Selama fermentasi alkohol, selain produk utama - alkohol dan CO 2, banyak produk fermentasi sekunder lainnya muncul dari gula. Dari 100 g C 6 H 12 O 6, terbentuk 48,4 g etil alkohol, 46,6 g karbon dioksida, 3,3 g gliserol, 0,5 g asam suksinat dan 1,2 g campuran asam laktat, asetaldehida, asetoin dan lain-lain. senyawa organik.
Bersamaan dengan ini, sel-sel ragi, selama periode reproduksi dan pertumbuhan logaritmik, mengonsumsi asam amino esensial dari anggur yang diperlukan untuk membangun proteinnya sendiri. Ini menghasilkan produk sampingan fermentasi, terutama alkohol yang lebih tinggi.
Dalam skema fermentasi alkohol modern, ada 10-12 fase transformasi biokimia heksosa di bawah aksi kompleks enzim ragi. Dalam bentuk yang disederhanakan, tiga tahap fermentasi alkohol dapat dibedakan.
SAYAtahap - fosforilasi dan pemecahan heksosa. Pada tahap ini, beberapa reaksi terjadi, akibatnya heksosa diubah menjadi triosa fosfat:
ATP → ADP
Peran utama dalam transfer energi dalam reaksi biokimia dimainkan oleh ATP (adenosin trifosfat) dan ADP (adenosin difosfat). Mereka adalah bagian dari enzim, mengumpulkan sejumlah besar energi yang diperlukan untuk pelaksanaan proses kehidupan, dan merupakan adenosin - komponen asam nukleat - dengan residu asam fosfat. Pertama, asam adenilat (adenosin monofosfat, atau adenosin monofosfat - AMP) terbentuk:
Jika adenosin dilambangkan dengan huruf A, maka struktur ATP dapat direpresentasikan sebagai berikut:
A-O-R-O ~ R-O ~ R-OH
Simbol dengan ~ menunjukkan apa yang disebut ikatan fosfat berenergi tinggi, yang sangat kaya akan energi, yang dilepaskan selama eliminasi residu asam fosfat. Perpindahan energi dari ATP ke ADP dapat digambarkan dengan skema berikut:
Energi yang dilepaskan digunakan oleh sel-sel ragi untuk memastikan fungsi vital, khususnya reproduksinya. Tindakan pertama pelepasan energi adalah pembentukan ester fosfor heksosa - fosforilasinya. Penambahan residu asam fosfat dari ATP ke heksosa terjadi di bawah aksi enzim fosfoheksokinase yang disuplai oleh ragi (kami melambangkan molekul fosfat dengan huruf P):
Glukosa Glukosa-6-fosfat Fruktosa-1,6-fosfat
Seperti dapat dilihat dari diagram di atas, fosforilasi terjadi dua kali, dan ester fosfor glukosa, di bawah aksi enzim isomerase, diubah secara reversibel menjadi ester fosfor fruktosa, yang memiliki cincin furan simetris. Susunan residu asam fosfat yang simetris di ujung molekul fruktosa memfasilitasi pecahnya selanjutnya tepat di tengah. Pemecahan heksosa menjadi dua triosa dikatalisis oleh enzim aldolase; sebagai hasil penguraian, campuran 3-fosfogliseraldehida dan fosfodioksiaseton yang tidak seimbang terbentuk:
Fosfogliseraldehida (3,5%) Fosfodioksiaseton (96,5%)
Hanya 3-fosfogliseraldehida yang berpartisipasi dalam reaksi lebih lanjut, yang kandungannya terus-menerus diisi ulang di bawah aksi enzim isomerase pada molekul fosfodioksiaseton.
Fermentasi alkohol tahap II- pembentukan asam piruvat. Pada tahap kedua, triosa fosfat dalam bentuk 3-fosfogliseraldehida di bawah aksi enzim oksidatif dehidrogenase dioksidasi menjadi asam fosfogliserat, dan dengan partisipasi enzim yang sesuai (fosfogliseromutase dan enolase) dan sistem LDP-ATP diubah. menjadi asam piruvat:
Pertama, setiap molekul 3-fosfogliseraldehida menempel pada residu asam fosfat lainnya (karena molekul fosfor anorganik) dan 1,3-difosfogliseraldehida terbentuk. Kemudian, dalam kondisi anaerobik, terjadi oksidasi menjadi asam 1,3-difosfogliserat:
Gugus aktif dehidrogenase adalah koenzim struktur organik kompleks NAD (nicotinamide adenine dinucleotide), yang mengikat dua atom hidrogen dengan inti nikotinamidanya:
NAD+ + 2H+ + NADH2
NAD teroksidasi NAD tereduksi
Dengan mengoksidasi substrat, koenzim NAD menjadi pemilik ion hidrogen bebas, sehingga memiliki potensi reduksi yang tinggi. Oleh karena itu, fermentasi wort selalu ditandai dengan kemampuan reduksi yang tinggi, yang sangat penting secara praktis dalam pembuatan anggur: pH lingkungan menurun, zat-zat yang teroksidasi sementara dipulihkan, dan mikroorganisme patogen mati.
