Дыхание

Учебниковая опора

• Соловьева А.Р., Ибраимова Б.Т., Алина Ж.А. «Биология. 7 класс», 7 класс, Атамура, 2025, с. 105–107
• Соловьева А., Ибраимова Б. «Биология. 8 класс», 8 класс, Атамура, 2018, с. 103–108
• Асанов Н., Соловьева А., Ибраимова Б. «Биология. 9 класс», 9 класс, Атамура, 2019, с. 73–78
• Очкур Е.А., Курмангалиева Ж., Нуртаева М. «Биология. 10 класс ЕМН», 10 класс, Мектеп, 2019, с. 49–60, 104–124

Главное

• Дыхание — газообмен организма со средой; на клеточном уровне — окисление органических веществ с запасанием энергии в АТФ.
• АТФ = аденин + рибоза + 3 остатка фосфорной кислоты, две макроэргические связи; гидролиз даёт ~30,5 кДж/моль.
• Гликолиз — в цитоплазме, без O₂: глюкоза → 2 пирувата, чистый выход 2 АТФ (4 − 2).
• Цикл Кребса — в матриксе митохондрий: ацетил-КоА (C₂) + оксалоацетат (C₄) → цитрат (C₆).
• Хемиосмотическая теория (П. Митчелл): протонный градиент на внутренней мембране вращает АТФ-синтазу.

Теория

Газообмен идёт диффузией: в лёгких O₂ из альвеол переходит в кровь, CO₂ — в альвеолы (венозная кровь становится артериальной); в тканях — наоборот. Органы дыхания и кровеносная система вместе снабжают клетки кислородом.

Механизм вдоха и выдоха. Вдох: межрёберные мышцы поднимают рёбра, диафрагма сокращается и опускается → объём грудной клетки растёт → давление в лёгких ниже атмосферного → воздух входит. Выдох: диафрагма поднимается, объём уменьшается. Регуляция нейрогуморальная: дыхательный центр — в продолговатом мозге; хеморецепторы аорты и крупных артерий реагируют на рост CO₂ в крови и учащают дыхание.

Эволюция дыхания. Первые организмы жили без кислорода, эффективность бескислородного расщепления — менее 5%. Кислородная атмосфера формировалась около 1,5 млрд лет благодаря фотосинтезу цианобактерий. В клетке аэроба сначала всегда идёт анаэробный этап.

Три этапа энергетического обмена:

Этап	Где	Что	АТФ
Подготовительный	ЖКТ, лизосомы	полимеры → мономеры	нет, энергия рассеивается теплом
Бескислородный (гликолиз)	цитоплазма	глюкоза → 2 пирувата (10 реакций)	2 (чистые)
Кислородный	митохондрии	цикл Кребса + ЭТЦ, до CO₂ и H₂O	основная масса

Гликолиз: фаза затрат (2 АТФ на фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6-фосфата, расщепление на 2 триозы ФГА) → фаза синтеза (окисление ФГА, восстановление NAD⁺ до NADH, 4 АТФ субстратным фосфорилированием). Окислительное декарбоксилирование: пируват (C₃) + КоА + NAD⁺ → ацетил-КоА (C₂) + CO₂ + NADH (пируватдегидрогеназный комплекс в матриксе). Цикл Кребса: выделяются 2 CO₂; образуются 3 NADH, 1 FADH₂ и 1 АТФ (ГТФ); оксалоацетат регенерирует. ЭТЦ: комплексы I–IV внутренней мембраны передают электроны от NADH и FADH₂ на $O_2$ (конечный акцептор) — образуется метаболическая вода; протоны выкачиваются в межмембранное пространство. 1 NADH ≈ 2,5 АТФ, 1 FADH₂ ≈ 1,5 АТФ. Митохондрия: гладкая наружная мембрана, внутренняя образует кристы (АТФ-синтаза, ЭТЦ), матрикс — кольцевая ДНК, рибосомы, ферменты цикла Кребса.

Способы синтеза АТФ: субстратное фосфорилирование (гликолиз, цикл Кребса), окислительное (кристы митохондрий), фотофосфорилирование (тилакоиды хлоропластов). В митохондриях и хлоропластах общее: ЭТЦ, протонный градиент, $F_0F_1$-АТФ-синтаза.

Утомление мышц: недостаток кислорода и накопление молочной кислоты; при беге появляется одышка — признак кислородного долга.

Формулы / правила

• Анаэробно: $C_6H_{12}O_6 \to 2C_3H_6O_3 + 2\ \text{АТФ}$.
• Спиртовое брожение (дрожжи): $C_6H_{12}O_6 \to 2C_2H_5OH + 2CO_2$.
• Аэробно: $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \to 6CO_2 + 6H_2O + 36\ \text{АТФ}$ (по учебнику 9 класса).
• Гидролиз: $\text{АТФ} + H_2O \to \text{АДФ} + P_i + 30{,}5\ \text{кДж/моль}$.

Примеры

1. Задача. Во сколько раз аэробный путь эффективнее анаэробного по числу АТФ? — $36 : 2 = 18$.
2. Задача. Сколько АТФ дадут ЭТЦ 3 NADH и 1 FADH₂ одного оборота цикла Кребса? — $3 \cdot 2{,}5 + 1 \cdot 1{,}5 = 9$ АТФ.
3. Вопрос. Что является конечным акцептором электронов в дыхательной цепи? — Кислород (образуется вода).
4. Вопрос. Как изменится дыхание при росте CO₂ в крови? — Хеморецепторы возбуждают дыхательный центр продолговатого мозга, дыхание учащается.

Типичные ошибки на ЕНТ

• Считать, что гликолиз идёт в митохондриях — он идёт в цитоплазме.
• Писать «гликолиз даёт 4 АТФ» — образуется 4, но 2 тратятся: чистый выход 2.
• Думать, что на подготовительном этапе синтезируется АТФ — энергия рассеивается теплом.
• Говорить, что при вдохе диафрагма поднимается — она опускается.
• Путать место цикла Кребса (матрикс) и ЭТЦ (внутренняя мембрана, кристы).

Самопроверка

1. Какой углевод входит в АТФ? — Рибоза.
2. Где расположен дыхательный центр? — В продолговатом мозге.
3. Сколько NADH образуется за один оборот цикла Кребса? — 3 (и 1 FADH₂).
4. Кто автор хемиосмотической теории? — П. Митчелл.
5. Какие продукты образует спиртовое брожение? — Этанол и CO₂.