Обмен веществ и превращение энергии (метаболизм): пластический и энергетический обмен, фотосинтез, хемосинтез, дыхание
Метаболизм — это совокупность всех химических реакций клетки: пластический обмен собирает сложные молекулы с затратой энергии, а энергетический расщепляет их и запасает энергию в АТФ. На ЕГЭ тема нужна в задании 5 (узнать структуру на рисунке, 1 балл) и в задании 6 по тому же рисунку (2 балла), а также в заданиях 2, 7, 22, 23 и 27.
Метаболизм — это два встречных потока клетки: пластический обмен строит молекулы и тратит энергию, энергетический — разбирает молекулы и энергию добывает. Фотосинтез и хемосинтез создают органику из неорганики, дыхание её окисляет. На ЕГЭ она встречается от рисунка в заданиях 5–6 до задачи 27, и в ней больше всего числовых ловушек: сколько АТФ, где именно идёт реакция и что с чем нельзя путать.
Что такое метаболизм и из каких процессов он состоит?
Обмен веществ в клетке — это не одно действие, а два противоположных, идущих одновременно. Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) собирает сложные молекулы из простых: аминокислоты соединяются в белки, глюкоза — в крахмал, нуклеотиды — в ДНК. Сборка требует энергии, поэтому пластический обмен эту энергию тратит.
Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) действует наоборот: сложные органические молекулы разбираются на простые, а высвободившаяся энергия запасается в удобной форме — в молекулах АТФ. Дыхание — это и есть основной путь энергетического обмена в клетке.
Фотосинтез и хемосинтез — частные случаи пластического обмена: оба строят органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды), но добывают энергию для этой стройки по-разному. Фотосинтез берёт энергию света, хемосинтез — энергию химических реакций окисления. Биосинтез белка на матрице РНК — тоже пластический обмен, но его механизм разобран отдельно, здесь важно только то, что он тоже требует затрат АТФ.
Заметь главную связку темы: то, что для клетки — пластический обмен (растение строит глюкозу при фотосинтезе), для дыхания той же клетки становится сырьём энергетического обмена. Два процесса не изолированы, а питают друг друга. И тот и другой идут только при участии ферментов: каждая реакция метаболизма ускоряется своим белком-катализатором.
Кто как питается: автотрофы и гетеротрофы
По способу получения органических веществ организмы делят на две группы. Автотрофы сами синтезируют органику из неорганических веществ. Среди них фототрофы используют энергию света (растения, водоросли, цианобактерии), а хемотрофы — энергию окисления неорганических соединений (нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии). Гетеротрофы получают готовые органические вещества с пищей: животные, грибы, большинство бактерий.
Запомни ловушку заданий на выбор трёх верных ответов (задание 7): грибы — гетеротрофы, хотя внешне похожи на растения, а цианобактерии — фотосинтезирующие автотрофы, хотя это бактерии.
Значение фотосинтеза для биосферы: он создаёт органические вещества, которыми питаются гетеротрофы, пополняет атмосферу кислородом и выводит из неё углекислый газ. Из атмосферного кислорода образуется озоновый слой, задерживающий жёсткое ультрафиолетовое излучение.
Какие этапы у энергетического обмена и сколько они дают АТФ?
Полное окисление глюкозы в клетке идёт в три последовательных этапа, и у каждого своя локализация и свой выход энергии.
Подготовительный этап проходит в пищеварительном тракте, а внутри клеток — в лизосомах (их гидролитические ферменты расщепляют полимеры): крупные молекулы (белки, жиры, полисахариды) распадаются на простые — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, глюкозу. Энергия здесь выделяется в виде тепла, в АТФ почти не запасается.
Бескислородный этап (гликолиз) идёт в цитоплазме, без участия кислорода. Одна молекула глюкозы (6 атомов углерода) расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (пирувата, по 3 атома углерода). Чистый выход — 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.
Кислородный этап идёт в митохондрии и требует кислорода. Пируват поступает в митохондрию и превращается в ацетил-КоА, а тот окисляется в цикле Кребса — в матриксе митохондрии. Образовавшиеся переносчики передают электроны в электрон-транспортную цепь на кристах — складках внутренней мембраны. На электронной фотографии ниже кристы видны как тёмные извилистые перегородки внутри органоида.