Pada fase akhir dari tahap kedua fermentasi alkohol, enzim fosfotransferase mengkatalisis ganda transfer residu asam fosfat, dan fosfogliseromutase memindahkannya dari atom karbon ke-3 ke atom karbon ke-2, membuka peluang bagi enzim enolase untuk membentuk asam piruvat:
Asam 1,3-Difosogliserat 2-Asam fosfogliserat Asam piruvat
Karena kenyataan bahwa dari satu molekul heksosa terfosforilasi ganda (dikonsumsi 2 ATP) diperoleh dua molekul triosa terfosforilasi ganda (4 ATP terbentuk), keseimbangan energi bersih dari pemecahan enzimatik gula adalah pembentukan 2 ATP. Energi ini menjamin fungsi vital ragi dan menyebabkan peningkatan suhu media fermentasi.
Semua reaksi sebelum pembentukan asam piruvat melekat pada fermentasi gula secara anaerobik dan respirasi organisme protozoa dan tumbuhan. Tahap III hanya berkaitan dengan fermentasi alkohol.
AKU AKU AKUtahap fermentasi alkohol - pembentukan etil alkohol. Pada tahap akhir fermentasi alkohol, asam piruvat didekarboksilasi di bawah aksi enzim dekarboksilase untuk membentuk asetaldehida dan karbon dioksida, dan dengan partisipasi enzim alkohol dehidrogenase dan koenzim NAD-H2, asetaldehida direduksi menjadi etanol:
Asam piruvat Asetilaldehida Etanol
Jika terdapat kelebihan asam sulfat bebas dalam wort yang difermentasi, maka sebagian asetaldehida diikat menjadi senyawa sulfur aldehida: dalam setiap liter wort, 100 mg H2SO3 terikat pada 66 mg CH3SON.
Selanjutnya, dengan adanya oksigen, senyawa yang tidak stabil ini terurai, dan asetaldehida bebas ditemukan dalam bahan anggur, yang terutama tidak diinginkan untuk bahan sampanye dan anggur meja.
DI DALAM bentuk terkompresi konversi anaerobik heksosa menjadi etil alkohol dapat digambarkan dengan skema berikut:
Seperti dapat dilihat dari skema fermentasi alkohol, ester fosfor heksosa terbentuk terlebih dahulu. Dalam hal ini, molekul glukosa dan fruktosa, di bawah aksi enzim heksokenase, menambahkan residu asam fosfat dari adenositol trifosfat (ATP), menghasilkan pembentukan glukosa-6-fosfat dan adenositol difosfat (ADP).
Glukosa-6-fosfat, di bawah aksi enzim isomerase, diubah menjadi fruktosa-6-fosfat, yang menambahkan residu asam fosfat lain dari ATP dan membentuk fruktosa-1,6-difosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh fosfofruktokinase. Pembentukan senyawa kimia ini mengakhiri tahap persiapan pertama pemecahan gula secara anaerobik.
Sebagai hasil dari reaksi ini, molekul gula berubah menjadi bentuk oksigen, menjadi lebih mudah menguap dan menjadi lebih mampu melakukan transformasi enzimatik.
Di bawah pengaruh enzim aldolase, fruktosa-1, 6-difosfat dipecah menjadi asam gliseraldehidafosfat dan dihidroksiasetonfosfat, yang dapat diubah satu menjadi satu di bawah aksi enzim triosefosfat isomerase. Fosfogliseraldehida mengalami transformasi lebih lanjut, dimana sekitar 3% terbentuk dibandingkan dengan 97% fosfodioksiaseton. Fosfodioksiaseton, saat fosfogliseraldehida digunakan, diubah oleh fosfotriosa isomerase menjadi 3-fosfogliseraldehida.
Pada tahap kedua, 3-fosfogliseraldehida menambahkan residu asam fosfat lainnya (dengan mengorbankan fosfor anorganik) untuk membentuk 1, 3-difosfogliseraldehida, yang didehidrasi oleh triosefosfat dehidrogenase dan menghasilkan asam 1, 3-difosfogliserat. Hidrogen, dalam hal ini, ditransfer ke bentuk teroksidasi dari koenzim NAD. 1, asam 3-difosfogliserat, melepaskan satu residu asam fosfat menjadi ADP (di bawah aksi enzim fosfogliserat kenase), diubah menjadi asam 3-fosfogliserat, yang, di bawah aksi enzim fosfogliserat, diubah menjadi 2-fosfogliserat asam. Yang terakhir, di bawah aksi fosfopiruvat hidrotase, diubah menjadi asam fosfoenolpiruvat. Selanjutnya, dengan partisipasi enzim piruvat kenase, asam fosfoenolpiruvat mentransfer residu asam fosfat ke molekul ADP, sebagai akibatnya molekul ATP terbentuk dan molekul asam enolpiruvat diubah menjadi asam piruvat.
