Біологія · Клітина
Фотосинтез і клітинне дихання: етапи, місце й енергетичний результат
Фотосинтез і клітинне дихання — протилежні за напрямом процеси: перший запасає енергію світла в органічних речовинах, а друге вивільняє її в АТФ. У задачах перевіряють, де відбувається кожен етап, що на вході й на виході та скільки АТФ він дає.
Авторський матеріал Тями · оновлено
Фотосинтез
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (світло, хлорофіл)
| Фаза | Де відбувається | Що відбувається | Результат |
|---|---|---|---|
| світлова (світлозалежні реакції) | мембрани тилакоїдів у гранах хлоропласта | хлорофіл поглинає світло; фотоліз води: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂ | O₂, АТФ, НАДФ·Н |
| темнова (світлонезалежні реакції, цикл Кальвіна) | строма хлоропласта | CO₂ зв’язується й відновлюється за рахунок АТФ і НАДФ·Н | глюкоза |
Кисень, що виділяється, походить із води, а не з вуглекислого газу. Світло безпосередньо потрібне для світлової фази, а темнова фаза залежить від її продуктів — АТФ і НАДФ·Н, тому без світла зупиняється й вона. Хемосинтез — це створення органічних речовин за рахунок енергії окиснення неорганічних сполук; його здійснюють залізобактерії, сіркобактерії та нітрифікувальні бактерії.
Клітинне дихання
| Етап | Де відбувається | Що відбувається | Вихід АТФ |
|---|---|---|---|
| підготовчий | травний канал, лізосоми | полімери розщеплюються до мономерів (крохмаль → глюкоза); енергія розсіюється як теплота | — |
| гліколіз (безкисневий) | цитоплазма | глюкоза → 2 молекули піровиноградної кислоти (ПВК) | 2 АТФ |
| кисневий | мітохондрії: цикл Кребса в матриксі, дихальний ланцюг на внутрішній мембрані | ПВК окиснюється до CO₂, кисень відновлюється до H₂O | 36 АТФ |
Сумарне рівняння: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + енергія. За шкільною схемою з однієї молекули глюкози виходить 2 + 36 = 38 АТФ (сучасні біохімічні джерела дають дещо нижчі оцінки, тому в задачі орієнтуйся на числа, наведені в умові). За відсутності кисню після гліколізу настає бродіння: спиртове (дріжджі: ПВК → етанол + CO₂) або молочнокисле (м’язи, молочнокислі бактерії: ПВК → молочна кислота). Вихід — лише 2 АТФ.
Порівняння процесів
| Ознака | Фотосинтез | Клітинне дихання |
|---|---|---|
| де відбувається | хлоропласти | цитоплазма й мітохондрії |
| початкові речовини | CO₂ і H₂O | глюкоза й O₂ |
| кінцеві продукти | глюкоза й O₂ | CO₂ і H₂O |
| енергія | запасається в органічних речовинах | вивільняється й запасається в АТФ |
| які організми | фототрофи: рослини, водорості, ціанобактерії | майже всі, зокрема й рослини — цілодобово |
Розібрані приклади
Спробуй розв’язати сам, а потім відкрий розв’язання. Це авторські приклади, а не завдання з тренувань.
Приклад 1
Скільки молекул CO₂ потрібно й скільки O₂ виділиться під час синтезу трьох молекул глюкози?
Показати розв’язанняСховати розв’язання
- На одну молекулу глюкози потрібно 6 CO₂ і виділяється 6 O₂.
- На три молекули: 6 · 3 = 18 CO₂ і 18 O₂.
Відповідь: 18 молекул CO₂ і 18 молекул O₂.
Приклад 2
Скільки АТФ утвориться під час повного окиснення 5 молекул глюкози (за шкільною схемою — 38 АТФ на молекулу) і скільки під час бродіння?
Показати розв’язанняСховати розв’язання
- Повне окиснення: 5 · 38 = 190 АТФ.
- Бродіння: 5 · 2 = 10 АТФ.
- Різниця: 190 − 10 = 180 АТФ.
Відповідь: 190 АТФ і 10 АТФ.
Приклад 3
Скільки моль CO₂ виділиться під час спиртового бродіння 1 моль глюкози й під час її повного окиснення?
Типові помилки
- Вважати, що кисень фотосинтезу утворюється з вуглекислого газу: він виділяється під час фотолізу води.
- Вважати, що рослини дихають лише вночі: дихання відбувається безперервно.
- Розміщувати гліколіз у мітохондріях: він відбувається в цитоплазмі.
- Вважати, що CO₂ виділяється в дихальному ланцюзі: він утворюється раніше, під час окиснення ПВК і в циклі Кребса.
- Вважати, що бродіння дає стільки ж АТФ, скільки повне окиснення глюкози.
- Плутати хемосинтез із фотосинтезом: енергію для хемосинтезу дає окиснення неорганічних речовин, а не світло.