Дыхание может происходить как в аэробных, то есть в присутствии кислорода, так и в анаэробных - бескислородных условиях.[ ...]

Аэробное дыхание - реакции распада глюкозы в присутствии кислорода.[ ...]

Большинство гетеротрофных организмов получает энергию в результате биологического окисления органических веществ - дыхания. Водород от окисляемого вещества (см. § 24) передается в дыхательную цепь. Если роль конечного акцептора водорода выполняет только кислород, процесс носит название аэробного дыхания, а микроорганизмы являются строгими (облигатными) аэробами, которые обладают полной цепью ферментов переноса (см. рис. 14) и способны жить только при достаточном количестве кислорода. К аэробным микроорганизмам относятся многие виды бактерий, гри-6¿i, водоросли, большинство простейших. Аэробные сап-рофиты играют основную роль в процессах биохимической очистки сточных вод и самоочищении водоема.[ ...]

Аэробное дыхание (тип 1) - процесс, обратный «нормальному» фотосинтезу: в этом процессе синтезированное органическое вещество (СН2О) вновь разлагается с образованием СО2 и Н9О и с высвобождением энергии. Все высшие растения и животные и большинство представителей Мопега и Protista (рис. 2.4) получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток именно с помощью этого процесса. В итоге завершенного дыхания образуются СО2, И2О и вещества клетки, однако процесс может идти не до конца, и в результате такого незавершенного дыхания образуются органические соединения, еще содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами (процессы типа 2 п 3).[ ...]

Аэробные организмы нуждаются для дыхания в молекулярном кислороде, который они извлекают из воздуха. В этом процессе принимают участие разнообразные ферменты - гидроксилазы и оксигеназы.[ ...]

Аэробная микрофлора, перерабатывающая бытовые отходы, требует постоянного притока кислорода и отвода газообразных продуктов дыхания. Высокие концентрации СОг могут оказать токсическое воздействие на микрофлору, что приведет к снижению интенсивности биологических процессов. В связи с этим большое значение имеет регулирование воздушного режима в ферментаторах.[ ...]

Аэробное дыхание сделало возможным развитие сложных многоклеточных организмов. Считается, что первые ядерные клетки появились после того, как содержание кислорода в атмосфере достигло 3-4% его современного уровня (или около 0,6% состава той атмосферы). Случилось это примерно 1 млрд лет назад (см. рис. 7.26). Многоклеточные организмы, вероятно, появились 700 млн лет назад по достижении концентрации кислорода в атмосфере 8% от современного уровня.[ ...]

Следовательно, «топливом» для окисления в митохондриях являются пируват и жирные кислоты. Ацетил-КоА обладает высоким потенциалом переноса ацетильных групп. Следовательно, топливные молекулы вступают в цикл Кребса в виде ацетил-КоА. Непрерывность же снабжения окислительных процессов «топливом» обеспечивается запасанием животными клетками липидов, являющихся главным ресурсом жирных кислот, а также гликогена, являющегося источником глюкозы.[ ...]

При аэробном дыхании выделяется значительно больше энергии, чем при анаэробном. Так, если при полном окислении молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, то при брожении ее- всего 2. Поэтому анаэробам приходится перерабатывать значительно большее количество органического вещества, чем аэробам, для получения одинакового количества энергии.[ ...]

Итак, дыхание - процесс гетеротрофный, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение.[ ...]

По способу дыхания микробы делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные микробы, наприме[ ...]

Анаэробное дыхание служит основой жизнедеятельности главным образом бактерий, дрожжей, плесневых грибов и др., хотя как звено метаболизма оно может встречаться и в некоторых тканях высших животных. Наиболее характерные примеры анаэробного дыхания:, .образование метана метановыми бактериями за о-чет разложения органического соединения или восстановления угля или карбонатов, образование сероводорода сульфатвосстанавливающими бактериями (в частности,в Черном море), винное брожение. Анаэробное дыхание выделяет меньше энергии,чем аэробное. Полегают, что первичный мир живого имел анаэробные формы, на оонове которых позднее образовался аэробный мир.[ ...]

Если в процессе дыхания окисляются органические вещества с относительно более высоким содержанием кислорода, чем в углеводах, например органические кислоты - щавелевая, винная и их соли, то дыхательный коэффициент будет значительно больше 1. Он также будет больше 1 в том случае, когда часть кислорода, используемого для дыхания микробов, берется из углеводов; или же при дыхании тех дрожжей, у которых одновременно с аэробным дыханием происходит спиртовое брожение. Если же наряду с аэробным дыханием протекают другие процессы, при которых используется добавочный кислород, то дыхательный коэффициент будет меньше 1. Он будет меньше 1 и тогда, когда в процессе дыхания окисляются вещества с относительно небольшим содержанием кислорода, например белки, углеводороды и др. Следовательно, зная значение дыхательного коэффициента, можно определить, какие вещества окисляются в процессе дыхания.[ ...]

Таким образом, яри аэробном типе дыхания по сравнению с анаэробным выход энергии - в 25 раз больший. Между тем потребность в энергии у бактериальной клетки одинакова, независимо от того, является ли она аэробной или анаэробной. Следовательно, анаэробным бактериям приходится переработать в 25 раз больше вещества, чтобы получить необходимую для их жизни энергию.[ ...]

