentation in roots and faster growth of stems
  13. describe and carry out investigations using redox indicators, including DCPIP and methylene blue, to determine the effects of temperature and substrate concentration on the rate of respiration of yeast
  14. describe and carry out investigations using simple respirometers to determine the effect of temperature on the rate of respiration
Русский
  1. Укажите, где в эукариотических клетках происходит каждый из четырех этапов аэробного дыхания: • гликолиз в цитоплазме • связующая реакция в матриксе митохондрий • цикл Кребса в матриксе митохондрий • окислительное фосфорилирование на внутренней мембране митохондрий
  2. опишите гликолиз как фосфорилирование глюкозы и последующее расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата (6C) на две молекулы триозофосфата (3C), которые затем окисляются до пирувата (3C) с образованием АТФ и восстановленного НАД
  3. объясните, что при наличии кислорода пируват проникает в митохондрии для участия в связующей реакции
  4. опишите связующую реакцию, включая роль кофермента А в переносе ацетильных (2C) групп
  5. опишите цикл Кребса, объясняя, что оксалоацетат (4C) действует как акцептор 2C-фрагмента от ацетил-КоА для образования цитрата (6C), который затем преобразуется обратно в оксалоацетат в серии небольших шагов
  6. объясните, что реакции в цикле Кребса включают декарбоксилирование и дегидрирование и восстановление коферментов НАД и ФАД
  7. опишите роль НАД и ФАД в переносе водорода к носителям на внутренней мембране митохондрий
  8. объяснить, что во время окислительного фосфорилирования: • атомы водорода расщепляются на протоны и энергичные электроны • энергичные электроны выделяют энергию при прохождении через электрон-транспортную цепь (детали переносчиков не требуются) • выделяемая энергия используется для переноса протонов через внутреннюю мембрану митохондрии • протоны возвращаются в матрикс митохондрии путем облегченной диффузии через АТФ-синтазу, обеспечивая энергию для синтеза АТФ (детали АТФ-синтазы не требуются) • кислород действует как конечный акцептор электронов для образования воды
  9. описать взаимосвязь между строением и функцией митохондрий с использованием диаграмм и электронно-микроскопических изображений
  10. изложить дыхание в анаэробных условиях у млекопитающих (лактатное брожение) и у дрожжевых клеток (спиртовое брожение)
  11. объяснить, почему энергетический выход при дыхании в аэробных условиях значительно выше, чем при дыхании в анаэробных условиях (детальный расчет общего выхода АТФ при аэробном дыхании глюкозы не требуется)
  12. объяснить, как рис адаптирован к росту с погруженными в воду корнями, ограничиваясь развитием аэренхимы в корнях, спиртовым брожением в корнях и более быстрым ростом стеблей
  13. описать и провести исследования с использованием красок-индикаторов окисления-восстановления, включая DCPIP и метиленовый синий, для определения влияния температуры и концентрации субстрата на скорость дыхания дрожжей
  14. описать и провести исследования с использованием простых респираторов для определения влияния температуры на скорость дыхания

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

Aerobic 有氧 respiration (with oxygen) has four stages, each in a set place in the cell:

Stage Where it happens
glycolysis 糖酵解 the cytoplasm 细胞质
link reaction 连接反应 the matrix 基质 of the mitochondria
Krebs cycle 克雷布斯循环 the matrix of the mitochondria
oxidative phosphorylation 氧化磷酸化 the inner membrane of the mitochondria

Glycolysis

Glucose 葡萄糖 (6 carbons) is first phosphorylated, using 2 ATP, to form fructose bisphosphate (6C). This 6C molecule is split into two triose phosphate molecules (3C each). These are then oxidised 氧化 to pyruvate 丙酮酸 (3C). Glycolysis makes a net gain of 2 ATP and some reduced 还原 NAD (NAD is a coenzyme 辅酶, a helper molecule).

The link reaction

When oxygen is available, pyruvate enters the mitochondria. There each pyruvate loses a carbon dioxide 二氧化碳 and is turned into a 2-carbon acetyl 乙酰基 group. This group is carried by coenzyme A 辅酶A to form acetyl coenzyme A. Some carbon dioxide is released and NAD is reduced.

