Спиртовое брожение: проверочный тест с ответами для 9–11 классов
Спиртовое брожение удобно проверять не только по терминам, но и по наблюдаемым признакам: выделению газа, изменению концентрации субстрата и необходимости постоянно возвращать NAD+ в гликолиз. Перед основным тестом попробуйте оценить четыре утверждения. Ответы специально не показаны.
Содержание статьи6 разделов
Разминка: верно или неверно?
- При спиртовом брожении углекислый газ образуется при превращении пирувата в ацетальдегид.
- Главная энергетическая выгода брожения возникает на этапе превращения ацетальдегида в этанол.
- Возврат NAD+ позволяет гликолизу продолжаться, когда дыхательная цепь не окисляет весь NADH.
- Спиртовое брожение у дрожжей протекает в цитоплазме, а не требует переноса пирувата в митохондрию.
Сначала зафиксируйте свои решения на бумаге. Разбор разминки находится после теста и скрыт в раскрывающемся блоке.
глюкоза→гликолиз→пируват→ацетальдегид + CO2→этанол
Основной тест: от схемы реакции к объяснению опыта
Разбор разминки и типичных неверных рассуждений
Ответы к четырём утверждениям разминки
- Верно. CO2 выделяется при превращении пирувата в ацетальдегид.
- Неверно. После гликолиза брожение в основном возвращает NAD+; АТФ напрямую на превращении ацетальдегида в этанол не синтезируется.
- Верно. Регенерация NAD+ поддерживает окислительную стадию гликолиза.
- Верно. Реакции спиртового брожения у дрожжей происходят в цитоплазме.
Если путаются продукты: восстановите цепочку «пируват → ацетальдегид + CO₂ → этанол» и проследите углерод.
Если путается энергия: разделите понятия «где образуется АТФ» и «зачем нужно брожение». Чистый АТФ даёт гликолиз, а брожение возвращает NAD⁺.
Если трудны опыты: спрашивайте, какой наблюдаемый признак связан именно с механизмом: CO₂, расход сахара, накопление этанола или зависимость от регенерации NAD⁺.
Задания для развёрнутого ответа
- Объясните, почему блокирование регенерации NAD⁺ постепенно остановит получение АТФ при брожении.Критерий хорошего ответа: Упомянуты гликолиз, NAD⁺/NADH и связь дефицита NAD⁺ с остановкой окислительной стадии.
- Предложите опыт с дрожжами, который сравнивает скорость брожения при наличии и отсутствии доступного сахара.Критерий хорошего ответа: Есть контроль условий, измеряемый показатель (например, объём CO₂) и ожидаемый результат.
- Проследите судьбу шести атомов углерода одной глюкозы до конечных продуктов спиртового брожения.Критерий хорошего ответа: Показаны 2 пирувата, затем 2 CO₂ и 2 двухуглеродных этанола.
Ключ и объяснения
- A — Регенерировать NAD⁺ из NADH. При восстановлении ацетальдегида до этанола NADH окисляется до NAD⁺. Этот NAD⁺ снова нужен гликолизу как переносчик электронов; без его регенерации один из окислительных этапов гликолиза остановился бы.
- B — При декарбоксилировании пирувата до ацетальдегида. Пируват теряет карбоксильную группу, и образуется двухуглеродный ацетальдегид; при этом выделяется CO₂. На следующем этапе ацетальдегид восстанавливается до этанола без дополнительного выделения CO₂.
- C — Ацетальдегид. Ацетальдегид восстанавливается до этанола, принимая электроны, переносимые NADH. Одновременно NADH превращается обратно в NAD⁺, что и делает цикл переносчика замкнутым.
- D — В цитоплазме. И гликолиз, и последующие реакции спиртового брожения происходят в цитоплазме. Митохондрии нужны дрожжам для аэробного дыхания, но сами реакции брожения не требуют переноса пирувата внутрь митохондрии.
