Онлайн урок: Энергетический обмен по предмету Биология 9 класс |

Почему при окислении органических соединений освобождается энергия?

Электроны, входящие в состав

органических соединений, обладают

большим запасом энергии, т.к.

находятся на высоких энергетических

уровнях молекул.

Перемещаясь на более низкий

энергетический уровень своей или

чужой молекулы, электроны

освобождают энергию.

Конечным акцептором электронов

может служить кислород.

Введение

С основной и изначальной точки зрения, окисление – это процесс химического характера, что сопровождается увеличением степени атомарного окисления вещества, которое ему подвергается. Это явление происходит, благодаря передаче электронов от одного атома (восстановителя и донора) до второго (акцептора и окислителя).

Данная терминологическая единица была введена в оборот химии в начале XIX века, а сделал это академик В.М. Севергин для создания обозначения, указывающего на взаимодействие веществ с кислородом из атмосферного воздуха.

В некоторых случаях окисление молекулы сопровождается созданием нестабильности в структуре вещества и приводит к его распаду на молекулы, обладающие большей стабильностью и маленькими размерами. Дело в том, что данный процесс повторяться может на нескольких разных уровнях измельчения.

В химии есть понятие низшей и высшей степени окисления. Это позволяет классифицировать атомы по возможности их проявлять данное свойство. Высшая окислительная степень соответствует номеру группы, в котором находится элемент. Низшая степень, как правило, определяется по соответствию четного и нечетного числа: высшая 8 = низшая 2, высшая 7 = низшая 1.

. Гликолиз

С6Н12О6

глюкоза

2С3Н4О3 4Н Q

пировиноградная

кислота

2НАД 2Н 2е

2НАД . Н

. Гликолиз

Если кислорода в клетке недостаточно, то образуется молочная

кислота.

2С3Н4О3 2НАД . Н 2Н

пировиноградная

кислота

2С3Н6О3 2НАД

молочная кислота

. Гликолиз

Происходит без участия мембран

митохондрий в цитоплазме, может быть

осуществим в пробирке.

Процесс многоступенчатый. Состоит из 10

следующих друг за другом реакций.

Суммарное количество энергии, которое

выделяется при гликолизе, – 200 кДж.

50-60% энергии превращается в энергию

АТФ, остальные 40-50% рассеиваются в виде

теплоты.

Оставшаяся энергия идет на синтез 2-х

молекул АТФ.

. Гликолиз

2АДФ 2Н3РО4

2АТФ 2Н2О

. Брожение

В некоторых организмах (бактериях,

простейших грибах) первый этап

окисления – брожение.

Промежуточные продукты реакций

гликолиза и брожения сходны.

. Брожение

Спиртовое.

Молочнокислое.

Уксусное.

. Задания:

1. На каком этапе энергетического

обмена синтезируются 2 молекулы

АТФ?

1) гликолиза;

2) подготовительного этапа;

3) кислородного этапа;

4) поступления веществ в клетку.

. Задания:

2. Синтез молекул АТФ происходит:

1) в процессе биосинтеза белка;

2) в процессе синтеза крахмала из глюкозы;

3) на подготовительном этапе

энергетического обмена;

4) во время бескислородного этапа

энергетического обмена.

. Задания:

3. На бескислородном этапе

энергетического обмена расщепляются

молекулы:

1) белка до аминокислот;

2) крахмала до глюкозы;

3) глюкозы до пировиноградной кислоты;

4) пировиноградной кислоты до углекислого

газа и воды.

. Задания:

4. Установите соответствие между характеристикой

энергетического обмена веществ и его этапом:

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБМЕНА

ЭТАПЫ ОБМЕНА

1) происходит в цитоплазме;

А) подготовительный

2) происходит в лизосомах;

Б) гликолиз

3) вся освобождаемая энергия

рассеивается в виде тепла;

4) за счет освобождаемой энергии

синтезируются 2 молекулы АТФ;

5) расщепляются биополимеры до мономеров;

6) расщепляется глюкоза до пировиноградной кислоты.

Превращение энергии в организмах

Энергия солнечного света превращается

фототрофами в энергию химических связей

органических веществ.

В клетках гетеротрофных организмов 50-60 %

энергии органических соединений

превращается в митохондриях в энергию АТФ,

остальные 40-50% рассеиваются во внешней

среде в виде теплоты.

Энергия, запасенная в АТФ, выделяется при

ее распаде и затрачивается на процессы

жизнедеятельности.

Реакции окисления и восстановления

Восстановление – присоединение

электронов или атомов водорода

акцептором.

Сопровождается поглощением

энергии.

Окисление – потеря электронов или

атомов водорода донором.

Сопровождается выделением

энергии.

Аккумуляторы энергии

АТФ, ГТФ

НАД – никотинамидадениндинуклеотид:

НАД . Н – восстановленная форма,

НАД – окисленная форма.

НАДФ –

никотинамидадениндинуклеотидфосфат:

НАДФ . Н – восстановленная форма,

НАДФ – окисленная форма.