Посредством процесса аэробного дыхания организмы получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток. Бескислородное дыхание - это основа жизнедеятельности сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие). Аэробное дыхание превосходит, и значительно, анаэробное в скорости.[ ...]

Как было указано выше, дыхание и питание являются основными процессами обмена веществ живого организма. Для жизнедеятельности микроорганизмов, т. е. для их развития, размножения и роста, а также для синтеза различных органических соединений, входящих в состав клетки, необходимо много энергии. Микроорганизмы удовлетворяют свою потребность в энергии благодаря процессам дыхания. Дыхание, или аэробное дыхание - это процесс окисления сложных органических соединений до менее сложных или до простых минеральных веществ - Н20 и С02 (процесс диссимиляции) с одновременным выделением свободной энергии. Выделение углекислоты в результате дыхания связано с поглощением кислорода и полным окислением питательных веществ.[ ...]

Итак, простейший процесс аэробного дыхания представляется в следующем виде. Молекулярный кислород, потребляемый в процессе дыхания, используется в основном для связывания водорода, образующегося при окислении субстрата. Водород от субстрата передается к кислороду через ряд промежуточных реакций, проходящих последовательно с участием ферментов и переносчиков. Определенное представление о характере процесса дыхания дает так называемый дыхательный коэффициент. Под этим понимают отношение объема выделившегося углекислого газа к объему кислорода, поглощенного в процессе дыхания (С02:02).[ ...]

По характеру диссимиляции различают аэробные и анаэробные организмы. Аэробные (от греч. аег - воздух) организмы для дыхания (окисления) используют свободный кислород. Аэробами является большинство ныне живущих организмов. Напротив, анаэробы окисляют субстраты, например, сахара в отсутствие кислорода, следовательно, для них дыханием является брожение. Анаэробами являются многие микроорганизмы, гельминты. Например, динитрифицирующие анаэробные бактерии окисляют органические соединения, используя нитриты, являющиеся неорганическим окислителем.[ ...]

Влажность определяет процессы питания и дыхания аэробных микроорганизмов и оказывает огромное влияние на развитие грибов. Влажность воздуха и свободная влага на поверхности деревянных изделий оказывают влияние в основном на прорастание спор, а влажность древесины - на рост и последующее развитие гиф. Питание грибов осуществляется за счет осмоса через всю их поверхность. Поэтому необходимые для питания органические соединения древесины должны находиться в водных растворах, обеспечивающих диффузию их через растительную оболочку клеток мицелия. Диффузия внутрь живой клетки гриба высокомолекулярных соединений типа целлюлозы исключена. Дереьоокра-шнвающие и плесневые грибы не разлагают целлюлозу, а живут за счет крахмала, глюкозы, жиров и других питательных веществ, содержащихся в древесине в малых количествах [ 1 ].[ ...]

Микроорганизмы, имеющие факультативно-анаэробное дыхание, в своих клетках содержат, кроме дегидраз, еще оксидазы и ферменты, активирующие кислород, т. е. ферменты, свойственные и аэробным микробам. Дрожжи относятся к группе факультативно-анаэробных микроорганизмов, т. е. им свойственно и анаэробное и аэробное дыхание, но последнее выражено слабее. При анаэробном дыхании дрожжи расходуют на дыхание значительно больше энергетического материала (сахара), чем при аэробном дыхании.[ ...]

Как уже указывалось, многие группы бактерий способны й к аэробному, и к анаэробному дыханию (т. е. являются факультативными анаэробами), но важно отметить, что конечные продукты этих двух реакций различны и количество высвобождающейся энергии в анаэробных условиях значительно меньше. В присутствии кислорода почти вся глюкоза превращалась в бактериальную протоплазму и СО2, в отсутствие же кислорода разложение было неполным, гораздо меиьшая часть глюкозы превращалась в вещество клетки, и в среду выделялся ряд органических соединений, для окисления которых требуются дополнительные «специалисты»-бактерии. В общем полное аэробное дыхание во много раз быстрее, чем неполный процесс анаэробного дыхания, если оценивать выход энергии на единицу используемого субстрата.[ ...]

В условиях промышленного загрязнения атмосферы обнаружено усиление аэробного дыхания и возрастание активности терминальных оксидаз. Для растений, произрастающих на промплощадке, характерна максимальная активность пероксидазы и полифенолоксидазы. Уровень активности и чувствительности ферментов зависит от биологических особенностей и степени повреждаемости вида. Максимальная активность и чувствительность пероксидазы и полифенолоксидазы к действию газов отмечалась у березы бородавчатой, средняя -у тополя бальзамического и самая низкая - у клена ясенелистного.[ ...]

Содержание углекислого газа. СОз является конечным продуктом как брожения, так и аэробного дыхания. При довольно высоких концентрациях СО2, значительно превышающих те, которые обычно окружают растительный организм (выше 40%), процесс дыхания тормозится. Торможение вызывается несколькими причинами: 1. Высокая концентрация СОг может оказывать общее анестезирующее влияние на растительный организм. 2. СОг тормозит активность ряда дыхательных ферментов. 3. Повышение содержания СОг вызывает закрытие устьиц (с. 69), что затрудняет доступ кислорода н косвенно тормозит процесс дыхания.[ ...]