Tahap ketiga fermentasi alkohol ditandai dengan pemecahan asam piruvat di bawah aksi enzim piruvat dekarboksilase menjadi karbon dioksida dan asetaldehida, yang direduksi menjadi etil alkohol di bawah aksi enzim alkohol dehidrogenase (koenzimnya adalah NAD).
Persamaan keseluruhan untuk fermentasi alkohol dapat direpresentasikan sebagai berikut::
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
Jadi, selama fermentasi, satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul etanol dan dua molekul karbon dioksida.
Namun proses fermentasi yang ditunjukkan bukanlah satu-satunya. Jika misalnya substrat tidak mengandung enzim piruvat dekarboksilase, maka asam piruvat tidak terpecah menjadi asetaldehida dan asam piruvat langsung tereduksi, berubah menjadi asam laktat dengan adanya laktat dehidrogenase.
Dalam pembuatan anggur, fermentasi glukosa dan fruktosa terjadi dengan adanya natrium bisulfit. Asetaldehida, yang dibentuk oleh dekarboksilasi asam piruvat, dihilangkan dengan mengikat bisulfit. Tempat asetaldehida digantikan oleh dihidroksiaseton fosfat dan 3-fosfogliseraldehida; mereka menerima hidrogen dari reduksi senyawa kimia, membentuk gliserofosfat, yang diubah melalui defosforilasi menjadi gliserol. Ini adalah bentuk fermentasi kedua menurut Neuberg. Menurut skema fermentasi alkohol ini, gliserol dan asetaldehida terakumulasi dalam bentuk turunan bisulfit.
Zat yang terbentuk selama fermentasi.
Saat ini, sekitar 50 alkohol lebih tinggi telah ditemukan dalam produk fermentasi, yang memiliki beragam bau dan secara signifikan mempengaruhi aroma dan buket anggur. Isoamyl, isobutil dan N-propil alkohol terbentuk dalam jumlah terbesar selama fermentasi. Dalam anggur meja bersoda dan semi-manis Muscat yang dihasilkan melalui apa yang disebut reduksi nitrogen biologis, alkohol aromatik lebih tinggi β-feniletanol (FES), tyrosol, terpene alkohol farnesol, yang memiliki aroma mawar, lily lembah, dan bunga linden , ditemukan dalam jumlah besar (sampai 100 mg/dm3) . Kehadiran mereka dalam jumlah kecil sangat diharapkan. Selain itu, ketika anggur menua, alkohol yang lebih tinggi mengalami esterifikasi dengan asam yang mudah menguap dan terbentuk ester, memberi anggur nada halus dari kematangan buket.
Selanjutnya, terbukti bahwa sebagian besar alkohol alifatik yang lebih tinggi terbentuk dari asam piruvat melalui transaminasi dan biosintesis langsung dengan partisipasi asam amino dan asetaldehida. Tetapi alkohol aromatik yang lebih tinggi yang paling berharga hanya terbentuk dari asam amino yang sesuai dari deret aromatik, misalnya:
Pembentukan alkohol yang lebih tinggi dalam anggur bergantung pada banyak faktor. DI DALAM kondisi normal mereka terakumulasi rata-rata 250 mg/dm3. Dengan fermentasi yang lambat dan berkepanjangan, jumlah alkohol yang lebih tinggi meningkat, dan dengan peningkatan suhu fermentasi hingga 30°C, jumlahnya menurun. Dalam kondisi fermentasi aliran kontinu, reproduksi ragi sangat terbatas dan lebih sedikit alkohol tinggi yang terbentuk dibandingkan dengan fermentasi batch.
Dengan penurunan jumlah sel ragi sebagai akibat dari pendinginan, pengendapan dan penyaringan kasar dari wort yang difermentasi, terjadi akumulasi biomassa ragi yang lambat dan pada saat yang sama jumlah alkohol yang lebih tinggi, terutama dari seri aromatik, meningkat.
Peningkatan jumlah alkohol yang lebih tinggi tidak diinginkan untuk anggur meja putih kering, sampanye, dan bahan anggur cognac, tetapi hal ini memberikan variasi corak pada aroma dan rasa anggur meja merah, anggur bersoda, dan anggur kuat.
Fermentasi alkohol pada anggur must juga dikaitkan dengan pembentukan aldehida dan keton dengan berat molekul tinggi, asam volatil dan lemak serta esternya, yang penting dalam pembentukan buket dan rasa anggur.