На кристах же работает окислительное фосфорилирование: основная масса АТФ синтезируется за счёт энергии, которая выделяется при переносе электронов на кислород. Весь кислородный этап (цикл Кребса вместе с окислительным фосфорилированием) даёт 36 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы.
Складываем: 2 АТФ (гликолиз) + 36 АТФ (кислородный этап) = 38 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы. Это школьная конвенция ЕГЭ для полного окисления. В разных пособиях и сборниках встречаются и 36, и 38, поэтому держи в голове раскладку: 2 — гликолиз, 36 — кислородный этап, 38 — всего. Если задание спрашивает про итог всего окисления глюкозы, отвечай 38.
Конечные продукты полного окисления — углекислый газ и вода, они выводятся из клетки. Если кислорода нет, кислородный этап не идёт, и клетка довольствуется брожением. Сравни два пути по четырём признакам: брожение идёт в цитоплазме, без O₂, заканчивается этанолом и CO₂ (дрожжи) или молочной кислотой (мышца при нехватке кислорода) и даёт 2 АТФ; дыхание продолжается в митохондриях, требует O₂, заканчивается CO₂ и H₂O и даёт 38 АТФ.
Автор: Louisa Howard, общественное достояние, источник: Wikimedia Commons, изменения: кадрировано: убрана нижняя служебная полоса с масштабом и номером снимка
Как идут световая и темновая фазы фотосинтеза?
Фотосинтез — создание органических веществ из углекислого газа и воды за счёт энергии света; идёт в хлоропластах и делится на две связанные, но пространственно разные фазы.
Световая (светозависимая) фаза идёт на мембранах тилакоидов — плоских мешочков, собранных в стопки (граны) внутри хлоропласта. Здесь свет поглощают пигменты (в основном хлорофилл), и происходит фотолиз воды: молекула воды расщепляется на кислород, протоны и электроны. Именно фотолиз воды — источник того самого O₂, который растение выделяет в атмосферу; углекислый газ на этом этапе ещё не участвует. Энергия света запускает синтез АТФ и восстановление переносчика НАДФ до НАДФ·Н — оба продукта нужны следующей фазе.
Темновая (светонезависимая) фаза, цикл Кальвина идёт в строме хлоропласта — жидком содержимом вокруг тилакоидов. Название «темновая» не означает, что она требует темноты: она просто не использует свет напрямую, а работает на АТФ и НАДФ·Н, произведённых на свету. Здесь идёт фиксация CO₂: углекислый газ присоединяется к пятиуглеродному акцептору, и через цепь реакций цикла образуется глюкоза.
Связь фаз односторонняя и обязательная: без продуктов световой фазы (АТФ, НАДФ·Н) цикл Кальвина быстро остановится, даже если углекислого газа в избытке. Это и есть главный источник дистракторов в заданиях: «фиксация CO₂ идёт в световую фазу» или «фотолиз воды — в темновую» — оба варианта переставляют местами процессы разных фаз.
Суммарное уравнение фотосинтеза: 6CO₂ + 6H₂O + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Обрати внимание: весь выделившийся O₂ (все 12 атомов кислорода в 6 молекулах) происходит из воды, а не из CO₂ — это доказано опытами с водой, меченной изотопом кислорода. Поэтому точнее уравнение пишут так: 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O. Упрощённая запись с 6H₂O только уравнивает атомы, но не показывает, откуда взялся кислород.
В задании 5 хлоропласт узнают по стопкам тилакоидов (гранам) внутри органоида — они хорошо видны на электронной фотографии ниже, — а митохондрию по складкам внутренней мембраны (кристам). В задании 6 те же структуры с рисунка связывают с процессами: в хлоропласте — фотолиз воды и фиксация CO₂, в митохондрии — цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Подробно строение органоидов разобрано в теме о строении клетки.
Автор: and3k and caper437, лицензия CC BY-SA 3.0, источник: Wikimedia Commons
Что такое хемосинтез?
Хемосинтез — тоже создание органических веществ из неорганических (CO₂ и воды), но без участия света: энергию берут из окисления неорганических соединений. В школьном курсе хемосинтез рассматривают у некоторых бактерий — хемосинтезирующих.