В настоящее время общепризнано, что первые этапы (гликолиз) протекают одинаково при процессах как дыхания, так и брожения. Поворотным моментом является образование иировипоградной кислоты. В аэробных условиях нировиноградная кислота распадается до ССЬ и воды (дыхание), тогда как в анаэробных она преобразуется в различные органические соединения (брожение). Организм обладает способностью при изменении условий переключать процессы, прекращая брожение и усиливая дыхание и наоборот. Впервые в опытах Пастера было показано, что в присутствии кислорода процесс брожения у дрожжей тормозится и заменяется процессом дыхания. Одновременно резко сокращается распад глюкозы. Это явление оказалось характерным для всех факультативных анаэробных организмов, включая и высшие растения, в получило название эффекта Пастера. Сокращение расхода глюкозы в присутствии кислорода целесообразно, поскольку при дыхательном распаде выход энергии значительно выше, а следовательно, глюкоза используется более экономно. Однако осуществление разбираемого эффекта требует специальных механизмов, которые будут рассмотрены далее.[ ...]

Огромное значение имеет также то обстоятельство, что водоросли в процессе фотосинтеза выделяют свободный кислород, необходимый для дыхания водных организмов, как животных, так и растительных. В настоящее время считают, что весь свободный кислород Земли является продуктом деятельности зеленых хлорофиллоносных растений. А в воде, содержащей кислород, быстрее завершаются процессы минерализации органических веществ. Было установлено, например, что в Черном, Каспийском и Азовском морях в летнее время, при наличии аэробных условий, полный бактериальный распад планктонных организмов (растительных и животных) заканчивается примерно в 20 дней, тогда как в северных морях это происходит в 3-4 раза медленнее. Так осуществляется круговорот веществ в воде, и без участия водорослей он был бы немыслим.[ ...]

В данной главе рассказано о спорообразующих анаэробных бактериях, и только об облигатных, т. е. таких организмах, которые не способны развиваться в аэробных условиях, в отличие от факультативных, способных жить как за счет дыхания, используя молекулярный кислород, так и за счет «нитратного дыхания» либо брожения различных органических веществ в анаэробных условиях. Необходимо отметить, что анаэробные спороносные бактерии хуже изучены, чем аэробные, из-за значительных трудностей, с которыми встречаются исследователи при выделении и культивировании анаэробов.[ ...]

Одним из самых главных параметров озерной воды является содержание в ней кислорода, так как кислород играет весьма существенную роль в метаболизме водных аэробных организмов. Привнос растворимого в воде кислорода из атмосферы и образование его путем фотосинтеза сбалансированы с его расходом на дыхание аэробных организмов. Результирующее распределение и динамика кислорода имеют первостепенное значение для наличия нутриентов и, следовательно, для органической продуктивности озер. Биологические и химические процессы при этом тесно взаимосвязаны.[ ...]

Некоторые анаэробные микроорганизмы в качестве акцептора используют связанный кислород, входящий в состав таких соединений, как сульфаты или нитраты. В присутствии кислорода они имеют аэробное дыхание, а в бескислородных средах используют в качестве акцептора кислород нитратов, восстанавливая их до азота или его низших оксидов. Бактерии, восстанавливающие в процессе дыхания сульфаты до сероводорода, являются облигатными анаэробами, например ВевиНоуШ-гю (кэиИипсапз.[ ...]

Куиревич установил критическую концентрацию равной 10%, однако Том кине считает, что она должна быть ниже 5% (¡рис. 63). Из этого необходимо сделать вывод, что диапазон, в котором аэробное дыхание и брожение протекают одновременно, определяется сортовыми и породными особенностями плодов и сильно колеблется в зависимости от условий вегетации и агротехники. Возможно, этим объясняется причина различного поведения видов и сортов плодов в отдельные годы их хранения в камерах с регулируемой газовой средой.[ ...]

Итак, несмотря на то что анаэробные сапрофаги, как облигатные, так и факультативные, составляют меньшую часть компонентов сообщества, они тем не менее играют в экосистеме важную роль, так как лишь они способны к дыханию в лишенных света бескислородных нижних ярусах системы. Занимая эти негостеприимные местообитания, они «спасают» энергию и материалы, делая их доступными для большинства аэробов. Таким образом, то, что кажется «неэффективным» способом дыхания, оказывается составной частью «эффективной» эксплуатации энергии и материальных ресурсов экосистемой в целом. Например, эффективность очистки сточных вод, которая обеспечивается управляемой человеком гетеротрофной экосистемой, зависит от согласованности между деятельностью анаэробных и аэробных сапрофагов.[ ...]

Поскольку рост связан с различными эидергоиическими, т. е. требующими затрат энергии, процессами, например синтезом белка, не удивительно, что для быстро удлиняющихся тканей корня характерна высокая интенсивность дыхания по сравнению с интенсивностью дыхания равного объема ие-делящейся ткани, хотя при пересчете на 1 клетку интенсивность дыханид зрелых клеток может быть значительно выше, чем меристем этических, поскольку последние меньше по размерам и содержат меньше цитоплазмы. Кроме того, рост требует аэробных условий и адекватного снабжения углеводами, служащими источником энергии и строительным материалом.[ ...]

Углеводы являются основным продуктом фотосинтеза, на их основе в процессе обмена веществ в растительном организме формируются белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие соединения. Углеводы - основной источник для аэробного и анаэробного дыхания клеток; источник энергии для возобновления вегетации. Обычно растение содержит большой набор разнообразных углеводов. В процессе вегетации соотношение растворимых и нерастворимых форм изменяется. В молодых растениях преобладают моно- и дисахариды, в период созревания увеличивается содержание крахмала, целлюлозы, т.е. нерастворимых форм.[ ...]