1. Bisa organisme foto dan kemosintetik mendapatkan energi berkat oksidasi bahan organik? Tentu saja bisa. Tumbuhan dan kemosintetik dicirikan oleh oksidasi karena membutuhkan energi! Namun, autotrof akan mengoksidasi zat-zat yang mereka sintesis sendiri.
2. Mengapa organisme aerobik membutuhkan oksigen? Apa peran oksidasi biologis? Oksigen adalah yang terakhir akseptor elektron yang berasal dari yang lebih tinggi tingkat energi zat yang dapat teroksidasi. Selama proses ini elektron melepaskan sejumlah besar energi, dan inilah tepatnya peran oksidasi! Oksidasi adalah hilangnya elektron atau atom hidrogen, reduksi adalah penambahannya.
3. Apa perbedaan antara pembakaran dan oksidasi biologis? Akibat pembakaran, semua energi dilepaskan seluruhnya dalam bentuk panas. Namun dengan oksidasi, segalanya menjadi lebih rumit: hanya 45 persen energi yang juga dilepaskan dalam bentuk panas dan digunakan untuk menjaga suhu normal tubuh. Tapi 55 persen - dalam bentuk energi ATP dan baterai biologis lainnya. Akibatnya, sebagian besar energi masih digunakan untuk mencipta koneksi energi tinggi.
Tahapan metabolisme energi
1. Tahap persiapan dicirikan memecah polimer menjadi monomer(polisakarida diubah menjadi glukosa, protein menjadi asam amino), lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Pada tahap ini, sebagian energi dilepaskan dalam bentuk panas. Prosesnya terjadi di dalam sel lisosom, pada tingkat organisme - masuk sistem pencernaan. Inilah sebabnya mengapa begitu proses pencernaan dimulai, suhu tubuh meningkat.
2. Glikolisis, atau tahap bebas oksigen- terjadi oksidasi glukosa yang tidak sempurna.
3. Tahap oksigen- pemecahan akhir glukosa.
Glikolisis
1. Glikolisis masuk ke dalam sitoplasma. Glukosa C 6 H 12 TENTANG 6 terurai menjadi PVA (asam piruvat) C 3 H 4 TENTANG 3 - menjadi dua molekul PVC tiga karbon. Ada 9 enzim berbeda yang terlibat di sini.
1) Pada saat yang sama, dua molekul PVK memiliki 4 atom hidrogen lebih sedikit daripada glukosa C 6 H 12 O 6, C 3 H 4 O 3 - PVK (2 molekul - C 6 H 8 O 6).
2) Kemana perginya 4 atom hidrogen? Karena 2 atom 2 atom NAD+ direduksi menjadi dua NADH. Karena 2 atom hidrogen lainnya, PVK dapat berubah menjadi asam laktatC 3 H 6 TENTANG 3 .
3) Dan karena energi elektron yang ditransfer dari glukosa tingkat energi tinggi ke tingkat NAD+ yang lebih rendah, mereka disintesis 2 molekul ATP dari ADP dan asam fosfat.
4) Sebagian energi terbuang dalam bentuk panas.
2. Jika tidak ada oksigen di dalam sel, atau oksigennya sedikit, maka 2 molekul PVK direduksi oleh dua NADH menjadi asam laktat: 2C 3 H 4 O 3 + 2NADH + 2H+ = 2C 3 H 6 O 3 (asam laktat) + 2NAD+. Kehadiran asam laktat menyebabkan nyeri otot saat berolahraga dan kekurangan oksigen. Setelah beban aktif, asam dikirim ke hati, di mana hidrogen dipecah darinya, sehingga kembali berubah menjadi PVC. PVC ini dapat masuk ke mitokondria untuk pemecahan total dan pembentukan ATP. Bagian dari ATP juga digunakan untuk mengubah sebagian besar PVC kembali menjadi glukosa dengan membalikkan glikolisis. Glukosa akan masuk ke otot di dalam darah dan disimpan sebagai glikogen.
3. Akibatnya oksidasi glukosa secara anoksik total tercipta 2 molekul ATP.
4. Jika sel sudah ada, atau mulai memasukinya oksigen, PVK tidak lagi dapat direduksi menjadi asam laktat, tetapi dikirim ke mitokondria, di mana ia sepenuhnya oksidasi menjadi CHAI 2 DanH 2 TENTANG.
Fermentasi
1. Fermentasi adalah pemecahan metabolisme anaerobik (bebas oksigen) dari molekul berbagai nutrisi, seperti glukosa.
2. Fermentasi alkohol, asam laktat, asam butirat, asam asetat terjadi dalam kondisi anaerobik di sitoplasma. Pada dasarnya, sebagai suatu proses, fermentasi berhubungan dengan glikolisis.