ФАД – флавинадениндинуклеотид:

ФАД . Н2 – восстановленная форма.

ГТФ, НАД , НАДФ и ФАД являются акцепторами электронов и атомов водорода. Энергия, запасенная в данных молекулах,

ГТФ, НАД НАДФ и ФАД

являются акцепторами электронов и

атомов водорода.

Энергия, запасенная в данных

молекулах, впоследствии

используется для синтеза АТФ.

Этапы энергетического обмена

Подготовительный этап

Расщепление сложных органических веществ до

более простых:

Полисахаридов – до моносахаридов.

Жиров – до глицерина и жирных кислот.

Белков – до аминокислот.

Нуклеиновых кислот – до нуклеотидов.

Гликолиз – бескислородное окисление.

Дыхание – кислородное окисление.

Биологическое окисление

В биологии реакции окисления – это процессы, что в своей совокупности сходятся к изменению степени окисления атомов, участвующих в реакции, а происходит это благодаря электронному распределению между взаимодействующими компонентами.

Первое предположение о том, что во всех живых организмах протекают сложнейшие хим. реакции, было выдвинуто в восемнадцатом столетии. Изучал проблему химик из Франции А. Лавуазье. Он обратил внимание на то, что протекание горения и окисления в биологии являются схожими друг с другом.

Учеными было совершено исследование пути кислорода, что был поглощен живом существом вследствие дыхания. Они сообщили, что данные процессы окисления – это аналогичные процессы, протекающие с разной скоростью. Он заострил внимание на процессе разложения, в основе которого, как оказалось, лежит явление взаимодействия молекулы кислорода (окислителя) с органическим веществом, включающим в себя атомы углерода и/или водорода. Вследствие разложения происходит абсолютная трансформация вещества.

Оставались моменты процесса, которые ученые не могли до конца понять, среди которых вопросы:

• По какой причине осуществляется окисление в условиях низкой температуры тела, несмотря на его наличие вне организма, только при высокой температуре.
• По какой причине реакции окисления – это явления, которые не сопровождаются выбросом пламени, а также огромными выбросами высвободившейся энергии.
• Как осуществляется «горение» питательного ряда веществ в теле, если оно на 80% (приблизительно), состоит из жидкости – воды H₂O.

Валентность и окисление

Степень окисления – это валентность. Однако между ними существует некоторая разница. Дело в том, что валентностью хим. элемента человек определяет возможность атома установить определенное количество химических связей с другими видами атомов. Это обусловлено наличием у разных типов атома, соответственно, разной возможностью создавать взаимосвязь.

Однако валентность может быть только в ковалентном соединении и образуется благодаря созданию между атомами общей электронной пары. Степень окисления в отличие от валентности является степенью условного заряда, которым обладает атом вещества. Она может быть положительной « », нулевой «0» и отрицательной «-». Также степень окисления предполагает, что все связи в веществе являются ионными.

Виды биологического окисления

В соответствии с условиями среды, в которой происходит окисление, его делят на два вида. Большинство грибков и микроорганизмов энергетические ресурсы получают путем преобразования питательного вещества посредством анаэробного способа. Данная реакция происходит без доступа молекулярного кислорода, а также ее называют гликолизом.

Более сложным способом преобразования веществ питания является аэробная форма биологического окисления или тканевого дыхания. Отсутствие кислорода вызывает неспособность клеток осуществлять окисление для получения энергии, и они гибнут.

Горение

Горение – это процесс окисления. В атмосферном воздухе (а также в среде чистого кислорода) могут поддаваться окислению в форме горения. Примером могут служить разнообразные вещества: простейшие элементы веществ металлов и неметаллов, неорганические и органические соединения.

Однако самым практически значимым является горючее вещество (топливо), среди которых выделяют природные запасы нефти, газов, угля, торфа и т. д. Чаще всего они образуют из сложной смеси углеводородов с малой долей кислорода, серы, азотосодержащих соединений органического типа, а также включениями следового количества прочих элементов.

Онлайн урок: энергетический обмен по предмету биология 9 класс |

Охрана атмосферы

В результате деятельности человека происходит загрязнение атмосферы самыми различными веществами, многие из которых ядовиты для человека, животных и растений. Изменение состава атмосферы приводит к ослаблению здоровья населения, снижению продолжительности жизни, распространению болезней.

В состав почти всех известных традиционных видов топлива входят вещества, при сгорании которых образуются не только СО2 и Н2О. При неполном сгорании топлива может образовываться весьма ядовитый угарный газ (СО). Также очень неблагоприятны для человека продукты сгорания соединений, содержащих атомы серы и азота, которыми являются оксиды серы (SO2) и азота (NO, NO2).

Для улучшения качества бензина в него добавляют соединения свинца. При сгорании такого бензина в окружающую среду выбрасывается большое количество ядовитых для человека веществ, содержащих свинец.

На сжигание различных видов топлива потребляется огромное количество кислорода. Так, в течение 1 ч. полета реактивный самолет (рис. 91) потребляет количество кислорода, вырабатываемое лесом площадью 1 га. за месяц.