The Krebs cycle

The 2C acetyl group joins a 4-carbon molecule, oxaloacetate 草酰乙酸, to make a 6-carbon molecule, citrate 柠檬酸. Citrate is then changed back to oxaloacetate in a series of small steps, ready to accept the next acetyl group. During these steps:

  • decarboxylation 脱羧 removes carbon as carbon dioxide.
  • dehydrogenation 脱氢 removes hydrogen, which reduces the coenzymes NAD and FAD.

The reduced NAD and FAD then carry the hydrogen to the carriers in the inner mitochondrial membrane.

Oxidative phosphorylation

This stage makes most of the ATP:

  1. the hydrogen atoms split into protons 质子 and energetic electrons 电子.
  2. the electrons pass along the electron transport chain 电子传递链, releasing energy as they go.
  3. this energy is used to pump protons across the inner membrane.
  4. the protons flow back into the matrix through a channel called ATP synthase ATP合酶. This flow provides the energy to make ATP (this is chemiosmosis).
  5. oxygen is the final electron acceptor: it joins with electrons and protons to form water.

The structure of mitochondria

The inner membrane is folded into cristae 嵴, giving a large surface for the electron transport chain and ATP synthase. The matrix inside holds the substances and helpers for the link reaction and the Krebs cycle.

Русский

Аэробное дыхание (с участием кислорода) состоит из четырех этапов, каждый из которых протекает в определенном месте клетки:

Этап Место протекания
гликолиз цитоплазма
связывающая реакция матрикс митохондрий
Цикл Кребса матрикс митохондрий
окислительное фосфорилирование внутренняя мембрана митохондрий
Блок-схема аэробного дыхания: глюкоза через гликолиз в цитоплазме до пирувата, затем переходная реакция и цикл Кребса в матриксе, далее окислительное фосфорилирование на внутренней мембране, вырабатывающее большую часть АТФ
Четыре этапа и места их протекания; восстановленный NAD и FAD переносят водород к внутренней мембране, где синтезируется основная часть АТФ

Гликолиз

Глюкоза (6 атомов углерода) сначала фосфорилируется с использованием 2 АТФ, образуя фруктозобифосфат (6C). Эта 6C-молекула расщепляется на две молекулы триозофосфата (по 3C каждая). Затем они окисляются до пирувата (3C). Гликолиз обеспечивает чистый прирост 2 АТФ и некоторое количество восстановленного NAD (NAD является коферментом, вспомогательной молекулой).

Глюкоза фосфорилируется с использованием 2 АТФ до фруктозобифосфата, расщепляется на два триозофосфата, затем окисляется до двух пируватов с чистым приростом 2 АТФ и образованием восстановленного NAD
Гликолиз тратит 2 АТФ на старт, но производит 4, так что чистый прирост составляет 2 АТФ (плюс восстановленный NAD) — и он не требует кислорода

Переходная реакция

При наличии кислорода пируват попадает в митохондрии. Там каждый пируват теряет углекислый газ и превращается в ацетильную группу из 2 углерода. Эта группа переносится коферментом А для образования ацетилкоэнзима А. Часть углекислого газа выделяется, а NAD восстанавливается.

Цикл Кребса

Ацетильная группа из 2 C присоединяется к молекуле из 4 C, оксалоацетату, образуя молекулу из 6 C, цитрат. Затем цитрат снова превращается в оксалоацетат серией мелких стадий, готовый принять следующую ацетильную группу. Во время этих стадий:

  • декарбоксилирование удаляет углерод в виде углекислого газа.
  • дегидрирование удаляет водород, который восстанавливает коферменты NAD и FAD.

Затем восстановленные NAD и FAD переносят водород к переносчикам во внутренней мембране митохондрий.

Цикл Кребса, изображенный в виде кольца: ацетил-CoA присоединяется к оксалоацетату, образуя цитрат, который превращается обратно в оксалоацетат, выделяя углекислый газ и восстановленные коферменты
Каждый оборот высвобождает углекислый газ (декарбоксилирование) и восстановленные NAD и FAD (дегидрирование)

Окислительное фосфорилирование

На этом этапе вырабатывается большая часть АТФ:

  1. атомы водорода расщепляются на протоны и энергичные электроны.
  2. электроны проходят по электронтранспортной цепи, выделяя энергию по пути.
  3. эта энергия используется для перекачивания протонов через внутреннюю мембрану.
  4. протоны стекают обратно в матрикс через канал, называемый АТФ-синтазой АТФ. Этот поток обеспечивает энергию для синтеза АТФ (это хемиосмос).
  5. кислород является конечным акцептором электронов: он связывается с электронами и протонами, образуя воду.
Митохондрия с внутренней мембраной, сложенной в кристы, рядом увеличенный фрагмент внутренней мембраны, где электронные переносчики перекачивают протоны наружу, а АТФ-синтаза синтезирует АТФ при их возврате
Электроны перекачивают протоны (H⁺) в межмембранное пространство; они стекают обратно через АТФ-синтазу, синтезируя АТФ (хемиосмос)

Строение митохондрий

Внутренняя мембрана сложена в кристы, обеспечивая большую поверхность для электронтранспортной цепи и АТФ-синтазы. Матрикс внутри содержит вещества и вспомогательные факторы для переходной реакции и цикла Кребса.