- A — Газом может быть CO₂, возникающий при декарбоксилировании пирувата. При спиртовом брожении CO₂ образуется на этапе перехода пирувата в ацетальдегид. Сам факт пузырьков не доказывает все детали метаболизма, но в заданных условиях согласуется с активным брожением дрожжей.
- B — Потому что АТФ в этом этапе напрямую не образуется; чистый выход АТФ связан с гликолизом. Реакции брожения после гликолиза нужны прежде всего для регенерации NAD⁺. Чистый энергетический выигрыш в типичной школьной схеме составляет 2 АТФ на глюкозу и формируется в гликолизе за счёт субстратного фосфорилирования.
- C — Без кислорода гликолиз может давать небольшой выход АТФ, если NAD⁺ регенерируется брожением. Гликолиз не требует молекулярного кислорода и даёт небольшой чистый выход АТФ. Брожение поддерживает этот путь, возвращая NAD⁺; энергетический выход при этом значительно меньше, чем при полном аэробном окислении глюкозы.
- D — Истощение доступной глюкозы. Глюкоза служит исходным субстратом для гликолиза, который снабжает брожение пируватом и NADH. Когда доступный сахар истощается, поток через путь снижается даже при сохранении других благоприятных условий.
- A — Пузырьки CO₂ удерживаются в структуре теста. Углекислый газ образуется при спиртовом брожении и может задерживаться в эластичной структуре теста, создавая пузырьки. Этанол также образуется, но именно газ вносит прямой вклад в подъём теста.
- B — Регенерация NAD⁺ из NADH будет затруднена. На заключительном этапе ацетальдегид принимает электроны от NADH. Если реакция блокирована, NAD⁺ регенерируется хуже, а значит гликолиз вскоре столкнётся с нехваткой окисленной формы переносчика.
- C — Пируват — 3; ацетальдегид — 2. Пируват содержит три атома углерода. После удаления одного углерода в составе CO₂ остаётся двухуглеродный ацетальдегид, который затем превращается в двухуглеродный этанол.
- D — В первом, если остальные условия позволяют брожение. Без доступного субстрата гликолиз не даёт достаточного потока пирувата для брожения. Поэтому при прочих равных сосуд с глюкозой должен показывать более активное образование CO₂.
- A — Брожение позволяет регенерировать NAD⁺ без работы дыхательной цепи, но извлекает из глюкозы гораздо меньше АТФ. При брожении значительная часть химической энергии остаётся в этаноле, поэтому энергетическая отдача невелика. Аэробное дыхание использует дыхательную цепь и кислород как конечный акцептор электронов, что позволяет извлечь намного больше энергии.
- B — При доступном кислороде клетки могут активнее использовать аэробное дыхание, а не полагаться только на брожение. Многие дрожжи способны переключать относительный вклад дыхания и брожения в зависимости от условий. Кислород делает возможной работу дыхательной цепи и более полное окисление субстратов, хотя реальный метаболизм зависит и от вида, и от концентрации сахара.
- C — Электроны от NADH принимает ацетальдегид, а CO₂ выделяется на предыдущем этапе. CO₂ возникает при декарбоксилировании пирувата и не выполняет роль восстановителя ацетальдегида. На заключительном этапе именно ацетальдегид принимает электроны от NADH и превращается в этанол.
- D — Если блокировать восстановление ацетальдегида, со временем снижается скорость реакций гликолиза, зависящих от NAD⁺. Гликолиз требует NAD⁺ на стадии окисления промежуточного продукта. Блокирование реакции, возвращающей NAD⁺, создаёт дефицит окисленной формы переносчика и поэтому должно тормозить поток через гликолиз.
- A — Образуются две молекулы этанола и две молекулы CO₂. Шесть углеродных атомов глюкозы распределяются между двумя двухуглеродными молекулами этанола и двумя одноуглеродными молекулами CO₂. Такая схема сохраняет число атомов углерода и согласуется с двумя молекулами пирувата после гликолиза.
Поделиться
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.