Рост грибов и выделение ими углекислоты зависят от давления кислорода в атмосфере и от температуры. При меньшем давлении кислорода чем 1,5 атм и температуре 17,5° С гриб перестает расти и его обмен приобретает анаэробный характер. Нижняя граница аэробного дыхания зависит от температуры: при 29,5° С обмен веществ уже меняется при давлении кислорода 1,5 атм. В условиях анаэробного дыхания выделение углекислоты прямо пропорционально давлению кислорода. В таких условиях изменяется весь обмен веществ гриба, весь набор его ферментов.[ ...]

Именно эта часть светового потока составляет энергетическую основу фотосинтеза - процесса, в котором, с одной стороны, создается органическое вещество из неорганических составляющих, а с другой - открывается возможность использования выделяемого кислорода для дыхания как самих растений, так и гетеротрофных аэробных организмов. В этом реализуется само наличие на Земле биологического круговорота веществ.[ ...]

В третьей фазе состояния активного ила при полном прекращении подачи питания происходит постепенное отмирание микроорганизмов и минерализация активного ила, что используется для обработки избыточного активного ила. Такая обработка избыточного ила названа методом аэробной стабилизации, так как в результате ил теряет способность к загниванию, т. е. приобретает стабильные свойства. Обработка ила осуществляется при подаче воздуха, необходимого для дыхания микроорганизмов и минерализации органических веществ.[ ...]

Янтарная кислота, образовавшаяся в цикле Кребса, дает основу для.образования порфиринового ядра хлорофилла. Поскольку имеется ряд реакций и процессов, благодаря которым отдельные компоненты извлекаются из цикла Кребса, должны быть и обратные процессы, поставляющие их в цикл. Если бы этого не было, скорость превращения в аэробной фазе дыхания заметно бы снизилась. Такими реакциями является окислительное дезаминирование аминокислот, приводящее к образованию органических кислот.[ ...]

Основные экосферные резервуары углерода находятся в гидросфере, биосфере и атмосфере. Между ними происходит активный обмен с интенсивностью в десятки миллиардов тонн углерода в год. В этом обмене океан является главным поглотителем углерода, поступающего как с суши со стоком рек в результате деструкции органического вещества, так и из атмосферы, откуда углерод поступает вследствие дыхания всего комплекса живых существ (биоты). Важнейшие процессы в биосфере - формирование органического вещества из неорганического при участии солнечной энергии (фотосин-тез), расходование органического вещества в процессах аэробной и анаэробной жизнедеятельности биоты и деструкция органического вещества.[ ...]

Способность насекомого возвращаться в нормальное состояние без терапевтической помощи после обработки такими дозами инсектицида, которые" должны вызвать летальный исход, можно объяснить предъявляемой оценкой зависимости между тканями и метаболическими процессами у насекомых по сравнению с аналогичной зависимостью у человека; хотя насекомые могут иметь меньше свободы, чем люди, по отношению к окружающему миру, их внутренние реакции (процессы) могут быть менее чувствительны к действию ядов и инсектицидов. Это основывается на прямом трахеальном дыхании насекомых, при котором кровь не является необходимым носителем кислорода. Насекомые обладают способностью противостоять флуктуации ионов и метаболитов в крови; их индивидуальные ткани способны мета-болизировать по аэробному и анэробному механизму, что дает возможность адекватного обращения (реактивации) метаболитов в противоположных условиях. В этом отношении позвоночные значительно более чувствительны: активность мозга тесно связана с количеством сахара, ионов и кислорода в крови любые помехи, н а пример из ме нен ие дыханйяИпри отравлении фосфорорганическими соединениями, дают далеко идущие последствия, которые могут кульминационно привести к смерти.[ ...]

Биологические функции митохондрий удалось установить только после того, как их научились отделять от других клеточных компонентов путем дифференцированного ультрацентрифугирования. Выделенные таким образом эти органеллы могут быть очищены от солей посредством диализа, высушены и подвергнуты химическому анализу. Отсюда становится понятным обязательное присутствие митохондрий во всех клетках с аэробным дыханием, а также и то, что при изъятии ядра из клетки отдельные компоненты ее продолжают «дышать». В то же время замечено, что при переходе клетки от аэробного образа жизни к анаэробному, т. е. когда перестает функционировать окислительный цикл трикарбоновых кислот, митохондрии исчезают и взамен их возникает мощно развитая система мембран эндоплазматическей сети. Подобные наблюдения были сделаны при изучении дрожжевых клеток и чашелистиков канатника (Abutilón), помещенных в атмосферу азота. От числа митохондрий в клетках зависит интенсивность дыхания.[ ...]

О том же свидетельствует более длительное сохранение зеленой окраски у плодов, поскольку в условиях РГС подавляется распад хлорофилла. Снижение активности окислительных ферментов - полифенолоксидазы и аскор-бинатоксидазы, обусловленное уменьшением концентрации 02 в газовой среде, способствует лучшему сохранению Р- и С-витаминной активности плодов, препятствуя одновременно побурению последних. При концентрациях 02 и С02, рекомендуемых для вида и сорта плодов и овощей, в РГС наблюдается меньшее - накопление в их тканях ацетальдегида и спирта (продуктов анаэробного распада сахаров), что коррелирует с меньшим поражением плодов загаром. Существующая теория объясняет это явление так. В растительных тканях как при обычном содержании, так и при недостатке кислорода имеют место аэробный и анаэробный типы дыхания. В условиях, когда подавляется процесс аэробного дыхания (при понижении концентрации 02 в атмосфере), тормозится и дыхание анаэробное. Что же касается ацетальдегида, то его образование зависит и от реакции декарбоксилирования, а она, как уже отмечалось, в условиях РГС подавляется.[ ...]