Основные группы хемосинтезирующих бактерий и то, что они окисляют: нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и далее до нитратов; серобактерии окисляют сероводород до серы или сульфатов; железобактерии окисляют соединения двухвалентного железа до трёхвалентного. Освободившаяся при этих реакциях окисления энергия запасается в АТФ и идёт на синтез органических веществ — так же, как в фотосинтезе энергия света идёт на цикл Кальвина.
Хемосинтез открыл русский микробиолог С. Н. Виноградский, изучая именно серобактерии и нитрифицирующие бактерии. Для экзамена достаточно фамилии учёного и принципа процесса.
Экологическое значение хемосинтеза выходит за пределы школьной привычной картины «растения кормят всех»: сообщества у глубоководных гидротермальных источников, куда солнечный свет не проникает вовсе, существуют именно за счёт хемосинтезирующих бактерий, а не фотосинтеза.
Как фотосинтез и дыхание связаны и чем принципиально различаются
Проще всего увидеть связь, если сравнить итоговые уравнения. Фотосинтез: 6CO₂ + 6H₂O + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Дыхание (полное окисление глюкозы): C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + энергия (запасённая в АТФ). Это буквально зеркальные процессы: то, что фотосинтез производит, дыхание потребляет, и наоборот.
Различий при этом больше, чем сходства, и именно на них строят задания на сопоставление. Фотосинтез идёт только на свету: у растений и водорослей — в хлоропластах, у фотосинтезирующих бактерий (например, цианобактерий) — на внутренних мембранах клетки, хлоропластов у них нет. Дыхание идёт постоянно, днём и ночью, во всех живых клетках растения и в большинстве клеток других аэробных организмов. Фотосинтез запасает энергию в связях органических молекул; дыхание эту энергию высвобождает и переводит в удобную для использования форму — АТФ.
Важная тонкость для растительной клетки: она и фотосинтезирует, и дышит одновременно. Днём на свету фотосинтез обычно идёт активнее дыхания, поэтому суммарно клетка выделяет кислород в окружающую среду; ночью, без света, работает только дыхание, и клетка кислород поглощает. Ни один из двух процессов не «выключает» другой.
Таблица признаков для заданий 6 и 7
В задании 6 на рисунке (том же, что в задании 5) цифрами обозначены две-три структуры, например митохондрия и хлоропласт, и шесть характеристик (А–Е) нужно отнести к ним. Характеристики часто описывают процессы, которые идут в этих структурах, поэтому держи под рукой пары признаков — они же помогают отсеивать дистракторы в задании 7.
Гликолиз или кислородный этап. Гликолиз: цитоплазма, без O₂, исходное вещество — глюкоза, продукт — 2 ПВК, 2 АТФ. Кислородный этап: митохондрия (матрикс и кристы), нужен O₂, исходное вещество — ПВК, продукты — CO₂ и H₂O, 36 АТФ.
Световая или темновая фаза. Световая: мембраны тилакоидов, нужен свет, фотолиз воды, синтез АТФ, восстановление НАДФ, выделяется O₂. Темновая: строма хлоропласта, свет напрямую не нужен, фиксация CO₂ в цикле Кальвина, образуется глюкоза.
Митохондрия или хлоропласт. Митохондрия: кристы и матрикс, кислородный этап дыхания, поглощает O₂, выделяет CO₂. Хлоропласт: тилакоиды (граны) и строма, фотосинтез, поглощает CO₂, выделяет O₂.
Обмен белков и жиров: те же принципы, другое сырьё
Пластический и энергетический обмен работают не только с углеводами. Белковый обмен: пластически клетка собирает свои белки из 20 аминокислот по матрице иРНК (механизм трансляции разобран в теме о биосинтезе белка). Энергетически белки расщепляются до аминокислот в последнюю очередь, когда другие резервы истощены: прежде всего белки выполняют структурную и ферментативную функции.
Жировой (липидный) обмен: пластически жиры синтезируются из глицерина и жирных кислот и идут на построение мембран и запасание энергии; энергетически при расщеплении жиров высвобождается заметно больше энергии на единицу массы, чем при расщеплении углеводов или белков, поэтому жир — самый энергоёмкий резерв клетки и организма.
