Тест по биологии Обмен веществ 8 класс

Тест по биологии Обмен веществ 8 класс с ответами. Тест включает 2 варианта, в каждом по 12 заданий.

Вариант 1

1. Обмен веществ — это процесс

А. Поступления веществ в организм
Б. Удаления из организма непереваренных остатков
В. Удаления жидких продуктов распада
Г. Потребления, превращения, использования, на­копления и потери веществ и энергии

2. Белки, свойственные организму, строятся

А. Из аминокислот
Б. Из глицерина и жирных кислот
В. Из углеводов
Г. Из жиров

3. Пластический обмен — это процесс

А. Распада веществ клетки с освобождением энергии
Б. Образования в клетке веществ с накоплением энергии
В. Всасывания веществ в кровь
Г. Переваривания пищи

4. Витамины участвуют в ферментативных реакциях, потому что

А. Входят в состав ферментов
В. Поступают с пищей
В. Являются катализаторами
Г. Образуются в организме человека

5. Гиподинамия способствует отложению жира в запас, так-как

А. Расходуется мало энергии
Б. Развивается атеросклероз
В. Снижается устойчивость к инфекциям
Г. Происходит перестройка костей

6. Энергия, поступившая с пищей, расходуется на

А. Рост
Б. Рост и дыхание
В. Дыхание
Г. Рост, дыхание и другие процессы жизнедеятель­ности

7. Авитаминоз возникает при

А. Избытке витаминов в пище
Б. Продолжительном пребывании на солнце
В. Отсутствии в пище витаминов
Г. Питании растительной пищей

8. Биологическими катализаторами в организме явля­ются

А. Гормоны
Б. Ферменты
В. Вода и минеральные соли
Г. Желчь

9. Энергетический обмен — это процесс

А. Биосинтеза
Б. Удаления жидких продуктов распада
В. Теплорегуляции
Г. Окисления органических веществ клетки с осво­бождением энергии

10.

Углеводы в клетках человеческого тела при биологи­ческом окислении распадаются на

А. Молекулы глюкозы
Б. Углекислый газ и воду
В. Воду, аммиак, углекислый газ
Г. Аминокислоты

11. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А. Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б. Универсальный растворитель
В. Фермент — биологический катализатор
Г. Гормон, регулирующий работу органов

12. Биологическое окисление в клетке происходит в:
А. Рибосомах
Б. Митохондриях
В. Хромосомах
Г. Ядрышке

Вариант 2

1. В результате пластического обмена (биосинтеза) происходит

А. Образование специфических для клетки веществ
Б. Переваривание пищи
В. Биологическое окисление органических веществ
Г. Транспортировка веществ к клетке

2. Белки в организме изменяются в следующей последовательности

А. Пищевые белки — тканевые белки — СО₂, Н₂О
Б. Углеводы — жиры — белки — NH₃, Н₂О, СО₂
В. Пищевые белки — аминокислоты — тканевые белки — NH₃, Н₂О, СО₂
Г. Пищевые жиры — белки — углеводы — Н₂О, СО₂

3. Углеводы в клетках человеческого тела при биологи­ческом окислении распадаются на

А. Молекулы глюкозы
Б. Углекислый газ и воду
В. Воду, аммиак, углекислый газ
Г. Аминокислоты

4. После работы удается задержать дыхание на мень­шее время, чем в покое, потому что на дыхательный центр гуморально влияет накопленный во время ра­боты избыток

А. Кислорода
Б. Углекислого газа
В. Азота
Г. Обновленного воздуха в легких

5. Порядок соединения остатков аминокислот при био­синтезе в белковой молекуле определяется

А. Митохондриями
Б. Генами (ДНК хромосом)
В. Рибосомами
Г. Клеточным центром

6. Белки, включающие незаменимые аминокислоты, содержатся в

А. Говядине
Б. Кукурузной каше
В. Макаронах
Г. Гречневой каше

7. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А. Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б. Универсальный растворитель
В. Фермент — биологический катализатор
Г. Гормон, регулирующий работу органов

8. В результате энергетического обмена происходит биологическое окисление

А. Минеральных веществ
Б. Органических веществ
В. Воды
Г. Витаминов

9. Если плохо проварить и прожарить мясо, то может возникнуть заболевание

А. Дизентерия
Б. Глистные заболевания
В. Гастрит
Г. Авитаминоз

10. Биологическое окисление в клетке происходит в

А. Рибосомах
Б. Митохондриях
В. Хромосомах
Г. Ядрышке

11. Клетку с хомяком выставили из теплого помещения в более холодное. Обмен веществ у хомяка при этом

А. Остался без изменения
Б. Понизился
В. Стал более интенсивным
Г. Незначительно колебался как в ту, так и в другую сторону

12. Необходимые для человека жирные кислоты содер­жатся в

А. Растительных жирах
Б. Бараньем жире
В. Сливочном масле
Г. Свином сале

Ответ на тест по биологии Обмен веществ 8 класс
Вариант 1
1-Г
2-А
3-Б
4-Б
5-А
6-Г
7-В
8-Б
9-Г
10-А
11-Б
12-Б
Вариант 2

1-А
2-В
3-А
4-Б
5-В
6-А
7-Б
8-Б
9-Б
10-Б
11-Г
12-А

Версия формата PDF
Тест Обмен веществ 8 класс
(140 Кб)

Контрольная работа (тест) по теме «Обмен веществ и превращение энергии»

Биология, 8 класс Контрольная работа (тест) Тема: Обмен веществ

1 вариант

А. Выберите правильный ответ

1. Обмен веществ — это процесс

А. Поступления веществ в организм Б. Удаления из организма непереваренных остатков

В. Удаления жидких продуктов распада

Г. Потребления, превращения, использования, накопления и потери веществ и энергии

2. Белки, свойственные организму, строятся

А. Из аминокислот Б. Из глицерина и жирных кислот В. Из углеводов Г. Из жиров

3. Пластический обмен — это процесс

А. Распада веществ клетки с освобождением энергии Б. Переваривания пищи

В. Образования в клетке веществ с накоплением энергии Г. Всасывания веществ в кровь

4. Витамины участвуют в ферментативных реакциях, потому что

А. Входят в состав ферментов Б. Поступают с пищей

В. Являются катализаторами Г. Образуются в организме человека

5. Гиподинамия способствует отложению жира в запас, так-как

А. Расходуется мало энергии Б. Развивается атеросклероз

В. Снижается устойчивость к инфекциям Г. Происходит перестройка костей

6. Энергия, поступившая с пищей, расходуется на

А. Рост Б. Рост и дыхание В. Дыхание Г. Рост, дыхание и другие процессы жизнедеятельности

7. Авитаминоз возникает при

А. Избытке витаминов в пище Б. Продолжительном пребывании на солнце

В. Отсутствии в пище витаминов Г. Питании растительной пищей

8. Биологическими катализаторами в организме являются

А. Гормоны Б. Ферменты В. Вода и минеральные соли Г. Желчь

9. Энергетический обмен — это процесс

А. Биосинтеза Б. Удаления жидких продуктов распада

В. Теплорегуляции Г. Окисления органических веществ клетки с освобождением энергии

10. Углеводы в клетках человеческого тела при биологическом окислении распадаются на

А. Молекулы глюкозы Б. Углекислый газ и воду

В. Воду, аммиак, углекислый газ Г. Аминокислоты

В1. Установите соответствие между особенностями процессов пластического и энергетического обмена.

Особенности процессов:	Процессы:
А) представляет собой реакции окисления органических веществ; Б) обеспечивает клетку энергией; В) особенно эффективен при наличии кислорода; Г) обеспечивает клетку строительным материалом; Д) представляет собой совокупность реакций синтеза; Е) идет с затратами энергии.	1) пластический обмен 2) энергетический обмен

В2. Ис­поль­зуя дан­ные таб­лиц 1, 2, 3, рас­счи­тай­те ре­ко­мен­ду­е­мую ка­ло­рий­ность вто­ро­го зав­тра­ка для 16-лет­ней Ирины, если де­вуш­ка пи­та­ет­ся че­ты­ре раза в день. Пред­ло­жи­те Ирине оп­ти­маль­ное по ка­ло­рий­но­сти меню из пе­реч­ня пред­ло­жен­ных блюд и на­пит­ков. При вы­бо­ре учти­те, что Ирина пьет чай без са­ха­ра и любит ва­фель­ный рожок. В от­ве­те ука­жи­те ка­ло­рий­ность вто­ро­го зав­тра­ка при че­ты­рех­ра­зо­вом пи­та­нии, за­ка­зан­ные блюда, ко­то­рые не долж­ны по­вто­рять­ся, их энер­ге­ти­че­скую цен­ность, ко­то­рая не долж­на пре­вы­шать ре­ко­мен­до­ван­ную ка­ло­рий­ность вто­ро­го зав­тра­ка, и ко­ли­че­ство уг­ле­во­дов в нем.

С. Какова зависимость энерготрат от физической нагрузки человека?

Биология, 8 класс Контрольная работа (тест) Тема: Обмен веществ

1 вариант

А. Выберите правильный ответ

1. В результате пластического обмена (биосинтеза) происходит

А. Образование специфических для клетки веществ Б. Переваривание пищи

В. Биологическое окисление органических веществ Г. Транспортировка веществ к клетке

2. Углеводы в клетках человеческого тела при биологическом окислении распадаются на

А. Молекулы глюкозы Б. Углекислый газ и воду В. Воду, аммиак, углекислый газ Г. Аминокислоты

3. Белки, включающие незаменимые аминокислоты, содержатся в

А. Говядине Б. Кукурузной каше В. Макаронах Г. Гречневой каше

4. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А. Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия

Б. Универсальный растворитель В. Фермент — биологический катализатор

Г. Гормон, регулирующий работу органов

5. В результате энергетического обмена происходит биологическое окисление

А. Минеральных веществ Б. Органических веществ В. Воды Г. Витаминов

6. Если плохо проварить и прожарить мясо, то может возникнуть заболевание

А. Дизентерия Б. Глистные заболевания В. Гастрит Г. Авитаминоз

7. Клетку с хомяком выставили из теплого помещения в более холодное. Обмен веществ у хомяка при этом

А. Остался без изменения Б. Понизился В. Стал более интенсивным

Г. Незначительно колебался как в ту, так и в другую сторону

8. Какие продукты содержат много витамина «С» ?

А. Овощи и фрукты Б. Печень и свежее мясо В. Рыбий жир и яйцо Г. Молоко

9. К чему может привести преобладание в рационе питания мучных изделий и картофеля?

А. К авитаминозу Б.К ожирению В. К ускоренному росту мускулатуры Г. К гипервитаминозу

10. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А. Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия

Б. Универсальный растворитель В. Фермент — биологический катализатор

Г. Гормон, регулирующий работу органов

В1. Установите соответствие между витамином и их особенностями .

Особенности Витамин

А) В больших количествах содержится в рыбьем жире, сливочном масле 1. Витамин А

Б) В больших количествах содержится в шиповнике, сладком перце

В) В моркови содержится каротин, из которого он образуется 2. Витамин С

Г) Его недостаток снижает сопротивляемость организма инфекциям

Д) При его недостатке развивается куриная слепота

Е) При недостатке развивается цинга

В2. Ва­си­лий — ве­ду­щий игрок ко­ман­ды по вод­но­му поло. Ис­поль­зуя дан­ные таб­лиц 1 и 2, пред­ло­жи­те Ва­си­лию оп­ти­маль­ное по ка­ло­рий­но­сти меню, поз­во­ля­ю­щее ему ком­пен­си­ро­вать энер­ге­ти­че­ские за­тра­ты после тре­ни­ров­ки, ко­то­рая про­дол­жа­лась 1 час 35 минут.

При вы­бо­ре учти­те, что Василий любит шо­ко­лад­ное мо­ро­жен­ное, а чай пьет без са­ха­ра.

В от­ве­те ука­жи­те энер­ге­ти­че­ские за­тра­ты, ре­ко­мен­ду­е­мые блюда, ка­ло­рий­ность обеда и ко­ли­че­ство в нем жиров.

С. В чём преимущество смешанного рациона, включающего растительную и животную пищу?

Проверочная работа по биологии 8 класс по темам: «Обмен веществ», «Кожа», «Выделение»

Всероссийский дистанционный конкурс педагогического мастерства на лучшую разработку «Тест по естественно-научным предметам»

Проверочная работа по биологии 8 класс

по темам: «Обмен веществ», «Кожа», «Выделение»

Вариант 1

Часть А Выберите один правильный ответ

1. Обмен веществ – это процесс:

А) потребления, превращения, использования, накопления и потери веществ и энергии,

Б) удаление из организма ненужных продуктов распада питательных веществ,

В) поступление в организм питательных веществ и удаление ненужных веществ из организма,

Г) поступление в организм питательных веществ.

2. Энергетический обмен — это процесс

А) Биосинтеза
Б) Удаления жидких продуктов распада
В) Теплорегуляции
Г) Окисления органических веществ клетки с осво­бождением энергии

3. Основным источником энергии в организме являются:

А) белки, Б) углеводы, В) жиры, Г) аминокислоты

4. Витамины – это:

А) органические вещества, регулирующие в обмен веществ

и нормальное течение жизнедеятельности,

Б) неорганические вещества поступающие с пищей,

В) минеральные элементы,

Г) органические вещества служащие источником энергии.

5. Витамины участвуют в ферментативных реакциях, потому что

А) Входят в состав ферментов
Б) Поступают с пищей
В) Являются катализаторами
Г) Образуются в организме человека

6. Гиподинамия способствует отложению жира в запас, так как

А) Расходуется мало энергии
Б) Развивается атеросклероз
В) Снижается устойчивость к инфекциям
Г) Происходит перестройка костей

7.  Энергия, поступившая с пищей, расходуется на

А) Рост Б) Рост и дыхание В) Дыхание

Г) Рост, дыхание и другие процессы жизнедеятель­ности

8. Авитаминоз возникает при:

А) Избытке витаминов в пище
Б) Продолжительном пребывании на солнце
В) Отсутствии в пище витаминов
Г) Питании растительной пищей

9. После работы удается задержать дыхание на мень­шее время, чем в покое, потому что на дыхательный центр гуморально влияет накопленный во время ра­боты избыток

А) Кислорода Б) Углекислого газа В) Азота Г) Обновленного воздуха в легких

10.

 Вода при обмене веществ в клетке используется как

А) Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б) Универсальный растворитель
В) Фермент — биологический катализатор
Г) Гормон, регулирующий работу органов

11. Кожа выполняет чувствительную функцию, так как в ней находятся:

А) рецепторы, Б) пигмент меланин, В) сальные железы, Г) потовые железы

12. Под влиянием ультрафиолетовых лучей в организме человека образуются:

А) витамин D,  Б) витамин А,    В) витамин В2,       Г) подкожная жировая клетчатка

13. В капсуле нефрона почек происходит:

А) образование вторичной мочи,

Б) фильтрация крови,

В) всасывание ненужных веществ,

Г) удаление непереваренных остатков пищи

14. Что попадает в почечную лоханку

А) Кровяная плазма

Б) Кровь из почечной артерии

В) Первичная моча

Г) Вторичная моча.

15. К органам выполняющим выделительные функции относятся:

А) кишечник, печень, почки,

Б) кровеносные сосуды, кожа, желудок,

В) кожа, легкие, почки,

Г) легкие, кишечник, печень

16. Обеззараживание ядовитых веществ, которые попадают в кровь из кишечника, происходит в:

А) Почках    Б) Печени    В) Мочевом пузыре       Г) Ворсинках кишечника

Часть В

1. Найти соответствие между витамином и продуктом питания, где содержание его максимально, записать соответствие «буква-цифра»:

А	Б	В	Г

А) витамин А                                                          1) черная смородина

Б) витамин С                                                          2) рыбий жир

В) витамин В                                                          3) гречневая крупа

Г) витамин D                                                          4) сливочное масло

Установите соответствие между особенностью строения и функцией кожи и ее слоем, запишите соответствие «буква-цифра»:

Строение и функции кожи 1. содержит потовые и сальные железы, волосяные луковицы 2. предохраняет кожу от чрезмерного влияния ультрафиолетовых лучей 3. воспринимает раздражение из внешней среды 4. состоит из ороговевших клеток, защищающих нижерасположенные ткани 5. придает коже упругость

Слои кожи                    А) эпидермис                    Б) собственно кожа/дерма

Решите задачу: Константин, защитник хоккейной команды, после вечерней тренировки решил поужинать в ресторане быстрого питания. Используя данные таблиц 1 и 2 , предложите Константину оптимальное по калорийности, с максимальным содержанием углеводов меню из перечня блюд и напитков для того, чтобы компенсировать энергозатраты во время тренировки, продолжавшейся  1 час 30 минут. При выборе учтите, что Константин обязательно закажет омлет с ветчиной.

Часть С

Почему присутствие в моче белка указывает на возможное заболевание почек? Какой этап в образовании мочи нарушен?

Проверочная работа по биологии 8 класс

по темам: «Обмен веществ», «Кожа», «Выделение»

Вариант 2

Часть А Выберите один правильный ответ

1. Обмен веществ — это процесс

А) Поступления веществ в организм
Б) Удаления из организма непереваренных остатков
В) Удаления жидких продуктов распада
Г) Потребления, превращения, использования, на­копления и потери веществ и энергии

2. Пластический обмен веществ характеризуется:

А) распадом веществ клетки с освобождением энергии,

Б) образованием веществ в клетке с накоплением энергии

В) всасывание веществ в кровь,

Г) перевариванием пищи.

3. Белки состоят из:

А) аминокислот, Б) углеводов, В) глицерина и жирных кислот, Г) жиров

4. Недостаток в организме человека витаминов той или иной группы называется:

А) авитаминоз, Б) гиповитаминоз, В) гипервитаминоз, Г) гипертрофия

5. Биологическими катализаторами в организме явля­ются

А) Гормоны Б) Ферменты В) Вода и минеральные соли Г) Желчь

6. Углеводы в клетках человеческого тела при биологи­ческом окислении распадаются на:

А) Молекулы глюкозы Б) Углекислый газ и воду
В) Воду, аммиак, углекислый газ Г) Аминокислоты

7. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А) Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б) Универсальный растворитель
В) Фермент — биологический катализатор
Г) Гормон, регулирующий работу органов

8. В результате энергетического обмена происходит биологическое окисление

А) Минеральных веществ
Б) Органических веществ
В) Воды
Г) Витаминов

9.  Если плохо проварить и прожарить мясо, то может возникнуть заболевание

А) Дизентерия
Б) Глистные заболевания
В) Гастрит
Г) Авитаминоз

10. О кожной чувствительности, говорит то, что кожа:

А) участвует в газообмене,

Б) удаляет жидкие продукты распада,

В) защищает от проникновения бактерий

Г) имеет большое количество рецепторов

11. Сальные железы:

А) охлаждают поверхность тела,

Б) уничтожают бактерии,

В) частично выполняют функцию почек,

Г) выделяют «смазку» — кожное сало

12 . При охлаждении:

А) кровеносные сосуды рефлекторно суживаются,

Б) кровеносные сосуды рефлекторно расширяются,

В) просвет сосудов остается неизменным,

Г) сосуды могут расширяться, а могут суживаться

13. Микроскопической единицей почки является:

А) нейрон,    Б) нефрон,     В) альвеола,     Г) почечная лоханка

14. Почки выполняют следующую функцию:

А) удаляют из организма лишний сахар,

Б) выводят из организма непереваренные вещества,

В) удаляют жидкие продукты распада,

Г) превращают глюкозу в гликоген

15. Потоотделение играет важную роль в терморегуляции, так как:

А) На образование пота затрачивается энергия

Б) Выделяющийся пот увлажняет кожу

В) Испарение с поверхности кожи обеспечивает большую потерю тепла

Г) Пот содержит значительное количество солей и вредных продуктов обмена веществ.

16. Какое происхождение имеют волосы и ногти?