Как известно, бобры не используют значительное количество сгрызенной и складируемой ими древесно-кустарниковой растительности, которая, перегнивая, обогащает воду органическими и минеральными веществами. Исследования Наймана с соавторами (Ыайпап е! а1., 1986) показали, что бобр непосредственно грызущей деятельностью способствует поступлению в воду 56 % затопленной древесины ивы (диаметр 1-10 см), 52% осины, 17% березы, 13% ольхи и менее 1% хвойных. Кроме того, из-за изменения гидрологических условий до 50-60% древесины выламывается ветром и попадает в воду. Эрозионный выход органического материала (углерода) максимален в воде, вытекающей из бобровых прудов. Пруд содержит значительно больше углерода на единицу площади, чем русловые участки. Он получал только 42% аллохтонной органики, поступающей в русловой участок на единицу площади. Но поскольку пруд имел площадь в семь раз больше, чем русловой участок, то на единицу длины потока он получал аллохтонной органики втрое больше. Первичная продукция пруда на единицу площади значительно меньше таковой для русла. Общее аэробное дыхание пруда вдвое больше на единицу площади, а на единицу длины потока в 15.8 раз больше русла. Время оборота молекулы углерода для пруда составило 161 год, для руслового участка - 24 года. Индекс речного метаболизма показал, что пруд накапливает и (или) обрабатывает органических поступлений больше, чем транспортирует вниз по течению. Соответственно длина оборота углерода (расстояние перемещения атома углерода в речном потоке в сохраненной или редуцированной форме) для пруда составила 1.2 км, а для руслового участка 8.0 км. Следовательно, бобровый пруд действовал более эффективно.

1. Понятие «аэробное дыхание», цикл Кребса.

2. Понятие о механизме окислительного фосфорилирования

3. Компоненты дыхательной цепи

4. Синтез молекул АТФ в дыхательной цепи бактерий и дрожжей.

1. Аэробное дыхание, цикл Кребса.

Аэробное дыхание – это основной процесс энергетического метаболизма многих прокариот, при котором донором водорода или электронов являются органические (реже неорганические) вещества, а конечным акцептором – молекулярный кислород. Основное количество энергии при аэробном дыхании образуется в электронтранспортной цепи, т. е. в результате мембранного фосфорилирования.

Рассмотрим схему аэробного дыхания (рис. 1).

Рис. 1. Схема аэробного дыхания

Пировиноградная кислота, образующаяся в одном из трех путей катаболизма глюкозы, окисляется с участием коэнзима А до ацетил-КоА. В данном процессе работают ферменты пируватдегидрогеназы:

СН 3 -СО-СООН + КоА-SН + НАД + → СН 3 -СО~КоА + НАД · Н 2 + СО 2

Ацетил-КоА является исходным субстратом цикла Кребса (ЦТК) .

В цикл Кребса включается одна молекула ацетил-КоА, которая в реакции с оксалоацетатом, катализируемой цитратсинтетазой, приводит к образованию лимонной кислоты и свободного коэнзима А. Лимонная кислота с помощью фермента аконитазы превращается в цис -акотиновую и изолимонную кислоты. Изолимонная кислота через щавелевоянтарную кислоту превращается в α-кетоглутаровую кислоту, которая подвергается дальнейшему декарбоксилированию.

В конечном итоге, окисление ацетил-КоА в ЦТК приводит к образованию (рис. 2):

- двух молекул СО2;

Одной молекулы АТФ;

Восьми атомов водорода, из которых шесть атомов связаны в молекулах пиридиннуклеотидов и два атома – в молекулах флавопротеинов.

Таким образом, ЦТК можно рассматривать как выработанный клеткой механизм, имеющий двоякое назначение:

1) Основная функция его заключается в том, что это - совершенный клеточный «котел», в котором осуществляется полное окисление вовлекаемого в него органического субстрата и отщепление водорода.

2) Другая функция цикла – обеспечивает биосинтетические процессы клетки различными предшественниками, такими как оксалоацетат, сукцинат, α-кетоглутарат и др. Отсутствие этих кислот привело бы к нехватке оксалоацетата, который служит акцептором для ацетил-СоА и, тем самым, к

Рис. 2 Цикл Кребса

нарушению цикла. Обычно ЦТК является дальнейшей «надстройкой» над анаэробными энергетическими механизмами клетки.

У некоторых бактерий ЦТК «разорван». Наиболее часто отсутствует этап превращения α-кетоглутаровой кислоты в янтарную. В таком виде ЦТК не может функционировать в системе энергодающих реакций клетки. Основная функция «разорванного» ЦТК – биосинтетическая.

Образовавшиеся на разных этапах окисления органических веществ восстановительные эквиваленты НАД · Н2 и ФАД · Н2 поступают в дыхательную цепь, которая у бактерий находится в цитоплазматической мембране, а у эукариот – в мембране митохондрий. В дыхательной цепи НАД · Н2 и ФАД · Н2 вновь окисляются до НАД и ФАД, а отщепившийся от них водород передается не менее чем через пять переносчиков на заключительный участок цепи, где соединяется с молекулярным кислородом, образуя воду (рис. 1).