3. Fermentasi alkohol khusus untuk ragi, beberapa jamur, tumbuhan, bakteri, yang beralih ke fermentasi dalam kondisi bebas oksigen.
4. Untuk mengatasi masalah, penting untuk mengetahui bahwa dalam setiap kasus, selama fermentasi, glukosa dilepaskan 2 ATP, alkohol, atau asam- minyak, cuka, susu. Selama fermentasi alkohol (dan asam butirat), tidak hanya alkohol dan ATP, tetapi juga karbon dioksida dilepaskan dari glukosa.
Tahap oksigen dalam metabolisme energi mencakup dua tahap.
1. Siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs).
2. Fosforilasi oksidatif.
Pertukaran energi (katabolisme, disimilasi) - serangkaian reaksi pemecahan zat organik, disertai dengan pelepasan energi. Energi yang dilepaskan selama pemecahan zat organik tidak segera digunakan oleh sel, tetapi disimpan dalam bentuk ATP dan senyawa berenergi tinggi lainnya. ATP adalah sumber energi sel universal. Sintesis ATP terjadi di sel semua organisme melalui proses fosforilasi - penambahan fosfat anorganik ke ADP.
kamu aerobik organisme (hidup di lingkungan oksigen) membedakan tiga tahap metabolisme energi: persiapan, oksidasi bebas oksigen dan oksidasi oksigen; pada anaerobik organisme (hidup di lingkungan bebas oksigen) dan aerobik dengan kekurangan oksigen - dua tahap: persiapan, oksidasi bebas oksigen.
Tahap persiapan
Ini terdiri dari pemecahan enzimatik zat organik kompleks menjadi sederhana: molekul protein- menjadi asam amino, lemak - menjadi gliserol dan asam karboksilat, karbohidrat - menjadi glukosa, asam nukleat - menjadi nukleotida. Pemecahan senyawa organik dengan berat molekul tinggi dilakukan baik oleh enzim saluran pencernaan atau oleh enzim lisosom. Semua energi yang dilepaskan dalam hal ini hilang dalam bentuk panas. Yang dihasilkan kecil molekul organik dapat digunakan sebagai" bahan bangunan» atau mungkin mengalami degradasi lebih lanjut.
Oksidasi anoksik, atau glikolisis
Tahap ini terdiri dari pemecahan lebih lanjut zat organik yang terbentuk pada tahap persiapan, terjadi di sitoplasma sel dan tidak memerlukan adanya oksigen. Sumber energi utama dalam sel adalah glukosa. Proses pemecahan glukosa yang tidak lengkap tanpa oksigen - glikolisis.
Hilangnya elektron disebut oksidasi, perolehan disebut reduksi, sedangkan donor elektron teroksidasi dan akseptor tereduksi.
Perlu dicatat bahwa oksidasi biologis dalam sel dapat terjadi dengan partisipasi oksigen:
A + O 2 → AO 2,
dan tanpa partisipasinya, karena perpindahan atom hidrogen dari satu zat ke zat lain. Misalnya zat “A” teroksidasi karena zat “B”:
SEBUAH 2 + B → A + VN 2
atau karena transfer elektron, misalnya besi divalen teroksidasi menjadi besi:
Fe 2+ → Fe 3+ + e - .
Glikolisis adalah proses multi-tahap kompleks yang mencakup sepuluh reaksi. Selama proses ini, glukosa didehidrogenasi, dan koenzim NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide) berfungsi sebagai akseptor hidrogen. Sebagai hasil dari rantai reaksi enzimatik, glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat (PVA), dengan total 2 molekul ATP dan bentuk tereduksi dari pembawa hidrogen NADH 2 terbentuk:
C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.
Nasib selanjutnya PVC bergantung pada keberadaan oksigen di dalam sel. Jika tidak ada oksigen, fermentasi alkohol terjadi pada ragi dan tanaman, di mana asetaldehida pertama kali terbentuk, dan kemudian etil alkohol:
- C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 COH,
- CH 3 ANAK + NADH 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.
Pada hewan dan beberapa bakteri, ketika kekurangan oksigen, terjadi fermentasi asam laktat dengan pembentukan asam laktat:
C 3 H 4 O 3 + NADH 2 → C 3 H 6 O 3 + NAD +.
Sebagai hasil glikolisis satu molekul glukosa, 200 kJ dilepaskan, dimana 120 kJ dihamburkan sebagai panas, dan 80% disimpan dalam ikatan ATP.
Oksidasi oksigen, atau respirasi
Ini terdiri dari pemecahan lengkap asam piruvat, terjadi di mitokondria dan dengan adanya oksigen.