А) Производные клеток эпидермиса кожи

Б) Производные собственно кожи

В) Имеют подкожное происхождение

Г) Ни один из ответов не верен

Часть В

1. Найдите соответствие между витамином и заболеванием, вызванным его гиповитаминозом, запишите соответствие «буква-цифра»:

А	Б	В	Г

А) витамин А                                                 1) рахит

Б) витамин С                                                 2) бери-бери

В) витамин В                                                 3) цинга

Г) витамин D                                                 4) куриная слепота

Установите соответствие между особенностью строения и функцией кожи и ее слоем, запишите соответствие «буква-цифра»:

Строение и функции кожи 1. придает коже упругость 2. состоит из ороговевших клеток, защищающих нижерасположенные ткани 3. предохраняет кожу от чрезмерного влияния ультрафиолетовых лучей 4. воспринимает раздражение из внешней среды 5. содержит потовые и сальные железы, волосяные луковицы

Слои кожи         А) эпидермис         Б) собственно кожа

Решите задачу: Александр, любитель катания на роликовых коньках, поехал на двухчасовую прогулку по улицам Нижнего Новгорода. После он решил перекусить в одном из ресторанов быстрого питания. Используя данные таблиц  1 и 2, предложите Александру оптимальное по калорийности, с максимальным содержанием белков меню из перечня предложенных блюд и напитков, чтобы компенсировать его энергозатраты на прогулке на роликовых коньках. При выборе учтите, что Александр обязательно закажет мороженое с шоколадным наполнителем.

Часть С

Почему присутствие в моче сахара указывает на возможное заболевание? Какой этап в образовании мочи нарушен?

ПРИЛОЖЕНИЯ

​​​​​​​ Таблица 1

Таблица 2

Опубликовано 02.06.20 в 07:39 в группе «УРОК.РФ: группа для участников конкурсов»

Тест 18 обмен веществ и энергии. Какие противоположные процессы составляют обмен веществ и энергии в клетке? А) Подкожный жировой слой

Тест по биологии Обмен веществ для учащихся 8 класса с ответами. Тест состоит из 2 вариантов в каждом варианте 12 заданий с выбором ответа.

1 вариант

1. Обмен веществ — это процесс

А. Поступления веществ в организм
Б. Удаления из организма непереваренных остатков
В. Удаления жидких продуктов распада
Г. Потребления, превращения, использования, на­копления и потери веществ и энергии

2. Белки, свойственные организму, строятся

А. Из аминокислот
Б. Из глицерина и жирных кислот
В. Из углеводов
Г. Из жиров

3. Пластический обмен — это процесс

А. Распада веществ клетки с освобождением энергии
Б. Образования в клетке веществ с накоплением энергии
В. Всасывания веществ в кровь
Г. Переваривания пищи

4. Витамины участвуют в ферментативных реакциях, потому что

А. Входят в состав ферментов
В. Поступают с пищей
В. Являются катализаторами
Г. Образуются в организме человека

5. Гиподинамия способствует отложению жира в запас, так-как

А. Расходуется мало энергии
Б. Развивается атеросклероз
В. Снижается устойчивость к инфекциям
Г. Происходит перестройка костей

6. Энергия, поступившая с пищей, расходуется на

А. Рост
Б. Рост и дыхание
В. Дыхание
Г. Рост, дыхание и другие процессы жизнедеятель­ности

7. Авитаминоз возникает при

А. Избытке витаминов в пище
Б. Продолжительном пребывании на солнце
В. Отсутствии в пище витаминов
Г. Питании растительной пищей

8. Биологическими катализаторами в организме явля­ются

А. Гормоны
Б. Ферменты
В. Вода и минеральные соли
Г. Желчь

9. Энергетический обмен — это процесс

А. Биосинтеза
Б. Удаления жидких продуктов распада
В. Теплорегуляции
Г. Окисления органических веществ клетки с осво­бождением энергии

10.

А. Молекулы глюкозы
Б. Углекислый газ и воду

Г. Аминокислоты

11.

12. Биологическое окисление в клетке происходит в:
А. Рибосомах
Б. Митохондриях
В. Хромосомах
Г. Ядрышке

2 вариант

1. В результате пластического обмена (биосинтеза) происходит

А. Образование специфических для клетки веществ
Б. Переваривание пищи
В. Биологическое окисление органических веществ
Г. Транспортировка веществ к клетке

2. Белки в организме изменяются в следующей последовательности

А. Пищевые белки — тканевые белки — СО 2 , Н 2 О
Б. Углеводы — жиры — белки — NH 3 , Н 2 О, СО 2
В. Пищевые белки — аминокислоты — тканевые белки — NH 3 , Н 2 О, СО 2
Г. Пищевые жиры — белки — углеводы — Н 2 О, СО 2

3. Углеводы в клетках человеческого тела при биологи­ческом окислении распадаются на

А. Молекулы глюкозы
Б. Углекислый газ и воду
В. Воду, аммиак, углекислый газ
Г. Аминокислоты

4. После работы удается задержать дыхание на мень­шее время, чем в покое, потому что на дыхательный центр гуморально влияет накопленный во время ра­боты избыток

А. Кислорода
Б. Углекислого газа
В. Азота
Г. Обновленного воздуха в легких

5. Порядок соединения остатков аминокислот при био­синтезе в белковой молекуле определяется

А. Митохондриями
Б. Генами (ДНК хромосом)
В. Рибосомами
Г. Клеточным центром

6. Белки, включающие незаменимые аминокислоты, содержатся в

А. Говядине
Б. Кукурузной каше
В. Макаронах
Г. Гречневой каше

7. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А. Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б. Универсальный растворитель
В. Фермент — биологический катализатор
Г. Гормон, регулирующий работу органов

8. В результате энергетического обмена происходит биологическое окисление

А. Минеральных веществ
Б. Органических веществ
В. Воды
Г. Витаминов

9. Если плохо проварить и прожарить мясо, то может возникнуть заболевание

А. Дизентерия
Б. Глистные заболевания
В. Гастрит
Г. Авитаминоз

10. Биологическое окисление в клетке происходит в

А. Рибосомах
Б. Митохондриях
В. Хромосомах
Г. Ядрышке

11. Клетку с хомяком выставили из теплого помещения в более холодное. Обмен веществ у хомяка при этом

А. Остался без изменения
Б. Понизился
В. Стал более интенсивным
Г. Незначительно колебался как в ту, так и в другую сторону

12. Необходимые для человека жирные кислоты содер­жатся в

А. Растительных жирах
Б. Бараньем жире
В. Сливочном масле
Г. Свином сале

Ответ на тест по биологии Обмен веществ
1 вариант
1-Г
2-А
3-Б
4-Б
5-А
6-Г
7-В
8-Б
9-Г
10-А
11-Б
12-Б
2 вариант
1-А
2-В
3-А
4-Б
5-В
6-А
7-Б
8-Б
9-Б
10-Б
11-Г
12-А

Обмен веществ и энергии.

1) Пластический обмен называют

A ) анаболизмом.

B ) гликолизом.

C ) метаболизмом.

D ) катаболизмом.

E ) диссимиляцией.

2) Конечные продукты распада углеводов:

A ) углекислый газ и вода.

B ) аминокислоты.

C ) глюкоза и сахароза.

D ) жиры.

E ) витамины.

3) Недостаток витамина В1 вызывает авитаминоз

А) Пеллагру

В) Бери-бери

С) Куриную слепоту

D ) Цингу

4) Участвуют в процессах терморегуляции и откладываются организмом в запас:

А) Аминокислоты

В) Жиры

С) Микроэлементы

D ) Минеральные соли

Е) Витамины

5) Под действием солнца в коже человека вырабатывается витамин:

А ) D

B) E

C) PP

D) A

E) F

6) Жиры у человека откладываются про запас в:

А) Почках

В) Селезенке

С) Кишечнике

Д) Подкожной клетчатке

7) Комплекс реакций, происходящих между организмом и внешней средой называют

А) Диссимиляцией

В) Анаболизмом

С) Катаболизмом

Д) Метаболизмом

Е) Ассимиляцией

8) Чрезмерное потребление витаминов вызывает

А) Авитаминоз

В) Фагоцитоз

С) Гиподинамию

Д) Гипервитаминоз

Е) Пиноцитоз

9) Витамины участвуют в образовании

А) углеводов

В) ферментов

Е) липидов

10) Совокупность всех химических реакций в клетке называют обменом веществ или

А) Метаболизмом

В) Анаболизмом

С) Катаболизмом

Д) Биосинтезом

Е) Раздражимостью

11) Количество молекул АТФ, синтезируемых в кислородную стадию энергетического обмена, составляет

12) Витамин В1 содержится в

А) Сливочном масле

В) Рыбьем жире

С) Печени

Д) Зернах злаков

Е) Лимонах

13) При расщеплении одного грамма белка или углевода выделяется энергия

В) 17,2 КДж

14) При распаде 1 грамма жира образуется энергии

В)39 кДж

15) Для сохранения витаминов в пищевых продуктах надо их

А) Очищать и нарезать заранее

В) Варить в любой посуде

С) Варить долго

Д) Варить в эмалированной посуде

Е) Съедать через день

16) Поражение нервной системы – расстройство движений, параличи развивается при недостатке витамина

17) Много витамина С содержится в

A ) рыбе.

B ) кефире.

C ) лимоне.

D ) белом хлебе.

E ) огурцах.

18) В пищеварительном тракте белки расщепляются:

A ) до аминокислот.

B ) до углекислого газа и воды.

C ) до глицерина и кислот.

D ) до атомов.

E ) до аммиака, воды и углекислого газа.

19) При недостатке витамина «Д» в организме человека

А) ослабевает зрение

В) возникает болезнь «бери-бери»

С) повреждаются слизистые оболочки рта

Д) искривляются кости, возникает рахит

Е) развивается малокровие

20) Водорастворимые витамины:

С) С,В,Е

21) Жирорастворимые витамины:

В) А,Д,Е

22) Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет

С) 400-600гр

23) В пищу добавляют поваренную соль для восполнения

А) Солей кальция

В) хлорида натрия

С) Железа

Д) Магния

24). Цинга развивается при

A ) B 12

B ) B 6

C ) A

D ) B 1

E ) C

25). В моркови содержится витамин

26). Главным поставщиком энергии для синтеза АТФ в клетках является:

А) Минеральные соли

В) Кислород

С) Аминокислоты

D ) Витамины

Е) Глюкоза

27). Под действием солнца в коже человека вырабатывается витамин:
А) F.
В) А.
С) РР.
D) Е.
Е) D.

28). Начальная стадия фотосинтеза:
А) Энергетическая
В) Анаэробная.
С) Темновая.
D) Световая.
Е) Аэробная.

29). Участвуют в процессах терморегуляции и откладываются организмом в запас:
А) Аминокислоты.
В) Минеральные соли.
С) Жиры.
D) Витамины.
Е) Микроэлементы.

30). В бескислородную стадию энергетического обмена синтезируется:
А) 38 молекул АТФ.
В) 18 молекул АТФ.
С) 6 молекул АТФ.
D) 2 молекулы АТФ.
Е) 36 молекул АТФ.

31).В результате пищеварения жиры расщепляются до:

А) Глицерина и жирных кислот.

В) Аминокислот

С) Углекислого газа

Д) Глюкозы

32). Органическое вещество, являющееся источником энергии и метаболической воды в клетке:

В) Крахмал

С) Нуклеиновая кислота

Д) Жир

Е) Углевод

33). Главным поставщиком энергии для синтеза АТФ в клетках является:

А) Минеральные соли

В) Кислород

С) Аминокислоты

Д) Витамины

Е) Глюкоза

34). Основная функция углеводов в клетке:

А) Двигательная

В) Структурная

С) Каталитическая

Д) Хранение наследственной информации

Е) Транспортная

35).Цинга развивается при длительном отсутствии в организме витамина:

А) В12

В) В6

Д) В1

36). «Куриная слепота» — это ухудшение зрения:

А) Бокового

В) Центрального

С) Цветового

Д) Бинокулярного

Е) Сумеречного

37). Роль фосфорной кислоты в клетке:

А) Входит с состав углеводов

В) Входит с состав липидов

С) Входит с состав нуклеотидов

Д) Компонент рибосом

Е) Входит с состав аминокислот

38). Под действием солнца в коже человека вырабатывается витамин:

А) F

Е) D

39). Участвуют в процессах терморегуляции и откладываются организмом в запас:

А) Аминокислоты

В) Минеральные соли

С) Жиры

Д) Витамины

Е) Микроэлементы

40). После отмирания организмов белки под действием бактерий превращаются в:

А)Аммиак

В)Белки растений

С)Азот воздуха

Д)Азотную кислоту

Е)Соли азотной кислоты

41). Витамин, необходимый для лечения человека от цинги:

А) Витамин Е

В) Витамин В

С) Витамин D

Д) Витамин С

Е) Витамин А

42). Ферменты по своей природе являются:

А) Углеводами

В) Белками

С) Минеральными солями

Д) Нуклеиновыми кислотами

Е) Жирами

43). Вещества, состоящие из аминокислот – это:

А) Нуклеиновые кислоты

В) Белки

Д) углеводы

Е) Неорганические вещества

44). При недостатке витамина А в организме человека:

А) Замедляется рост, ослабевает зрение

В) Возникают трещины на губах

С) Повреждаются слизистые оболочки рта

Д) Развивается малокровие

Е) Возникает болезнь «бери — бери»

45). Уменьшает теплоотдачу и сохраняет тепло:

А) Подкожный жировой слой

В) Ороговевший слой

С) Эпидермис

Д) Сальная железа

Е) Делящаяся клетка

46). К неорганическим веществам относится:

С) Вода

Д) Углевод

Е) Нуклеиновая кислота

47). При недостатке витамина D в организме человека:

А) Возникает болезнь «бери — бери»

В) Развивается малокровие

С)повреждаются слизистые рта

Д) Ослабевает зрение

Е) искривляются кости, возникает рахит

48). В моркови содержится витамин:

А) D

Д) F

49). Кости скелета детей гибкие и упругие за счет:

В) Солей кальция

С) Солей фосфора

Д) Органических веществ

Е) Солей магния

50). В стенках кишки и печени происходит превращение каротина в витамин:

А) В1

В) В12

Д) В6

51). Суточная потребность взрослого человека в белках составляет:

Д) 90-100гр

52). Жирорастворимые витамины:

В) А, С, D

С) А, D , Е

53). Заболевание нервной системы вызывается отсутствием витамина:

С) В 1

54). Постоянная температура тела сохраняется благодаря тому, что:

А) Удаляется избыток солей

В) Выделяется секрет сальных желез

С) Процессы образования и отдачи тепла находятся в равновесии

Д) Накапливается гемоглобин

Е) В крови содержатся витамины

55).Начальная стадия фотосинтеза:

А) Энергетическая

В) Анаэробная

С) Темновая

Д) Световая

Е) Аэробная

56). В бескислородную стадию энергетического обмена синтезируются:

А) 38 молекул АТФ

В)18 молекул АТФ

С) 6 молекул АТФ

Д) 2 молекулы АТФ

Е) 36 молекул АТФ

57). Мономеры нуклеиновых кислот:

А) Пептиды

В) Моносахариды

С) Аминокислоты

Д) Нуклеотиды

Е) Дисахариды

58). Реакция, которая происходит при расщеплении глюкозы без участия кислорода, называется:

А) Биосинтезом

В) Гликолизом

С) Хемосинтезом

Д) Ассимиляцией

Е) Фотосинтезом

59). К дисахаридам относится:

А) Глюкоза

В) Гликоген

С) Сахароза

Д) Рибоза

Е) Целлюлоза

60). Нуклеотид ДНК состоит из:

А) Рибозы, фосфорной кислоты

В) Азотистого основания, фосфорной кислоты

С) Азотистого основания, дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты

Д) Азотистого основания, углевода, дезоксирибозы

Е) Азотистого основания, рибозы и остатка фосфорной кислоты

61). К моносахаридам относится:

А) Молочный сахар

В) Крахмал

С) Гликоген

Д) Сахароза

Е) Глюкоза

62). Ферменты по своей природе являются:

А) Углеводами

В) Белками

С) Минеральными солями

Д) Нуклеиновыми кислотами

Е) Жирами

63). Увеличение холестерина в крови – признак:

А) Атеросклероза

В) Авитаминоза

С) Рахита

Д) Цистита

Е) Гемофилии

64). Для дыхания характерно:

А) Протекание только на свету

В) Выделение кислорода

С) Расщепление органического вещества

Д) Поглощение углекислого газа

Е) Протекание только в зеленых клетках

65). Процесс образования сложных высокомолекулярных веществ из простых веществ называется:

А) Биосинтезом

В) Метаболизмом

С) Возбудимостью

Д) Раздражимостью

Е)Катаболизмом

66). Источником энергии, необходимым для работы мышц, являются:

А) Органические вещества

В) Ферменты

Д) Витамины

Е) Минеральные вещества

67). Свойственные организму белки синтезируются из:

А) Аминокислот

С) Сахаров

Д) Минеральных солей

Е) Витаминов

68). Особенно интенсивно идет образование тепла:

А) Мышцах и почках

В) Коже и легких

С) Печени и коже

Д) Коже и почках

Е) Печени и мышцах

69). В моркови содержится витамин:

Д) F

Е) D

70).При недостатке витамина С развивается:

В) Цирроз

С) Цинга

Д) Болезнь «бери — бери»

Е) «Куриная слепота»

71). Характерные признаки базедовой болезни:

А) Увеличение щитовидной железы, пучеглазие

В) Неудержимая рвота, понос

С) Накопление глюкозы в крови

Д) Кровоточивость десен, расшатывание и выпадение зубов

Е) Ослабление зрения в сумеречное время.

72). Суточная потребность человека в углеводах:

Е) 380 гр

730. Суточная потребность человека в белках составляет:

Д) 90-100гр

74).Образуется в коже человека под действием ультрафиолетовых лучей:

А) В6

Е) В1

75). Человек солит пищу из-за недостатка в ней:

А) Хлорида натрия

В) Хлорида калия

С) Хлорида магния

Д) Хлорида бария

Е) хлорида кальция

76). Различают световую и темновую фазы в процессе:

А) Фагоцитоза

В) Фотосинтеза

С) Гликолиза

Д) Пиноцитоза

Е) Дыхания

77). Совокупность всех химических реакций в клетке называют обменом веществ или:

А) Раздражимостью

В) Катаболизмом

С) Метаболизмом

Д) Биосинтезом

Е) Анаболизмом

78). В окислительную стадию энергетического обмена синтезируются:

А) 6 молекул АТФ

В) 18 Молекул АТФ

С) 36 АТФ

Д) 2 молекулы АТФ

79). Нарушение сумеречного зрения куриная слепота возникает при недостатке витамина:

В) В6

Д) В12

Е) В1

Тест «Обмен веществ и энергии»

22.01.2015 14768 0

1.Что такое пластический обмен?

A.Совокупность реакции окисления и распада веществ Б. Совокупность реакции биосинтеза веществ

B.Удаление конечных продуктов обмена веществ во внешнюю среду Г. Выделение пищеварительных соков в желудок и кишечник

2.Что такое энергетический обмен?

A.Выделение пищеварительных соков в желудок

Б. Совокупность реакции биосинтеза веществ в клетке

B. Совокупность реакции окисления и распада веществ в клетке

Г. Расщепление сложных органических веществ при пищеварении Д. Удаление конечных продуктов обмена веществ в среду

3.Из каких веществ синтезируются молекулы человеческого белка в клетке?

A.Из различных аминокислот пищи Г. Из ферментов

Б. Из минеральных солей Д. Из глюкозы

B.Из глицерина и жирных кислот Е. Из воды

4.Какие превращения веществ происходят при пластическом обмене?

A.Окисление и распад аминокислот и Г. Окисление и распад жиров на Н?0 и

белков СОг

Б. Синтез белков из аминокислот. Д. Синтез гликогена из глюкозы

B.Синтез жиров из глицерина и жирных кислот

5.Какие превращения происходят с органическими веществами при энергети­ческом обмене?

A.Синтез глюкозы из Н20 и СОг Г. Окисление и распад аминокислот

Б. Окисление и распад глюкозы на НгО и Д. Окисление и распад жиров

С02

B.Синтез белков из аминокислот

6.Какие энергетические процессы происходят при энергетическом обмене?

A. Превращение химической энергии в механическую в мышках

Б. Накопление химической энергии связи в молекулах сложных органических веществ в клетках

B.Превращение химической энергии в электрическую в нейронах Г. Освобождение химической энергии связи в клетках

Д. Превращение химической энергии в тепловую

7.Какие энергетические процессы происходят при пластическом обмене?