Введение

1. Аэробное дыхание

1.1 Окислительное фосфолирование

2. Анаэробное дыхание

2.1 Типы анаэробного дыхания

4.Список литературы

Введение

Дыхание присуще всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад органических веществ, синтезированных в процессе фотосинтеза, протекающих с потреблением кислорода и выделением диоксида углерода. А.С. Фаминцын рассматривал фотосинтез и дыхание как две последовательные фазы питания растений: фотосинтез готовит углеводы, дыхание перерабатывает их в структурную биомассу растения, образуя в процессе ступенчатого окисления реакционноспособные вещества и освобождая энергию, необходимую для их превращения и процессов жизнедеятельности в целом. Суммарное уравнение дыхания имеет вид:

CHO+ 6O→ 6CO+ 6HO + 2875кДж.

Из этого уравнения становится ясно, почему именно скорость газообмена используют для оценки интенсивности дыхания. Оно было предложено в 1912 г. В. И. Палладиным, который считал, что дыхание состоит из двух фаз – анаэробной и аэробной. На анаэробном этапе дыхания, идущем в отсутствие кислорода, глюкоза окисляется за счет отнятия водорода (дегидрирования), который, по мнению ученого, передается на дыхательный фермент. Последний при этом восстанавливается. На аэробном этапе происходит регенерация дыхательного фермента в окислительную форму. В. И. Палладин впервые показал, что окисление сахара идет за счет непосредственного окисления его кислородом воздуха, поскольку кислород не встречается с углеродом дыхательного субстрата, а связано с его дегидрированием.

Существенный вклад в изучение сути окислительных процессов и химизма процесса дыхания внесли как отечественные (И.П. Бородин, А.Н.Бах, С.П. Костычев, В.И. Палладин), так и зарубежные (А.Л. Лавуазье, Г. Виланд, Г. Кребс) исследователи.

Жизнь любого организма неразрывно связана с непрерывным использованием свободной энергии, генерируемой при дыхании. Неудивительно, что изучению роли дыхания в жизни растения в последнее время отводят центральное место в физиологии растений.

1. Аэробное дыхание

Аэробное дыхание – это окислительный процесс, в ходе которого расходуется кислород. При дыхании субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высоким выходом энергии. Важнейшими субстратами для дыхания служат углеводы. Кроме того, при дыхании могут расходоваться жиры и белки.

Аэробное дыхание включает два основных этапа:

- бескислородный, в процессе, которого происходит постепенное расщепление субстрата с высвобождением атомов водорода и связыванием с коферментами (переносчиками типа НАД и ФАД);

- кислородный, в ходе которого происходит дальнейшее отщепление атомов водорода от производных дыхательного субстрата и постепенное окисление атомов водорода в результате переноса их электронов на кислород.

На первом этапе вначале высокомолекулярные органические вещества (полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.) под действием ферментов расщепляются на более простые соединения (глюкозу, высшие карбоновые кислоты, глицерол, аминокислоты, нуклеотиды и т.п.) Этот процесс происходит в цитоплазме клеток и сопровождается выделением небольшого количества энергии, которая рассеивается в виде тепла. Далее происходит ферментативное расщепление простых органических соединений.

Примером такого процесса является гликолиз – многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (С) расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (С). При этом образуется две молекулы АТФ, и выделяются атомы водорода. Последние присоединяются к переносчику НАД(никотинамидадениндинклеотид), который переходит в свою восстановительную форму НАД ∙ Н + Н. НАД кофермент, близкий по своей структуре к НАДФ. Оба они представляют собой производные никотиновой кислоты – одного из витаминов группы В. Молекулы обоих коферментов электроположительны (у них отсутствует один электрон) и могут играть роль переносчика как электронов, так и атомов водорода. Когда акцептируется пара атомов водорода, один из атомов диссоциирует на протон и электрон:

а второй присоединяется к НАД или НАДФ целиком:

НАД+ Н + [Н+ е] → НАД ∙ Н + Н.

Свободный протон позднее используется для обратного окисления кофермента. Суммарно реакция гликолиза имеет вид

CHO+2АДФ + 2НРО+ 2 НАД→

2СНО+ 2АТФ + 2 НАД ∙ Н + Н+ 2 HO

Продукт гликолиза – пировиноградная кислота (СНО) – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в митохондриях. Здесь происходит полное окисление пировиноградной кислоты до COи HO. Этот процесс можно разделить на три основные стадии:

1) окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты;

2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса);

3) заключительная стадия окисления – электронтранспортная цепь.

На первой стадии пировиноградная кислота взаимодействует с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент а с высокоэнергетической связью. При этом от молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула CO(первая) и атомы водорода, которые запасаются в форме НАД ∙ Н + Н.

Вторая стадия – цикл Кребса (рис. 1)

В цикл Кребса вступает ацетил–КоА, образованный на предыдущей стадии. Ацетил–КоА взаимодействует со щавелево-уксусной кислотой, в результате образуется шестиуглеродная лимонная кислота. Для этой реакции требуется энергия; ее поставляет высокоэнергетическая связь ацетил–КоА. В конце цикла щавелево-лимонная кислота регенерируется в прежнем виде. Теперь она способна вступить в реакцию с новой молекулой ацетил–КоА, и цикл повторяется. Суммарно реакция цикла может быть выражена следующим уравнением:

ацетил-КоА + 3HO + 3НАД+ ФАД + АДФ + НРО→

КоА + 2CO+ 3НАД ∙ Н + Н+ФАД ∙ H+ АТФ.