Asam piruvat diangkut ke mitokondria (struktur dan fungsi mitokondria - kuliah No. 7). Di sini, dehidrogenasi (penghilangan hidrogen) dan dekarboksilasi (penghilangan karbon dioksida) PVC terjadi dengan pembentukan gugus asetil dua karbon, yang memasuki siklus reaksi yang disebut reaksi siklus Krebs. Oksidasi lebih lanjut terjadi, terkait dengan dehidrogenasi dan dekarboksilasi. Akibatnya, untuk setiap molekul PVC yang dihancurkan, tiga molekul CO2 dikeluarkan dari mitokondria; Lima pasang atom hidrogen terbentuk terkait dengan pembawa (4NAD·H 2, FAD·H 2), serta satu molekul ATP.
Reaksi keseluruhan glikolisis dan penghancuran PVC di mitokondria menjadi hidrogen dan karbon dioksida adalah sebagai berikut:
C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O → 6 CO 2 + 4 ATP + 12 H 2.
Dua molekul ATP terbentuk sebagai hasil glikolisis, dua - dalam siklus Krebs; dua pasang atom hidrogen (2NADH2) terbentuk sebagai hasil glikolisis, sepuluh pasang - dalam siklus Krebs.
Langkah terakhir adalah oksidasi pasangan atom hidrogen dengan partisipasi oksigen menjadi air dengan fosforilasi simultan ADP menjadi ATP. Hidrogen ditransfer ke tiga kompleks enzim besar (flavoprotein, koenzim Q, sitokrom) dari rantai pernapasan yang terletak di membran dalam mitokondria. Elektron diambil dari hidrogen, yang pada akhirnya bergabung dengan oksigen dalam matriks mitokondria:
HAI 2 + e - → HAI 2 - .
Proton dipompa ke ruang antar membran mitokondria, ke dalam “reservoir proton”. Membran bagian dalam kedap terhadap ion hidrogen; di satu sisi ia bermuatan negatif (karena O 2 -), di sisi lain - positif (karena H +). Ketika beda potensial melintasi membran bagian dalam mencapai 200 mV, proton melewati saluran enzim ATP sintetase, ATP terbentuk, dan sitokrom oksidase mengkatalisis reduksi oksigen menjadi air. Jadi, sebagai hasil oksidasi dua belas pasang atom hidrogen, terbentuk 34 molekul ATP.
Topik pelajaran : Bentuk kehidupan non-seluler.Guru :
Sekolah:
Daerah:
Barang: biologi
Kelas: 10
Jenis pelajaran: Pembelajarannya berupa role-playing game dengan menggunakan ICT.
Tujuan pelajaran:
Memperdalam pengetahuan siswa tentang bentuk kehidupan non seluler;
dan infeksi virus AIDS.
Tujuan pelajaran:
Memberikan kesempatan kepada siswa untuk bersatu sesuai minatnya, menjamin beragamnya kegiatan peran; memperluas kemampuan untuk bekerja dengan literatur tambahan dan materi Internet; menumbuhkan rasa kolektivisme; pembentukan kompetensi supra mata pelajaran.
Waktu: 1 jam
Telepon: 72-1-16
Peralatan: komputer, proyektor, layar, bahan ajar.
Tahap persiapan:
Seminggu sebelum pelajaran, kelompok peran “ahli biologi”, “sejarawan”, dan “spesialis penyakit menular” dibentuk dari siswa kelas dan diminta untuk menemukan materi yang relevan tentang bentuk kehidupan non-seluler untuk laporan kelompok. Guru menawarkan mereka literatur dan alat internet yang diperlukan.
Selama kelas:
Pengorganisasian waktu(1 menit)
Memeriksa tugas kerja - pekerjaan yang diuji multi-level
Tes No.1
1) Glikolisis adalah proses penguraianSAYA :
A) protein menjadi asam amino;
B) lipid ke lebih tinggi asam karboksilat dan gliserin;
2) Fermentasi adalah suatu proses:
A) Pemecahan zat organik dalam kondisi anaerobik;
B) Oksidasi glukosa;
B) sintesis ATP di mitokondria;
D) Konversi glukosa menjadi glikogen.
3) Asimilasi adalah:
A) Pembentukan zat dengan menggunakan energi;
B) Pemecahan zat dengan pelepasan energi.
4) Susunlah tahapan metabolisme energi karbohidrat secara berurutan:
A - respirasi seluler;
B- glikolisis;
B-persiapan.
5) Apa itu fosforilasi ?
A) pembentukan ATP;
B) Pembentukan molekul asam laktat;
B) Pemecahan molekul asam laktat.
Tes No.2
1) Di mana tahap pertama dan kedua penguraian senyawa bermolekul tinggi terjadi: A) sitoplasma; B) mitokondria: C) lisosom D) Kompleks Golgi.
2) Di dalam sel organisme manakah terjadi fermentasi alkohol?:
A) hewan dan tumbuhan; B) tumbuhan dan jamur.