A.Освобождение химической энергии связи в клетках Б. Накопление химической энергии связи в клетках

B.Превращение химической энергии связи в тепловую

8.Из каких веществ синтезируются в клетках человека молекулы жира?

A.Из аминокислот Д. Из минеральных солей

Б. Из глюкозы Е. Из жирных кислот

B.Из воды Ж. Из глицерина

Г. Из витаминов и ферментов

Ответы: 1 — Б; 2 — В; 3 — А; 4 — Б, В, Д, 5 — Б, Г, Д; 6 — А, В, Г, Д; 7 — Б; 8 — Е, Ж.

1.Каково значение воды в организме человека?

реакций ви

Б. Источник энергии Д. Участвует в свертывании крови

вой клетки

2.

5.Какие вещества пищи не дают энергии организму?

A.Минеральные соли Г. Белки

Б. Жиры Д. Вода

B.Углеводы. Е. Витамины

6.Какие превращения химической энергии (ХЭ) происходят при окислении и распаде углеводов и других органических соединений в клетке?

А. Освобождение ХЭ и расходование ее Б. Накопление ХЭ в клетке

для жизнедеятельности В. Превращение энергии не происходит

7.Какие происходят превращения одних органических веществ в другие в клетках человека?

A.Аминокислоты в белки Г. Углеводы в жиры

Б. Жиры и углеводы в белки Д. Белки в жиры и углеводы

B.Жиры в углеводы

8.Какие противоположные процессы составляют обмен веществ и энергии в клетке?

А. Газообмен в клетке и тканях В. Пластический обмен и энергетический

А. Газообмен в клетке и тканях обмен

Б. Пищеварение и всасывание пищи Г. Рост и размножение

Ответы: I — А; 2 — В, Н, Д; 3 — Г; 4 — Б; 5 — А, Д, Е; 6 — А, Б; 7 — А, В, Г, Д; 8 — В.

Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Вариант№1

Часть 1

Ответом к заданиям 1-25 является одна цифра, которая соответствует номеру правильного ответа

1. Совокупность реакций биосинтеза, протекающих в организме:

1. Ассимиляция.
2. Диссимиляция.
3. Катаболизм.
4. Метаболизм.

2. Совокупность реакций распада и окисления, протекающих в организме:

1. Ассимиляция.
2. Диссимиляция.
3. Анаболизм.
4. Метаболизм.

3. Образуют органические вещества из неорганических, используя неорганический источник углерода и энергию света:

1. Гетеротрофы.
2. Фотоавтотрофы.
3. Хемоавтотрофы.
4. Все живые организмы.

4. Какие организмы синтезируют органические вещества, используя энергию окисления органических веществ и органический источник углерода?

1. Хемоавтотрофы.
2. Хемогетеротрофы.
3. Фотоавтотрофы.
4. Все выше перечисленные.

5. Энергия каких лучей в большем количестве необходима для световой фазы фотосинтеза?

1. Красных и синих.
2. Желтых и зеленых.
3. Зеленых и красных.
4. Синих и фиолетовых.

6. Где располагаются фотосинтетические пигменты?

1. В мембранах тилакоидов.
2. В полости тилакоидов.
3. В строме.

7. Где накапливаются протоны в световую фазу фотосинтеза?

1. В мембранах тилакоидов.
2. В полости тилакоидов.
3. В строме.
4. В межмембранном пространстве хлоропласта.

8. Где происходят реакции темновой фазы фотосинтеза?

1. В мембранах тилакоидов.
2. В полости тилакоидов.
3. В строме.
4. В межмембранном пространстве хлоропласта.

9. Что происходит в темновую фазу фотосинтеза?

1. Образование АТФ.
2. Образование НАДФ·Н 2 .
3. Выделение О 2 .
4. Образование углеводов.

10. При фотосинтезе происходит выделение О 2 , откуда он?

1. Из СО 2 .
2. Из Н 2 О.
3. Из СО 2 и Н 2 О.
4. Из С 6 Н 12 О 6 .

11. Где происходят реакции световой и темновой фазы фотосинтеза?

1. И световой и темновой фазы — в тилакоидах.
2. Световой фазы — в строме, темновой — в тилакоидах.
3. Световой фазы — в тилакоидах, темновой — в строме.
4. И световой и темновой фазы — в строме.

12. Какие ферменты обеспечивают гликолиз?

1. Ферменты пищеварительного тракта и лизосом.
2. Ферменты цитоплазмы.
3. Ферменты цикла Кребса.
4. Ферменты дыхательной цепи.

13. Окислительным фосфорилированием называется процесс:

1. расщепления глюкозы

2. синтеза АТФ из АДФ и Ф в митохондриях

3. анаэробный гликолиз

4. присоединения фосфорной кислоты к глюкозе

14. Каковы конечные продукты подготовительного этапа энергетического обмена:

1. углекислый газ и вода

2. мочевина и молочная кислота

3. триглицериды и аммиак

4. аминокислоты и глюкоза

15. На каком этапе энергетического обмена глюкоза расщепляется до ПВК?

1. кислородном

2. фотолиза

3. гликолиза

4. подготовительном

16. В каких органоидах клеток человека происходит окисление ПВК с освобождением энергии?

1. рибосомах

2. ядрышке

3. хромосомах

4. митохондриях

17. Обмен веществ и превращение энергии, происходящие в клетках всех живых организмов, свидетельствуют о том, что клетка-единица

1. строения организмов

2. жизнедеятельности организмов

3. размножения организмов

4. генетической информации

18. Сходство митохондрий и хлоропластов состоит в том, что в них происходит

1. клеточное дыхание

2. окисление ПВК

3. синтез молекул АТФ

4. восстановление углекислого газа до углеводов

19. У каких первых организмов появилась фотосистема II?

1. пурпурные бактерии

2. зелёные бактерии

3. цианобактерии

4. серобактерии

20. В результате какого процесса окисляются липиды?

1. энергетического обмена

2. пластического обмена

3. фотосинтеза

4. хемосинтеза

21. К автотрофным организмам относят:

1. плесневые грибы

2. шляпочные грибы

3. клубеньковые бактерии

4. серобактерии

22. Хемосинтезирующие бактерии могут использовать для синтеза органических вешеств энергию, выделяемую при окислении:

1. аминокислот

2. глюкозы

3. жиров

4. аммиака

23. Расщепляется ли молекула СО 2 при синтезе углеводов?

1. расщепляется

2. не всегда расщепляется

3. не расщепляется

4. частично расщепляется

24. На каком этапе диссимиляции углеводов синтезируются 2 молекулы АТФ?

1. на I

2. на II

3.на Ш

4. на IV

25 . Верны ли следующие суждения об обмене веществ?

А. Пластический обмен представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ в клетке, сопровождающихся выделением энергии в клетке

Б. Хлорофилл растительных клеток улавливает солнечную энергию, которая аккумулируетеся в молекулах АТФ

1. верно только А

2. верно только Б

3. верны оба суждения

4. оба суждения неверны

В заданиях 26-28 выберите три верных ответа из шести.

26. Для реакций световой фазы фотосинтеза характерно:

1. происходят в мембранах тилакоидов.
2. происходят в строме хлоропластов.
3. образуются АТФ и НАДФ·Н 2 .
4. происходит фотолиз воды и выделяется О 2 .
5. образуются углеводы.
6. связывается углекислый газ.

27. Реакции подготовительного этапа энергетического обмена происходят в:

1. хлоропластах растений
2. каналах ЭПС
3. лизосомах клеток животных
4. органах пищеварения человека
5. рибосомах
6. пищеварительных вакуолях простейших

28. Какие процессы происходят в клетках бактерий хемосинтетиков и фотосинтетиков:

В заданиях 29-32 к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент второго

29 . Установите соответствие между процессами, протекающими в световую и темновую фазу фотосинтеза.

ПРОЦЕСС ФАЗА

А.Выделяется кислород. 1. Световая фаза

Б. Фиксируется углекислый газ. 2. Темновая фаза

В. Образуются углеводы.

Г. Используется НАДФ·Н 2 , АТФ.

Д. Происходит в строме.

Е. Энергия протонов используется для синтеза АТФ.

30. Установите соответствие между процессами, происходящими во время гликолиза и кислородного окисления.

ПРОЦЕСС ФАЗА

А. Происходит в цитоплазме. 1. Гликолиз

Б.Разрушается молекула глюкозы с образованием 2 . Кислородное окисление

2 молекул ПВК.

В.Энергия 24 протонов используется для

Синтеза 34 молекул АТФ.

Г. Характерны реакции цикла Кребса.

Д. При недостатке кислорода конечные продукты – молочная кислота.

Е. Происходит с участием АТФ-синтетаз.

31. У становите соответствие между характеристикой и типом обмена веществ в клетке, к которому её относят.

ХАРАКТЕРИСТИКА ТИП ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

А) существляется в рибосомах 1. пластический

Б) обеспечивает синтез органических веществ 2. энергетический

В) осуществляется в митохондриях

Г) связан с расщеплением органических веществ

Д) используется энергия, запасённая в молекулах АТФ

Е) освобождается энергия и запасается в молекулах АТФ

32. У становите соответствие между характеристикой и процессом, к которому её относят.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСС ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

А) происходит в хлоропластах 1) фотосинтез

Б) состоит из темновой и световой фазы 2) дыхание

В) органические вещества осуществляются под воздействием О 2

Г) органические вещества образуются

Д) конечный продукт Н 2 О и СО 2

Е) конечный продукт глюкоза

33. Установите правильную последовательность этапов энергетического обмена :

А) расщепление биополимеров до мономеров

Б) синтез двух молекул АТФ

В) окисление пировиноградной кислоты до СО 2 и Н 2 О

Г) синтез 36 молей АТФ

Д) поступление органических веществ в клетку

Е) расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты

Часть 2

34. Какие организмы относятся к автотрофам? На какие группы по

способу использования энергии делятся автотрофы? Приведите примеры организмов каждой группы.

35. Какие фазы различают в фотосинтезе? Какие процессы происходят в эти фазы? Запишите общую формулу фотосинтеза.

36. Объясните, какие процессы световой фазы фотосинтеза приводят к образованию НАДФ·Н 2 , АТФ и выделению кислорода.

1. Растения являются фотосинтезирующими гетеротрофами. 2. Автотрофные организмы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. 3. Фотосинтез протекает в хлоропластах растений. 4. В световой фазе фотосинтеза образуются молекулы крахмала. 5. В процессе фотосинтеза энергия света переходит в энергию химических связей неорганических соединений.

38. В листьях растений интенсивно протекает процесс фотосинтеза. Происходит ли он в зрелых и незрелых плодах? Ответ поясните.

39. Какова роль митохондрий в обмене веществ?. Какая ткань – мышечная или соединительная содержит больше митохондрий? Объясните, почему.

Ответы к теме Обмен веществ. Вариант№1

Часть 1

За верное выполнение заданий части 1 выставляется один балл.

					1 3 4	3 4 6	1 2 5	122221	112212
		На задание части 2 дайте полный развернутый ответ. 34. Какие организмы относятся к автотрофам? На какие группы по способу использования энергии делятся автотрофы? Приведите примеры организмов каждой группы. Автотрофы – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических веществ. Организмы, использующие неорганический источник углерода для синтеза органических молекул. Фотоавтотрофы используют энергию солнечного света для фотосинтеза. К ним относятся растения и фотосинтезирующие бактерии. Хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ. К ним относятся, например, нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии, водородные бактерии. 35. Какие фазы различают в фотосинтезе? Какие процессы происходят в эти фазы? Запишите общую формулу фотосинтеза В фотосинтезе различают световую и темновую фазу. В световую фазу за счет энергии света происходит фотолиз воды с образованием АТФ и НАДФ·Н 2 , при этом происходит выделение кислорода. В темновую фазу в реакциях цикла Кальвина происходит образование органических веществ из углекислого газа и НАДФ·Н 2 за счет энергии АТФ. Общая формула фотосинтеза: 6СО 2 + 6Н 2 О + энергия света → С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 36. Объясните, какие процессы световой фазы фотосинтеза приводят к образованию НАДФ·Н 2 , АТФ и выделению кислорода. Энергия фотонов света захватывается электронами молекулы хлорофилла и возбужденные электроны покидают молекулу. При прохождении через электронно-транспортную цепь, их избыточная энергия используется для пополнения протонного резервуара тилакоида и образования НАДФ·Н 2 ; Молекула хлорофилла восстанавливается с помощью особого фермента, отбирающего электроны у воды, при этом происходит разложение молекул воды с образованием кислорода и протонов; Протоны, накапливающиеся в полости тилакоида, проходят через канал АТФ-синтетазы, и их энергия идет на образование АТФ. 37. Найдите ошибки в приведённом тексте: 1. Растения являются фотосинтезирующими автотрофами. 2. Автотрофные организмы способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. 4. В темновой фазе фотосинтеза образуются молекулы крахмала. 5. В процессе фотосинтеза энергия света переходит в энергию химических связей органических соединений. 38. В листьях растений интенсивно протекает процесс фотосинтеза. Происходит ли он в зрелых и незрелых плодах? Ответ поясните . 1) Фотосинтез происходит в незрелых плодах(пока они зелёные), т.к. в них имеются хлоропласты. 2) По мере созревания хлоропласты превращаются в хромопласты, в которых фотосинтез не происходит 39. Какова роль митохондрий в обмене веществ?. Какая ткань – мышечная или соединительная содержит больше митохондрий? Объясните, почему. 1) митохондрии – органоиды клетки, в которых происходит внутриклеточное окисление органических веществ (дыхание) с образование Н 2 О и СО 2 2) образуется большое количество молекул АТФ, которые используются в жизнедеятельности клеток и организма в целом 3) мышечная ткань содержит больше митохондрий, т. к. для сокращения мышц требуется большое количество энергии

Тест: Обмен веществ | Частная школа. 8 класс

31.10.2019 Админ

Онлайн тест по биологии в 8 классе «Обмен веществ». 22 вопроса, нет ограничения по времени. Результат тестирования оценивается по пятибалльной системе. Результат тестирования можно отправить себе на электронную почту. В случае явно плохих результатов (меньше 15% правильных ответов) тестирование заканчивается досрочно!

Биология 8 класс. Онлайн-тест

Обмен веществ

1.

Обмен веществ — это процесс:

Удаления жидких продуктов распада

Поступления веществ в организм

Потребления, превращения, использования, накопления и потери веществ и энергии

Удаления из организма непереваренных остатков

2.

Белки, свойственные организму, строятся:

Из углеводов

Из жиров

Из аминокислот

Из глицерина и жирных кислот

3.

Пластический обмен — это процесс:

Всасывания веществ в кровь

Образования в клетке веществ с накоплением

Распада веществ клетки с освобождением энергии

Переваривания пищи

4.

Витамины участвуют в ферментативных реакциях, потому что:

Поступают с пищей

Образуются в организме человека

Являются катализаторами

Входят в состав ферментов

5.

Гиподинамия способствует отложению жира в запас, так как:

Расходуется мало энергии

Происходит перестройка костей

Снижается устойчивость к инфекциям

Развивается атеросклероз

6.

Энергия, поступившая с пищей, расходуется на:

Рост и дыхание

Рост, дыхание и другие процессы жизнедеятельности

Рост

Дыхание

7.

Авитаминоз возникает при:

Продолжительном пребывании на солнце

Oтсутствии в пище витаминов

Питании растительной пищей 

Избытке витаминов в пище

8.

Биологическими катализаторами в организме являются:

Желчь

Вода и минеральные соли

Гормоны

Ферменты

9.

Энергетический обмен — это процесс:

Удаления жидких продуктов распада

Биосинтеза

Теплорегуляции

Окисления органических веществ клетки с освобождением энергии

10.

Углеводы в клетках человеческого тела при биологическом окислении распадаются на:

Аминокислоты

Молекулы глюкозы

Углекислый газ и воду

Воду, аммиак, углекислый газ

11.

Вода при обмене веществ в клетке используется как:

Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия

Универсальный растворитель

Фермент — биологический катализатор

Гормон, регулирующий работу органов

12.

Биологическое окисление в клетке происходит в:

Рибосомах

Ядрышке

Митохондриях

Хромосомах

13.

В результате пластического обмена (биосинтеза) происходит:

Переваривание пищи

Транспортировка веществ к клетке 

Образование специфических для клетки веществ

Биологическое окисление органических веществ

14.

Белки в организме изменяются в следующей последовательности:

Пищевые жиры — белки — углеводы — Н20, С02

Углеводы — жиры — белки — Nh4, Н20, С02

Пищевые белки — аминокислоты — тканевые белки — Nh4, Н20, С02

Пищевые белки — тканевые белки — С02, Н20

15.

Углеводы в клетках человеческого тела при биологическом окислении распадаются на:

Аминокислоты

Воду, аммиак, углекислый газ

Молекулы глюкозы

Углекислый газ и воду

16.

После работы удается задержать дыхание на меньшее время, чем в покое, потому что на дыхательный центр гуморально влияет накопленный во время работы избыток:

Обновленного воздуха в легких

Кислорода

Азота

Углекислого газа

17.

Порядок соединения остатков аминокислот при биосинтезе в белковой молекуле определяется:

Клеточным центром

Генами (ДНК хромосом)

Митохондриями

Рибосомами

18.

В результате энергетического обмена происходит биологическое окисление:

Органических веществ

Витаминов

Воды

Минеральных веществ

19.

Если плохо проварить и прожарить мясо, то может возникнуть заболевание:

Авитаминоз

Глистные заболевания

Дизентерия

Гастрит

20.

Биологическое окисление в клетке происходит в:

Митохондриях

Рибосомах

Хромосомах

Ядрышке

21.

Клетку с хомяком выставили из теплого помещения в более холодное. Обмен веществ у хомяка при этом:

Незначительно колебался как в ту, так и в другую сторону

Понизился

Остался без изменения

Стал более интенсивным

22.

Необходимые для человека жирные кислоты содержатся в:

Сливочном масле

Растительных жирах

Свином сале

Бараньем жире

 

 

Просмотров: 5 540

Биология_Тестытесты

Контрольная работа по биологии по темам «Обмен веществ и Выделение» | Биология

Автор: Линник Александр Васильевич

Организация: МОУ «Школа № 93 им. Н.П. Жердева г. Донецка»

Населенный пункт: ДНР, г. Донецк

Вариант 1

Часть А Выберите один правильный ответ

1. Обмен веществ – это процесс:

А) потребления, превращения, использования, накопления и потери веществ и энергии,

Б) удаление из организма ненужных продуктов распада питательных веществ,

В) поступление в организм питательных веществ и удаление ненужных веществ из организма,

Г) поступление в организм питательных веществ.

2. Энергетический обмен — это процесс

А) Биосинтеза
Б) Удаления жидких продуктов распада
В) Теплорегуляции
Г) Окисления органических веществ клетки с освобождением энергии

3. Основным источником энергии в организме являются:

А) белки, Б) углеводы, В) жиры, Г) аминокислоты

4. Витамины – это:

А) органические вещества, регулирующие в обмен веществ

и нормальное течение жизнедеятельности,

Б) неорганические вещества поступающие с пищей,

В) минеральные элементы,

Г) органические вещества служащие источником энергии.

5. Витамины участвуют в ферментативных реакциях, потому что

А) Входят в состав ферментов
Б) Поступают с пищей
В) Являются катализаторами
Г) Образуются в организме человека

6. Гиподинамия способствует отложению жира в запас, так как

А) Расходуется мало энергии
Б) Развивается атеросклероз
В) Снижается устойчивость к инфекциям
Г) Происходит перестройка костей

7. Энергия, поступившая с пищей, расходуется на

А) Рост Б) Рост и дыхание В) Дыхание

Г) Рост, дыхание и другие процессы жизнедеятельности

8. Авитаминоз возникает при:

А) Избытке витаминов в пище
Б) Продолжительном пребывании на солнце
В) Отсутствии в пище витаминов
Г) Питании растительной пищей

9. После работы удается задержать дыхание на меньшее время, чем в покое, потому что на дыхательный центр гуморально влияет накопленный во время работы избыток

А) Кислорода Б) Углекислого газа В) Азота Г) Обновленного воздуха в легких

10. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А) Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б) Универсальный растворитель
В) Фермент — биологический катализатор
Г) Гормон, регулирующий работу органов

11. В капсуле нефрона почек происходит:

А) образование вторичной мочи,

Б) фильтрация крови,

В) всасывание ненужных веществ,

Г) удаление непереваренных остатков пищи

12. Что попадает в почечную лоханку

А) Кровяная плазма

Б) Кровь из почечной артерии

В) Первичная моча

Г) Вторичная моча.

