Biologia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 20.

Kategoria: Oddychanie komórkowe Typ: Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Pozostałe

W tkankach roślin zwykle odbywa się oddychanie tlenowe, w warunkach braku lub niedoboru tlenu występuje też fermentacja mlekowa. Podczas beztlenowego rozkładu 1 mola glukozy do 2 moli pirogronianu, powstają 2 mole NADH oraz 2 mole ATP w procesie fosforylacji substratowej. W tlenowych etapach rozkładu 2 moli pirogronianu wytwarzane są 2 mole ATP w procesie fosforylacji substratowej oraz 8 moli NADH i 2 mole FADH₂. Z utleniania tych cząsteczek NADH i FADH₂ oraz NADH powstałego w czasie glikolizy powstają 32 mole ATP (dane teoretyczne). Ilość energii niezbędna do syntezy 1 mola ATP wynosi 12 kcal. Spalanie 1 mola glukozy w bombie kalorymetrycznej wyzwala 687 kcal energii.

Na podstawie: J. Kopcewicz, Podstawy biologii roślin, Warszawa 2012, s. 193–195.

a)	Porównaj losy NADH powstałego podczas fermentacji mlekowej z losami NADH powstałego podczas tlenowego rozkładu glukozy. W tym celu wypełnij poniższą tabelę.

Rodzaj oddychania	Proces, w którym NADH bierze udział jako substrat	Lokalizacja procesu, w którym NADH bierze udział jako substrat
fermentacja mlekowa
oddychanie tlenowe

b)	Oblicz teoretyczną wydajność energetyczną oddychania tlenowego oraz wydajność energetyczną fermentacji mlekowej dla 1 mola glukozy. Przedstaw swoje obliczenia – wyniki podaj w procentach.

Rozwiązanie

Przykłady poprawnych odpowiedzi

(0-1)

Rodzaj oddychania	Proces, w którym NADH bierze udział jako substrat	Lokalizacja procesu, w którym NADH bierze udział jako substrat
fermentacja mlekowa	redukcja pirogronianu do mleczanu	~~cytoplazma~~ cytozol / cytoplazma podstawowa
oddychanie tlenowe	fosforylacja oksydacyjna (redukcja O₂ do H₂O)	mitochondrium (wewnętrzna błona mitochondrium / grzebienie mitochondrialne)

Uwagi od BiologHelp:
W powyższej odpowiedzi usunięto błąd występujący w oryginalnym kluczu CKE, wynikający ze zmiany podręcznikowego znaczenia określeń "cytoplazma" i "cytozol". W nowszych formułach matur odpowiedź "cytoplazma" nie zostałaby uznana. Cytoplazma to zawartość komórki wraz z organellami (oprócz jądra komórkowego). Innymi słowy cytoplazma to cytozol + organelle komórkowe otaczające jądro komórkowe. Tak podana odpowiedź jak w oryginalnym kluczu nie miałaby sensu w obecnym rozumieniu tego zagadnienia, bo byłaby równoznaczna mniej więcej ze stwierdzeniem, że proces zachodzi gdzieś w komórce. Jako synonimu określenia "cytozol" można użyć również określeń: cytoplazma podstawowa lub hialoplazma.

(0-1)

Wydajność energetyczna oddychania tlenowego:
4 mole ATP z fosforylacji substratowej + 32 mole ATP z fosforylacji oksydacyjnej = 36 moli ATP
36 · 12 kcal = 432 kcal

432 kcal687 kcal · 100% = 62,88% (63%)

Wydajność energetyczna fermentacji mlekowej:
2 · 12 kcal = 24 kcal

24 kcal687 kcal · 100% = 3,49% (3,5%)

Wskazówki

Skoncentruj się na analizie informacji zawartych w tekście, przypomnij sobie zasadnicze różnice w przebiegu oddychania beztlenowego (fermentacji mlekowej) i oddychania tlenowego. W obu rodzajach oddychania powstaje NADH (w fermentacji tylko 2 mole na 1 mol glukozy), przy czym losy tych cząsteczek są odmienne. Zwróć uwagę na zapis w tabeli: proces, w którym NADH bierze udział jako substrat. W przypadku fermentacji NADH jest donorem elektronów i protonu w procesie redukcji związku organicznego powstałego jako produkt glikolizy. Proces ten odbywa się tam, gdzie zachodzi glikoliza. Natomiast w oddychaniu tlenowym NADH bierze udział w procesie prowadzącym do powstania wody, który związany jest z syntezą ATP. Proces ten odbywa się – ogólnie rzecz ujmując – w tym miejscu, w którym komórka przeprowadza wszystkie etapy oddychania tlenowego. Precyzując, odbywa się tam, gdzie zlokalizowany jest molekularny układ transportu elektronów i protonów do tlenu, związany z syntezą ATP.

Aby obliczyć wydajność energetyczną oddychania tlenowego, należy najpierw zsumować mole ATP powstałego w wyniku fosforylacji substratowej i oksydacyjnej, a następnie wyliczyć, ile kilokalorii energii zawiera ta liczba moli ATP. Kolejnym krokiem jest obliczenie, jaki procent stanowi otrzymany wynik w stosunku do 687 kcal (687 kcal = 100%). Analogicznie należy postępować, obliczając wydajność energetyczną fermentacji mlekowej, ale nie można zapomnieć, że w tym przypadku powstają tylko 2 mole ATP w procesie fosforylacji substratowej.