Смог (рис. 92) — это туман, смешанный с пылью и сажей и содержащий продукты взаимодействия оксидов серы и азота с водой.

Кислотные дожди. Дождевая вода более кислая, чем обычная, так как в ней содержатся вещества, называемые кислотами. Они образуются при взаимодействии оксидов серы и азота с парами воды.

Парниковый эффект (рис. 93) возникает в результате повышения температуры воздуха за счет накопления в атмосфере некоторых газов, называемых парниковыми. Основным парниковым газом является углекислый газ. В результате парникового эффекта повышается температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит изменение климата, возможны таяния ледников, наводнения.

Поскольку атмосфера у всех народов Земли общая, разные государства предпринимают совместные меры по ее защите от вредных выбросов. Для этого на заводах устанавливаются очистительные установки, совершенствуются системы очистки выхлопных газов автотранспорта, разрабатываются новые экологически чистые производства и виды транспорта.

Уменьшить влияние химических веществ на природу, здоровье людей возможно, только сделав самые тщательные исследования источников и состава ядовитых соединений. Химия как наука позволяет человеку найти пути решения указанных выше проблем охраны атмосферы.

Краткие выводы урока:

1. Окисление — химическая реакция, в результате которой атомы кислорода присоединяются к атомам других элементов.
2. Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.
3. Основными видами топлива являются каменные и бурые угли, торф, древесина, нефть и природный газ.
4. Сжигание различных видов топлива приводит к таким неблагоприятным последствиям, как смог, кислотные дожди и парниковый эффект.

Получение энергии живым организмом

В биологии окисление – это многосоставное явление:

Из этого следует, что окисление – это процесс, включающий в себя:

• явление отщепления водорода от субстрата, что подвергается окислению (дегидрированию);
• явление отдачи электрона субстратом;
• явление присоединения молекулы кислорода к субстрату.

Понятие о топливе

Процессы горения издавна используются для удовлетворения нужд человека в энергии и тепле.

Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.

По агрегатному состоянию топливо бывает твердое, жидкое и газообразное.

Запасы топлива могут быть восполнимыми (древесина, древесный уголь) и невосполнимыми (уголь, торф, нефть).

Каменные и бурые угли. Уголь (рис. 87) является древнейшим источником энергии, с которым знакомо человечество. Он представляет собой полезное ископаемое, которое образовалось из растительного материала на протяжении многих миллионов лет.

Торф. В Беларуси важное значение для бытового отопления и работы небольших предприятий имеет торф (рис. 88). Это топливо, которое образуется без доступа воздуха на низинных болотах из мха сфагнума и другой растительности. В последнее время его спрессовывают с угольной крошкой и получают торфоугольные брикеты, которые также используются как топливо.

Древесина
. Как топливо древесина используется преимущественно на бытовом уровне. Основная масса ее применяется как строительный материал, а также идет на химическую переработку.

Нефть. Источник самых разнообразных жидких видов топлива на Земле — нефть (рис. 89). При ее переработке получают такие важные виды горючего, как бензин, керосин, лигроин, мазут. Эти виды топлива используются в автомобилях и тракторах, реактивных авиационных двигателях, а также на тепловых электростанциях и в системах теплообеспечения жилья и предприятий.

Природный газ. Примерно на 90 % состоит из метана CH4. Использовать его в качестве топлива стали только в XX в. Сегодня наша жизнь немыслима без газопроводов (рис. 90), доставляющих «голубое топливо» в наши квартиры, на ТЭС, ТЭЦ, промышленные предприятия.

Реакция над водой

Более двух млрд лет тому назад, растительные организмы совершили один из важнейших шагов на пути к началу эволюции. Начал формироваться процесс фотосинтеза. Однако изначально подвергались фотоокислению только восстановленные вещества сероводородного типа, что были представлены на земле в крайне малых размерах.

Окисление воды – это процесс, привнесший в атмосферу значительное количество молекулярного кислорода. Это позволило перейти биоэнергетическим процессам на новый аэробный уровень. Это же явление позволило образоваться озоновому экрану, который защищает жизнь на Земле.

Реакция над металлами

Окисление металла – это реакция, в ходе которой посредством взаимодействия элемента из группы металлов и O2, происходит образование окислов (оксидов).

В широком значении – реакция, в которой атом теряет электрон и создает разнообразные соединения, например, вещества хлоридов, сульфидов и т. п. В природном состоянии чаще всего металлы находиться могут лишь в полностью окисленном состоянии (в виде руды).

Именно по этой причине, процесс окисления представлен в виде реакции восстановления различных компонентов соединения. Практически применяемые вещества металлов и их сплавов при взаимодействии с окружающей средой постепенно окисляются – подвергаются коррозии. Процессы окисления металлов происходят, благодаря термодинамическим и кинетическим факторам.

Урок 6. обмен веществ: фотосинтез и биологическое окисление. (гликолиз и цикл кребса) —
биология —
10 класс —
российская электронная школа