3)Efek energik dari glikolisis adalah pembentukan
2 molekul:
A) asam laktat; B) asam piruvat; B)ATP;
D) etil alkohol.
4) Mengapa disimilasi disebut pertukaran energi?
A) energi diserap; B) Energi dilepaskan.
5) Apa saja yang termasuk dalam ribosom?
A)DNA; B) lipid;C) RNA; D) protein.
Tes No.3
1) Apa perbedaan metabolisme energi pada aerob dan anaerob?
A) - kurangnya tahap persiapan; B) tidak adanya pembelahan bebas oksigen, c) tidak adanya tahap seluler.
2) Tahap metabolisme energi manakah yang terjadi di mitokondria?
A- persiapan B- glikolisis; respirasi sel B
3) apa bahan organik jarang digunakan untuk memperoleh energi di dalam sel:
A-protein; lemak B;
4) Di organel sel manakah terjadi penguraian zat organik:
A-ribosom B-lisosom; B-nukleus.
5) Dari manakah energi untuk sintesis ATP dari ADP berasal?
A) - dalam proses asimilasi; B) - dalam proses disimilasi.
Kontrol diri. Geser nomor 2
Memperbarui pengetahuan.
Apa yang kita ketahui tentang bentuk kehidupan di bumi?
Apa yang kita ketahui tentang bentuk kehidupan non-seluler?
Mengapa kita membutuhkan pengetahuan ini?
4. Pemaparan rencana kerja dan tujuan.
Nomor Geser. 3,4
5. Operasional dan eksekutif.
Pekerjaan kelompok primer
a) Pidato oleh gr. "sejarawan" dengan informasi tentang penemuan tersebut
virus. Geser nomor 5
b) Pidato kelompok “ahli biologi” dengan informasi tentang struktur partikel virus, tentang pembelahan virus menjadi RNA dan mengandung DNA, tentang struktur bakteriofag.Slide No.6,7,13
c) Guru menjelaskan cara virus berkembang biak, siswa bekerja dengan buku catatan. Geser nomor 11
d) Pidato oleh gr. “penyakit menular” dengan laporan mengenai penyakit menular pada manusia, hewan, dan tumbuhan yang disebabkan oleh virus. Slide No.8,9,10
e) cerita guru tentang bahaya tertular virus AIDS. Geser nomor 12,14
Pekerjaan kelompok sekunder
Orang-orang membentuk kelompok dengan komposisi baru. Dan setiap kelompok
mencari jawaban atas pertanyaan atau tugas bermasalah yang diajukan kepadanya. Misalnya: Temukan perbedaan antara virus dan benda mati? Temukan perbedaan antara virus dan makhluk hidup?
Untuk tujuan apa antibiotik diresepkan untuk penyakit virus?
6. Reflektif-evaluatif.
Mengecek hasil kerja kelompok; Slide No.15
Melaksanakan tes;
periksa dirimu sendiri
1 Virus bakteri ____________
2 Enzim reversetase terdapat pada virus ________
3 Amplop virus ______________
4 Bentuk virus yang hidup bebas _____________
5 Kuantitas asam nukleat dalam sel virus _
6 Virus yang organismenya belum dideskripsikan __________
7 Penyakit virus____________
Saling mengontrol.
7. Menyimpulkan pelajaran
8.Kreatif pekerjaan rumah
- membuat teka-teki silang;
Menyusun cluster tentang topik ini.
Sumber informasi
N. V. Chebyshev Biology, buku referensi terbaru M-2007.
http //schols .keldysh .ru /scyooll 11413/bio /viltgzh /str 2.htm
1. Apa sifat kimia ATP?
Menjawab. Adenosin trifosfat (ATP) adalah nukleotida yang terdiri dari basa purin adenin, monosakarida ribosa dan 3 residu asam fosfat. Di semua organisme hidup, ia bertindak sebagai baterai universal dan pembawa energi. Di bawah aksi enzim khusus, gugus fosfat terminal dibelah, melepaskan energi yang digunakan untuk kontraksi otot, sintetik, dan proses vital lainnya.
2. Ikatan kimia apa yang disebut makroergik?
Menjawab. Ikatan antara residu asam fosfat disebut makroergik, karena jika diputus, sejumlah besar energi (empat kali lebih banyak dibandingkan saat memutus ikatan kimia lainnya).
3. Sel manakah yang memiliki ATP paling banyak?
Menjawab. Kandungan ATP tertinggi terdapat pada sel yang pengeluaran energinya tinggi. Ini adalah sel hati dan otot lurik.
Pertanyaan setelah §22
1. Di dalam sel organisme manakah terjadi fermentasi alkohol?
Menjawab. Di sebagian besar sel tumbuhan, serta di sel beberapa jamur (misalnya ragi), alih-alih glikolisis, fermentasi alkohol terjadi: molekul glukosa dalam kondisi anaerobik diubah menjadi etil alkohol dan CO2:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O.
