🔥
Тема 13 · НМТ з біології Метаболізм. Енергетичний обмін (дихання)
Асиміляція та дисиміляція, етапи енергетичного обміну, роль АТФ, аеробне й анаеробне дихання
🗣️ Простими словами
Метаболізм (обмін речовин) — це всі хімічні реакції в клітині. Енергетичний обмін (катаболізм) — це «спалювання» речовин, щоб добути енергію АТФ. Головний процес — клітинне дихання.
Що таке метаболізм
Метаболізм (обмін речовин)
Метаболізм — це сукупність усіх хімічних реакцій в організмі, завдяки яким він живе: будує тіло, отримує й витрачає енергію.
Метаболізм складається з двох протилежних, але нерозривних процесів:
• Пластичний обмін (асиміляція, анаболізм) — синтез складних речовин із простих; енергія витрачається (поглинається).
• Енергетичний обмін (дисиміляція, катаболізм) — розщеплення складних речовин на прості; енергія вивільняється.
Ці процеси йдуть одночасно: енергія, добута під час дисиміляції, витрачається на асиміляцію.
Метаболізм складається з двох протилежних, але нерозривних процесів:
• Пластичний обмін (асиміляція, анаболізм) — синтез складних речовин із простих; енергія витрачається (поглинається).
• Енергетичний обмін (дисиміляція, катаболізм) — розщеплення складних речовин на прості; енергія вивільняється.
Ці процеси йдуть одночасно: енергія, добута під час дисиміляції, витрачається на асиміляцію.
Асиміляція проти дисиміляції
Асиміляція (пластичний обмін): фотосинтез, синтез білків на рибосомах, реплікація ДНК. Речовини ускладнюються, енергія запасається.
Дисиміляція (енергетичний обмін): дихання, бродіння, травлення. Речовини спрощуються, енергія звільняється й частково запасається в АТФ.
Приклад зв'язку: під час дихання (дисиміляція) утворюється АТФ, який живить синтез білка (асиміляція).
Дисиміляція (енергетичний обмін): дихання, бродіння, травлення. Речовини спрощуються, енергія звільняється й частково запасається в АТФ.
Приклад зв'язку: під час дихання (дисиміляція) утворюється АТФ, який живить синтез білка (асиміляція).
🧠 Як запам'ятати
«А» — Асиміляція — Активне будівництво (складаємо, витрачаємо енергію).
«Д» — Дисиміляція — Демонтаж (розбираємо, добуваємо енергію).
Асиміляція — це «вкладаєш» енергію в будівлю. Дисиміляція — «знімаєш» енергію, руйнуючи стару споруду.
«Д» — Дисиміляція — Демонтаж (розбираємо, добуваємо енергію).
Асиміляція — це «вкладаєш» енергію в будівлю. Дисиміляція — «знімаєш» енергію, руйнуючи стару споруду.
АТФ — універсальна «валюта» енергії
Будова АТФ
АТФ (аденозинтрифосфат) — нуклеотид, що складається з:
• азотистої основи аденіну;
• вуглеводу рибози;
• трьох залишків фосфорної кислоти.
Між фосфатами — макроергічні зв'язки (позначають ~). Розрив кінцевого зв'язку вивільняє близько 40 кДж енергії.
• азотистої основи аденіну;
• вуглеводу рибози;
• трьох залишків фосфорної кислоти.
Між фосфатами — макроергічні зв'язки (позначають ~). Розрив кінцевого зв'язку вивільняє близько 40 кДж енергії.
Робота АТФ
АТФ → АДФ + Ф (+ енергія) — енергія витрачається на роботу клітини (синтез, рух, транспорт).
АДФ + Ф → АТФ (– енергія) — АТФ відновлюється за рахунок енергії окиснення поживних речовин.
Це безперервний цикл АТФ ⇄ АДФ. АТФ — не сховище на роки, а «дрібна монета» для миттєвих витрат: молекула оновлюється тисячі разів на добу.
АДФ + Ф → АТФ (– енергія) — АТФ відновлюється за рахунок енергії окиснення поживних речовин.