Отсюда порядок расходования резервов при длительном голодании. Сначала идёт легкодоступный гликоген печени и мышц. Затем — жир, самый энергоёмкий резерв. Белки — в последнюю очередь, потому что их разрушение нарушает работу органов.
Этапы энергетического обмена
| Этап | Где идёт | Что происходит | Выход АТФ |
|---|---|---|---|
| Подготовительный | пищеварительный тракт, в клетках — лизосомы | полимеры распадаются на аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, глюкозу | энергия выделяется теплом, в АТФ почти не запасается |
| Бескислородный (гликолиз) | цитоплазма, без O₂ | глюкоза расщепляется до двух молекул ПВК | 2 АТФ |
| Кислородный | митохондрия: цикл Кребса в матриксе, окислительное фосфорилирование на кристах; нужен O₂ | ПВК окисляется до CO₂ и H₂O | 36 АТФ |
| Брожение (вместо кислородного этапа) | цитоплазма, без O₂ | образуются этанол и CO₂ (дрожжи) или молочная кислота (мышца) | 2 АТФ |
Световая и темновая фазы фотосинтеза
| Признак | Световая фаза | Темновая фаза |
|---|---|---|
| Где идёт | мембраны тилакоидов (граны) | строма хлоропласта |
| Нужен ли свет | да, свет поглощает хлорофилл | напрямую нет: работает на АТФ и НАДФ·Н световой фазы |
| Что происходит | фотолиз воды, синтез АТФ, восстановление НАДФ до НАДФ·Н | фиксация CO₂ в цикле Кальвина |
| Что образуется | O₂ (из воды), АТФ, НАДФ·Н | глюкоза |
Разбор: расчёт АТФ (шаг к задаче 27)
Разбор: соответствие характеристик структурам на рисунке (задание 6)
Разбор: задача на энергетический обмен (формат задания 27, 3 балла)
Разбор: три верных ответа про митохондрию (задание 7)
Разбор: три верных ответа про световую фазу (задание 7)
Разбор: прогноз двух величин (задание 2)
Разбор: эксперимент с фотосинтезом (формат задания 22, методология)
Как решать «выберите три верных ответа из шести» по метаболизму
- 1Определи, о каком процессе спрашивают. Подготовительный этап в клетке — лизосомы; гликолиз — цитоплазма; цикл Кребса и окислительное фосфорилирование — митохондрия; световая фаза — тилакоиды; темновая фаза (цикл Кальвина) — строма хлоропласта.
- 2Найди среди вариантов процессы из соседней темы. Дистракторы почти всегда берут из смежного процесса: в вопрос про дыхание подмешивают фотолиз воды, в вопрос про световую фазу — фиксацию CO₂ или цикл Кребса. Такие варианты убирай в первую очередь.
- 3Проверь локализацию, а не только название процесса. Если процесс назван верно, но место указано неверно (например, «цикл Кребса на мембране тилакоида»), это тоже неверный вариант — читай условие полностью.
- 4Сосчитай, что осталось. Должно остаться ровно три варианта. Если осталось больше или меньше — вернись и проверь, не пропустил ли дистрактор из соседнего процесса.
Проверь себя
Вопросы ровно по тем местам, где на ЕГЭ теряют балл. Отвечай, не подглядывая в текст выше.
1.Сколько молекул АТФ образуется суммарно при полном окислении одной молекулы глюкозы (гликолиз + кислородный этап)?
Гликолиз в цитоплазме даёт 2 АТФ, кислородный этап в митохондрии — 36 АТФ. Полный итог по школьной конвенции ЕГЭ: 2 + 36 = 38 АТФ. 36 — выход кислородного этапа, если его не сложить с гликолизом, получится неполный ответ.
2.Из чего образуется кислород, выделяемый в световую фазу фотосинтеза?
Кислород выделяется при фотолизе воды на мембранах тилакоидов. Углекислый газ на этом этапе фотосинтеза ещё не задействован — он вступает в реакцию только в темновой фазе, в цикле Кальвина.
3.Где именно в клетке идёт цикл Кребса?
