5. Объясните, зачем клетке нужно превращать энергию окисления в АТФ, а не использовать эту энергию напрямую. Назовите, какую роль играет АТФ как «энергетический аккумулятор». Ответ дайте в 5–7 предложениях. Сравните брожение и кислородный этап энергетического обмена по двум критериям: выход АТФ и условия протекания. Ответ сформулируйте в 5–6 предложениях. Ситуационная задача: в пробе из бескислородной среды (например, в иле) обнаружены бактерии, которые превращают ПВК в этанол и CO2. Какие выводы можно сделать об их метаболизме? Укажите не менее трёх признаков, которые позволяют отнести эти процессы к брожению.

1. Роль АТФ как энергетического аккумулятора.

Клетке необходимо запасать энергию окисления в АТФ, потому что она выделяется постепенно и должна использоваться в разных процессах. При непосредственном использовании энергия могла бы рассеиваться в виде тепла и повреждать клеточные структуры. АТФ аккумулирует энергию в химических связях между фосфатными группами. При гидролизе АТФ до АДФ и фосфата энергия высвобождается небольшими порциями. Она используется для синтеза веществ, активного транспорта через мембрану, движения клеточных структур и других процессов. Поэтому АТФ является универсальным переносчиком и кратковременным аккумулятором энергии в клетке.

2. Сравнение брожения и кислородного этапа.

При брожении образуется небольшое количество энергии — обычно 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы. Кислородный этап энергетического обмена обеспечивает значительно больший выход — примерно 34 молекулы АТФ, а вместе с гликолизом обычно около 36–38 молекул АТФ. Брожение протекает без участия кислорода и включает гликолиз с последующим превращением ПВК в органические продукты, например этанол или молочную кислоту. Кислородный этап требует кислорода как конечного акцептора электронов и протекает в митохондриях эукариотических клеток. Следовательно, брожение менее эффективно, но позволяет получать АТФ при недостатке кислорода, а кислородное дыхание энергетически выгоднее.

3. Ситуационная задача.

Данные бактерии являются анаэробными или способны к анаэробному обмену и используют спиртовое брожение. Об этом говорит отсутствие кислорода в среде, где они обнаружены. ПВК превращается в этанол и углекислый газ, что характерно для спиртового брожения. Процесс начинается с гликолиза, в результате которого глюкоза расщепляется до ПВК и синтезируется небольшое количество АТФ. При превращении ПВК в этанол восстанавливается НАД⁺, необходимый для продолжения гликолиза. Кислород не используется как конечный акцептор электронов, а выход энергии невелик — 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы.

Ответ: бактерии осуществляют анаэробное спиртовое брожение; его признаки — отсутствие необходимости в кислороде, образование этанола и CO₂, использование ПВК как промежуточного продукта, получение АТФ только на стадии гликолиза и небольшой энергетический выход.