Электронно-микроскопический снимок двух митохондрий, каждая с гладкой внешней мембраной и внутренней мембраной, сложенной в темные полосы, с масштабной линейкой 50 нм
Две реальные митохондрии, сфотографированные с помощью электронного микроскопа. Темные полосы, пересекающие внутреннее пространство, — это кристы — именно эти складки создают такую большую поверхность для электронтранспортной цепи
Explore · ⁨Исследовать⁩

Glycolysis · ⁨Гликолиз⁩

Step through it. Glucose is split in the cytoplasm into two pyruvate, for a small net gain of ATP and reduced NAD. · ⁨Разберем по шагам. Глюкоза расщепляется в цитоплазме на две молекулы пирувата с небольшим чистым приростом АТФ и восстановленного НАД.⁩

Explore · ⁨Исследовать⁩

The four stages of respiration · ⁨Четыре этапа дыхания⁩

Step through where ATP comes from. Glucose is broken down in stages; most ATP is made at the last stage. · ⁨Пройдите по источнику АТФ. Глюкоза расщепляется поэтапно; большая часть АТФ вырабатывается на последнем этапе.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
respiration/ˌrespɪˈreɪʃn/ дыхание
active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ активный транспорт
anabolic/ˌænəˈbɒlɪk/ анаболический
phosphorylation/ˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ фосфорилирование
chemiosmosis/ˌkemɪəzˈməʊsɪs/ хемиосмос
mitochondria/ˌmaɪtəˈkɒndrɪə/ митохондрия
respiratory substrate/rɪˈspɪrətəri ˈsʌbstreɪt/ дыхательный субстрат
respiratory quotient/rɪˈspɪrətəri ˈkwəʊʃənt/ дыхательный коэффициент
glycolysis/ɡlaɪˈkɒləsɪs/ гликолиз
cytoplasm/ˈsaɪtəplæzəm/ цитоплазме
link reaction/lɪŋk rɪˈækʃn/ связующая реакция (реакция перехода)
matrix/ˈmeɪtrɪks/ матричной
Krebs cycle/krebz ˈsaɪkl/ цикле Кребса
oxidative phosphorylation/ˈɒksɪdətɪv ˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ окислительное фосфорилирование
glucose/ˈɡluːkəʊs/ глюкоза
oxidise/ˈɒksɪdaɪz/ окисление
pyruvate/ˈpaɪruːveɪt/ пируват
reduce/rɪˈdjuːs/ сокращение
coenzyme/ˌkəʊˈenzaɪm/ кофермент
Watch lesson · ⁨Смотреть урок⁩
12.2

Anaerobic respiration · ⁨Анаэробное дыхание⁩
English

When there is no oxygen, only glycolysis can run. To keep glycolysis going, the cell must use up the reduced NAD. This happens by fermentation 发酵:

  • in mammals, pyruvate is turned into lactate 乳酸 (lactate fermentation). The lactate is later broken down when oxygen returns.
  • in yeast 酵母, pyruvate is turned into ethanol 乙醇 and carbon dioxide (ethanol fermentation).

Anaerobic 无氧 respiration gives far less energy than aerobic respiration. Aerobic respiration also runs the Krebs cycle and oxidative phosphorylation, which release a lot more ATP, while anaerobic respiration gains only the small amount from glycolysis.