Цикл Кребса идёт в матриксе митохондрии. На кристах (складках внутренней мембраны) происходит следующий шаг — перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование.
4.Какой процесс относится к темновой фазе (циклу Кальвина), а не к световой?
Фиксация CO₂ и последующий синтез глюкозы идут в строме хлоропласта, в цикле Кальвина, за счёт АТФ и НАДФ·Н, полученных в световой фазе. Остальные три процесса идут на мембранах тилакоидов, в световой фазе.
5.Какие бактерии получают энергию для синтеза органических веществ за счёт окисления сероводорода?
Серобактерии окисляют сероводород до серы или сульфатов и используют выделившуюся энергию для хемосинтеза. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак и нитриты, железобактерии — соединения двухвалентного железа.
Какие ошибки делают в заданиях про обмен веществ?
Путают 36 и 38 АТФ. В пособиях встречаются оба числа. Школьная конвенция ЕГЭ: 36 — выход кислородного этапа в митохондрии, 38 — итог всего окисления глюкозы вместе с гликолизом (2 + 36). Если вопрос про полное окисление глюкозы — отвечай 38.
Помещают фиксацию CO₂ в световую фазу. Фиксация углекислого газа и синтез глюкозы — это цикл Кальвина, темновая фаза, идёт в строме. Световая фаза работает только с водой, светом, АТФ и НАДФ·Н, на мембранах тилакоидов.
Считают, что кислород при фотосинтезе выделяется из CO₂. На самом деле источник O₂ — вода, которая расщепляется при фотолизе в световую фазу. Углекислый газ в фотосинтезе становится источником углерода для глюкозы, а не кислорода.
Путают цикл Кребса и гликолиз по месту протекания. Гликолиз — цитоплазма, без кислорода. Цикл Кребса — матрикс митохондрии, требует кислорода (точнее, требует кислородных условий для работы всей цепи). Смешение этих двух этапов — частый дистрактор в заданиях на соответствие.
Считают, что растение дышит только ночью. Дыхание в растительной клетке идёт постоянно, круглые сутки. Днём на свету одновременно идёт и фотосинтез, который обычно перекрывает дыхание по объёму газообмена, поэтому суммарно клетка выделяет кислород — но сам процесс дыхания при этом не останавливается.
Путают, что расходуется первым при голодании. Правильный порядок: сначала гликоген (углеводы), затем жиры, и только в последнюю очередь — белки. Ответ «сначала белки» или «сначала жиры» не учитывает разницу в доступности и функциональной незаменимости резервов.
Запомни для ЕГЭ
На экзамене
- Задания 5 и 6 идут по одному рисунку: в 5 назови цифру структуры (1 балл), в 6 распредели шесть характеристик между структурами 1–2 (2 балла, одна ошибка — 1 балл). Расчёт АТФ отдельным заданием части 1 не стоит — он нужен внутри задачи 27: умножай число молекул глюкозы на 2 (гликолиз), 36 (кислородный этап) или 38 (всего) — смотря что спрашивают.
- Задание 6 (2 балла, повышенный уровень) идёт по тому же рисунку, что и задание 5: шесть характеристик (А–Е) относишь к структурам, обозначенным на рисунке цифрами, например к митохондрии и хлоропласту. Ответ — шесть цифр в порядке букв, одна неверная позиция — 1 балл. Опирайся на признаки: место процесса, кислород, исходные вещества, продукты, источник энергии для АТФ.
- Задание 7 — выбор трёх верных из шести (2 балла, порядок цифр не важен, одна ошибка — 1 балл). Сортируй варианты по локализации: цитоплазма, лизосомы, митохондрия (матрикс или кристы), хлоропласт (тилакоиды или строма). Правильно названный процесс с неправильным местом — всё равно неверный вариант.
- В задании 5 по рисунку узнают органоид: митохондрию — по кристам, хлоропласт — по стопкам тилакоидов (гранам).
- Задание 2 по этой теме — прогноз по описанному опыту: как изменятся две величины (например, CO₂ под колпаком и образование глюкозы после выключения света). Ответ — две цифры из трёх вариантов (1 — увеличится, 2 — уменьшится, 3 — не изменится), цифры могут повторяться.
