Question

Экспериментатор решил изучить процессы обмена веществ на культуре клеток сердечной мышцы. Для этого он выделил клетки сердечной мышцы кролика и измерял потребление ими глюкозы при пониженной концентрации кислорода (в организме в норме насыщение кислородом составляет 90-95%). Результаты эксперимента представлены в таблице. 
| Концентрация кислорода (%) | 50 | 45 | 40 | 35 | 30 | 25 | 20 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Уровень потребления глюкозы (%) | 23 | 27 | 27 | 29 | 37 | 41 | 45 |
 Почему даже при низкой концентрации кислорода выработка АТФ клетками сохраняется? Как изменится выработка АТФ, если в среду добавить ротенон (ингибирует электрон-транспортную цепь на кристах митохондрий)? Ответ поясните.

Accepted Answer

Answer

### СТАТЕМЕНТ

Экспериментатор изучал обмен веществ в культуре клеток сердечной мышцы кролика, измеряя потребление глюкозы при снижении концентрации кислорода (в норме насыщение составляет 90–95%). Результаты представлены в таблице:

| Концентрация кислорода (%) | 50 | 45 | 40 | 35 | 30 | 25 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Уровень потребления глюкозы (%) | 23 | 27 | 27 | 29 | 37 | 41 | 45 |

Почему даже при низкой концентрации кислорода выработка $\ce{ATP}$ клетками сохраняется? Как изменится выработка $\ce{ATP}$, если в среду добавить ротенон (ингибирует электрон-транспортную цепь на кристах митохондрий)? Ответ поясните.

### РЕШЕНИЕ

Идея решения: клетки сердечной мышцы поддерживают синтез $\ce{ATP}$ благодаря переключению на анаэробный путь при дефиците кислорода.

**Сохранение выработки $\ce{ATP}$ при низкой концентрации кислорода:**

1) Потребность кардиомиоцитов в энергии остаётся постоянной независимо от доступности кислорода.

2) При снижении концентрации $\ce{O2}$ клетки активируют гликолиз — бескислородный путь расщепления глюкозы, который обеспечивает синтез $\ce{ATP}$ без участия кислорода:

$$\ce{C6H12O6 ->[	ext{гликолиз}] 2 Пируват + 2 ATP + 2 NADH}$$

3) Таблица показывает увеличение потребления глюкозы с 23% (при 50% $\ce{O2}$) до 45% (при 20% $\ce{O2}$) — это компенсаторное усиление гликолиза для восполнения дефицита $\ce{ATP}$.

**Влияние ротенона на выработку $\ce{ATP}$:**

1) Ротенон блокирует электрон-транспортную цепь на внутренней мембране митохондрий, прерывая окислительное фосфорилирование.

2) При этом синтез $\ce{ATP}$ в цикле Кребса и на кристах митохондрий прекратится.

3) Клетки смогут получать $\ce{ATP}$ только из гликолиза (2 молекулы $\ce{ATP}$ на молекулу глюкозы вместо ~30–32 при полном окислении), что приведёт к резкому снижению выработки энергии и может вызвать гибель клеток при длительном воздействии.

### ОТВЕТ

Концентрация кислорода (%)	50	45	40	35	30	25	20
Уровень потребления глюкозы (%)	23	27	27	29	37	41	45
Почему даже при низкой концентрации кислорода выработка АТФ клетками сохраняется? Как изменится выработка АТФ, если в среду добавить ротенон (ингибирует электрон-транспортную цепь на кристах митохондрий)? Ответ поясните.

Задание №23Организм. Размножение, развитие, генетикаЕГЭ по биологии