Це безперервний цикл АТФ ⇄ АДФ. АТФ — не сховище на роки, а «дрібна монета» для миттєвих витрат: молекула оновлюється тисячі разів на добу.
Етапи енергетичного обміну
Загальна схема
Розщеплення органічних речовин (на прикладі глюкози) проходить три етапи:
• Підготовчий — у травному каналі й цитоплазмі;
• Безкисневий (гліколіз) — у цитоплазмі, без O₂;
• Кисневий — у мітохондріях, за участю O₂.
Що глибше окиснення — то більше АТФ. Найбільше енергії дає саме кисневий етап.
• Підготовчий — у травному каналі й цитоплазмі;
• Безкисневий (гліколіз) — у цитоплазмі, без O₂;
• Кисневий — у мітохондріях, за участю O₂.
Що глибше окиснення — то більше АТФ. Найбільше енергії дає саме кисневий етап.
1. Підготовчий етап
Відбувається в травному каналі (у багатоклітинних) та в лізосомах клітин.
Складні речовини розпадаються на мономери:
• білки → амінокислоти;
• жири → гліцерол + жирні кислоти;
• полісахариди (крохмаль) → глюкоза.
Енергія тут розсіюється у вигляді тепла, АТФ не синтезується.
Складні речовини розпадаються на мономери:
• білки → амінокислоти;
• жири → гліцерол + жирні кислоти;
• полісахариди (крохмаль) → глюкоза.
Енергія тут розсіюється у вигляді тепла, АТФ не синтезується.
2. Безкисневий етап (гліколіз)
Гліколіз — розщеплення однієї молекули глюкози (C₆) до двох молекул піровиноградної кислоти (ПВК, C₃).
• Місце: цитоплазма, кисень не потрібен.
• Вихід: 2 молекули АТФ (чистий прибуток) + 2 НАДH.
Формула сумарно: C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₄O₃ + енергія (2 АТФ).
• Місце: цитоплазма, кисень не потрібен.
• Вихід: 2 молекули АТФ (чистий прибуток) + 2 НАДH.
Формула сумарно: C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₄O₃ + енергія (2 АТФ).
3. Кисневий етап
Відбувається в мітохондріях за участю O₂. Має дві частини:
• Цикл Кребса (цикл трикарбонових кислот) — у матриксі мітохондрій;
• Окисне фосфорилювання — на внутрішній мембрані (кристах).
ПВК повністю окиснюється до CO₂ і H₂O. Саме тут утворюється основна маса АТФ — 34 молекули.
• Цикл Кребса (цикл трикарбонових кислот) — у матриксі мітохондрій;
• Окисне фосфорилювання — на внутрішній мембрані (кристах).
ПВК повністю окиснюється до CO₂ і H₂O. Саме тут утворюється основна маса АТФ — 34 молекули.
Цикл Кребса
ПВК спершу перетворюється на ацетил-КоА (з відщепленням CO₂), який входить у цикл Кребса (у матриксі мітохондрій).
Тут відбувається повне окиснення: виділяється CO₂, а атоми Гідрогену з електронами переносяться на НАД і ФАД (утворюються НАДH, ФАДH₂).
Ці переносники, «заряджені» воднем, ідуть далі — на дихальний ланцюг.
Тут відбувається повне окиснення: виділяється CO₂, а атоми Гідрогену з електронами переносяться на НАД і ФАД (утворюються НАДH, ФАДH₂).
Ці переносники, «заряджені» воднем, ідуть далі — на дихальний ланцюг.
Окисне фосфорилювання
На внутрішній мембрані мітохондрій працює дихальний (електрон-транспортний) ланцюг.
Електрони з НАДH і ФАДH₂ передаються по ланцюгу ферментів, енергія їхнього руху викачує протони (H⁺) й створює градієнт, а кінцевим акцептором електронів є Оксиген (O₂), який приєднує H⁺ і утворює воду (H₂O).
Енергія протонного градієнта йде на синтез АТФ — це і є окисне фосфорилювання. Без кисню ланцюг зупиняється.