13. К органам выполняющим выделительные функции относятся:

А) кишечник, печень, почки,

Б) кровеносные сосуды, кожа, желудок,

В) кожа, легкие, почки,

Г) легкие, кишечник, печень

14. Обеззараживание ядовитых веществ, которые попадают в кровь из кишечника, происходит в:

А) Почках Б) Печени В) Мочевом пузыре Г) Ворсинках кишечника

Часть В

1. Найти соответствие между витамином и продуктом питания, где содержание его максимально, записать соответствие «буква-цифра»:

А	Б	В	Г

А) витамин А 1) черная смородина

Б) витамин С 2) рыбий жир

В) витамин В 3) гречневая крупа

Г) витамин D 4) сливочное масло

2. Какой орган здесь изображен? Перечислите функции органа. Укажите части органа обозначенные цифрами.

Часть С

Почему присутствие в моче белка указывает на возможное заболевание почек? Какой этап в образовании мочи нарушен?

 

 

Контрольная работа по биологии 8 класс

по темам: «Обмен веществ», «Выделение»

Вариант 2

Часть А Выберите один правильный ответ

1. Обмен веществ — это процесс

А) Поступления веществ в организм
Б) Удаления из организма непереваренных остатков
В) Удаления жидких продуктов распада
Г) Потребления, превращения, использования, накопления и потери веществ и энергии

2. Пластический обмен веществ характеризуется:

А) распадом веществ клетки с освобождением энергии,

Б) образованием веществ в клетке с накоплением энергии

В) всасывание веществ в кровь,

Г) перевариванием пищи.

3. Белки состоят из:

А) аминокислот, Б) углеводов, В) глицерина и жирных кислот, Г) жиров

4. Недостаток в организме человека витаминов той или иной группы называется:

А) авитаминоз, Б) гиповитаминоз, В) гипервитаминоз, Г) гипертрофия

5. Биологическими катализаторами в организме являются

А) Гормоны Б) Ферменты В) Вода и минеральные соли Г) Желчь

6. Углеводы в клетках человеческого тела при биологическом окислении распадаются на:

А) Молекулы глюкозы Б) Углекислый газ и воду
В) Воду, аммиак, углекислый газ Г) Аминокислоты

7. Вода при обмене веществ в клетке используется как

А) Энергетическое вещество, при окислении которого освобождается энергия
Б) Универсальный растворитель
В) Фермент — биологический катализатор
Г) Гормон, регулирующий работу органов

8. В результате энергетического обмена происходит биологическое окисление

А) Минеральных веществ
Б) Органических веществ
В) Воды
Г) Витаминов

9. Если плохо проварить и прожарить мясо, то может возникнуть заболевание

А) Дизентерия
Б) Глистные заболевания
В) Гастрит
Г) Авитаминоз

10. Микроскопической единицей почки является:

А) нейрон, Б) нефрон, В) альвеола, Г) почечная лоханка

11. Почки выполняют следующую функцию:

А) удаляют из организма лишний сахар,

Б) выводят из организма непереваренные вещества,

В) удаляют жидкие продукты распада,

Г) превращают глюкозу в гликоген

12. Какой орган не относится к мочевыделительной системе

А) почки

Б) печень

В) мочеточники

Г) мочевой пузырь

13. Из мочеточника моча впадает в

А) в кровь

Б) в мочеиспускательный канал

В) в лоханку

Г) в мочевой пузырь

14. Какой процесс происходит в нефроне и в петле Генле?

 

Часть В

1. Найдите соответствие между витамином и заболеванием, вызванным его гиповитаминозом, запишите соответствие «буква-цифра»:

А	Б	В	Г

А) витамин А 1) рахит

Б) витамин С 2) бери-бери

В) витамин В 3) цинга

Г) витамин D 4) куриная слепота

2. Что изображено на рисунке, подпишите рядом с буквами структурные элементы

Часть С

Почему присутствие в моче сахара указывает на возможное заболевание? Какой этап в образовании мочи нарушен?

Приложения:

1. file0.docx.. 106,1 КБ

Опубликовано: 08.02.2021

Как клетки получают энергию из пищи — молекулярная биология клетки

Как мы только что видели, клеткам требуется постоянный приток энергии для создания и поддержания биологического порядка, поддерживающего их жизнь. Эта энергия получается из энергии химической связи в пищевых молекулах, которые, таким образом, служат топливом для клеток.

Сахара являются особенно важными топливными молекулами, и они окисляются небольшими ступенями до двуокиси углерода (CO ₂ ) и воды (). В этом разделе мы проследим основные этапы расщепления или катаболизма сахаров и покажем, как они производят АТФ, НАДН и другие активированные молекулы-носители в клетках животных. Мы концентрируемся на расщеплении глюкозы, так как она доминирует в производстве энергии в большинстве животных клеток. Очень похожий путь также действует в растениях, грибах и многих бактериях. Другие молекулы, такие как жирные кислоты и белки, также могут служить источниками энергии, если они проходят через соответствующие ферментативные пути.

Рисунок 2-69

Схематическое изображение контролируемого ступенчатого окисления сахара в клетке по сравнению с обычным сжиганием. (A) В клетке ферменты катализируют окисление посредством серии небольших стадий, в ходе которых свободная энергия переносится в пакетах удобного размера (подробнее…)

Молекулы пищи расщепляются в три этапа с образованием АТФ

Белки, липиды и полисахариды, составляющие большую часть пищи, которую мы едим, должны быть расщеплены на более мелкие молекулы, прежде чем наши клетки смогут их использовать — либо в качестве источника энергии, либо в качестве строительных блоков для других молекул. Процессы распада должны воздействовать на поступающую извне пищу, а не на макромолекулы внутри наших собственных клеток. Таким образом, стадия 1 ферментативного расщепления пищевых молекул составляет пищеварение , которое происходит либо в нашем кишечнике вне клеток, либо в специализированной органелле внутри клеток — лизосоме. (Мембрана, окружающая лизосому, отделяет ее пищеварительные ферменты от цитозоля, как описано в главе 13.) В любом случае большие полимерные молекулы в пище расщепляются во время пищеварения на мономерные субъединицы — белки на аминокислоты, полисахариды на сахара, а жиры в жирные кислоты и глицерин — под действием ферментов. После переваривания небольшие органические молекулы, полученные из пищи, попадают в цитозоль клетки, где начинается их постепенное окисление. Как показано на рисунке, окисление происходит на двух следующих стадиях клеточного катаболизма: стадия 2 начинается в цитозоле и заканчивается в основной органелле, преобразующей энергию, — митохондрии; стадия 3 полностью ограничена митохондриями.

Рисунок 2-70

Упрощенная диаграмма трех стадий клеточного метаболизма, которые ведут от пищи к отходам в клетках животных. Эта серия реакций производит АТФ, который затем используется для управления биосинтетическими реакциями и другими энергозатратными процессами в (подробнее…)

На стадии 2 цепочка реакций, называемая гликолизом , превращает каждую молекулу глюкозы в две более мелкие молекулы пирувата. Сахара, отличные от глюкозы, аналогичным образом превращаются в пируват после их превращения в один из промежуточных сахаров в этом гликолитическом пути. При образовании пирувата образуются два типа активированных молекул-носителей — АТФ и НАДН. Затем пируват переходит из цитозоля в митохондрии. Там каждая молекула пирувата превращается в CO ₂ плюс двухуглеродная ацетильная группа, которая присоединяется к коферменту А (КоА), образуя ацетил-КоА, еще одну активированную молекулу-носитель (см. ). Большое количество ацетил-КоА также образуется в результате поэтапного распада и окисления жирных кислот, полученных из жиров, которые переносятся кровотоком, импортируются в клетки в виде жирных кислот, а затем перемещаются в митохондрии для производства ацетил-КоА.

Стадия 3 окислительного распада пищевых молекул полностью происходит в митохондриях. Ацетильная группа в ацетил-КоА связана с коферментом А высокоэнергетической связью и поэтому легко переносится на другие молекулы. После переноса на четырехуглеродную молекулу оксалоацетата ацетильная группа вступает в серию реакций, называемых 9-й.0015 цикл лимонной кислоты . Как мы кратко обсудим, в этих реакциях ацетильная группа окисляется до CO ₂ , и образуются большие количества переносчика электронов NADH. Наконец, высокоэнергетические электроны от NADH передаются по цепи переноса электронов внутри митохондриальной внутренней мембраны, где энергия, высвобождаемая при их переносе, используется для запуска процесса, который производит АТФ и потребляет молекулярный кислород (O ₂ ). Именно на этих последних этапах большая часть энергии, высвобождаемой при окислении, используется для производства большей части клеточного АТФ.

Поскольку энергия, необходимая для синтеза АТФ в митохондриях, в конечном итоге поступает от окислительного распада молекул пищи, фосфорилирование АДФ с образованием АТФ, которое управляется транспортом электронов в митохондриях, известно как окислительное фосфорилирование . Удивительные события, происходящие во внутренней митохондриальной мембране во время окислительного фосфорилирования, находятся в центре внимания главы 14.

Благодаря производству АТФ энергия, получаемая при расщеплении сахаров и жиров, перераспределяется в виде пакетов химической энергии в удобной форме. для использования в другом месте клетки. Примерно 10 ⁹ молекул АТФ находятся в растворе в типичной клетке в любой момент времени, а во многих клетках вся эта АТФ переворачивается (т. е. расходуется и заменяется) каждые 1–2 минуты.

В целом почти половина энергии, которая теоретически может быть получена при окислении глюкозы или жирных кислот до H ₂ O и CO ₂ , улавливается и используется для запуска энергетически невыгодной реакции P _i + АДФ → АТФ. (Напротив, типичный двигатель внутреннего сгорания, такой как автомобильный двигатель, может преобразовать в полезную работу не более 20 % имеющейся в его топливе энергии.) Остальная часть энергии высвобождается клеткой в ​​виде тепла, заставляя наши тела тепло.

Гликолиз является центральным путем производства АТФ и

lusis, «разрыв». Гликолиз производит АТФ без участия молекулярного кислорода (газ O ₂ ). Он встречается в цитозоле большинства клеток, включая многие анаэробные микроорганизмы (те, которые могут жить без использования молекулярного кислорода). Гликолиз, вероятно, развился в начале истории жизни, до того, как деятельность фотосинтезирующих организмов привела к поступлению кислорода в атмосферу. В ходе гликолиза молекула глюкозы с шестью атомами углерода превращается в две молекулы по пируват, каждый из которых содержит три атома углерода. На каждую молекулу глюкозы гидролизуются две молекулы АТФ, чтобы обеспечить энергию для запуска первых стадий, но четыре молекулы АТФ образуются на более поздних стадиях. Следовательно, в конце гликолиза на каждую расщепленную молекулу глюкозы приходится две молекулы АТФ.

Путь гликолиза представлен в общих чертах на и более подробно на панели 2-8 (стр. 124-125). Гликолиз включает в себя последовательность из 10 отдельных реакций, каждая из которых производит разные промежуточные сахара и каждая катализируется другим ферментом. Как и большинство ферментов, все эти ферменты имеют названия, оканчивающиеся на 9.0015 аза — подобный изомеру аза и дегидрогеназа — которые указывают на тип реакции, которую они катализируют.

Рисунок 2-71

Схема гликолиза. Каждая из 10 показанных стадий катализируется другим ферментом. Обратите внимание, что на шаге 4 шестиуглеродный сахар расщепляется на два трехуглеродных сахара, так что количество молекул на каждом последующем этапе удваивается. Как указано, этап 6 (подробнее…)

Панель 2-8

Подробная информация о 10 этапах гликолиза.

Хотя молекулярный кислород не участвует в гликолизе, происходит окисление, при котором электроны удаляются NAD ⁺ (с образованием NADH) от некоторых атомов углерода, полученных из молекулы глюкозы. Ступенчатый характер процесса позволяет высвобождать энергию окисления небольшими порциями, так что большая ее часть может храниться в активированных молекулах-носителях, а не выделяться в виде тепла (см. Ресурсы). Таким образом, часть энергии, высвобождаемой при окислении, приводит к прямому синтезу молекул АТФ из АДФ и Р9.0005 i , а часть остается с электронами в высокоэнергетическом переносчике электронов НАДН.

Две молекулы НАДН образуются на одну молекулу глюкозы в процессе гликолиза. В аэробных организмах (тех, которым для жизни необходим молекулярный кислород) эти молекулы НАДН отдают свои электроны электрон-транспортной цепи, описанной в главе 14, а НАД ⁺ , образованный из НАДН, снова используется для гликолиза (см. шаг 6 в Панель 2–8, стр. 124–125).

Ферментации позволяют производить АТФ в отсутствие кислорода

Для большинства животных и растительных клеток гликолиз является лишь прелюдией к третьему и последнему этапу распада пищевых молекул. В этих клетках пируват, образующийся на последнем этапе стадии 2, быстро транспортируется в митохондрии, где превращается в СО ₂ плюс ацетил-КоА, который затем полностью окисляется до СО ₂ и Н ₂ O

Напротив, для многих анаэробных организмов, которые не используют молекулярный кислород и могут расти и делиться без него, гликолиз является основным источником клеточного АТФ. Это также верно для некоторых тканей животных, таких как скелетные мышцы, которые могут продолжать функционировать при ограничении молекулярного кислорода. В этих анаэробных условиях электроны пирувата и НАДН остаются в цитозоле. Пируват превращается в продукты, выделяемые клеткой, например, в этанол и СО ₂ в дрожжах, используемых в пивоварении и выпечке хлеба, или в лактате в мышцах. В этом процессе НАДН отдает свои электроны и снова превращается в НАД ⁺ . Эта регенерация НАД ⁺ необходима для поддержания реакций гликолиза ().

Рисунок 2-72

Два пути анаэробного распада пирувата. (A) При недостатке кислорода, например, в мышечной клетке, подвергающейся энергичному сокращению, пируват, образующийся в результате гликолиза, превращается в лактат, как показано. Эта реакция регенерирует (далее…)

Подобные анаэробные пути выработки энергии называются ферментациями. Исследования коммерчески важных ферментаций, осуществляемых дрожжами, во многом вдохновили раннюю биохимию. Работа в девятнадцатом веке привела в 1896 году к поразительному тогда открытию, что эти процессы можно изучать вне живых организмов, в клеточных экстрактах. Это революционное открытие в конечном итоге позволило проанализировать и изучить каждую из отдельных реакций в процессе ферментации. Сбор воедино полного гликолитического пути в 1930-е годы стали крупным триумфом биохимии, за которым вскоре последовало признание центральной роли АТФ в клеточных процессах. Таким образом, большинство фундаментальных концепций, обсуждаемых в этой главе, известны уже более 50 лет.

Гликолиз иллюстрирует, как ферменты связывают окисление с накоплением энергии (видеть ).

Ферменты играют роль гребного колеса в нашей аналогии, и теперь мы вернемся к этапу гликолиза, который мы обсуждали ранее, чтобы проиллюстрировать, как именно происходят сопряженные реакции.

Две центральные реакции гликолиза (стадии 6 и 7) превращают трехуглеродный промежуточный сахар глицеральдегид-3-фосфат (альдегид) в 3-фосфоглицерат (карбоновую кислоту). Это влечет за собой окисление альдегидной группы до группы карбоновой кислоты, которое происходит в две стадии. Общая реакция высвобождает достаточно свободной энергии, чтобы преобразовать молекулу АДФ в АТФ и передать два электрона от альдегида к НАД ⁺ с образованием НАДН, в то же время выделяя достаточно тепла в окружающую среду, чтобы сделать общую реакцию энергетически выгодной (Δ G ° для суммарной реакции -3,0 ккал/моль).

Путь, по которому совершается этот выдающийся подвиг, описан в . Химические реакции управляются двумя ферментами, с которыми прочно связаны промежуточные соединения сахаров. Первый фермент ( глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа ) образует короткоживущую ковалентную связь с альдегидом через реакционноспособную -SH-группу фермента и катализирует окисление этого альдегида, пока еще находится в присоединенном состоянии. Высокоэнергетическая связь фермент-субстрат, созданная в результате окисления, затем замещается неорганическим ионом фосфата с образованием высокоэнергетического промежуточного продукта сахар-фосфат, который тем самым высвобождается из фермента. Это промежуточное соединение затем связывается со вторым ферментом ( фосфоглицераткиназа ). Этот фермент катализирует энергетически выгодный перенос только что созданного высокоэнергетического фосфата на АДФ, образуя АТФ и завершая процесс окисления альдегида в карбоновую кислоту (см. ).

Рисунок 2-73

Запас энергии на этапах 6 и 7 гликолиза. На этих стадиях окисление альдегида до карбоновой кислоты сопряжено с образованием АТФ и НАДН. (A) Стадия 6 начинается с образования ковалентной связи между субстратом (глицеральдегидом (подробнее. ..)

Мы показали этот конкретный процесс окисления довольно подробно, потому что он представляет собой наглядный пример опосредованного ферментами накопления энергии посредством связанных реакций (). Эти реакции (этапы 6 и 7) являются единственными в гликолизе, которые создают высокоэнергетическую фосфатную связь непосредственно из неорганического фосфата. Как таковые, они объясняют чистый выход двух молекул АТФ и двух молекул НАДН на молекулу глюкозы (см. панель 2–8, стр. 124–125).

Рисунок 2-74

Схематическое изображение сопряженных реакций, в результате которых образуются НАДН и АТФ на стадиях 6 и 7 гликолиза. Энергия окисления связи C-H приводит к образованию как НАДН, так и высокоэнергетической фосфатной связи. Затем разрыв высокоэнергетической связи приводит к образованию АТФ. (подробнее…)

Как мы только что видели, АТФ может легко образовываться из АДФ, когда образуются промежуточные продукты реакции с более энергичными фосфатными связями, чем в АТФ. Фосфатные связи можно упорядочить по энергии, сравнив стандартное изменение свободной энергии ( Δ G° ) для разрыва каждой связи гидролизом. сравнивает высокоэнергетические фосфоангидридные связи в АТФ с другими фосфатными связями, некоторые из которых образуются во время гликолиза.

Рисунок 2-75

Некоторые энергии фосфатных связей. Перенос фосфатной группы с любой молекулы 1 на любую молекулу 2 энергетически выгоден, если стандартное изменение свободной энергии (Δ G °) для гидролиза фосфатной связи в молекуле 1 более отрицательно (подробнее…)

Сахара и жиры расщепляются до ацетил-КоА в митохондриях

Теперь мы переходим к рассмотрению стадии 3 катаболизма, процесс, который требует большого количества молекулярного кислорода (газ O ₂ ). Поскольку считается, что Земля создала атмосферу, содержащую газ O ₂ , между одним и двумя миллиардами лет назад, в то время как многочисленные формы жизни, как известно, существовали на Земле в течение 3,5 миллиардов лет, использование O ₂ в реакциях, которые мы обсуждаем далее, считается относительно недавним происхождением. Напротив, механизм, используемый для производства АТФ, не требует кислорода, и родственники этой изящной пары связанных реакций могли возникнуть очень рано в истории жизни на Земле.

В аэробном метаболизме пируват, образующийся в результате гликолиза, быстро декарбоксилируется гигантским комплексом из трех ферментов, называемым пируватдегидрогеназным комплексом . Продуктами декарбоксилирования пирувата являются молекулы СО ₂ (отходы), молекула НАДН и ацетил-КоА. Трехферментный комплекс находится в митохондриях эукариотических клеток; его структура и способ действия описаны в .

Рисунок 2-76

Окисление пирувата до ацетил-КоА и СО ₂ . (А) Структура комплекса пируватдегидрогеназы, который содержит 60 полипептидных цепей. Это пример большого мультиферментного комплекса, в котором промежуточные продукты реакции передаются непосредственно из (далее…)

Ферменты, расщепляющие жирные кислоты, полученные из жиров, также производят ацетил-КоА в митохондриях. Каждая молекула жирной кислоты (как активированная молекула жирного ацил-КоА ) полностью расщепляется циклом реакций, в ходе которого от карбоксильного конца отщепляется по два атома углерода за раз, образуя одну молекулу ацетил-КоА на каждый оборот цикла. В этом процессе также образуются молекула NADH и молекула FADH ₂ ().

