Примеры решения задач

Задачи к главе 3

§ 21 ● Сколько граммов кислорода необходимо для полного окисления 360 г глюкозы? Какое количество АТФ (моль) получит организм при таком окислении?

Решение

1. Найдем количество глюкозы (моль), подвергшейся полному окислению:

М(С6Н12О6) = 12 · 6 + 1 · 12 + 16 · 6 = 180 г/моль.

n(С6Н12О6) = m : M = 360 г : 180 г/моль = 2 моль.

2. Суммарное уравнение аэробного дыхания:

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ.

Для полного окисления 1 моль глюкозы необходимо 6 моль кислорода, при этом организм получает 38 моль АТФ. Следовательно, для полного окисления 2 моль глюкозы понадобится 12 моль кислорода, энергетический выход при этом составит 76 моль АТФ.

3. Рассчитаем массу кислорода:

М(О2) = 16 · 2 = 32 г/моль.

m(О2) = n · M = 12 моль · 32 г/моль = 384 г.

Ответ: необходимо 384 г кислорода, организм получит 76 моль АТФ.

§ 21-1 ● В организме человека при интенсивной мышечной работе было израсходовано 0,1 моль глюкозы. При этом полному аэробному расщеплению подверглось только 60 % глюкозы, а остальная часть была расщеплена в ходе брожения. Какое максимальное количество АТФ (моль) смог получить организм?

Решение

1. Полному окислению подверглось: 0,1 моль · 60 % : 100 % = 0,06 моль глюкозы. В ходе брожения использовано: 0,1 моль – 0,06 моль = 0,04 моль глюкозы.

2. Суммарное уравнение аэробного дыхания:

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ.

Энергетический выход полного окисления 1 моль глюкозы составляет 38 моль АТФ, значит при полном окислении 0,06 моль глюкозы организм получает: 38 · 0,06 = 2,28 моль АТФ.

3. В мышцах человека при дефиците кислорода протекает молочнокислое брожение:

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ.

При расщеплении 1 моль глюкозы до молочной кислоты организм получает 2 моль АТФ. Следовательно, энергетический выход расщепления 0,04 моль глюкозы составляет 0,08 моль АТФ.

4. Найдем общее количество АТФ: 2,28 моль + 0,08 моль = 2,36 моль.

Ответ: организм смог получить 2,36 моль АТФ.

§ 22-1 ● Сколько углекислого газа (кг) было поглощено растениями в процессе фотосинтеза, если известно, что ими было синтезировано 900 г глюкозы?

Решение

1. Найдем количество (моль) синтезированной глюкозы.

М(С6Н12О6) = 12 · 6 + 1 · 12 + 16 · 6 = 180 г/моль.

n(С6Н12О6) = m : M = 900 г : 180 г/моль = 5 моль.

2. Общее уравнение фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2.

Для синтеза 1 моль глюкозы необходимо 6 моль СО2. Значит, для образования 5 моль глюкозы нужно 5 · 6 = 30 моль СО2.

3. Определим массу поглощенного СО2:

М(СО2) = 12 + 16 · 2 = 44 г/моль.

m(СО2) = n · M = 30 моль · 44 г/моль = 1320 г = 1,32 кг.

Ответ: растения поглотили 1,32 кг углекислого газа.

§ 23 ● Молекула белка состоит из 180 остатков аминокислот. Какую длину (нм) имеет ген, кодирующий данный белок? Стартовый кодон и стоп-кодон при расчетах не учитывайте.

Решение

1. Определим количество нуклеотидов в соответствующей мРНК. Каждая аминокислота кодируется триплетом — сочетанием из трех нуклеотидов. Следовательно, мРНК содержит 180 триплетов или 180 · 3 = 540 нуклеотидов. В условии задачи указано, что стартовый кодон и стоп-кодон учитывать не нужно, поэтому мы не прибавляем еще 2 триплета (6 нуклеотидов).

2. Поскольку мРНК содержит 540 нуклеотидов, соответствующий ген (участок молекулы ДНК) содержит 540 пар нуклеотидов. Виток двойной спирали ДНК содержит 10 пар нуклеотидов и имеет длину 3,4 нм, т. е. одна пара нуклеотидов занимает участок ДНК длиной 0,34 нм. Таким образом, участок молекулы ДНК, содержащий 540 пар нуклеотидов, имеет длину: 540 · 0,34 = 183,6 нм.

Ответ: ген имеет длину 183,6 нм.

§ 24-1 ● Установите последовательность антикодонов тРНК, участвующих в синтезе пептида, если соответствующая нетранскрибируемая цепь молекулы ДНК содержит последовательность нуклеотидов ЦАТЦЦТАТГЦТЦТАГ. С помощью таблицы генетического кода определите последовательность аминокислотных остатков данного пептида.

Решение

1. По принципу комплементарности установим последовательность нуклеотидов транскрибируемой цепи ДНК и соответствующей матричной РНК (учитывая, что в молекуле РНК вместо тимина содержится урацил). Затем с помощью таблицы генетического кода установим структуру закодированного пептида.

Нетранскрибируемая цепь ДНК:

ЦАТ

ЦЦТ

АТГ

ЦТЦ

ТАГ

Транскрибируемая цепь ДНК:

ГТА

ГГА

ТАЦ

ГАГ

АТЦ

мРНК (иРНК):

ЦАУ

ЦЦУ

АУГ

ЦУЦ

УАГ

Пептид:

Гис—–Про—–Мет—–Лей

стоп

2. Запишем антикодоны соответствующих тРНК. При этом не забываем, что молекул тРНК, антикодоны которых соответствовали бы стоп-кодонам, не существует.

Антикодоны тРНК:

ГУА

ГГА

УАЦ

ГАГ

–

Ответ: последовательность антикодонов тРНК: ГУА, ГГА, УАЦ, ГАГ.

Последовательность аминокислотных остатков пептида: Гис—–Про—–Мет—–Лей.