Електрони з НАДH і ФАДH₂ передаються по ланцюгу ферментів, енергія їхнього руху викачує протони (H⁺) й створює градієнт, а кінцевим акцептором електронів є Оксиген (O₂), який приєднує H⁺ і утворює воду (H₂O).
Енергія протонного градієнта йде на синтез АТФ — це і є окисне фосфорилювання. Без кисню ланцюг зупиняється.
🧠 Як запам'ятати
Порядок етапів: «Під-Без-Кис» — Підготовчий → Безкисневий → Кисневий.
Вихід АТФ запам'ятай як драбину: 0 → 2 → 34. Підготовчий — 0 (лише тепло), гліколіз — 2, кисневий — 34.
Разом: 2 + 34 = 36 (у деяких підручниках 38) АТФ з однієї глюкози.
Вихід АТФ запам'ятай як драбину: 0 → 2 → 34. Підготовчий — 0 (лише тепло), гліколіз — 2, кисневий — 34.
Разом: 2 + 34 = 36 (у деяких підручниках 38) АТФ з однієї глюкози.
Загальний енергетичний баланс
Скільки АТФ дає глюкоза
Повне окиснення однієї молекули глюкози:
• Підготовчий етап — 0 АТФ (тепло);
• Гліколіз — 2 АТФ;
• Кисневий етап — 34 АТФ.
Разом: 36 АТФ (у частині джерел — 38).
Сумарне рівняння дихання:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + енергія (АТФ + тепло).
• Підготовчий етап — 0 АТФ (тепло);
• Гліколіз — 2 АТФ;
• Кисневий етап — 34 АТФ.
Разом: 36 АТФ (у частині джерел — 38).
Сумарне рівняння дихання:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + енергія (АТФ + тепло).
Чому кисневий етап найвигідніший
Без кисню (лише гліколіз) клітина добуває з глюкози тільки 2 АТФ — і глюкоза розщеплюється не повністю (лишається ПВК, у якій ще багато енергії).
З киснем окиснення доводиться до кінця (CO₂ + H₂O), тому вихід зростає у ~18 разів.
Ось навіщо нам дихати: O₂ дозволяє «дотиснути» енергію з їжі.
З киснем окиснення доводиться до кінця (CO₂ + H₂O), тому вихід зростає у ~18 разів.
Ось навіщо нам дихати: O₂ дозволяє «дотиснути» енергію з їжі.
Аеробне й анаеробне дихання. Бродіння
Аеробне дихання
Аеробне дихання — окиснення органічних речовин за участю кисню до кінцевих продуктів CO₂ і H₂O.
• Відбувається в мітохондріях.
• Дає максимум енергії (36–38 АТФ).
Характерне для більшості тварин, рослин, грибів, багатьох бактерій.
• Відбувається в мітохондріях.
• Дає максимум енергії (36–38 АТФ).
Характерне для більшості тварин, рослин, грибів, багатьох бактерій.
Анаеробне дихання та бродіння
Анаеробний шлях іде без кисню, тому органіка окиснюється неповністю й енергії мало (2 АТФ).
Бродіння — безкисневе розщеплення вуглеводів у мікроорганізмів і клітин:
• Молочнокисле: глюкоза → молочна кислота (молочнокислі бактерії, м'язи людини при нестачі O₂).
• Спиртове: глюкоза → етанол + CO₂ (дріжджі).
Кінцевим акцептором водню тут є органічна речовина, а не кисень.
Бродіння — безкисневе розщеплення вуглеводів у мікроорганізмів і клітин:
• Молочнокисле: глюкоза → молочна кислота (молочнокислі бактерії, м'язи людини при нестачі O₂).
• Спиртове: глюкоза → етанол + CO₂ (дріжджі).
Кінцевим акцептором водню тут є органічна речовина, а не кисень.
Бродіння в тілі людини
Під час інтенсивного навантаження м'язам не вистачає O₂ — тоді ПВК перетворюється на молочну кислоту (молочнокисле бродіння в клітинах).
Її накопичення пов'язують із відчуттям втоми й печіння в м'язах.