Рисунок 2-77

Окисление жирных кислот до ацетил-КоА. (А) Электронная микрофотография липидной капли в цитоплазме (вверху), и структура жиров (внизу). Жиры представляют собой триацилглицеролы. Часть глицерина, с которой три жирные кислоты связаны сложноэфирными связями, (подробнее…)

Сахара и жиры являются основными источниками энергии для большинства нефотосинтезирующих организмов, включая человека. Однако большая часть полезной энергии, которая может быть извлечена при окислении обоих типов пищевых продуктов, остается запасенной в молекулах ацетил-КоА, образующихся в результате только что описанных двух типов реакций. Лимоннокислотный цикл реакций, в которых ацетильная группа в ацетил-КоА окисляется до СО ₂ и H ₂ O, поэтому играет центральную роль в энергетическом метаболизме аэробных организмов. У эукариот все эти реакции протекают в митохондриях, органеллах, в которые направляются пируват и жирные кислоты для производства ацетил-КоА. Поэтому не следует удивляться, обнаружив, что митохондрия — это место, где в клетках животных вырабатывается большая часть АТФ. Напротив, аэробные бактерии осуществляют все свои реакции в одном компартменте, цитозоле, и именно здесь в этих клетках происходит цикл лимонной кислоты.

Рисунок 2-78

Пути производства ацетил-КоА из сахаров и жиров. Митохондрия в эукариотических клетках — это место, где ацетил-КоА вырабатывается из обоих типов основных пищевых молекул. Поэтому именно здесь протекает большинство клеточных реакций окисления (подробнее…)

В цикле лимонной кислоты образуется НАДН путем окисления ацетильных групп до СО

₂

В девятнадцатом веке биологи заметили, что в отсутствие воздуха (анаэробные условия) клетки вырабатывают молочную кислоту (например, в мышцах) или этанол (например, в дрожжах), а в его присутствии (аэробные условия) потребляют О ₂ и производят CO ₂ и H ₂ O. Интенсивные усилия по определению путей аэробного метаболизма в конечном итоге сосредоточились на окислении пирувата и привели в 1937 году к открытию цикла лимонной кислоты, также известного как . цикл трикарбоновой кислоты или цикл Кребса . На цикл лимонной кислоты приходится около двух третей всего окисления соединений углерода в большинстве клеток, и его основными конечными продуктами являются CO ₂ и высокоэнергетические электроны в форме НАДН. СО ₂ высвобождается как побочный продукт, в то время как высокоэнергетические электроны от NADH передаются в связанную с мембраной цепь переноса электронов, в конечном итоге объединяясь с O ₂ с образованием H ₂ O. Хотя цикл лимонной кислоты сам по себе не использует O ₂ , ему требуется O ₂ , чтобы продолжить, потому что у NADH нет другого эффективного способа избавиться от своих электронов и, таким образом, регенерировать NAD ⁺ , который необходим для поддержания цикла. собирается.

Цикл лимонной кислоты, происходящий внутри митохондрий эукариотических клеток, приводит к полному окислению атомов углерода ацетильных групп ацетил-КоА, превращая их в CO ₂ . Но ацетильная группа не окисляется напрямую. Вместо этого эта группа переносится от ацетил-КоА к более крупной четырехуглеродной молекуле, оксалоацетату, , с образованием шестиуглеродной трикарбоновой кислоты, лимонной кислоты, , в честь которой назван последующий цикл реакций. Затем молекула лимонной кислоты постепенно окисляется, позволяя использовать энергию этого окисления для производства богатых энергией активированных молекул-носителей. Цепь из восьми реакций образует цикл, потому что в конце оксалоацетат регенерируется и вступает в новый виток цикла, как показано в схеме на рис.

Рисунок 2-79

Простой обзор цикла лимонной кислоты. Реакция ацетил-КоА с оксалоацетатом запускает цикл с образованием цитрата (лимонной кислоты). В каждом обороте цикла в качестве отходов образуется две молекулы CO ₂ плюс три молекулы NADH, одна (подробнее. ..)

До сих пор мы обсуждали только один из трех типов активированных молекул-носителей. продуцируемые циклом лимонной кислоты, пара НАД ⁺ -НАДН (см. Ресурсы). В дополнение к трем молекулам NADH каждый оборот цикла также производит одну молекулу ФАДХ ₂ (восстановленный флавинадениндинуклеотид) из FAD и одна молекула рибонуклеотида GTP (гуанозинтрифосфат) из GDP. Структуры этих двух активированных молекул-носителей показаны на рис. ГТФ является близким родственником АТФ, и перенос его концевой фосфатной группы на АДФ приводит к образованию одной молекулы АТФ в каждом цикле. Как и НАДН, ФАДН ₂ является переносчиком высокоэнергетических электронов и водорода. Как мы кратко обсудим, энергия, запасенная в легко переносимых высокоэнергетических электронах НАДН и ФАДН ₂ впоследствии будет использоваться для производства АТФ посредством процесса окислительного фосфорилирования, единственного этапа окислительного катаболизма пищевых продуктов, который напрямую требует газообразного кислорода (O ₂ ) из атмосферы.

Рисунок 2-80

Структуры GTP и FADH ₂ . (A) GTP и GDP являются близкими родственниками АТФ и АДФ соответственно. (B) FADH ₂ является переносчиком атомов водорода и высокоэнергетических электронов, таких как NADH и NADPH. Он показан здесь в окисленной форме (FAD) с водородсодержащим (далее…)

Полный цикл лимонной кислоты представлен на панели 2-9 (стр. 126–127). Дополнительные атомы кислорода, необходимые для образования CO ₂ из ацетильных групп, входящих в цикл лимонной кислоты, поставляются не молекулярным кислородом, а водой. Как показано на рисунке, в каждом цикле расщепляются три молекулы воды, и атомы кислорода некоторых из них в конечном итоге используются для образования CO ₂ .

Панель 2-9

Полный цикл лимонной кислоты.

Помимо пирувата и жирных кислот некоторые аминокислоты переходят из цитозоля в митохондрии, где они также превращаются в ацетил-КоА или один из других промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты. Таким образом, в эукариотической клетке митохондрия является центром, к которому ведут все энергетические процессы, начинаются ли они с сахаров, жиров или белков.

Цикл лимонной кислоты также служит отправной точкой для важных биосинтетических реакций, производя жизненно важные углеродсодержащие промежуточные продукты, такие как оксалоацетат и α-кетоглутарат. Некоторые из этих веществ, образующихся в результате катаболизма, переносятся обратно из митохондрий в цитозоль, где они служат в анаболических реакциях предшественниками для синтеза многих незаменимых молекул, таких как аминокислоты.

Электронный транспорт управляет синтезом большей части АТФ в большинстве клеток

Именно на последнем этапе деградации молекулы пищи высвобождается основная часть ее химической энергии. В этом заключительном процессе переносчики электронов НАДН и ФАДН ₂ передают электроны, полученные ими при окислении других молекул, на электрон-транспортную цепь, встроенную во внутреннюю мембрану митохондрии. Когда электроны проходят по этой длинной цепи специализированных молекул-акцепторов и доноров электронов, они последовательно переходят в более низкие энергетические состояния. Энергия, выделяемая электронами в этом процессе, используется для накачки H ⁺ ионов (протонов) через мембрану — из внутреннего митохондриального компартмента наружу (). Таким образом создается градиент ионов H ⁺ . Этот градиент служит источником энергии, используемой как батарея для управления различными реакциями, требующими энергии. Наиболее известной из этих реакций является образование АТФ путем фосфорилирования АДФ.

Рисунок 2-81

Генерация градиента H ⁺ через мембрану в результате реакций переноса электронов. Высокоэнергетический электрон (полученный, например, в результате окисления метаболита) последовательно передается переносчиками А, В и С в более низкое энергетическое состояние. На этой диаграмме (далее…)

В конце этой серии переносов электроны передаются молекулам газообразного кислорода (O ₂ ), диффундировавшим в митохондрию, которые одновременно соединяются с протонами (H ⁺ ) из окружающего раствора в производят молекулы воды. Электроны теперь достигли своего самого низкого энергетического уровня, и поэтому вся доступная энергия была извлечена из окисляемой пищевой молекулы. Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием, также происходит в плазматической мембране бактерий. Как одно из самых замечательных достижений клеточной эволюции, оно станет центральной темой главы 14.

Рисунок 2-82

Заключительные стадии окисления пищевых молекул. Молекулы НАДН и ФАДН ₂ (ФАДН ₂ не показаны) образуются в цикле лимонной кислоты. Эти активированные носители отдают высокоэнергетические электроны, которые в конечном итоге используются для восстановления газообразного кислорода до воды. A major (подробнее…)

В общей сложности полное окисление молекулы глюкозы до H ₂ O и CO ₂ используется клеткой для производства около 30 молекул АТФ. Напротив, только 2 молекулы АТФ образуются на молекулу глюкозы только за счет гликолиза.

Организмы хранят молекулы пищи в специальных резервуарах

Всем организмам необходимо поддерживать высокое соотношение АТФ/АДФ, если необходимо поддерживать биологический порядок в их клетках. Тем не менее животные имеют лишь периодический доступ к пище, а растениям необходимо выживать в течение ночи без солнечного света, без возможности производства сахара в результате фотосинтеза. По этой причине и растения, и животные превращают сахара и жиры в специальные формы для хранения ().

Рисунок 2-83

Хранение сахаров и жиров в животных и растительных клетках. (A) Структуры крахмала и гликогена, формы хранения сахаров у растений и животных соответственно. Оба являются запасными полимерами сахарной глюкозы и отличаются только частотой разветвления (подробнее…)

Чтобы компенсировать длительные периоды голодания, животные запасают жирные кислоты в виде капелек жира, состоящих из нерастворимых в воде триацилглицеролов, в основном в специализированных жировых клетках. А для более краткосрочного хранения сахар запасается в виде субъединиц глюкозы в большом разветвленном полисахариде гликогене, который присутствует в виде мелких гранул в цитоплазме многих клеток, включая печень и мышцы. Синтез и расщепление гликогена быстро регулируются в зависимости от потребности. Когда требуется больше АТФ, чем может быть произведено из молекул пищи, поступающих из кровотока, клетки расщепляют гликоген в результате реакции, в результате которой образуется глюкозо-1-фосфат, который вступает в гликолиз.

В количественном отношении жир является гораздо более важной формой запасания, чем гликоген, отчасти потому, что при окислении грамма жира высвобождается примерно в два раза больше энергии, чем при окислении грамма гликогена. Кроме того, гликоген отличается от жира тем, что связывает большое количество воды, что приводит к шестикратной разнице в фактической массе гликогена, необходимой для хранения того же количества энергии, что и жир. Средний взрослый человек хранит достаточно гликогена только для одного дня нормальной деятельности, но достаточно жира, чтобы его хватило почти на месяц. Если бы наш основной топливный резервуар должен был быть гликогеном, а не жиром, вес тела должен был бы увеличиться в среднем примерно на 60 фунтов.

Большая часть нашего жира хранится в жировой ткани, из которой он высвобождается в кровоток для использования другими клетками по мере необходимости. Потребность возникает после периода воздержания от еды; даже обычное ночное голодание приводит к мобилизации жира, так что утром большая часть ацетил-КоА, поступающего в цикл лимонной кислоты, образуется из жирных кислот, а не из глюкозы. Однако после еды большая часть ацетил-КоА, поступающего в цикл лимонной кислоты, поступает из глюкозы, получаемой из пищи, и любой избыток глюкозы используется для пополнения истощенных запасов гликогена или для синтеза жиров. (Хотя клетки животных легко превращают сахара в жиры, они не могут превращать жирные кислоты в сахара.)

Хотя растения производят НАДФН и АТФ путем фотосинтеза, этот важный процесс происходит в специализированной органелле, называемой хлоропластом, который изолирован от остальной части растительной клетки мембраной, непроницаемой для обоих типов активированных молекул-носителей. Кроме того, в растении есть много других клеток, например, в корнях, в которых отсутствуют хлоропласты, и поэтому они не могут производить собственные сахара или АТФ. Следовательно, для производства большей части АТФ растение использует экспорт сахаров из своих хлоропластов в митохондрии, расположенные во всех клетках растения. Большая часть АТФ, необходимой растению, синтезируется в этих митохондриях и экспортируется из них в остальную часть растительной клетки, используя точно такие же пути окислительного расщепления сахаров, которые используются нефотосинтезирующими организмами.

Рисунок 2-84

Как производится АТФ, необходимый для метаболизма большинства растительных клеток. У растений хлоропласты и митохондрии совместно снабжают клетки метаболитами и АТФ.

В периоды избыточной фотосинтетической способности в течение дня хлоропласты превращают часть производимых ими сахаров в жиры и в крахмал, полимер глюкозы, аналогичный гликогену животных. Жиры в растениях представляют собой триацилглицеролы, как и жиры в животных, и различаются только типами преобладающих жирных кислот. Жир и крахмал хранятся в хлоропластах в качестве резервуаров для мобилизации в качестве источника энергии в периоды темноты (см. ).

Зародыши внутри семян растений должны жить за счет накопленных источников энергии в течение длительного периода, пока они не прорастут и не произведут листья, которые смогут собирать энергию солнечного света. По этой причине семена растений часто содержат особенно большое количество жиров и крахмала, что делает их основным источником пищи для животных, в том числе и для нас самих.

Рисунок 2-85

Семена некоторых растений, которые являются важной пищей для человека. Кукуруза, орехи и горох содержат богатые запасы крахмала и жира, которые обеспечивают зародыш молодого растения в семени энергией и строительными блоками для биосинтеза. (Предоставлено Фондом Джона Иннеса.) (подробнее…)

Аминокислоты и нуклеотиды являются частью азотного цикла

До сих пор в нашем обсуждении мы концентрировались в основном на углеводном обмене. Мы еще не рассматривали метаболизм азота или серы. Эти два элемента входят в состав белков и нуклеиновых кислот, которые являются двумя наиболее важными классами макромолекул в клетке и составляют примерно две трети ее сухого веса. Атомы азота и серы переходят от соединения к соединению и между организмами и окружающей их средой в серии обратимых циклов.

Хотя молекулярный азот в изобилии содержится в атмосфере Земли, азот химически неактивен в виде газа. Лишь немногие живые виды способны включать его в органические молекулы, этот процесс называется фиксацией азота. Фиксация азота происходит у некоторых микроорганизмов и при некоторых геофизических процессах, например при разряде молнии. Он необходим для биосферы в целом, ибо без него не было бы жизни на этой планете. Однако лишь небольшая часть азотистых соединений в современных организмах обусловлена ​​свежими продуктами фиксации азота из атмосферы. Большая часть органического азота уже некоторое время находится в обращении, переходя от одного живого организма к другому. Таким образом, можно сказать, что современные азотфиксирующие реакции выполняют функцию «пополнения» общего запаса азота.

Позвоночные животные получают практически весь свой азот с пищей, состоящей из белков и нуклеиновых кислот. В организме эти макромолекулы расщепляются на аминокислоты и компоненты нуклеотидов, а содержащийся в них азот используется для производства новых белков и нуклеиновых кислот или используется для создания других молекул. Около половины из 20 аминокислот, содержащихся в белках, являются незаменимыми аминокислотами для позвоночных (), что означает, что они не могут быть синтезированы из других ингредиентов рациона. Другие могут быть синтезированы таким образом с использованием различных исходных материалов, включая промежуточные продукты цикла лимонной кислоты, как описано ниже. Незаменимые аминокислоты производятся беспозвоночными организмами, как правило, длительными и энергетически затратными путями, утраченными в ходе эволюции позвоночных.

Рисунок 2-86

Девять незаменимых аминокислот. Они не могут быть синтезированы клетками человека и поэтому должны поступать с пищей.

Нуклеотиды, необходимые для производства РНК и ДНК, могут быть синтезированы с использованием специализированных путей биосинтеза: не существует «необходимых нуклеотидов», которые должны поступать с пищей. Все атомы азота в пуриновых и пиримидиновых основаниях (а также некоторые атомы углерода) получены из многочисленных аминокислот глутамина, аспарагиновой кислоты и глицина, тогда как сахара рибозы и дезоксирибозы получены из глюкозы.

Аминокислоты, которые не используются в биосинтезе, могут окисляться для получения метаболической энергии. Большинство их атомов углерода и водорода в конечном итоге образуют CO ₂ или H ₂ O, тогда как их атомы азота проходят через различные формы и в конечном итоге появляются в виде мочевины, которая выводится из организма. Каждая аминокислота обрабатывается по-своему, и для их катаболизма существует целая совокупность ферментативных реакций.

Многие пути биосинтеза начинаются с гликолиза или цикла лимонной кислоты

Катаболизм производит как энергию для клетки, так и строительные блоки, из которых состоят многие другие молекулы клетки (см. ). До сих пор в наших дискуссиях о гликолизе и цикле лимонной кислоты основное внимание уделялось производству энергии, а не предоставлению исходных материалов для биосинтеза. Но многие из промежуточных продуктов, образующихся в этих путях реакции, также перекачиваются другими ферментами, которые используют их для производства аминокислот, нуклеотидов, липидов и других небольших органических молекул, в которых нуждается клетка. Некоторое представление о сложности этого процесса можно получить из рисунка, который иллюстрирует некоторые ответвления от центральных катаболических реакций, ведущих к биосинтезу.

Рисунок 2-87

Гликолиз и цикл лимонной кислоты дают предшественники, необходимые для синтеза многих важных биологических молекул. Аминокислоты, нуклеотиды, липиды, сахара и другие молекулы, представленные здесь как продукты, в свою очередь служат предшественниками (подробнее. ..)

Существование стольких ветвящихся путей в клетке требует, чтобы выбор в каждой ветви быть тщательно отрегулированы, как мы обсудим далее.

Метаболизм организован и регулируется

О сложности клетки как химической машины можно судить по взаимосвязи гликолиза и цикла лимонной кислоты с другими метаболическими путями, описанными в . Этот тип диаграммы, который использовался ранее в этой главе для введения метаболизма, представляет только некоторые из ферментативных путей в клетке. Очевидно, что наше обсуждение клеточного метаболизма касается лишь небольшой части клеточной химии.

Рисунок 2-88

Гликолиз и цикл лимонной кислоты находятся в центре метаболизма. Около 500 метаболических реакций типичной клетки показаны схематически с реакциями гликолиза и цикла лимонной кислоты в красных. Другие реакции ведут к этим двум (подробнее…)

Все эти реакции происходят в клетке диаметром менее 0,1 мм, и для каждой требуется свой фермент. Как видно из , одна и та же молекула часто может быть частью многих различных путей. Пируват, например, является субстратом для полудюжины или более различных ферментов, каждый из которых химически модифицирует его по-своему. Один фермент превращает пируват в ацетил-КоА, другой — в оксалоацетат; третий фермент превращает пируват в аминокислоту аланин, четвертый — в лактат и так далее. Все эти разные пути конкурируют за одну и ту же молекулу пирувата, и одновременно происходят аналогичные соревнования за тысячи других малых молекул. Возможно, лучше понять эту сложность можно с помощью трехмерной метаболической карты, которая позволяет установить более прямые связи между путями (4).

Рисунок 2-89

Представление всех известных метаболических реакций с участием малых молекул в дрожжевой клетке. Как и на рис. 2-88, реакции гликолиза и цикла лимонной кислоты выделены красным цветом . Эта метаболическая карта необычна тем, что использует трехмерное изображение, (подробнее. ..)

В многоклеточном организме ситуация еще более усложняется. Разным типам клеток в целом потребуются несколько разные наборы ферментов. И разные ткани вносят различный вклад в химию организма в целом. В дополнение к различиям в специализированных продуктах, таких как гормоны или антитела, существуют значительные различия в «общих» метаболических путях между различными типами клеток одного и того же организма.

Хотя практически все клетки содержат ферменты гликолиза, цикла лимонной кислоты, синтеза и распада липидов и метаболизма аминокислот, уровни этих процессов, необходимых в разных тканях, неодинаковы. Например, нервные клетки, которые, вероятно, являются самыми привередливыми клетками в организме, почти не имеют запасов гликогена или жирных кислот и почти полностью зависят от постоянного поступления глюкозы из кровотока. Напротив, клетки печени снабжают глюкозой активно сокращающиеся мышечные клетки и перерабатывают молочную кислоту, вырабатываемую мышечными клетками, обратно в глюкозу. Все типы клеток имеют свои отличительные черты метаболизма, и они широко взаимодействуют в нормальном состоянии, а также в ответ на стресс и голодание. Можно подумать, что вся система должна быть настолько точно сбалансирована, что любое незначительное нарушение, такое как временное изменение рациона питания, будет иметь катастрофические последствия.