2. Dari mana asal energi untuk sintesis ATP dari ADP?
Menjawab. Sintesis ATP terjadi pada tahap berikut. Pada tahap glikolisis, molekul glukosa yang mengandung enam atom karbon (C6H12O6) dipecah menjadi dua molekul asam piruvat tiga karbon, atau PVA (C3H4O3). Reaksi glikolisis dikatalisis oleh banyak enzim dan terjadi di sitoplasma sel. Selama glikolisis, pemecahan 1 M glukosa melepaskan 200 kJ energi, namun 60% energinya hilang sebagai panas. Sisa 40% energinya cukup untuk mensintesis dua molekul ATP dari dua molekul ADP.
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O
Dalam organisme aerobik, setelah glikolisis (atau fermentasi alkohol), tahap akhir metabolisme energi terjadi - pemecahan oksigen lengkap, atau respirasi sel. Selama tahap ketiga ini, zat organik yang terbentuk selama tahap kedua selama dekomposisi bebas oksigen dan mengandung cadangan energi kimia yang besar dioksidasi menjadi produk akhir CO2 dan H2O. Proses ini, seperti glikolisis, bersifat multi-tahap, tetapi tidak terjadi di sitoplasma, tetapi di mitokondria. Sebagai hasil respirasi sel, pemecahan dua molekul asam laktat menghasilkan 36 molekul ATP:
2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 → 6CO2 + 42H2O + 36ATP.
Dengan demikian, total metabolisme energi sel jika terjadi pemecahan glukosa dapat direpresentasikan sebagai berikut:
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38H3PO4 → 6CO2 + 44H2O + 38ATP.
3. Tahapan apa saja yang dibedakan dalam metabolisme energi?
Menjawab. Tahap I, persiapan
Kompleks senyawa organik Mereka terurai menjadi sederhana di bawah pengaruh enzim pencernaan, hanya melepaskan energi panas.
Protein → asam amino
Lemak → gliserol dan asam lemak
Pati → glukosa
Tahap II, glikolisis (bebas oksigen)
Ini terjadi di sitoplasma dan tidak berhubungan dengan membran. Ini melibatkan enzim; Glukosa dipecah. 60% energinya hilang sebagai panas, dan 40% digunakan untuk sintesis ATP. Oksigen tidak terlibat.
Tahap III, respirasi seluler (oksigen)
Ini dilakukan di mitokondria dan berhubungan dengan matriks mitokondria dan membran bagian dalam. Ini melibatkan enzim dan oksigen. Asam laktat dipecah. CO2 dilepaskan dari mitokondria ke lingkungan. Atom hidrogen termasuk dalam rantai reaksi, yang hasil akhirnya adalah sintesis ATP.
Menjawab. Semua manifestasi kehidupan aerobik memerlukan pengeluaran energi, yang pengisiannya terjadi melalui respirasi sel - suatu proses kompleks yang melibatkan banyak sistem enzim.
Sementara itu, ini dapat direpresentasikan sebagai serangkaian reaksi oksidasi-reduksi yang berurutan, di mana elektron dilepaskan dari molekul nutrisi apa pun dan ditransfer terlebih dahulu ke akseptor primer, kemudian ke akseptor sekunder, dan kemudian ke akseptor terakhir. Dalam hal ini, energi aliran elektron terakumulasi dalam energi tinggi ikatan kimia(terutama ikatan fosfat dari sumber energi universal - ATP). Bagi sebagian besar organisme, akseptor elektron terakhir adalah oksigen, yang bereaksi dengan elektron dan ion hidrogen membentuk molekul air. Hanya bakteri anaerob yang dapat bertahan hidup tanpa oksigen dan memenuhi kebutuhan energinya melalui fermentasi. Anaerob mencakup banyak bakteri, ciliate bersilia, beberapa cacing dan beberapa jenis moluska. Organisme ini menggunakan etil atau butil alkohol, gliserol, dll. sebagai akseptor elektron terakhir.
Keuntungan oksigen, yaitu jenis metabolisme energi aerobik dibandingkan anaerobik, jelas: jumlah energi yang dilepaskan selama oksidasi suatu nutrisi dengan oksigen beberapa kali lebih tinggi dibandingkan selama oksidasi, misalnya dengan asam piruvat (terjadi pada jenis fermentasi yang umum seperti glikolisis). Jadi, karena kapasitas oksidatif oksigen yang tinggi, aerob menggunakan energi yang dikonsumsi dengan lebih efisien. nutrisi daripada anaerob. Namun, organisme aerobik hanya dapat hidup di lingkungan yang mengandung oksigen molekuler bebas. Kalau tidak, mereka akan mati.