Таким образом, в результате распада одной молекулы пировиноградной кислоты в аэробной фазе (декарбоксилирование ПВК и цикла Кребса) выделяется 3CO, 4 НАД ∙ Н + Н, ФАД ∙ H. Суммарно реакцию гликолиза, окислительного декарбоксилирования и цикла Кребса можно записать в следующем виде:

CHO+ 6 HO + 10 НАД + 2ФАД →

6CO+ 4АТФ + 10 НАД ∙ Н + Н+ 2ФАД ∙ H.

Третья стадия – электротранспортная цепь.

Пары водородных атомов, отщепляемые от промежуточных продуктов в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса, в конце концов, окисляются молекулярным кислородом до HO с одновременным фосфолированием АДФ в АТФ. Происходит это тогда, когда водород, отделившийся от НАД ∙ Hи ФАД ∙ H, передается по цепи переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий. Пары атомов водорода 2Н можно рассматривать как 2 Н+ 2е. Движущей силой транспорта атомов водорода в дыхательной цепи является разность потенциалов.

С помощью переносчиков ионы водорода Нпереносятся с внутренней стороны мембраны на ее внешнюю сторону, иначе говоря, из матрикса митохондрии в межмембранное пространство (рис. 2).

При переносе пары электронов от над на кислород они пересекают мембрану три раза, и этот процесс сопровождается выделением на внешнюю сторону мембраны шести протонов. На заключительном этапе протоны переносятся на внутреннюю сторону мембраны и акцептируются кислородом:

В результате такого переноса ионов Нна внешнюю сторону мембраны митохондрий в перимитохондриальном пространстве создается концентрация их, т.е. возникает электрохимический градиент протонов.

Когда протонный градиент достигает определенной величины, ионы водорода из Н-резервуара движутся по специальным каналам в мембране, и их запас энергии используется для синтеза АТФ. В матриксе они соединяются с заряженными частичками О, и образуется вода: 2Н+ О²ˉ → HO.

1.1 Окислительное фосфолирование

Процесс образования АТФ в результате переноса ионов Нчерез мембрану митохондрии получил название окислительного фосфолирования. Он осуществляется при участии фермента АТФ-синтетазы. Молекулы АТФ-синтетазы располагаются в виде сферических гранул на внутренней стороне внутренней мембраны митохондрий.

В результате расщепления двух молекул пировиноградной кислоты и переноса ионов водорода через мембрану по специальным каналам синтезируется в целом 36 молекул АТФ (2 молекулы в цикле Кребса и 34 молекулы в результате переноса ионов Нчерез мембрану).

Суммарное уравнение аэробного дыхания можно выразить следующим образом:

CHO+ O+ 6HO + 38АДФ + 38НРО→

6CO+ 12HO + 38АТФ

Совершенно очевидно, что аэробное дыхание прекратится в отсутствии кислорода, поскольку именно кислород служит конечным акцептором водорода. Если клетки не получают достаточного количества кислорода, все переносчики водорода вскоре полностью насытятся и не смогут передавать его дальше. В результате основной источник энергии дл образования АТФ окажется блокированным.

аэробное дыхание окисление фотосинтез

2. Анаэробное дыхание

Анаэробное дыхание. Некоторые микроорганизмы способны использовать для окисления органических или неорганических веществ не молекулярный кислород, а другие окисленные соединения, например, соли азотной, серной и угольной кислот, превращающиеся при этом в более восстановленные соединения. Процессы идут в анаэробных условиях, и их называют анаэробным дыханием:

2HNO+ 12Н→ N+ 6HO + 2Н

HSO+ 8Н→ HS + 4HO

У микроорганизмов, осуществляющих такое дыхание, конечным акцептором электронов будет не кислород а неорганическое соединения – нитриты, сульфаты и карбонаты. Таким образом, различия между аэробным и анаэробным дыханием заключается в природе конечного акцептора электронов.

2.1 Типы анаэробного дыхания

Основные типы анаэробного дыхания приведены в таблице 1. есть также данные об использовании бактериями в качестве акцепторов электронов Mn, хроматов, хинонов и др.

Таблица 1 Типы анаэробного дыхания у прокариот (по: М.В Гусев, Л.А. Минеева 1992, с изменениями)

Свойство организмов переносить электроны на нитраты, сульфаты и карбонаты обеспечивает в достаточной степени полное окисление органического или неорганического вещества без использования молекулярного кислорода и обуславливает возможность получения большого количества энергии, чем при брожении. При анаэробном дыхании выход энергии только на 10% ниже. Чем при аэробном. Организмы, для которых характерно анаэробное дыхание, имеют набор ферментов электронтранспортной цепи. Но цитохромоксилаза в них заменяется нитратредуктазой (при использовании в качестве акцептора электронов нитрата) или аденилсульфатредуктазой (при использовании сульфата) или другими ферментами.

Организмы, способные осуществлять анаэробное дыхание за счет нитратов, - факультативные анаэробы. Организмы, использующие сульфаты в анаэробном дыхании, относятся к анаэробам.