Рисунок 2-90

Схематическое изображение метаболического взаимодействия между клетками печени и мышц. Основным топливом активно сокращающихся мышечных клеток является глюкоза, большая часть которой поставляется клетками печени. Молочная кислота, конечный продукт анаэробного распада глюкозы в результате гликолиза (подробнее…)

Фактически, метаболический баланс клетки удивительно стабилен. Всякий раз, когда равновесие нарушается, клетка реагирует так, чтобы восстановить исходное состояние. Клетка может адаптироваться и продолжать функционировать во время голодания или болезни. Мутации многих видов могут повреждать или даже уничтожать определенные пути реакций, и тем не менее — при соблюдении определенных минимальных требований — клетка выживает. Это происходит потому, что сложная сеть из 9Механизмы управления 0015 регулируют и координируют скорость всех своих реакций. В конечном счете, этот контроль основан на замечательной способности белков изменять свою форму и свой химический состав в ответ на изменения в их непосредственном окружении. Следующей нашей задачей станут принципы, лежащие в основе построения больших молекул, таких как белки, и химия, стоящая за их регуляцией.

Резюме

Глюкоза и другие молекулы пищевых продуктов расщепляются контролируемым ступенчатым окислением с получением химической энергии в форме АТФ и НАДН. Это три основных набора реакций, которые действуют последовательно, продукты каждого из которых являются исходным материалом для следующего: гликолиз (который происходит в цитозоле), цикл лимонной кислоты (в митохондриальном матриксе) и окислительное фосфорилирование (на внутренняя митохондриальная мембрана). Промежуточные продукты гликолиза и цикла лимонной кислоты используются как в качестве источников метаболической энергии, так и для производства многих малых молекул, используемых в качестве сырья для биосинтеза. Клетки хранят молекулы сахара в виде гликогена у животных и крахмала у растений; как растения, так и животные также широко используют жиры в качестве продовольственного запаса. Эти материалы для хранения, в свою очередь, служат основным источником пищи для людей, наряду с белками, составляющими большую часть сухой массы клеток, которые мы едим.

Функции углеводов в организме – питание человека [УСТАРЕЛО]

Глава 4. Углеводы

В организме человека углеводы выполняют пять основных функций. Они производят энергию, хранят энергию, строят макромолекулы, экономят белок и помогают в метаболизме липидов.

Производство энергии

Основная роль углеводов заключается в снабжении энергией всех клеток организма. Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как эритроциты, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низким уровням глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозу для производства энергии и функций (если только не находится в условиях экстремального голодания). Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями. Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. Энергия глюкозы исходит от химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза. Клетки в нашем организме разрывают эти связи и захватывают энергию для осуществления клеточного дыхания. Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием. Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных стадиях, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую химическими связями в глюкозе.

Первая стадия распада глюкозы называется гликолизом. Гликолиз, или расщепление глюкозы, представляет собой сложную серию из десяти стадий ферментативной реакции. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах фабрики энергии, называемых митохондриями. Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии. Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в форме, которую клетки могут использовать.

Рисунок 4.10 Клеточное дыхание

Клеточное дыхание — это процесс, посредством которого энергия захватывается из глюкозы.

Аккумулятор энергии

Если в организме уже достаточно энергии для поддержания своих функций, избыток глюкозы откладывается в виде гликогена (большая часть которого хранится в мышцах и печени). Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что позволяет глюкозе быстро распространяться, когда она необходима для производства клеточной энергии.

Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалориям: 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Длительное использование мышц (например, упражнения в течение более нескольких часов) может истощить энергетический запас гликогена. Помните, что это называется «ударом в стену» или «стуком» и характеризуется усталостью и снижением физической работоспособности. Наступает ослабление мышц, потому что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для преобразования глюкозы. После длительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки в качестве источника энергии. Спортсмены могут немного увеличить свой запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнования. Людям, которые не занимаются тяжелыми тренировками и решили пробежать 5-километровый забег ради удовольствия, не нужно съедать большую тарелку макарон перед забегом, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации увеличенного мышечного гликогена.

Печень, как и мышцы, может запасать энергию глюкозы в виде гликогена, но, в отличие от мышечной ткани, она жертвует своей запасенной энергией глюкозы другим тканям организма, когда уровень глюкозы в крови низкий. Приблизительно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи. Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза вырабатывается из аминокислот, полученных при разрушении белков, для поддержания метаболического гомеостаза.

Создание макромолекул

Хотя большая часть поглощаемой глюкозы используется для производства энергии, некоторое количество глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу, которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ. Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН, которая важна для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме. Если вся энергия, запасы гликогена и строительные потребности организма удовлетворены, избыток глюкозы может быть использован для образования жира. Вот почему диета со слишком высоким содержанием углеводов и калорий может привести к увеличению веса — тема, которая будет обсуждаться в ближайшее время.

Рисунок 4.11 Химическая структура дезоксирибозы

Молекула сахара дезоксирибоза используется для построения основы ДНК. Изображение предоставлено rozeta / CC BY-SA 3.0

Рисунок 4.12 Двухцепочечная ДНК

Изображение от Forluvoft / Public Domain

В ситуации, когда глюкозы недостаточно для удовлетворения потребностей организма, глюкоза синтезируется из аминокислот. Поскольку запасной молекулы аминокислот нет, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Присутствие достаточного количества глюкозы в основном избавляет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно оказывает «жиросберегающий» эффект. Это связано с тем, что увеличение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который заставляет клетки использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии. Адекватный уровень глюкозы в крови также предотвращает развитие кетоза. Кетоз – метаболическое состояние, возникающее в результате повышения уровня кетоновых тел в крови. Кетоновые тела являются альтернативным источником энергии, который клетки могут использовать при недостаточном поступлении глюкозы, например, во время голодания. Кетоновые тела имеют кислую среду, и их высокое содержание в крови может привести к тому, что она станет слишком кислой. Это редко встречается у здоровых взрослых, но может возникать у алкоголиков, людей, страдающих от недоедания, и у людей с диабетом 1 типа. Минимальное количество углеводов в рационе, необходимое для подавления кетоза у взрослых, составляет 50 граммов в день.

Углеводы имеют решающее значение для поддержания самой основной функции жизни — производства энергии. Без энергии не осуществляется ни один из других жизненных процессов. Хотя наши тела могут синтезировать глюкозу, это происходит за счет разрушения белка. Однако, как и в случае со всеми питательными веществами, углеводы следует потреблять в умеренных количествах, поскольку их слишком много или слишком мало в рационе может привести к проблемам со здоровьем.

10.4: Метаболизм липидов — Биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

34643

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять, как можно получать энергию из жира
• Объясните цель и процесс кетогенеза
• Опишите процесс окисления кетоновых тел
• Объясните цель и процесс липогенеза

Жиры (или триглицериды) в организме попадают в организм с пищей или синтезируются адипоцитами или гепатоцитами из предшественников углеводов. Метаболизм липидов влечет за собой окисление жирных кислот либо для получения энергии, либо для синтеза новых липидов из более мелких составляющих молекул. Липидный обмен связан с углеводным обменом, так как продукты глюкозы (например, ацетил-КоА) могут превращаться в липиды.

Рисунок 1. Молекула триглицерида (а) распадается на моноглицерид (б).

Метаболизм липидов начинается в кишечнике, где проглоченные триглицеридов расщепляются на жирные кислоты с более мелкой цепью, а затем на молекулы моноглицеридов с помощью панкреатических липаз , ферментов, расщепляющих жиры после их эмульгирования солями желчных кислот . Когда пища достигает тонкой кишки в виде химуса, пищеварительный гормон под названием холецистокинин (ХЦК) высвобождается кишечными клетками в слизистой оболочке кишечника. CCK стимулирует высвобождение панкреатической липазы из поджелудочной железы и стимулирует сокращение желчного пузыря для высвобождения накопленных желчных солей в кишечник. CCK также попадает в мозг, где может действовать как подавитель голода.

Рисунок 2. Хиломикроны содержат триглицериды, молекулы холестерина и другие аполипопротеины (белковые молекулы). Они переносят эти нерастворимые в воде молекулы из кишечника через лимфатическую систему в кровоток, который переносит липиды в жировую ткань для хранения.

Вместе липазы поджелудочной железы и соли желчных кислот расщепляют триглицериды до свободных жирных кислот. Эти жирные кислоты могут транспортироваться через кишечную мембрану. Однако, как только они пересекают мембрану, они рекомбинируются, снова образуя молекулы триглицеридов. В клетках кишечника эти триглицериды упакованы вместе с молекулами холестерина в фосфолипидные везикулы, называемые хиломикронами . Хиломикроны позволяют жирам и холестерину перемещаться в водной среде вашей лимфатической и кровеносной систем. Хиломикроны покидают энтероциты путем экзоцитоза и попадают в лимфатическую систему через млечные железы в ворсинках кишечника. Из лимфатической системы хиломикроны транспортируются в кровеносную систему. Попав в кровоток, они могут либо попасть в печень, либо отложиться в жировых клетках (адипоцитах), которые содержат жировую (жировую) ткань, обнаруженную по всему телу.

Липолиз

Чтобы получить энергию из жира, триглицериды должны быть сначала расщеплены путем гидролиза на два их основных компонента: жирные кислоты и глицерин. Этот процесс, называемый липолизом , происходит в цитоплазме. Образующиеся жирные кислоты окисляются путем β-окисления до ацетил-КоА, который используется в цикле Кребса. Глицерин, который высвобождается из триглицеридов после липолиза, непосредственно входит в путь гликолиза в виде ДГАФ. Поскольку одна молекула триглицерида дает три молекулы жирных кислот с 16 или более атомами углерода в каждой, молекулы жира дают больше энергии, чем углеводы, и являются важным источником энергии для человеческого организма. Триглицериды дают более чем в два раза больше энергии на единицу массы по сравнению с углеводами и белками. Следовательно, когда уровень глюкозы низкий, триглицериды могут быть преобразованы в молекулы ацетил-КоА и использованы для образования АТФ посредством аэробного дыхания.

Расщепление жирных кислот, называемое окислением жирных кислот или бета (β)-окислением , начинается в цитоплазме, где жирные кислоты превращаются в молекулы жирных ацил-КоА. Этот жирный ацил-КоА соединяется с карнитином, образуя молекулу жирного ацил-карнитина, которая помогает транспортировать жирную кислоту через митохондриальную мембрану. Оказавшись внутри митохондриального матрикса, молекула жирного ацил-карнитина снова превращается в жирный ацил-КоА, а затем в ацетил-КоА. Новообразованный ацетил-КоА входит в цикл Кребса и используется для производства АТФ так же, как ацетил-КоА, полученный из пирувата.

Рис. 3. Нажмите, чтобы увеличить изображение. Во время окисления жирных кислот триглицериды могут расщепляться на молекулы ацетил-КоА и использоваться для получения энергии при низком уровне глюкозы.

Кетогенез

Если в результате окисления жирных кислот образуется избыток ацетил-КоА, а цикл Кребса перегружен и не может с этим справиться, ацетил-КоА направляется на создание кетоновых тел . Эти кетоновые тела могут служить источником топлива, если уровень глюкозы в организме слишком низок. Кетоны служат топливом во время длительного голодания или когда пациенты страдают от неконтролируемого диабета и не могут использовать большую часть циркулирующей глюкозы. В обоих случаях жировые запасы высвобождаются для выработки энергии в рамках цикла Кребса и будут генерировать кетоновые тела, когда накапливается слишком много ацетил-КоА.

В этой реакции синтеза кетона избыток ацетил-КоА превращается в гидроксиметилглутарил-КоА (ГМГ-КоА) . ГМГ-КоА является предшественником холестерина и промежуточным продуктом, который впоследствии превращается в β-гидроксибутират, первичное кетоновое тело в крови.

Рисунок 4. Избыток ацетил-КоА направляется из цикла Кребса в путь кетогенеза. Эта реакция происходит в митохондриях клеток печени. Результатом является производство β-гидроксибутирата, основного кетонового тела, обнаруженного в крови.

Окисление кетоновых тел

Органы, которые раньше считались зависимыми исключительно от глюкозы, такие как мозг, на самом деле могут использовать кетоны в качестве альтернативного источника энергии. Это поддерживает работу мозга, когда глюкоза ограничена. Когда кетоны производятся быстрее, чем их можно использовать, их можно разложить на CO ₂ и ацетон. Ацетон удаляется выдохом. Одним из симптомов кетогенеза является сладкий запах изо рта пациента, напоминающий алкоголь. Этот эффект дает один из способов узнать, правильно ли диабетик контролирует болезнь. Образующийся углекислый газ может закислять кровь, что приводит к диабетическому кетоацидозу, опасному состоянию у диабетиков.

Кетоны окисляются для производства энергии для мозга. бета (β)-гидроксибутират окисляется до ацетоацетата и высвобождается НАДН. Молекула HS-CoA присоединяется к ацетоацетату, образуя ацетоацетил-CoA. Углерод внутри ацетоацетил-КоА, который не связан с КоА, затем отсоединяется, расщепляя молекулу на две части. Затем этот углерод присоединяется к другому свободному HS-CoA, в результате чего образуются две молекулы ацетил-CoA. Эти две молекулы ацетил-КоА затем перерабатываются в цикле Кребса для выработки энергии.

Рисунок 5. Когда глюкоза ограничена, кетоновые тела могут окисляться с образованием ацетил-КоА, который используется в цикле Кребса для выработки энергии.

Липогенез

При высоком уровне глюкозы избыток ацетил-КоА, образующийся в результате гликолиза, может быть преобразован в жирные кислоты, триглицериды, холестерин, стероиды и соли желчных кислот. Этот процесс, называемый липогенезом , создает липиды (жир) из ацетил-КоА и протекает в цитоплазме адипоцитов (жировых клеток) и гепатоцитов (клеток печени). Когда вы едите больше глюкозы или углеводов, чем нужно вашему телу, ваша система использует ацетил-КоА, чтобы превратить избыток в жир. Хотя существует несколько метаболических источников ацетил-КоА, чаще всего он образуется в результате гликолиза. Доступность ацетил-КоА важна, поскольку он инициирует липогенез. Липогенез начинается с ацетил-КоА и развивается за счет последующего добавления двух атомов углерода из другого ацетил-КоА; этот процесс повторяется до тех пор, пока жирные кислоты не приобретут подходящую длину. Поскольку это анаболический процесс, создающий связи, расходуется АТФ. Однако создание триглицеридов и липидов является эффективным способом хранения энергии, доступной в углеводах. Триглицериды и липиды, высокоэнергетические молекулы, хранятся в жировой ткани до тех пор, пока они не потребуются.

Хотя липогенез происходит в цитоплазме, необходимый ацетил-КоА создается в митохондриях и не может транспортироваться через митохондриальную мембрану. Чтобы решить эту проблему, пируват превращается как в оксалоацетат, так и в ацетил-КоА. Для этих превращений необходимы два разных фермента. Оксалоацетат образуется под действием пируваткарбоксилазы, тогда как под действием пируватдегидрогеназы образуется ацетил-КоА. Оксалоацетат и ацетил-КоА объединяются с образованием цитрата, который может проникать через митохондриальную мембрану и проникать в цитоплазму. В цитоплазме цитрат снова превращается в оксалоацетат и ацетил-КоА. Оксалоацетат превращается в малат, а затем в пируват. Пируват возвращается через митохондриальную мембрану в ожидании следующего цикла липогенеза. Ацетил-КоА превращается в малонил-КоА, который используется для синтеза жирных кислот. На рис. 6 обобщены пути метаболизма липидов.

Рисунок 6. Липиды могут следовать одному из нескольких путей во время метаболизма. Глицерин и жирные кислоты следуют разными путями.

Обзор главы

Липиды поступают в организм из трех источников. Они могут поступать с пищей, накапливаться в жировой ткани организма или синтезироваться в печени. Жиры, поступающие с пищей, перевариваются в тонком кишечнике. Триглицериды расщепляются на моноглицериды и свободные жирные кислоты, а затем переносятся через слизистую оболочку кишечника. После пересечения триглицериды ресинтезируются и транспортируются в печень или жировую ткань. Жирные кислоты окисляются посредством жирных кислот или β-окисления в молекулы двухуглеродного ацетил-КоА, которые затем могут вступать в цикл Кребса с образованием АТФ. Если образуется избыток ацетил-КоА, который перегружает цикл Кребса, ацетил-КоА может быть использован для синтеза кетоновых тел. Когда глюкоза ограничена, кетоновые тела могут окисляться и использоваться в качестве топлива. Избыток ацетил-КоА, образующийся при избыточном потреблении глюкозы или углеводов, может использоваться для синтеза жирных кислот или липогенеза. Ацетил-КоА используется для создания липидов, триглицеридов, стероидных гормонов, холестерина и солей желчных кислот. Липолиз — это расщепление триглицеридов на глицерин и жирные кислоты, что облегчает их переработку организмом.

Самопроверка

Ответьте на вопросы ниже, чтобы узнать, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе.

https://oea.herokuapp.com/assessments/279

Критические вопросы

1. Обсудите, как углеводы могут откладываться в виде жира.
2. Если изо рта диабетика пахнет алкоголем, что это может означать?

[reveal-answer q=»3″]Показать ответы[/reveal-answer]
[hidden-answer a=»3″]

1. Углеводы превращаются в пируват во время гликолиза. Этот пируват превращается в ацетил-КоА и проходит через цикл Кребса. Когда вырабатывается избыток ацетил-КоА, который не может быть обработан в цикле Кребса, ацетил-КоА превращается в триглицериды и жирные кислоты, которые хранятся в печени и жировой ткани.
2. Если диабет не контролируется, глюкоза в крови не поглощается и не перерабатывается клетками. Хотя уровень глюкозы в крови высок, клеткам не хватает глюкозы для преобразования в энергию. Поскольку глюкозы не хватает, организм обращается к другим источникам энергии, включая кетоны. Побочным эффектом использования кетонов в качестве топлива является сладкий запах алкоголя во рту.

[/hidden-answer]

Глоссарий

бета (β)-гидроксибутират: первичное кетоновое тело, вырабатываемое в организме соли, высвобождаемые печенью в ответ на прием липидов и окружающие нерастворимые триглицериды, чтобы способствовать их превращению в моноглицериды и свободные жирные кислоты

холецистокинин (ХЦК): гормон, желчный пузырь для выделения желчных солей

хиломикроны: везикулы, содержащие холестерин и триглицериды, которые транспортируют липиды из клеток кишечника в лимфатическую и кровеносную системы КоА (HMG CoA): молекула , созданная на первом этапе создания кетоновых тел из ацетил-КоА

липогенез: синтез липидов, происходящий в печени или жировой ткани

липолиз: расщепление триглицеридов на глицерин и жирные кислоты костяк

панкреатические липазы: ферменты, выделяемые поджелудочной железой, которые расщепляют липиды в пище

триглицериды: липиды или жиры, состоящие из трех цепей жирных кислот, прикрепленных к глицериновому остову

Авторы и авторство

Контент по лицензии CC, опубликованный ранее

• Анатомия и физиология. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/14fb4ad7-39a…[email protected]

---

10.4: «Метаболизм липидов» распространяется по незадекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

2. Теги

   1. источник[1]-хим-223130

5.

1: Основы энергетики — Биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

7829

• Кевин Ахерн, Индира Раджагопал и Таралин Тан
• Университет штата Орегон

Источник: BiochemFFA_5_1.pdf. Весь учебник доступен бесплатно у авторов по адресу http://biochem.science.oregonstate.edu/content/biochemistry-free-and-easy

.

Живые организмы состоят из клеток, а клетки содержат множество биохимических компонентов. Однако живые клетки не являются случайным набором этих молекул. Они необычайно организованы или «упорядочены». Напротив, в неживом мире существует универсальная тенденция к увеличению беспорядка. Поддержание и наведение порядка в клетках требует затрат энергии. Без энергии жизнь невозможна.

Окислительная энергия

Основным механизмом, используемым нефотосинтезирующими организмами для получения энергии, является окисление, а углерод является наиболее часто окисляемым источником энергии. Энергия, высвобождаемая во время окислительных стадий, «захватывается» АТФ и может быть использована позже для энергетического сопряжения. Чем более восстановлен атом углерода, тем больше энергии может быть получено при его окислении. Жирные кислоты сильно снижены, а углеводы — умеренно. Полное окисление обоих приводит к углекислому газу, который имеет самое низкое энергетическое состояние. И наоборот, чем сильнее окислен атом углерода, тем больше энергии требуется для его восстановления.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Пять степеней окисления углерода. Изображение Пера Якобсона

В ряду, показанном на рисунке \(\PageIndex{1}\), наиболее восстановленная форма углерода находится слева. Над ней указана энергия окисления каждой формы. Восстановительные состояния жирных кислот и углеводов можно увидеть по их формулам.

• Пальмитиновая кислота: \(\ce{C16h44O2}\)
• Глюкоза: \(\ce{C6h22O6}\)

Пальмитиновая кислота содержит только два атома кислорода на шестнадцать атомов углерода, тогда как глюкоза имеет шесть атомов кислорода на шесть атомов углерода. Следовательно, когда пальмитиновая кислота полностью окисляется, она генерирует больше АТФ на углерод (128/16), чем глюкозы (38/6). Именно поэтому мы используем жир (содержит жирные кислоты) в качестве основного материала для хранения энергии.

Рисунок \(\PageIndex{2}\) : Фотосинтез: первичный источник биологической энергии. Image by Aleia Kim

Окисление и восстановление в метаболизме

Биохимические процессы, которые разлагают вещества от большего к меньшему, называются катаболическими процессами . Катаболические процессы часто носят окислительный характер и высвобождают энергию. Часть, но не вся эта энергия захватывается в виде АТФ. Если не вся энергия захватывается в виде АТФ, что происходит с остальной ее частью? Ответ прост. Он выделяется в виде тепла, и именно по этой причине нам становится жарко, когда мы тренируемся.

Напротив, синтез больших молекул из более мелких (например, создание белков из аминокислот) называется анаболизмом. Анаболические процессы часто носят восстановительный характер (рис. 5.3 и 5.4) и требуют затрат энергии. Сами по себе они не произойдут, поскольку они обращают окисление и уменьшают энтропию (превращая множество мелких вещей в одно большее). Чтобы преодолеть этот энергетический барьер, клетки должны расходовать энергию. Например, если кто-то хочет восстановить \(\ce{CO2}\) до углеводов, для этого необходимо использовать энергию. Растения делают это во время темновых реакций фотосинтеза (рис. \(\PageIndex{3}\)). Источником энергии для восстановления в конечном счете является солнце. Электроны для восстановления поступают из воды, а \(\ce{CO2}\) удаляются из атмосферы и включаются в сахар.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Движение биологической энергии. Изображение Aleia KimFigure \(\PageIndex{4}\): Фотосинтез, измеряемый концентрацией хлорофилла

Энергетическая связь

Синтез многих молекул, необходимых клеткам, требует затрат энергии. Клетки преодолевают это энергетическое препятствие, используя АТФ для «управления» реакцией (рис. \(\PageIndex{6}\)). Энергия, необходимая для запуска реакций, собирается в строго контролируемых условиях в ферментах. Это включает в себя процесс, называемый «связывание». Связанные реакции основаны на связывании энергетически благоприятной реакции (т. е. реакции с отрицательным ∆G°’) с реакцией, требующей затрат энергии, которая имеет положительное ∆G°’. Пока общее ∆G°’ двух реакций вместе отрицательно, реакция может продолжаться. Гидролиз АТФ является очень энергетически благоприятной реакцией, которая обычно связана со многими реакциями, требующими энергии в клетках. Без гидролиза АТФ (или в некоторых случаях ГТФ) реакция была бы невозможна.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Пути синтеза и распада в метаболизме. Изображение Пера Якобсона. Рисунок \(\PageIndex{6}\): Круговорот биологической энергии через АДФ и АТФ. Изображение Пера Якобсона

Энтропия и энергия

Большинство студентов, изучавших химию, знают о втором законе термодинамики, касающемся увеличения беспорядка в системе. Клетки представляют собой очень организованные или упорядоченные структуры, что приводит некоторых к ошибочному заключению, что жизнь каким-то образом нарушает второй закон. На самом деле это представление неверно. Второй закон не говорит, что энтропия всегда увеличивается, просто она имеет тенденцию к этому в изолированной системе. Однако клетки не являются изолированными системами в том смысле, что они получают энергию либо от солнца, если они автотрофны, либо от пищи, если они гетеротрофны.

Чтобы противостоять всеобщей тенденции к беспорядку в локальном масштабе, требуется энергия. В качестве примера возьмем свежую колоду карт, аккуратно выровненную по схеме туз-король-дама. . . . 4,3,2 для каждой масти. Подбросьте колоду в воздух, чтобы карты разлетелись. Когда вы их подберете, они будут более беспорядочными, чем когда они начинались. Однако, если вы потратите несколько минут (и потратите немного энергии), вы можете реорганизовать ту же колоду обратно в ее предыдущее организованное состояние. Если бы энтропия всегда и везде увеличивалась, вы бы не смогли этого сделать. Однако с вложением энергии вы преодолели беспорядок. Это иллюстрирует важную концепцию: цена борьбы с беспорядком — энергия.

Биологическая энергия

Существуют, конечно, и другие причины, по которым организмы нуждаются в энергии. Примерами являются мышечное сокращение, синтез молекул, нейротрансмиссия, передача сигналов, терморегуляция и субклеточные движения. Откуда берется эта энергия? Валютой энергии обычно являются высокоэнергетические фосфатсодержащие молекулы. АТФ является наиболее известным и наиболее распространенным, но ГТФ также является важным источником энергии (источником энергии для синтеза белка). CTP участвует в синтезе глицерофосфолипидов, а UTP используется для синтеза гликогена и других сахарных соединений. В каждом из этих случаев энергия находится в форме потенциальной химической энергии, запасенной в мультифосфатных связях. Гидролиз этих связей высвобождает в них энергию.

Среди трифосфатов АТФ является основным источником энергии, облегчая синтез других под действием фермента NDPK. АТФ образуется в результате трех различных типов фосфорилирования: окислительного фосфорилирования (в митохондриях), фотофосфорилирования (в хлоропластах растений) и фосфорилирования на уровне субстрата (в реакциях, катализируемых ферментами).

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Митохондрия

Свободная энергия Гиббса в биологии

АТФ обычно считается «аккумуляторной батареей» клеток (см. также «Резервные молекулярные батареи для мышц» ЗДЕСЬ). Чтобы понять, как захватывается энергия, мы должны сначала понять свободную энергию Гиббса, и при этом мы начинаем видеть роль энергии в определении направлений химических реакций.

Свободную энергию Гиббса можно рассматривать как энергию, доступную для выполнения работы в термодинамической системе при постоянных температуре и давлении. Математически свободная энергия Гиббса определяется как:

\[G = H — TS\]

, где \(H\) — энтальпия, \(T\) — температура в Кельвинах, а \(S\) это энтропия. При стандартной температуре и давлении каждая система стремится достичь минимума свободной энергии. Таким образом, увеличение энтропии \(S\) уменьшит свободную энергию Гиббса. Точно так же, если имеется избыточное тепло (уменьшая энтальпию \(H\)), свободная энергия также может быть уменьшена.

Как уже отмечалось, клетки должны работать в рамках законов термодинамики, поэтому все их биохимические реакции также подчиняются этим законам. Теперь рассмотрим энергию в клетке. Изменение свободной энергии Гиббса (\(∆G\)) для реакции имеет решающее значение, поскольку оно, и только оно, определяет, пойдет ли реакция вперед или нет.

\[∆G = ∆H – T ∆S. \]

Возможны три случая

• ∆G < 0: реакция протекает как написано
• ∆G = 0: реакция находится в равновесии 9c})\]

  Термин ∆G°’ называется изменением стандартной свободной энергии Гиббса, то есть изменением энергии, происходящим, когда все продукты и реагенты находятся в стандартных условиях, а pH равен 7,0. Это константа для данной реакции.

  Проще говоря, мы можем собрать все члены числителя вместе и назвать их {Продукты}, а все члены знаменателя вместе и назвать их {Реагенты},

  \[∆G = ∆G°’ + RT \ln(\frac{\rm{\{Products\}}}{\rm{\{Reactants\}}})\]

  Для большинства биологических систем температура T является константой для данной реакции. Поскольку ∆G°’ также является константой для данной реакции, ∆G изменяется почти исключительно при изменении соотношения {Продукты}/{Реагенты}.

  Важность ∆G°’

  Если начать при стандартных условиях, где все, кроме протонов, равно 1M, член RTln({Products}/{Reactants}) равен нулю, поэтому член ∆G°’ равен ∆G, а ∆G°’ определяет направление реакции (только при этих условиях). Вот почему говорят, что отрицательный ∆G°’ указывает на энергетически выгодную реакцию, а положительный ∆G°’ соответствует неблагоприятной.

  Увеличение отношения {Products}/{Reactants} приводит к тому, что значение натурального логарифмического члена (ln) становится более положительным (менее отрицательным), что делает значение ∆G более положительным. И наоборот, по мере уменьшения отношения {Products}/{Reactants} значение натурального логарифмического члена становится менее положительным (более отрицательным), что делает значение ∆G более отрицательным.

  Реакция системы на стресс

  Интуитивно это имеет смысл и согласуется с принципом Ле Шателье — система реагирует на стресс, действуя, чтобы смягчить стресс. Если мы исследуем ∆G для реакции в замкнутой системе, мы увидим, что она всегда будет двигаться к нулевому значению (равновесию), независимо от того, начинается ли она с положительного или отрицательного значения.

  Другой тип свободной энергии, доступной клеткам, — это энергия, генерируемая электрическим потенциалом. Например, митохондрии и хлоропласты частично используют кулоновскую энергию (в зависимости от заряда) от протонного градиента через их мембраны, чтобы обеспечить необходимую энергию для синтеза АТФ. Аналогичные энергии управляют передачей нервных сигналов (градиенты натрия и калия) и движением некоторых молекул во вторичных активных транспортных процессах через мембраны (например, дифференциал H+, управляющий движением лактозы). Из уравнения изменения свободной энергии Гиббса

  \[∆G = ∆H – T∆S\]

  Следует отметить, что увеличение энтропии будет способствовать уменьшению ∆G. Это происходит, например, когда большая молекула распадается на более мелкие части или когда перестройка молекулы увеличивает беспорядок окружающих ее молекул. Последняя ситуация возникает из-за гидрофобного эффекта, который способствует свертыванию белков.

  Химический и электрический потенциал

  Говорят, что отсутствие делает сердце более любящим. Мы не будем касаться здесь этого философского вопроса, но скажем, что разделение обеспечивает потенциальную энергию, которую клетки могут собирать и собирают. Липидный бислой клеточных и (в эукариотических клетках) мембран органелл обеспечивает необходимый барьер для разделения.

  Непроницаемые для большинства ионов и полярных соединений биологические мембраны необходимы для процессов, которые генерируют клеточную энергию. Рассмотрим рисунок 5.8. Липидный бислой разделяет два раствора с разной концентрацией растворенного вещества. В нижней части находится большая концентрация отрицательных ионов, а в верхней — большая концентрация положительных ионов.

  Всякий раз, когда существует разница в концентрации молекул поперек мембраны, говорят, что существует градиент концентрации поперек мембраны. Разница в концентрации ионов на мембране также создает градиент заряда (или электрического тока). Поскольку существует разница как в химической концентрации ионов, так и в заряде на двух сторонах мембраны, это описывается как электрохимический градиент (рис. 5.8-5.10).

  Рисунок 5.8: Различия в концентрации ионов через мембрану вызывают химический и электрический градиенты. Изображение Пера Якобсона. Рисунок \(\PageIndex{9}\): Химический градиент. Изображение Aleia Kim Рисунок \(\PageIndex{10}\): Электрохимический градиент ионов калия. Изображение Aleia Kim

  Потенциальная энергия

  Такие градиенты функционируют как батареи и содержат потенциальную энергию. Когда потенциальная энергия собирается клетками, они могут создавать АТФ, передавать нервные сигналы, перекачивать молекулы через мембраны и многое другое. Поэтому важно понимать, как рассчитать потенциальную энергию электрохимических градиентов.

  Сначала рассмотрим химические (растворенные) градиенты. На рис. 5.9 две концентрации глюкозы разделены липидным бислоем. Предположим, что C2 — это концентрация глюкозы внутри клетки (внизу), а C1 — это концентрация глюкозы снаружи (вверху). Свободная энергия Гиббса, связанная с перемещением глюкозы в направлении C2 (в клетку), определяется выражением

  ∆G = RTln[C2/C1]

  Чтобы переместить ее в направлении C1 (вне клетки) выражение будет

  \[∆G = RT\ln[C_1/C_2]\]

  Поскольку C2 меньше, чем C1 (т. е. внутри клетки меньше молекул глюкозы), то ∆G отрицательно, и диффузия в клетку будет благоприятнее , если бы глюкоза могла пересекать бислой.

  И наоборот, если бы C2 было больше, чем C1 (в клетке было больше глюкозы, чем снаружи), ∆G было бы положительным, поэтому движение в направлении C2 не было бы благоприятным, и вместо этого глюкоза имела бы тенденцию двигаться к C1, что то есть вне клетки.

  Если C2 = C1, с одинаковой концентрацией глюкозы внутри и снаружи, то ∆G будет равно нулю, и не будет чистого движения, так как система будет находиться в равновесии.

  В приведенном выше примере мы рассмотрели глюкозу, которая представляет собой незаряженную молекулу. Когда участвуют ионы, необходимо также учитывать их заряды. На рисунке \(\PageIndex{1}\)0 показана аналогичная ситуация в липидном бислое. В этом случае существует разница концентрации и заряда. Положительных зарядов внутри клетки больше, чем снаружи.

  Используя C2 для обозначения концентрации материалов внутри ячейки и C1 для концентрации вне ячейки (как и раньше), тогда свободная энергия для движения иона сверху вниз определяется следующим уравнением

  \[∆ G = RT\ln[C_2/C_1] + ZF∆ψ\]

  Обратите внимание, что это уравнение должно учитывать как разность концентраций, так и разность зарядов. Z относится к заряду транспортируемых частиц, F — постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль), а ∆ψ — разность электрических потенциалов (разность потенциалов) на мембране.

  Если бы нам нужно было рассчитать ∆G для движения иона калия сверху вниз, то оно было бы положительным, поскольку [C2/C1] больше 1 (что дает положительную величину ln), а ZF∆ψ является положительным, потому что положительно заряженные ионы (Z) движутся против градиента положительного заряда, определяемого ∆ψ (большая концентрация в мишени (внизу), чем в начальной точке (вверху)). Если бы мы рассчитывали концентрацию ионов, движущихся снизу вверх, то член ln был бы отрицательным (C2

  Восстановительный потенциал

  При обсуждении химического потенциала мы также должны учитывать восстановительный потенциал. Восстановительный потенциал измеряет тенденцию химического вещества восстанавливаться электронами. Он также обозначается несколькими другими именами/переменными. К ним относятся окислительно-восстановительный потенциал, окислительно-восстановительный потенциал, ОВП, pE, ε, E и Eh.

  Рисунок \(\PageIndex{1}\)1: Электрод сравнения для измерения восстановительных потенциалов. Изображение Пера Якобсона

  Восстановительный потенциал измеряется в вольтах или милливольтах. Вещество с более высоким восстановительным потенциалом будет иметь большую склонность принимать электроны и восстанавливаться. Если два вещества смешать в водном растворе, то одно с большим (более положительным) восстановительным потенциалом будет стремиться отобрать электроны и таким образом восстановиться у вещества с более низким восстановительным потенциалом, которое окислится.

  Относительные измерения

  Абсолютные потенциалы восстановления трудно измерить, поэтому потенциалы восстановления обычно определяются относительно электрода сравнения. В водных растворах восстановительные потенциалы измеряются как разность потенциалов между инертным чувствительным электродом (обычно платиновым), находящимся в контакте с тестируемым раствором, и стабильным электродом сравнения (измеряется как стандартный водородный электрод: SHE), как показано на рисунке \(\PageIndex {1}\)1. Стандартом для измерения является полуреакция

  H ⁺ + e ^— → ½ H ₂

  Электроду, на котором происходит эта реакция (называемому полуэлементом), присваивается значение E° (стандартный восстановительный потенциал) 0,00 вольт. Водородный электрод подключается внешней цепью к другой половине ячейки, содержащей смесь восстановленных и окисленных частиц другой молекулы (например, Fe ⁺⁺ и Fe ⁺⁺⁺ ) при 1M каждая и стандартных условиях температуры (25°C) и давление (1 атмосфера).

  Измерение направления и напряжения

  Затем измеряются направление и величина движения электрона. Если тестовая смесь забирает электроны с водородного электрода, знак напряжения положительный, а если направление меняется на противоположное, напряжение отрицательное.

  Таким образом, соединения, которые имеют большее сродство к электронам, чем водород, будут регистрировать положительное напряжение, а отрицательные напряжения соответствуют соединениям с меньшим сродством к электронам, чем водород.

  Движение электронов

  При стандартных условиях электроны будут перемещаться из соединений, генерирующих более низкие напряжения, в соединения, генерирующие более высокие (более положительные) напряжения. Как стандартное изменение свободной энергии Гиббса является изменением свободной энергии Гиббса при стандартных условиях, так и стандартный восстановительный потенциал Е° является восстановительным потенциалом Е при стандартных условиях.

  Фактический восстановительный потенциал полуэлемента зависит от концентрации каждого химического вещества в клетке. Связь между восстановительным потенциалом E и стандартным восстановительным потенциалом E° определяется следующим уравнением (также называемым уравнением Нернста)

  где F — постоянная Фарадея (96 480 Дж/(Вольт*моль), R — газовая постоянная (8,315 Дж/(моль*К), n — число молей переносимых электронов, а T — абсолютная температура в Кельвинах

  При 25°C это уравнение принимает вид

  Что касается свободной энергии Гиббса, полезно измерять значения в условиях, существующих в клетках. все виды на расстоянии 1 м.

  Регулировка

  Из-за этой корректировки определяется несколько иной стандартный восстановительный потенциал, который мы обозначаем как E°’, точно так же, как мы определили специальное стандартное изменение свободной энергии Гиббса при pH 7 как ΔG°’.

  Существует зависимость между изменением свободной энергии Гиббса ΔG и изменением восстановительного потенциала (ΔE). Это

  \[ΔG = -nFΔE\]

  Аналогично отношение между изменением стандартной свободной энергии Гиббса и изменением стандартного восстановительного потенциала равно

  \]ΔG°’ = -nFΔE°’\]

  Запас энергии в трифосфатах

  Фильм 5.1: АТФ: топливо клетки Энергетические потребности клетки для синтеза, движения и передачи сигналов. В определенный день среднее человеческое тело производит и расщепляет трифосфатов больше, чем его вес. Это особенно примечательно, учитывая, что в любой момент времени в организме присутствует только около 250 г молекулы. Энергия в АТФ высвобождается путем гидролиза фосфата из молекулы.

  Рисунок \(\PageIndex{1}\)2 АТФ, показывающий α, β и γ фосфаты

  Три фосфата, начиная с ближайшего к сахару, обозначаются как α, β и γ (рисунок \(\PageIndex{ 1}\)2). При гидролизе расщепляется γ-фосфат, и продуктом является АДФ. В некоторых реакциях связь между α и β разрывается. Когда это происходит, высвобождается пирофосфат (β, связанный с γ) и вырабатывается АМФ. Эта последняя реакция образования АМФ высвобождает больше энергии (ΔG°’ = -45,6 кДж/моль), чем первая реакция, производящая АДФ (ΔG°’ = –30,5 кДж/моль).

  Поскольку трифосфаты являются «валютой», которая удовлетворяет неотложные потребности клетки, важно понимать, как образуются трифосфаты. Существует три механизма фосфорилирования – 1) на уровне субстрата; 2) окислительный; и 3) фотофосфорилирование. Мы рассматриваем их здесь по отдельности.

  Рисунок \(\PageIndex{1}\)3: Нуклеотиды, нуклеозиды и основания

  Фосфорилирование на уровне субстрата

  Самый простой для понимания тип фосфорилирования – это тот, который происходит на уровне субстрата. Этот тип фосфорилирования включает прямой синтез АТФ из АДФ и высокоэнергетического промежуточного соединения, обычно фосфатсодержащей молекулы. Фосфорилирование на уровне субстрата вносит относительно небольшой вклад в общий синтез трифосфатов клетками. Примером субстратного фосфорилирования является гликолиз.

  Фосфоенолпируват (ФЕП) + АДФ ⇌ ​ Пируват + АТФ

  Эта реакция имеет очень отрицательное значение ∆G°’ (-31,4 кДж/моль), что указывает на то, что ФЕП содержит больше энергии, чем АТФ, таким образом, имеет тенденцию энергетически способствовать синтезу АТФ . Другие трифосфаты также могут быть получены путем фосфорилирования на уровне субстрата. Например, GTP можно синтезировать с помощью следующей реакции цикла лимонной кислоты.

  Сукцинил-КоА + GDP + Pi ​ ⇌ Сукцинат + GTP + CoA-SH

  Трифосфаты могут легко заменяться при фосфорилировании на уровне субстрата, катализируемом ферментом нуклеозиддифосфаткиназой (NDPK). Обобщенная форма реакций, катализируемых этим ферментом, выглядит следующим образом:

  XTP + YDP ⇌ XDP + YTP

  , где X = аденозин, цитидин, уридин, тимидин или гуанозин, а Y также может быть любым из них. Кроме того, XTP и YDP также могут представлять собой любые дезоксинуклеотиды.

  Наконец, необычным способом синтеза АТФ путем фосфорилирования на уровне субстрата является реакция, катализируемая аденилаткиназой

  2 АДФ ⇌ АТФ + АМФ

  Источник АТФ т есть другие источники энергии. Накопление AMP в результате этой реакции активирует ферменты гликолиза, такие как фосфофруктокиназа, которые будут катализировать реакции, чтобы дать клетке дополнительную, необходимую энергию.

  Важно отметить, что ферменты не могут вызывать энергетически невыгодные реакции. Ферменты ускоряют реакции, но не меняют их направления. Таким образом, клетки связаны правилами свободной энергии Гиббса. Так как же происходят энергетически невыгодные реакции в клетке?

  Реакция сочетания

  Энергетически невыгодные реакции можно сделать благоприятными, сочетая их с гидролизом АТФ, очень энергетически выгодной реакцией. Существует множество параллелей в «реальном мире». Движение автомобилей энергетически невыгодно, но соединение движения автомобиля с окислением бензина делает неблагоприятный процесс выгодным. Другой подход к превращению неблагоприятной реакции в благоприятную заключается в манипулировании концентрацией реагентов и продуктов. Рассмотрим приведенную ниже реакцию, происходящую при метаболизме пиримидиновых нуклеотидов:

  оротат + PRPP ⇌ OMP + PP _i

  ΔG°’ для этой реакции составляет -0,8 кДж/моль, что означает, что если начать с равных концентраций реагентов и продуктов, при равновесии будет небольшой избыток продуктов. Однако в клетке эта реакция сильно сдвигается вправо (ΔG = очень отрицательно). Учитывая, что ΔG°’ очень близко к нулю, очень отрицательное ΔG может иметь место только при изменении концентрации реагентов и продуктов, поскольку

  \[ΔG = ΔG°’ + RT \ln(\frac{[\rm {OMP}][\rm{PP_i}]}{[\rm{Orotate}][\rm{PRPP}]})\]

  Здесь происходит именно манипуляция. Ключевым элементом, концентрация которого регулируется в этой реакции, является пирофосфат (PPi). Это возможно, потому что клетки содержат фермент, называемый пирофосфорилазой, который катализирует следующую реакцию быстро гидролизоваться. В результате концентрация PPi в клетке поддерживается на очень низком уровне. Низкая концентрация продукта (PPi) приводит к тому, что натуральный логарифмический (ln) член уравнения оротата становится более отрицательным, в результате чего член ΔG для общей реакции становится гораздо более отрицательным.

  Толкание и вытягивание

  Реакции, в результате которых образуется пирофосфат, происходят при синтезе ДНК и РНК, а также многих других молекул. Как показано в предыдущем примере, этот пирофосфат быстро гидролизуется, в результате чего общая реакция движется в направлении образования пирофосфата. Когда реагенты удаляются/уменьшаются в метаболической реакции для уменьшения концентрации продукта, мы говорим, что реакция «вытягивается», чтобы представить увеличение прямой реакции в результате истощения продукта.

  Проталкивание происходит, когда реагенты в реакции добавляются/увеличиваются. Это также приводит к уменьшению ΔG реакции и делает ее более благоприятной, поскольку соотношение [Продукты]/[Реагенты] уменьшается с увеличением [Реагентов]. Выталкивание и вытягивание реакций являются дополнительными инструментами преодоления клетками энергетических барьеров, как и сопряжение энергетически выгодных процессов с энергетически невыгодными.

  ---

  Эта страница под названием 5.1: Основы энергетики распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA, ее авторами, ремиксами и/или кураторами являются Кевин Ахерн, Индира Раджагопал и Таралин Тан.

  1. Наверх
  • Была ли эта статья полезной?

  1. Тип изделия

     Раздел или страница

     Автор

     Кевин Ахерн, Индира Раджагопал и Таралин Тан

     Лицензия

     CC BY-NC-SA

     Показать оглавление

     нет

  2. Теги

     На этой странице нет тегов.

  Метаболизм молекул, отличных от глюкозы – Принципы биологии

  Перейти к содержимому

  Вы узнали о катаболизме глюкозы, обеспечивающей энергией живые клетки. Но живые существа потребляют не только глюкозу в пищу. Как бутерброд с индейкой, содержащий различные углеводы, липиды и белок, обеспечивает энергией ваши клетки?

  По сути, все эти молекулы из пищи превращаются в молекулы, которые могут где-то проникать в пути клеточного дыхания. Одни молекулы участвуют в гликолизе, другие – в цикле лимонной кислоты. Это означает, что все катаболические пути углеводов, белков и липидов в конечном итоге соединяются с путями гликолиза и цикла лимонной кислоты. Метаболические пути следует рассматривать как пористые, то есть вещества поступают по другим путям, а другие вещества уходят по другим путям. Эти пути не являются закрытыми системами. Многие продукты одного пути являются реагентами других путей.

  До сих пор мы обсуждали углевод, из которого организмы получают большую часть своей энергии: глюкозу. Многие молекулы углеводов могут быть расщеплены на глюкозу или иным образом переработаны в глюкозу в организме. Гликоген, полимер глюкозы, представляет собой молекулу краткосрочного хранения энергии у животных ( Рисунок 1 ). Когда присутствует много АТФ, дополнительная глюкоза превращается в гликоген для хранения. Гликоген производится и хранится в печени и мышцах. Гликоген будет изъят из хранилища, если уровень сахара в крови упадет. Наличие гликогена в мышечных клетках в качестве источника глюкозы позволяет АТФ вырабатываться в течение более длительного времени во время тренировки.

  Рисунок 1 Гликоген состоит из множества молекул глюкозы, соединенных вместе в разветвленные цепи. Каждый из шариков на нижней диаграмме представляет собой одну молекулу глюкозы. (Источник: Glycogen by BorisTM. Эта работа опубликована в открытом доступе)

  Большинство других углеводов входят в клеточный дыхательный путь во время гликолиза. Например, сахароза представляет собой дисахарид, полученный из глюкозы и фруктозы, связанных вместе. Сахароза расщепляется в тонком кишечнике. Глюкоза входит в начало гликолиза, как обсуждалось ранее, в то время как фруктоза может слегка модифицироваться и вступать в гликолиз на третьем этапе. Лактоза, дисахаридный сахар, содержащийся в молоке, может быть расщеплен ферментом лактазой на два более мелких сахара: галактозу и глюкозу. Подобно фруктозе, галактозу можно слегка модифицировать, чтобы она вступала в гликолиз.

  Поскольку эти углеводы вступают в процесс в начале гликолиза, их катаболизм (расщепление) дает такое же количество молекул АТФ, как и глюкоза.

  Белки расщепляются различными ферментами в клетках. Большую часть времени аминокислоты перерабатываются в новые белки и не используются в качестве источника энергии. Это связано с тем, что повторное использование аминокислот более энергоэффективно, чем создание новых с нуля. Организм будет использовать белок в качестве источника энергии, если:

  • Избыток аминокислот (вы потребляете много белка)
  • Тело находится в состоянии голода (вы голодаете и у вас нет другого источника энергии)

  Когда белки используются в клеточном дыхании, они сначала расщепляются на отдельные аминокислоты. Аминогруппа каждой аминокислоты удаляется (дезаминируется) и превращается в аммиак. У млекопитающих печень синтезирует мочевину из двух молекул аммиака и молекулы углекислого газа. Таким образом, мочевина является основным продуктом жизнедеятельности млекопитающих из азота, образующегося в аминокислотах, и она выводится из организма с мочой.

  После дезаминирования аминокислоты ее химические свойства определяют, в какой промежуточный продукт клеточного дыхания она будет преобразована. Эти промежуточные продукты участвуют в клеточном дыхании в различных местах цикла лимонной кислоты (, рис. 2, ).

  Рисунок 2 Углеродные скелеты некоторых аминокислот (указанных в прямоугольниках), полученных из белков, могут участвовать в цикле лимонной кислоты. (кредит: модификация работы Микаэля Хэггстрема)

  Триглицериды (жиры) представляют собой форму долговременного хранения энергии у животных. Триглицериды хранят примерно в два раза больше энергии, чем углеводы. Триглицериды состоят из глицерина и трех жирных кислот. Глицерин может участвовать в гликолизе. Жирные кислоты расщепляются на двухуглеродные звенья, которые вступают в цикл лимонной кислоты ( Рисунок 3 ).

  Рисунок 3  Гликоген из печени и мышц вместе с жирами может участвовать в катаболических путях углеводов.

  Помните, что если кислород недоступен, может происходить гликолиз, но не цикл лимонной кислоты или окислительное фосфорилирование. Поскольку жирные кислоты входят в цикл лимонной кислоты, они не могут расщепляться в отсутствие кислорода. Это означает, что если клетки не осуществляют аэробное клеточное дыхание, организм не может сжигать жир для получения энергии. Вот почему плакаты о «зоне сжигания жира» в тренажерном зале указывают, что вам нужно иметь более низкую частоту сердечных сокращений / частоту дыхания, чтобы сжигать больше жира — клетки, которые не занимаются аэробным дыханием, не могут сжигать жир в качестве топлива!

  Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4. 0.

  Текст адаптирован из: OpenStax, Concepts of Biology. OpenStax CNX. 18 мая 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]

  Лицензия

  Принципы биологии Лизы Барти, Уолтера Шрайнера и Кэтрин Крич распространяются по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License, если не указано иное.

  Поделитесь этой книгой

  Поделиться в Твиттере

  Бета-окисление — определение, этапы и тест

  Бета-окисление Определение

  Бета-окисление — это метаболический процесс, включающий несколько этапов, в ходе которых молекулы жирных кислот расщепляются для получения энергии. Более конкретно, бета-окисление заключается в расщеплении длинных жирных кислот, которые были преобразованы в цепи ацил-КоА, на цепи ацил-КоА все меньшего размера. Эта реакция высвобождает ацетил-КоА, FADh3 и NADH, три из которых затем вступают в другой метаболический процесс, называемый 9.0644 цикл лимонной кислоты или цикл Кребса , в котором АТФ вырабатывается для использования в качестве энергии. Бета-окисление продолжается до тех пор, пока не образуются две молекулы ацетил-КоА и полностью не разрушается цепь ацил-КоА. В эукариотических клетках бета-окисление происходит в митохондриях, тогда как в прокариотических клетках оно происходит в цитозоле.

  Для осуществления бета-окисления жирные кислоты должны сначала проникнуть в клетку через клеточную мембрану, затем соединиться с коферментом А (КоА), образуя жирный ацил-КоА, и, в случае эукариотических клеток, попасть в митохондрии, где происходит бета-окисление имеет место.

  Где происходит бета-окисление?

  Бета-окисление происходит в митохондриях эукариотических клеток и в цитозоле прокариотических клеток. Однако прежде чем это произойдет, жирные кислоты должны сначала попасть в клетку и, в случае эукариотических клеток, в митохондрии. В тех случаях, когда цепи жирных кислот слишком длинные, чтобы проникнуть в митохондрии, бета-окисление также может происходить в пероксисомах.

  Во-первых, переносчики белков жирных кислот позволяют жирным кислотам пересекать клеточную мембрану и проникать в цитозоль, поскольку в противном случае отрицательно заряженные цепи жирных кислот не могут пересечь ее. Затем фермент жирная ацил-КоА-синтаза (или FACS) добавляет группу КоА к цепи жирной кислоты, превращая ее в ацил-КоА.

  В зависимости от длины ацил-КоА-цепь может попасть в митохондрии одним из двух способов:

  1. Если ацил-КоА-цепь короткая, она может свободно диффундировать через митохондриальную мембрану.
  2. Если цепь ацил-КоА длинная, ее необходимо транспортировать через мембрану с помощью карнитинового челнока. Для этого фермент карнитинпальмитоилтрансфераза 1 (CPT1), связанный с внешней митохондриальной мембраной, преобразует цепь ацил-КоА в цепь ацилкарнитина, которая может транспортироваться через митохондриальную мембрану с помощью карнитинтранслоказы (CAT). Оказавшись внутри митохондрий, CPT2, связанный с внутренней митохондриальной мембраной, превращает ацилкарнитин обратно в ацил-КоА. В этот момент ацил-КоА находится внутри митохондрий и теперь может подвергаться бета-окислению.

  Как упоминалось выше, если цепь ацил-КоА слишком длинная для процессинга в митохондриях, она будет расщеплена путем бета-окисления в пероксисомах. Исследования показывают, что очень длинные цепи ацил-КоА расщепляются до тех пор, пока они не станут 8-углеродными, после чего они транспортируются и вступают в цикл бета-окисления в митохондриях. Бета-окисление в пероксисомах дает H ₂ O ₂ вместо FADh3 и NADH, в результате чего выделяется тепло.

  Бета-окисление Этапы

  Бета-окисление происходит в четыре этапа: дегидрирование, гидратация, окисление и тиолиз. Каждая стадия катализируется отдельным ферментом.

  Вкратце, каждый цикл этого процесса начинается с цепи ацил-КоА и заканчивается одним ацетил-КоА, одним FADh3, одним NADH и водой, при этом цепь ацил-CoA становится короче на два атома углерода. Общий выход энергии за цикл составляет 17 молекул АТФ (подробности о распаде см. ниже). Этот цикл повторяется до тех пор, пока не образуются две молекулы ацетил-КоА, а не одна ацил-КоА и одна ацетил-КоА. Четыре стадии бета-окисления описаны ниже, и их можно увидеть по ссылкам на рисунки в конце каждого пояснения.

  Дегидрирование

  На первом этапе ацил-КоА окисляется ферментом ацил-КоА-дегидрогеназой. Двойная связь образуется между вторым и третьим атомами углерода (С2 и С3) ацил-КоА-цепи, вступающей в цикл бета-окисления; конечным продуктом этой реакции является транс-Δ ² -еноил-КоА (транс-дельта 2-еноил КоА). На этом этапе используется FAD и вырабатывается FADh3, который вступает в цикл лимонной кислоты и образует АТФ для использования в качестве энергии. (Обратите внимание на следующем рисунке, что счет углерода начинается с правой стороны: самый правый углерод ниже атома кислорода — это C1, затем слева C2, образующий двойную связь с C3, и так далее.)
  

  Гидратация

  На втором этапе двойная связь между С2 и С3 транс-Δ ² -еноил-КоА гидратируется с образованием конечного продукта L-β-гидроксиацил-КоА, который имеет гидроксильную группу (ОН ) в C2 вместо двойной связи. Эта реакция катализируется другим ферментом: еноил-КоА-гидратазой. Этот шаг требует воды.
  

  Окисление

  На третьем этапе гидроксильная группа в C2 L-β-гидроксиацил-КоА окисляется НАД+ в реакции, катализируемой 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназой. Конечными продуктами являются β-кетоацил-КоА и НАДН + Н. НАДН войдет в цикл лимонной кислоты и произведет АТФ, который будет использоваться в качестве энергии.
  

  Тиолиз

  Наконец, на четвертой стадии β-кетоацил-КоА отщепляется тиоловой группой (SH) другой молекулы КоА (КоА-SH). Фермент, катализирующий эту реакцию, – β-кетотиолаза. Расщепление происходит между C2 и C3; следовательно, конечными продуктами являются молекула ацетил-КоА с исходными двумя первыми атомами углерода (С1 и С2) и цепь ацил-КоА на два атома углерода короче, чем исходная цепь ацил-КоА, вошедшая в цикл бета-окисления.
  

  Конец бета-окисления

  В случае цепочек ацил-КоА с четными номерами бета-окисление заканчивается после того, как четырехуглеродная цепь ацил-КоА распадается на две единицы ацетил-КоА, каждая из которых содержит два атома углерода. Молекулы ацетил-КоА входят в цикл лимонной кислоты с образованием АТФ.

  В случае цепей ацил-КоА с нечетным номером бета-окисление протекает так же, за исключением последней стадии: вместо четырехуглеродной цепи ацил-КоА, которая расщепляется на две ацетил-КоА-звенья, происходит расщепление пяти- углеродная цепь ацил-КоА распадается на трехуглеродный пропионил-КоА и двухуглеродный ацетил-КоА. Затем в ходе другой химической реакции пропионил-КоА превращается в сукцинил-КоА (см. рисунок ниже), который вступает в цикл лимонной кислоты с образованием АТФ.
  

  Выход энергии и конечные продукты

  Каждый цикл бета-окисления дает 1 FADh3, 1 NADH и 1 ацетил-КоА, что по энергии эквивалентно 17 молекулам АТФ:
  

  • 1 FADh3 (x 2 АТФ) = 2 АТФ
  • 1 НАДН (х 3 АТФ) = 3 АТФ
  • 1 ацетил-КоА (х 12 АТФ) = 12 АТФ
  • Итого = 2 + 3 + 12 = 17 АТФ Однако , теоретический выход АТФ выше, чем реальный выход АТФ. На самом деле в каждом цикле бета-окисления образуется эквивалент примерно от 12 до 16 АТФ.

    Помимо выхода энергии, цепь жирного ацил-КоАА становится короче на два атома углерода с каждым циклом. Кроме того, бета-окисление дает большое количество воды; это полезно для эукариотических организмов, таких как верблюды, учитывая их ограниченный доступ к питьевой воде.

    Тест

    1. Что делает бета-окисление?
    A. Расщепление углеводов.
    B. Расщепление белков.
    C. Расщепляет жирные кислоты.
    Д. Расщепление жирных кислот и белков.
    D. Расщепление углеводов и белков.
    

    Ответ на вопрос №1

    C верно. Бета-окисление расщепляет жирные кислоты для производства энергии. В частности, цепи жирного ацил-КоА расщепляются на ацетил-КоА, FADh3, NADH и воду.

    2. Каков порядок стадий цикла бета-окисления?
    A. Дегидрирование, гидратация, окисление и тиолиз.
    B. Гидратация, дегидрирование, окисление и тиолиз.
    C. Дегидрирование, окисление, тиолиз и гидратация.
    D. Гидратация, дегидрирование, тиолиз и окисление
    

    Ответ на вопрос № 2

    Правильно . Этапы по порядку: дегидрирование, гидратация, окисление и тиолиз.

    3. Какие конечные продукты дает каждый цикл бета-окисления?
    A. Одна цепь ацил-КоА, одна НАДН, вода и одна цепь ацетил-КоА на два атома углерода короче.
    B. Одна двухуглеродная ацил-КоА, одна НАДН, вода и еще одна ацил-КоА цепь короче на два атома углерода.
    C. Одна ацил-КоА, одна FADh3, одна NADH, вода и одна ацетил-КоА цепь короче на два атома углерода.
    D. Одна цепь ацетил-КоА, одна FADh3, одна NADH, вода и одна цепь ацил-КоА на два атома углерода короче.
    

    Ответ на вопрос №3

    D верно.