- Увидел в вариантах и «фотолиз воды», и «цикл Кребса» одновременно — проверь внимательно, о каком органоиде спрашивает условие: это классический способ смешать фотосинтез и дыхание в одном списке дистракторов.
- В задании 22 методологического типа (гипотеза, независимая и зависимая переменные, контроль) метаболизм может быть темой эксперимента — например, про скорость дыхания или фотосинтеза при разных условиях. Формулируй нулевую гипотезу (предположение, что фактор не влияет на результат) и называй обе переменные явно, а не только описывай, что наблюдали. Не забудь отрицательный контроль и одинаковые остальные условия. В задании 23 по тому же опыту просят объяснить результаты — там нужна биология процесса: фотолиз воды, световая и темновая фазы, дыхание.
- Задание 27 (3 балла, высокий уровень) чаще всего — задача по таблице генетического кода или на число хромосом и ДНК при делении; эти форматы разобраны в темах о биосинтезе белка и о делении клетки. По метаболизму тренируй расчёт вида «в диссимиляцию вступило N молекул глюкозы»: АТФ после гликолиза, после кислородного этапа, всего — и каждое число с пояснением.
Словарь темы
- Метаболизм
- Совокупность всех химических реакций клетки: пластического обмена (сборка молекул, затраты энергии) и энергетического обмена (распад молекул, добыча энергии).
- Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм)
- Синтез сложных органических веществ из простых с затратой энергии: биосинтез белка, фотосинтез, хемосинтез.
- Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм)
- Расщепление сложных органических веществ до простых с высвобождением энергии, которая запасается в АТФ. Основной путь — клеточное дыхание.
- Гликолиз
- Бескислородное расщепление глюкозы до пирувата в цитоплазме клетки; даёт 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.
- Цикл Кребса
- Цепь реакций окисления в матриксе митохондрии, поставляющая переносчики электронов для электрон-транспортной цепи.
- Окислительное фосфорилирование
- Синтез АТФ на кристах митохондрии за счёт энергии, высвобождаемой при переносе электронов по дыхательной цепи на кислород; основной источник АТФ клетки.
- Фотолиз воды
- Расщепление молекулы воды светом в световой фазе фотосинтеза на мембранах тилакоидов; источник выделяемого клеткой кислорода.
- Цикл Кальвина
- Совокупность реакций темновой фазы фотосинтеза в строме хлоропласта: фиксация CO₂ и синтез глюкозы за счёт АТФ и НАДФ·Н, полученных на свету.
- Хемосинтез
- Синтез органических веществ из неорганических за счёт энергии окисления неорганических соединений (аммиака, сероводорода, соединений железа); свойствен некоторым бактериям.
Частые вопросы
Что такое метаболизм?
Метаболизм (обмен веществ) — совокупность всех химических реакций клетки: пластического обмена, при котором сложные молекулы собираются с затратой энергии, и энергетического обмена, при котором молекулы расщепляются, а энергия запасается в АТФ.
Чем пластический обмен отличается от энергетического?
Пластический обмен (ассимиляция) синтезирует сложные вещества из простых и тратит энергию: биосинтез белка, фотосинтез, хемосинтез. Энергетический (диссимиляция) расщепляет сложные вещества до простых и запасает высвободившуюся энергию в АТФ; его основной путь — клеточное дыхание.
Сколько АТФ образуется при полном окислении глюкозы?
В школьном счёте — 38 молекул: 2 АТФ даёт гликолиз в цитоплазме, 36 — кислородный этап в митохондриях. На подготовительном этапе энергия выделяется в виде тепла и в АТФ почти не запасается.
Чем световая фаза фотосинтеза отличается от темновой?
Световая фаза идёт на мембранах тилакоидов: свет поглощает хлорофилл, происходит фотолиз воды, выделяется кислород, образуются АТФ и НАДФ·Н. Темновая фаза идёт в строме хлоропласта: в цикле Кальвина фиксируется CO₂ и синтезируется глюкоза.
Как решать «выберите три верных ответа из шести» по метаболизму?
Шаги такие: 1) определи, о каком процессе спрашивают; 2) найди среди вариантов процессы из соседней темы; 3) проверь локализацию, а не только название процесса; 4) сосчитай, что осталось.
