5. Дрожжи расщепили 90 г глюкозы. При этом часть глюкозы подверглась полному окислению, а другая была расщеплена в ходе спиртового брожения. В результате образовалось 61,6 г углекислого газа. Какое максимальное количество молей АТФ могло образоваться при этом в клетках дрожжей? Какая часть глюкозы (%) расщепилась в ходе брожения?

Краткое пояснение:

Эта задача требует расчета количества АТФ, образовавшейся при полном окислении глюкозы и спиртовом брожении, на основе массы образовавшегося углекислого газа. Нужно использовать стехиометрию реакций и молярные массы.

Пошаговое решение:

1. Реакции:
   • Полное окисление (аэробное дыхание): C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ~30-32 АТФ
   • Спиртовое брожение: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + ~2 АТФ
2. Молярная масса CO₂: 12 (C) + 2 * 16 (O) = 44 г/моль.
3. Количество молей CO₂: 61,6 г / 44 г/моль = 1,4 моль.
4. Расчет глюкозы, пошедшей на спиртовое брожение:
   • Из второго уравнения видно, что на образование 2 моль CO₂ расходуется 1 моль глюкозы.
   • Следовательно, на 1,4 моль CO₂ (образующегося при брожении) приходится: (1,4 моль CO₂ / 2 моль CO₂) * 1 моль глюкозы = 0,7 моль глюкозы.
5. Масса глюкозы, пошедшей на спиртовое брожение: Молярная масса глюкозы (C₆H₁₂O₆) = 6*12 + 12*1 + 6*16 = 180 г/моль.
6. Масса = 0,7 моль * 180 г/моль = 126 г.
7. Проверка: Образовалось 1,4 моль CO₂. Из них 2/3 (т.е. 0,93 моль CO₂) должны были образоваться при полном окислении (если 1,4 моль - это результат и брожения, и окисления). Это не соответствует условию. Переосмыслим: 61,6 г CO₂ образовалось ВСЕГО.
8. Предположим, что весь CO₂ образовался при спиртовом брожении:
• Из второго уравнения: 1 моль глюкозы → 2 моль CO₂.
• Значит, 1,4 моль CO₂ → 1,4 / 2 = 0,7 моль глюкозы.
• Масса этой глюкозы: 0,7 моль * 180 г/моль = 126 г.
• Это больше, чем общее количество глюкозы (90 г), что невозможно.
9. Предположим, что весь CO₂ образовался при полном окислении:
• Из первого уравнения: 1 моль глюкозы → 6 моль CO₂.
• Значит, 1,4 моль CO₂ → 1,4 / 6 = 0,233 моль глюкозы.
• Масса этой глюкозы: 0,233 моль * 180 г/моль = 42 г.
• АТФ при полном окислении: 0,233 моль глюкозы * ~30 АТФ/моль = ~7 АТФ.
• Оставшаяся глюкоза для брожения: 90 г - 42 г = 48 г.
• Масса CO₂ при брожении из 48 г глюкозы: (48 г / 180 г/моль) * 2 моль CO₂ = 0,533 моль CO₂.
• Масса CO₂ = 0,533 моль * 44 г/моль = 23,45 г.
• Общая масса CO₂ = 42 г (окисл.) + 23,45 г (брод.) = 65,45 г. Это не 61,6 г.
10. Вернемся к исходным данным: 61,6 г CO₂ — общий выход.
• Пусть 'x' — моли глюкозы, пошедшие на полное окисление.
• Пусть 'y' — моли глюкозы, пошедшие на спиртовое брожение.
• Общее количество глюкозы: x + y = 90 г / 180 г/моль = 0,5 моль.
• Общее количество CO₂: 6x + 2y = 61,6 г / 44 г/моль = 1,4 моль.
11. Решаем систему уравнений:
• 1) x + y = 0,5
• 2) 6x + 2y = 1,4
• Из (1): y = 0,5 - x
• Подставляем во (2): 6x + 2(0,5 - x) = 1,4
• 6x + 1 - 2x = 1,4
• 4x = 0,4
• x = 0,1 моль (глюкозы на полное окисление)
• y = 0,5 - 0,1 = 0,4 моль (глюкозы на спиртовое брожение)
12. Расчет АТФ:
• АТФ от полного окисления: 0,1 моль глюкозы * ~30 АТФ/моль = 3 АТФ.
• АТФ от спиртового брожения: 0,4 моль глюкозы * ~2 АТФ/моль = 0,8 АТФ.
• Максимальное общее количество АТФ: 3 + 0,8 = 3,8 АТФ.
13. Расчет части глюкозы, расщепившейся в ходе брожения:
• Масса глюкозы, пошедшей на брожение: 0,4 моль * 180 г/моль = 72 г.
• Процент глюкозы, расщепившейся в ходе брожения: (72 г / 90 г) * 100% = 80%.

Ответ: Максимальное количество молей АТФ могло образоваться 3,8 моль. 80% глюкозы расщепилось в ходе брожения.