Клеточное дыхание
Введено| English | Значение |
|---|---|
| proton gradient/ˈprəʊtɒn ˈɡreɪdɪənt/ | протонный градиент |
| cellular respiration/ˈseljʊlə ˌrespɪˈreɪʃn/ | клеточное дыхание |
| glycolysis/ɡlaɪˈkɒləsɪs/ | гликолиз |
| aerobic respiration/eəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ | аэробное дыхание |
| fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ | ферментация |
| citric acid cycle/ˈsɪtrɪk ˈæsɪd ˈsaɪkl/ | цикл лимонной кислоты |
| electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/ | электронная транспортная цепь |
| ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/ | АТФ-синтетаза |
| chemiosmosis/ˌkemɪəzˈməʊsɪs/ | химиосмос |
| anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ | анаэробное дыхание |
Почему дрожжи могут поднимать тесто без кислорода
- Дрожжи выделяют углекислый газ во время ферментации сахара, поэтому тесто расширяется даже без подачи кислорода. Тем не менее аэробные клетки могут получать гораздо больше АТФ из того же количества сахара.
- Проследите за электронами и протонным градиентом, чтобы объяснить эту разницу; одного списка продуктов реакций недостаточно для объяснения производства АТФ.
Общая реакция
- Клеточное дыхание расщепляет глюкозу с использованием кислорода.
- $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{ATP}$.
- Высвобожденная энергия захватывается в форме АТФ.
- Углекислый газ и вода выводятся как отходы.
Какова цель клеточного дыхания?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Клеточное дыхание расщепляет глюкозу для выделения энергии в форме АТФ.
Этап 1: гликолиз
- Гликолиз расщепляет глюкозу в цитоплазме.
- Образуются две более мелкие молекулы (пируват) и немного АТФ.
- Этот первый шаг не требует кислорода.
- Если кислород присутствует, пируват поступает в митохондрии.
Этапы дыхания
Процесс клеточного дыхания: глюкоза расщепляется, а затем полностью окисляется в митохондрии с выделением большого количества АТФ.
Первый этап — расщепление глюкозы в цитоплазме — называется ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Гликолиз расщепляет глюкозу на две молекулы пирувата и образует небольшое количество АТФ.
С кислородом или без него
- Аэробное дыхание использует кислород в митохондриях для завершения расщепления глюкозы.
- Оно высвобождает большое количество АТФ.
- Без кислорода мышечные клетки могут использовать ферментацию для регенерации NAD⁺.
- Гликолиз при этом обеспечивает только два чистых молекулы АТФ на глюкозу; другими продуктами являются лактат.
Что дает больше АТФ на одну молекулу глюкозы: полное аэробное дыхание или гликолиз, за которым следует брожение?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Аэробный перенос электронов обеспечивает окислительное синтезирование АТФ. Ферментация регенерирует NAD⁺, но не добавляет АТФ сверх гликолиза.
Гликолиз, за которым следует брожение, дает значительно меньше АТФ на одну молекулу глюкозы, чем полное аэробное дыхание.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Брожение позволяет гликолизу продолжаться с образованием двух чистых молекул АТФ на глюкозу без окислительного фосфорилирования.
Выберите все верные утверждения о дыхании.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Синтез глюкозы из CO₂ — это фотосинтез, противоположный дыханию. Остальные три утверждения верны.
Загрузка электронных переносчиков
- Гликолиз дает два пировиноградных кислоты, чистый выход двух АТФ и NADH на одну глюкозу. Окисление пировиноградной кислоты и цикл лимонной кислоты в митохондриальном матриксе выделяют углекислый газ и загружают NADH и FADH₂ электронами.
- Цикл также образует небольшое количество АТФ непосредственно. NADH и FADH₂ доставляют электроны к электрон-транспортной цепи внутренней мембраны, а не переносят саму АТФ.
Создание протонного градиента
- По мере движения электронов по цепи высвобождаемая энергия перекачивает протоны из матрикса в межмембранное пространство. Это создает протонный градиент: больше H⁺ снаружи внутренней мембраны, поэтому эта сторона имеет более низкий pH.
- Кислород является конечным акцептором электронов в аэробном дыхании и участвует в образовании воды. Складки внутренней мембраны обеспечивают большую поверхность для транспортных белков; аэробные прокариоты используют вместо этого свою плазматическую мембрану.
Во время активного функционирования митохондриальной электрон-транспортной цепи, какой компартмент имеет более низкий pH?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Насос протонов повышает концентрацию H⁺ в межмембранном пространстве.
Протоны驱动的ATP合成酶生成ATP
- Протоны возвращаются в матрикс через АТФ-синтазу. Этот поток, называемый химиосмосом, обеспечивает соединение АДФ и неорганического фосфата для образования АТФ.
- Транспорт электронов и синтез АТФ связаны градиентом. Если разобщитель позволяет протонам проходить по другим путям, транспорт электронов может продолжаться, но выход АТФ снижается, а энергия выделяется в виде тепла.
Утечка протонов через внутреннюю мембрану может снизить выход АТФ даже при движении электронов по цепи.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Утечка обходит АТФ-синтазу и ослабляет протонный градиент.
Ферментация поддерживает гликолиз
- Ферментация переносит электроны от НАДН на органическую молекулу, регенерируя НАД⁺. Без НАД⁺ гликолиз останавливается, даже если в клетке достаточно глюкозы.
- Лактатная или спиртовая ферментация не дают дополнительного АТФ сверх того, что образуется при гликолизе. Некоторые прокариоты вместо этого используют анаэробный транспорт электронов с акцептором, отличным от кислорода: это не тот же процесс, что и ферментация.
Как брожение позволяет гликолизу продолжаться?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Гликолиз требует окисленного NAD⁺ для принятия электронов.
Разборчивый прогноз: удаление кислорода
- В аэробной митохондрии блокировка подачи кислорода препятствует передаче электронов их конечному акцептору. НАДН больше не окисляется эффективно; перекачивание протонов и окислительное образование АТФ снижаются.
- Клетка, способная к ферментации, может регенерировать НАД⁺ и поддерживать гликолиз с чистым выходом двух молекул АТФ на глюкозу. Ферментация не запускает обратно митохондриальную электронную транспортную цепь.
Используя указанную чистую выходную эффективность гликолиза, сколько молекул АТФ образуется из пяти молекул глюкозы в результате гликолиза, за которым следует брожение?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
5 × 2 = 10 чистых молекул АТФ. Брожение регенерирует NAD⁺, а не добавляет АТФ.
Ферментация и анаэробное дыхание — это разные процессы. Ферментация регенерирует НАД⁺ без участия электронной транспортной цепи. Анаэробное дыхание использует цепь с конечным акцептором, отличным от кислорода. Не следует считать все бескислородные пути одинаковым механизмом.
- Дрожжевая клетка может поддерживать гликолиз без кислорода, превращая пируват в этанол и углекислый газ, регенерируя НАД⁺.
- Её АТФ поступает из гликолиза. Сравните это с аэробным дыханием, где электронная транспортная цепь и протонный градиент обеспечивают значительно больший выход АТФ.
Клеточное дыхание высвобождает энергию из глюкозы в форме АТФ. Оно начинается с гликолиза в цитоплазме (кислород не требуется). При наличии кислорода аэробное дыхание завершает процесс в митохондриях и выделяет много АТФ; ферментация поддерживает гликолиз за счет регенерации НАД⁺. Фотосинтез и дыхание имеют связанные общие реагенты и продукты, но используют различные пути.