В процессе гликолиза образовалось 40 молекул пировиноградной кислоты. Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении? Дайте развернутое биологическое объяснение своего решения.

Для того чтобы ответить на этот вопрос, давайте разберёмся с процессом гликолиза и последующими этапами окисления глюкозы.

1. Гликолиз и образование пировиноградной кислоты

Гликолиз — это первый этап метаболизма глюкозы, который происходит в цитоплазме клетки. В результате гликолиза одна молекула глюкозы (C₆H₁₂O₆) расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (C₃H₄O₃). Таким образом, из 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пировиноградной кислоты.

2. Вопрос: сколько молекул глюкозы расщепилось?

Поскольку каждая молекула глюкозы даёт 2 молекулы пировиноградной кислоты в ходе гликолиза, если в процессе образования пировиноградной кислоты образовалось 40 молекул пировиноградной кислоты, это означает, что количество молекул глюкозы, которые прошли через гликолиз, равно:

Ответ: 20 молекул глюкозы подверглись расщеплению.

3. Окисление пировиноградной кислоты

После того, как пировиноградная кислота образовалась в ходе гликолиза, она поступает в митохондрии, где подвергается дальнейшему окислению. Каждая молекула пировиноградной кислоты проходит через цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), в ходе которого образуется углекислый газ, вода и энергия в виде НАДН, ФАДН₂ и АТФ.

4. Сколько молекул АТФ образуется при полном окислении?

Каждая молекула глюкозы после гликолиза проходит следующие этапы:

• Гликолиз: из одной молекулы глюкозы образуются 2 молекулы пировиноградной кислоты. В ходе гликолиза образуется 2 молекулы АТФ (прямое фосфорилирование) и 2 молекулы НАДН.

• Окисление пировиноградной кислоты: каждая молекула пировиноградной кислоты превращается в ацетил-КоА, что требует расхода 1 молекулы НАД⁺ и образует 1 молекулу НАДН. Далее ацетил-КоА входит в цикл Кребса.

• Цикл Кребса: в каждом цикле Кребса из 1 молекулы ацетил-КоА образуются 3 молекулы НАДН, 1 молекула ФАДН₂ и 1 молекула АТФ (или ГТП, в зависимости от клетки). Поскольку для каждой молекулы глюкозы образуются 2 молекулы ацетил-КоА, цикл Кребса проходит дважды на одну молекулу глюкозы.

  • Для каждой молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса образуется 1 молекула АТФ, 3 молекулы НАДН и 1 молекула ФАДН₂.
  • Итого на одну молекулу глюкозы (с двумя молекулами ацетил-КоА) в цикле Кребса образуется 2 молекулы АТФ, 6 молекул НАДН и 2 молекулы ФАДН₂.

• Окислительное фосфорилирование: молекулы НАДН и ФАДН₂ переносят электроны в цепь переноса электронов, где происходит синтез АТФ. На каждый НАДН образуется примерно 3 молекулы АТФ, а на каждый ФАДН₂ — примерно 2 молекулы АТФ.

Подсчитаем общие суммы АТФ:

1. Гликолиз: 2 молекулы АТФ.
2. Цикл Кребса: 2 молекулы АТФ.
3. Окислительное фосфорилирование: из 6 молекул НАДН получится 18 молекул АТФ (6 × 3), из 2 молекул ФАДН₂ — 4 молекулы АТФ (2 × 2).

Общее количество молекул АТФ на 1 молекулу глюкозы:

Ответ: При полном окислении 20 молекул глюкозы образуется 520 молекул АТФ (26 молекул АТФ на каждую молекулу глюкозы).

Заключение:

• Из 40 молекул пировиноградной кислоты расщепилось 20 молекул глюкозы.
• При полном окислении этих 20 молекул глюкозы образуется 520 молекул АТФ.