Після відпочинку, коли кисень надходить, молочна кислота знову окиснюється. Це показує: людина може короткочасно добувати енергію анаеробно.
Її накопичення пов'язують із відчуттям втоми й печіння в м'язах.
Після відпочинку, коли кисень надходить, молочна кислота знову окиснюється. Це показує: людина може короткочасно добувати енергію анаеробно.
🧠 Як запам'ятати
Дріжджі роблять «Спирт + Гази» (спиртове бродіння → етанол + CO₂) — тому тісто підіймається, а вино грає.
М'язи й кисляк роблять «Кислоту» (молочнокисле бродіння → молочна кислота).
Аероб — «Ае!», набрав повітря (кисень) → багато енергії. Анаероб — без «Ае», без повітря → мало енергії.
М'язи й кисляк роблять «Кислоту» (молочнокисле бродіння → молочна кислота).
Аероб — «Ае!», набрав повітря (кисень) → багато енергії. Анаероб — без «Ае», без повітря → мало енергії.
Ключові терміни
Вивчи напам'ять
Асиміляція — синтез, енергія витрачається (= пластичний обмін).
Дисиміляція — розщеплення, енергія звільняється (= енергетичний обмін).
Гліколіз — цитоплазма, без O₂, глюкоза → 2 ПВК, 2 АТФ.
Кисневий етап — мітохондрії, з O₂, 34 АТФ (цикл Кребса + окисне фосфорилювання).
Разом з глюкози — 36 (38) АТФ.
АТФ — аденін + рибоза + 3 фосфати, макроергічні зв'язки.
Спиртове бродіння — етанол + CO₂ (дріжджі); молочнокисле — молочна кислота (м'язи, бактерії).
Дисиміляція — розщеплення, енергія звільняється (= енергетичний обмін).
Гліколіз — цитоплазма, без O₂, глюкоза → 2 ПВК, 2 АТФ.
Кисневий етап — мітохондрії, з O₂, 34 АТФ (цикл Кребса + окисне фосфорилювання).
Разом з глюкози — 36 (38) АТФ.
АТФ — аденін + рибоза + 3 фосфати, макроергічні зв'язки.
Спиртове бродіння — етанол + CO₂ (дріжджі); молочнокисле — молочна кислота (м'язи, бактерії).
Часті пастки НМТ
Не переплутай
• Асиміляція = пластичний обмін = анаболізм (синтез); дисиміляція = енергетичний = катаболізм (розпад). Не переплутай напрямок!
• Гліколіз іде в цитоплазмі, а не в мітохондріях, і без кисню.
• Підготовчий етап АТФ не дає — лише тепло.
• Найбільше АТФ (34) — на кисневому етапі, а не в гліколізі.
• Кінцеві продукти повного окиснення — CO₂ і H₂O; кінцевий акцептор електронів — O₂.
• Спиртове бродіння → етанол + CO₂; молочнокисле → молочна кислота (без CO₂).
• Цикл Кребса — у матриксі, окисне фосфорилювання — на внутрішній мембрані (кристах).
• Гліколіз іде в цитоплазмі, а не в мітохондріях, і без кисню.
• Підготовчий етап АТФ не дає — лише тепло.
• Найбільше АТФ (34) — на кисневому етапі, а не в гліколізі.
• Кінцеві продукти повного окиснення — CO₂ і H₂O; кінцевий акцептор електронів — O₂.
• Спиртове бродіння → етанол + CO₂; молочнокисле → молочна кислота (без CO₂).
• Цикл Кребса — у матриксі, окисне фосфорилювання — на внутрішній мембрані (кристах).
🗣️ Простими словами
Якщо зовсім коротко: метаболізм — усі реакції клітини. Енергетичний обмін «спалює» глюкозу в мітохондріях (глюкоза + O₂ → CO₂ + H₂O + АТФ) 😉
Закріпи тему «Метаболізм. Енергетичний обмін (дихання)» на тестах 🎯
Пройди тести формату НМТ саме з цієї теми — безкоштовно, з розбором кожної помилки.