Русский

Когда нет кислорода, может протекать только гликолиз. Чтобы поддерживать работу гликолиза, клетка должна использовать восстановленный NAD. Это происходит путем брожения:

  • у млекопитающих пируват превращается в лактат (лактатное брожение). Лактат позже расщепляется при возвращении кислорода.
  • у дрожжей пируват превращается в этанол и углекислый газ (спиртовое брожение).
Без кислорода гликолиз образует пируват, который превращается в лактат у млекопитающих или в этанол и углекислый газ у дрожжей
Без кислорода пируват превращается в лактат (у млекопитающих) или этанол (у дрожжей); это регенерирует NAD для гликолиза

Анаэробное дыхание дает гораздо меньше энергии, чем аэробное. Аэробное дыхание также включает цикл Кребса и окислительное фосфорилирование, которые выделяют значительно больше АТФ, тогда как анаэробное обеспечивает лишь небольшое количество АТФ из гликолиза.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Why fermentation matters · ⁨Почему брожение имеет значение⁩

Step through it. Without oxygen, fermentation regenerates NAD so glycolysis can keep making a little ATP. · ⁨Разберем по шагам. Без кислорода брожение регенерирует НАД, чтобы гликолиз мог продолжать производить немного АТФ.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
aerobic/eəˈrəʊbɪk/ аэробный
anaerobic/ˌæneəˈrəʊbɪk/ анаэробный
12.2

Rice and waterlogged roots · ⁨Рис и затопленные корни⁩
English

Rice can grow with its roots under water, where there is little oxygen. It is adapted in three ways: it develops aerenchyma 通气组织 (air-filled spaces) in the roots to carry air down; the roots use ethanol fermentation to keep making some ATP; and the stems grow faster to reach the air above the water.

Русский

Рис может расти с корнями под водой, где мало кислорода. Он адаптирован тремя способами: он развивает аэренхиму (воздухоносные полости) в корнях для доставки воздуха вниз; корни используют спиртовое брожение, чтобы продолжать вырабатывать некоторое количество АТФ; и стебли растут быстрее, чтобы достичь воздуха над водой.

Микроскопический поперечный срез корня болотного растения: темный центральный стержень, окруженный округлыми клетками с крупными белыми воздушными промежутками между ними
Корень растения, растущего в воде, вид в поперечном срезе. Большие белые промежутки — это аэренхима, соединенные воздушные каналы, позволяющие кислороду диффундировать прямо до корней, находящихся в бедной кислородом грязи
Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
aerenchyma/ˈeərəntʃɪmə/ аэренхима
indicator/ˈɪndɪkeɪtə/ индикатор
12.2

Investigating the rate of respiration · ⁨Исследование скорости дыхания⁩
English

A redox indicator 指示剂 such as DCPIP or methylene blue loses its colour when it gains hydrogen from respiring cells. The faster the colour is lost, the faster the yeast is respiring, so you can test the effect of temperature or substrate concentration. A respirometer can also be used to measure how temperature changes the rate of oxygen uptake.

Русский

Окислительно-восстановительный индикатор, такой как DCPIP или метиленовый синий, обесцвечивается, принимая водород от дышащих клеток. Чем быстрее теряется цвет, тем интенсивнее дышат дрожжи, поэтому можно исследовать влияние температуры или концентрации субстрата. Дыхательная камера (респиратор) также может использоваться для измерения того, как изменения температуры влияют на скорость поглощения кислорода.

12.2

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩
English
  • State where each stage happens and its ATP yield: glycolysis (cytoplasm), link reaction + Krebs (matrix), oxidative phosphorylation (inner membrane, most ATP).
  • Explain the roles of NAD/FAD (carry hydrogen to the electron transport chain) and of oxygen (the final electron acceptor).
  • RQ $=$ CO2 produced $\div$ O2 used ($\approx 1.0$ carbohydrate, $0.7$ lipid); know how a respirometer measures it.
  • Anaerobic respiration gives lactate (animals) or ethanol + CO2 (yeast/plants) and far less ATP (glycolysis only).
Русский
  • Укажите где происходит каждый этап и его выход АТФ: гликолиз (цитоплазма), связующая реакция + цикл Кребса (матрикс), окислительное фосфорилирование (внутренняя мембрана, наибольшее количество АТФ).
  • Объясните роль NAD/FAD (переносят водород к дыхательной цепи электронов) и роли кислорода (конечный акцептор электронов).
  • RQ $=$ CO2 выделено $\div$ O2 потреблено ($\approx 1.0$ углевод, $0.7$ липид); знать, как респирометр его измеряет.
  • Анаэробное дыхание даёт лактат (животные) или этанол + CO2 (дрожжи/растения) и значительно меньше АТФ (только гликолиз).

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in A-Level Biology · ⁨A-Level Биология⁩ · ⁨Больше тем в A-Level Biology · ⁨A-Level Биология⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP