Памятка к ролику · школьный курс и ЕГЭ
Энергия клетки
от А до Я
Вся тема на одной странице: откуда клетка берёт энергию и как она заряжает свою батарейку — АТФ. Каждый раздел ведёт в нужное место ролика.
40 кДж
отдаёт АТФ, теряя один фосфат
2
АТФ даёт гликолиз и брожение
36
АТФ даёт кислородный этап в митохондриях
38
АТФ всего на одну глюкозу — в 19 раз больше брожения
Автотрофы
«Сами себя кормят»: строят органику из CO₂. Энергия — от света (фототрофы, растения) или от химии неорганики (хемотрофы, бактерии).
Гетеротрофы
Животные, грибы, мы. Берут готовую органику с едой и разбирают её, чтобы зарядить АТФ.
Разрядка — гидролизАТФ + H₂O → АДФ + Ф + 40 кДж
Зарядка — нужна энергия извнеАДФ + Ф + энергия → АТФ
АТФ → АДФ → АМФ
- АТФ — три фосфата, «полная».
- АДФ — два, «наполовину».
- АМФ — один (вторая связь даёт ещё ~40 кДж).
Где заряжается
- в митохондриях — больше всего;
- в хлоропластах — световая фаза;
- в цитоплазме — гликолиз.
АТФ — заряженная батарейка, АДФ — разряженная. Клетка не хранит энергию «вообще», она каждую секунду разряжает и снова заряжает одни и те же батарейки.
АТФ возит энергию, НАД и НАДФ возят водород (вместе с электронами). Это разные молекулы с разной работой — АТФ никогда не «превращается» в НАДФ.
| Пустое такси | С водородом | Где работает | Куда везёт | |
|---|---|---|---|---|
| НАДФ | НАДФ⁺ | НАДФ·Н (в учебниках НАДФ·Н₂) | фотосинтез | из световой фазы в темновую — на сборку глюкозы |
| НАД | НАД⁺ | НАД·Н (НАД·Н₂) | энергетический обмен | от глюкозы в дыхательную цепь митохондрии |
Запомни по букве: Ф — Фотосинтез. Нет «Ф» — дыхание.
| Где | Что нужно | Что происходит | Что получается | |
|---|---|---|---|---|
| Световая | мембраны тилакоидов | свет, вода, АДФ, НАДФ⁺ | квант выбивает электрон из хлорофилла → энергия на АТФ; фотолиз воды возвращает электрон | АТФ, НАДФ·Н, O₂ (кислород — побочный, уходит в воздух) |
| Темновая | строма | CO₂, АТФ, НАДФ·Н | цикл Кальвина: из CO₂ собирается глюкоза | глюкоза, АДФ и НАДФ⁺ уходят обратно |
Фотолиз воды2H₂O —свет→ 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
Общее уравнение6CO₂ + 6H₂O —свет→ C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Кислород при фотосинтезе — из воды, а не из CO₂. Темновая фаза не значит «ночью» — ей просто не нужен свет напрямую, идёт и днём.
Бактерии окисляют неорганические вещества, энергия реакции идёт на АТФ, дальше — как в темновой фазе: из CO₂ строится органика. Света не нужно: почва, дно океана, гидротермальные источники.
| Кто | Что окисляет | Реакция (школьная запись) | Роль в природе |
|---|---|---|---|
| Нитрифицирующие | аммиак → азотистая → азотная кислота (две группы бактерий) | 2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O + E 2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃ + E | круговорот азота, нитраты для растений |
| Серобактерии | сероводород → сера → серная кислота | 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O + E 2S + 3O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄ + E | очищают воду от H₂S |
| Железобактерии | Fe²⁺ → Fe³⁺ (отнимают электрон) | 4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + E | болотные железные руды |
| Водородные | водород | 2H₂ + O₂ → 2H₂O + E | почва |
Хемосинтетики — автотрофы, как растения. Разница — источник энергии: не свет, а окисление неорганики.
| Этап | Где | Что происходит | Энергия | АТФ |
|---|---|---|---|---|
| 1. Подготовительный | пищеварительный тракт, лизосомы | белки → аминокислоты; жиры → глицерин + жирные кислоты; крахмал → глюкоза | мало, вся рассеивается теплом | 0 |
| 2. Бескислородный (гликолиз) | цитоплазма | глюкоза → 2 ПВК, 10 шагов-ферментов | ~200 кДж: 40 % в АТФ, 60 % в тепло | 2 |
| 3. Кислородный | митохондрии | цикл Кребса, дыхательная цепь, АТФ-синтаза | ~2600 кДж, больше половины в АТФ | 36 |
Глюкоза распадается на две ПВКC₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₄O₃ (ПВК) + 4H + 2 АТФ
- Одна глюкоза (6 атомов C) → две пировиноградные кислоты, ПВК (по 3 атома C).
- Каждый из десяти шагов ускоряет свой фермент — белок-ускоритель.
- 4 атома водорода забирают две молекулы НАД⁺ → 2 НАД·Н.
- Итог: 2 АТФ, 2 ПВК, 2 НАД·Н. Кислород не нужен.
Задача брожения — пристроить ПВК и освободить НАД⁺, чтобы гликолиз не встал. Новых АТФ брожение не даёт: на глюкозу — только 2 АТФ от гликолиза.
Молочнокислое
ПВК + НАД·Н → молочная кислота + НАД⁺
- молочнокислые бактерии: кефир, йогурт, квашеная капуста;
- наши мышцы при сильной нагрузке.
Спиртовое
ПВК + НАД·Н → этиловый спирт + CO₂ + НАД⁺
- дрожжи: тесто поднимают пузырьки CO₂;
- вино, пиво, квас.
Молочнокислое, суммарноC₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₆O₃ + 2 АТФ
Спиртовое, суммарноC₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + 2 АТФ
Строение
- две мембраны: наружная гладкая, внутренняя — складки кристы;
- внутри — матрикс, свои ДНК и рибосомы.
Зачем кислород
O₂ — последний приёмник электронов в цепи. Нет кислорода — цепь стоит, градиент H⁺ не создаётся, турбина остановилась.
Кислородный этап, школьная запись2 C₃H₄O₃ + 6O₂ + 36 АДФ + 36 Ф → 6CO₂ + 42H₂O + 36 АТФ
Такая же АТФ-синтаза стоит в мембранах тилакоидов: в световой фазе фотосинтеза АТФ заряжается точно так же.
Дыхание — полное окисление глюкозыC₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 38 АТФ
Фотосинтез — то же, но справа налево6CO₂ + 6H₂O + свет → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
| Брожение | Кислородное дыхание | |
|---|---|---|
| Кислород | не нужен | нужен |
| Где | цитоплазма | цитоплазма + митохондрии |
| Конечные продукты | молочная кислота или спирт + CO₂ | CO₂ и H₂O |
| АТФ на глюкозу | 2 | 38 (2 + 36) — в 19 раз больше |
38 — школьный счёт. Современные данные дают ~30–32 АТФ: часть энергии теряется на перенос веществ через мембрану. На ЕГЭ пиши 38.
!
Не путайчастые ошибки на контрольных и ЕГЭ
Кислород при фотосинтезе — из CO₂
Из воды, при фотолизе
Световая фаза: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂.
Темновая фаза идёт ночью
Идёт и днём, свет ей не нужен напрямую
Ей нужны АТФ и НАДФ·Н из световой фазы — без света их быстро не станет.
АТФ превращается в НАДФ
АТФ ⇄ АДФ; НАДФ⁺ ⇄ НАДФ·Н
Батарейка и такси — разные молекулы с разной работой.
Подготовительный этап даёт АТФ
0 АТФ, энергия рассеивается теплом
Это просто разборка полимеров на мономеры.
Гликолиз идёт в митохондриях
В цитоплазме
В митохондрию заходит уже ПВК — на кислородный этап.
Брожение даёт ещё АТФ сверх гликолиза
Итого только 2 АТФ
Брожение лишь освобождает НАД⁺, чтобы гликолиз продолжался.
Растения не дышат, только фотосинтезируют
Дышат всегда, днём и ночью
У растительных клеток тоже есть митохондрии.
Хемосинтетики — гетеротрофы
Автотрофы
Сами строят органику из CO₂, только энергия — от химии.
Аа
Терминыкоротко, своими словами
- АТФ
- аденозинтрифосфат: аденин + рибоза + 3 фосфата. Универсальная батарейка клетки.
- АДФ
- аденозиндифосфат, «разряженная» АТФ с двумя фосфатами.
- Макроэргическая связь
- связь между фосфатами, богатая энергией (~40 кДж). Обозначают «~».
- НАД / НАДФ
- переносчики водорода и электронов. НАДФ — в фотосинтезе, НАД — в дыхании.
- Фермент
- белок-ускоритель реакции. У каждого шага гликолиза — свой.
- Хлоропласт
- органоид фотосинтеза с двумя мембранами, тилакоидами и стромой.
- Тилакоид
- плоский мешочек внутри хлоропласта; стопки тилакоидов — граны. На их мембранах идёт световая фаза.
- Строма
- жидкая часть хлоропласта, здесь идёт темновая фаза.
- Хлорофилл
- зелёный пигмент, ловит кванты света.
- Квант
- крошечная порция света.
- Фотолиз воды
- расщепление воды под действием света → H⁺, электроны и O₂.
- Цикл Кальвина
- «конвейер» темновой фазы: сборка глюкозы из CO₂.
- Хемосинтез
- синтез органики за счёт энергии окисления неорганических веществ. Открыт С. Н. Виноградским в 1887 г.
- Автотрофы
- организмы, которые сами строят органику из неорганики: фото- и хемотрофы.
- Гетеротрофы
- питаются готовой органикой: животные, грибы, большинство бактерий.
- Диссимиляция
- энергетический обмен, катаболизм: распад органики с выделением энергии.
- Гликолиз
- бескислородное расщепление глюкозы до 2 ПВК в цитоплазме, 2 АТФ.
- ПВК
- пировиноградная кислота (пируват), C₃H₄O₃. Продукт гликолиза.
- Брожение
- бескислородный путь после гликолиза: ПВК → молочная кислота или спирт + CO₂.
- Митохондрия
- «энергостанция»: две мембраны, кристы, матрикс. Кислородный этап, 36 АТФ.
- Кристы
- складки внутренней мембраны митохондрии, на них — дыхательная цепь и АТФ-синтаза.
- Матрикс
- внутреннее содержимое митохондрии, здесь цикл Кребса.
- Цикл Кребса
- цикл реакций в матриксе: углерод ПВК → CO₂, водород → НАД·Н.
- Дыхательная цепь
- ряд белков во внутренней мембране: по ним бегут электроны, их энергия качает H⁺ за мембрану.
- АТФ-синтаза
- белок-турбина: H⁺ текут через неё, она вращается и присоединяет фосфат к АДФ.
- Ионы водорода, H⁺
- атом водорода, потерявший электрон.
Ничего не нашлось.
0 / 10