Зачем разбирать углеводы перед экзаменом
Фраза «карта углеводного обмена» пугает многих одиннадцатиклассников сильнее, чем реальные болота. Между тем именно углеводы чаще других фигурируют в заданиях высокого уровня. Разобрав схему заранее, вы сэкономите нервы и несколько драгоценных баллов. Углеводный блок проверяет понимание и биохимии, и физиологии, и эволюции. Ответы формата «потому что так в учебнике» не проходят: требуется увидеть взаимосвязи. Чем раньше составите внутреннюю карту, тем быстрее найдёте нужный узел при решении первой и второй частей. Ниже — пошаговый маршрут, где важен каждый перекрёсток.
Глюкоза: входной билет в метаболизм
Большинство тканей питаются глюкозой. Её шестиуглеродная структура легко запоминается и лучше всего иллюстрирует принцип «энергия в обмен на электроны». Попав в цитоплазму, молекула сразу фосфорилируется гексокиназой. Это действия напоминают чек-ин: фосфат метит вещество, не позволяя ему выйти обратно. Далее глюкозо-6-фосфат — развилка. Он идёт или в распад, или в синтез гликогена, или в пентозофосфатный путь. Ученику важно уловить: на уровне превращения в фруктозо-6-фосфат процесс управляется программно, а не стихийно. Ферменты как перемены светофоров: включился красный — дорога закрылась, зелёный — молекулам «можно». Осознание этой логики позволяет ответить на вопросы о влиянии инсулина и глюкагона.
Карта углеводного обмена: гликолиз под микроскопом
Гликолиз состоит из десяти стадий, но ЕГЭ обычно спрашивает три ключевых. Первое вложение АТФ ведёт к образованию фруктозо-1,6-бисфосфата. Второй энергетический взнос происходит на этапе превращения того привычного сахара в глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат. Эти тривиальные названия раздражают, однако помнить нужно сами места отдачи и получения фосфатов. С пятой стадии расход сменяется доходом: субстратное фосфорилирование приносит по одной АТФ с каждой трёхуглеродной молекулы. Поэтому общий результат аэробного гликолиза — чистая прибыль две АТФ и две восстановленные молекулы НАД·Н. Выпишите схему на карточку, подпишите ферменты фосфофруктокиназа-1 и пируваткиназа — их чаще упоминают в тестах. Запоминать весь список нет смысла.
Анаэробный финал: молочная и спиртовая дорожки
Если кислорода не хватает, пируват не идет в митохондрию. Он восстанавливается до лактата при помощи лактатдегидрогеназы. Здесь рециклируется НАД+, иначе гликолиз бы встал. У дрожжей работает спиртовой маршрут: через ацетальдегид образуется этанол и выделяется CO₂. ЕГЭ иногда просит сравнить выход энергии. Следует помнить: две АТФ на глюкозу — максимум без кислорода. Лактат покидает мышцу, попадает в печень и превращается обратно в глюкозу (цикл Кори). Такой крюк организм делает ради поддержания уровня сахара в крови.
Аэробный путь: пируват, ацетил-КоА и цикл Кребса кратко
При наличии O₂ пируват дезкарбоксилируется до ацетил-КоА. Реакция идёт в матриксе митохондрий под присмотром пируватдегидрогеназного комплекса. На экзамене могут спросить, почему процесс односторонний. Ответ прост: потерянный CO₂ не вернуть, а энтропия не любит обратных шагов. Ацетил-КоА вступает в цикл трикарбоновых кислот. Каждый оборот даёт три НАД·Н, одну ФАД·Н₂, одну ГТФ (в клетке равную АТФ) и два CO₂. Электроны поступают в дыхательную цепь, где образуется до 34 АТФ. Запомните общее число — около 38 АТФ с глюкозы. Жюри не придирается к дробям, главное — показать порядок величин и источники.
Запасы и мобилизация: гликогенолиз и глюконеогенез
Печень и мышцы хранят глюкозу в форме гликогена. Разветвлённая структура обеспечивает быстрый доступ: фермент фосфорилаза срезает глюкозо-1-фосфат с концов. В мышцах продукт идёт прямо в гликолиз, в печени же фосфат удаляется глюкозо-6-фосфатазой. Так сахар возвращается в кровь в периоды голода. Когда истощаются запасы, печень запускает глюконеогенез. Это не обратный гликолиз. Используются обходные ферменты: пируваткарбоксилаза, ФЕП-карбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза. Вопрос в кимах часто звучит так: «Какие реакции необратимы и почему?» Запомните три энергетических барьера гликолиза и четыре обхода синтеза.
Гормональный контроль и регуляция ферментов
Основные дирижёры — инсулин, глюкагон и адреналин. Инсулин стимулирует синтез гликогена, усиливает гликолиз и липогенез. Глюкагон делает противоположное: активирует фосфорилазу, тормозит фосфофруктокиназу-1, повышает уровень глюкозы в плазме. Адреналин дублирует действие глюкагона в мышце, помогая быстрому бегству. Ферменты меняют активность через фосфорилирование и аллостерические эффекты. Например, избыток АТФ подавляет гликолиз, а избыток АМФ, наоборот, его включает. На экзамене любят формулировку «снижение АТФ стимулирует окисление», она должна звучать как рефлекс. Понимание регуляции помогает решить задачи по генетически обусловленным ошибкам обмена.
Экзаменационные ловушки и стратегия повторения
Типовая ловушка — путаница между вытянутым количеством АТФ и чистой прибылью. Второе частое падение — неправильно указанная локализация реакций. Гликолиз идёт в цитоплазме, цикл Кребса — в митохондриях, а глюконеогенез начинается в матриксе и заканчивается в цитозоле. Создайте таблицу «реакция — фермент — место — выход энергии». Повесьте её над столом. Дополните картой гормональных переключателей. За неделю до экзамена прорешайте минимум пять вариантов, отмечая каждый промах. Не забывайте отдыхать: перегруз снижает скорость долгосрочного запоминания. Если нужна структурированная поддержка, присмотритесь к онлайн школе курс подготовки к ЕГЭ по биологии. Компактный конспект и развёрнутые разборы заданий помогут закрепить материал без суеты.
- Перерисуйте схему гликолиза своими словами.
- Найдите все необратимые ферменты и выучите регуляторы.
- Сравните энергетические выходы анаэробного и аэробного путей.
- Повторите гормональные сигнальные каскады.
- Решайте задания с рисунками метаболических карт.