Источники и проверка
4 документа
- Демоверсия, спецификация и кодификатор ЕГЭ 2027 по биологии (архив ФИПИ). ФИПИ, проект 2027 года.
- ФИПИ: демоверсии, спецификации и кодификаторы ЕГЭ 2027. ФИПИ, проект 2027 года.
- Федеральный государственный образовательный стандарт среднего общего образования (приказ Минобрнауки России от 17.05.2012 № 413, в редакции приказа Минпросвещения России от 12.08.2022 № 732) — на него опирается кодификатор ЕГЭ.
- Федеральная образовательная программа среднего общего образования (приказ Минпросвещения России от 18.05.2023 № 371) — на него опирается кодификатор ЕГЭ.
Соответствие кодификатору ЕГЭ 2027 (проект ФИПИ от 28.08.2026, сверено ): 2.4 «Ассимиляция и диссимиляция. Фотосинтез, хемосинтез, брожение, энергетический обмен».
Что сверено по документам
- Тема соответствует коду 2.4 кодификатора ФИПИ по биологии: обмен веществ и превращение энергии (метаболизм), пластический и энергетический обмен, фотосинтез, хемосинтез, дыхание.
- Гликолиз идёт в цитоплазме и даёт 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы; кислородный этап (цикл Кребса в матриксе митохондрии + окислительное фосфорилирование на кристах) даёт 36 АТФ; итог полного окисления глюкозы — 38 АТФ.
- Кислород, выделяемый в световую фазу фотосинтеза, образуется из воды при фотолизе, а не из CO₂; фиксация CO₂ происходит в темновую фазу (цикл Кальвина) в строме хлоропласта.
- В митохондриях эукариотической клетки из процессов энергетического обмена протекают цикл Кребса, перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование; гликолиз и образование пирувата из глюкозы идут в цитоплазме, а не в митохондрии.
- Хемосинтез — синтез органических веществ из неорганических за счёт энергии окисления неорганических соединений; нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак/нитриты, серобактерии — сероводород, железобактерии — соединения двухвалентного железа; открытие принадлежит С. Н. Виноградскому.
- Фотосинтез и дыхание — зеркальные по итоговому уравнению процессы (6CO₂ + 6H₂O + свет → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ при фотосинтезе; C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + энергия при дыхании); растительная клетка дышит непрерывно, а не только в темноте.
- При длительном голодании организм сначала расходует запасы гликогена (углеводов), затем жиры как наиболее энергоёмкий резерв, и только в последнюю очередь — белки, поскольку они выполняют структурную и ферментативную функции.
- Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) — синтез сложных веществ с затратой энергии; энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — распад сложных веществ с высвобождением энергии, запасаемой в АТФ.
- Соответствие характеристик органоидам: цикл Кребса, окисление ПВК с поглощением O₂, основная масса АТФ за счёт окисления органики — митохондрия; хлорофилл, фиксация CO₂ в строме, фотолиз воды — хлоропласт.
- Форматы заданий по документам ФИПИ: 2 — прогноз изменения двух величин (ответ из двух цифр, Б, 2 балла); 3 — расчёт числом (Б, 1; коды 2.2, 2.3, 2.5, 2.6, 7.4 — метаболизм 2.4 в него не входит); 5 — цифра структуры на рисунке (Б, 1); 6 — соответствие характеристик структурам на рисунке задания 5 (П, 2); 7 — выбор трёх из шести (Б, 2); 22 — методология эксперимента: гипотеза, переменные, контроль (П, 3); 23 — выводы по эксперименту (В, 3); 27 — задача (В, 3).
- Иллюстрации: электронные микрофотографии хлоропласта (Anemone sp.) и митохондрий (лёгкое млекопитающего) взяты с Wikimedia Commons под лицензиями CC BY-SA 3.0 и PD (PD-author).
Утверждения сверены со спецификацией и кодификатором ФИПИ, проверено редакцией НейроМиши, обновлено . Как мы готовим материалы.
Закрепи на тренажёре
Прочитал теорию — реши задания по теме. Миша подберёт уровень и разберёт ошибки.