Вывод

Органические вещества из не органических зеленое растение образует только на свету. Эти вещества используются растением только для питания. Но растения не только питаются. Они дышат, как все живые существа. Дыхание происходит непрерывно днем о ночью. Дышат все органы растения. Растения дышат кислородом, а выделяют углекислый газ, как животные и человек.

Дыхание растений может происходить, как в темноте, так и на свету. Значит, на свету в растении протекают два противоположных процесса. Один процесс - фотосинтез, другой – дыхание. Во время фотосинтеза создаются органические вещества из неорганических и поглощается энергия солнечного света. Во время дыхания в растении расходуются органические вещества. А энергия, необходима для жизнедеятельности, освобождается. На свету в процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Вместе с углекислым газом растения на свету поглощают из окружающего воздуха и кислород, необходимый растениям для дыхания, но в гораздо меньших количествах, чем выделяются при образовании сахара. Углекислого газа при фотосинтезе растения поглощают гораздо больше, чем выделяют его придыхании. Декоративные растения в комнате при хорошем освещении выделяют днем значительно больше кислорода, чем поглощают его в темноте ночью.

Дыхание во всех живых органов растения происходит непрерывно. Когда прекращается дыхание, растение, так же как и животное погибает.

Список литературы

1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений Ф50/Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др.; под. ред. Н.Н. Третьякова. – М.; Колос, 2000 – 640 с.

2. Биология в экзаменационных вопросах и ответах Л44/ Лемеза Н.А., Камлюк Л.В.; 7-е изд. – М.: Айрис-пресс, 2003. – 512 с.

3. Ботаника: Учеб. Для 5-6 кл. сред. Шк.-19-е изд./Перераб. А.Н. Сладковым. – М.: Просвещение, 1987. – 256 с.

При аэробном дыхании образующаяся в процессе гликолиза ПВК в конечном итоге полностью окисляется кислородом до СО 2 и воды. В первой фазе пировиноградная кислота расщепляется с образованием СO 2 и водорода. Этот процесс протекает в матриксе митохондрий и включает в себя последовательность реакций, называемую циклом Кребса. Во второй фазе отщепившийся водород через ряд окислительно-восстановительных реакций - в так называемой дыхательной цепи - окисляется в конечном счете молекулярным кислородом до воды. Это происходит на так называемых кристах (гребневидных складках внутренней мембраны митохондрий). Начальные этапы аэробного дыхания представлены на рисунке.

Переходный этап между гликолизом и циклом Кребса. Каждая молекула ПВК поступает в матрикс митохондрий и здесь - в виде ацетильной группы (СН 3 СОО-) - соединяется с веществом, которое называется коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А. Ацетильная группа содержит два атома углерода (2С), поэтому для того чтобы она могла образоваться, ПВК (ЗС) должна утратить атом углерода. Отщепление атома углерода в виде С0 2 называется реакцией декарбоксилирования. Это - окислительное декарбоксилирование, поскольку оно сопровождается окислением путем дегидрирования, в результате чего образуется восстановленный НАД.

Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий. Ацетильные группы (2С) вовлекаются в цикл, присоединяясь к ЩУК, в результате чего образуется лимонная кислота (6С). Далее следует цикл реакций, в которых поступившие в цикл ацетильные группы декарбоксилируются с образованием двух молекул СO 2 и дегидрируются с высвобождением четырех пар атомов водорода, присоединяющихся к переносчикам, в результате чего образуются три молекулы восстановленного НАД и одна молекула восстановленного ФАД. Каждый оборот цикла дает также одну молекулу АТФ. (Напомним, что из одной молекулы глюкозы образуются две ацетильные группы, и значит, для окисления каждой молекулы глюкозы требуются два оборота цикла.) В конце цикла ЩУК регенерирует и может теперь присоединить к себе новую ацетильную группу.

Весь водород из молекулы глюкозы оказывается в конечном счете у переносчиков (НАД и ФАД). Весь углерод теряется в виде С02. Вода нужна в качестве источника кислорода в реакциях декарбоксилирования - именно такое происхождение имеет часть кислорода в СO 2 .

68. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз). Фосфорилирование субстратное

Гликолиз осуществляется во всех живых клетках организмов. В процессе гликолиза происходит преобразование молекулы гексозы до двух молекул ПВК: С6Н1206 -> 2С3Н402 + 2Н2. Этот окислительный процесс может протекать в анаэробных условиях (в отсутствие кислорода) и идет через ряд этапов. Прежде всего, для того чтобы подвергнуться дыхательному распаду, глюкоза должна быть активирована. Активация глюкозы происходит путем фосфорилирования шестого углеродного атома за счет взаимодействия с АТФ:

глюкоза + АТФ -> глюкозо-6-фосфат + АДФ

Реакция идет в присутствии ионов магния и фермента гексокиназа.

Затем глюкозо-6-фосфат изомеризуется до фруктозо-6-фосфата. Процесс катализируется ферментом фосфоглюкоизомеразой: глюкозо-6-фосфат -> фруктозо-6-фосфат

Далее происходит еще одно фосфорилирование при участии АТФ. Фосфор­ная кислота присоединяется к первому углеродному атому молекулы фруктозы, процесс катализируется ферментом фосфофруктокиназой: фруктозо-6-фосфат + АТФ -> фруктозо-1,6-дифосфат + АДФ

Дальнейшие реакции, составляющие процесс гликолиза, складываются следующим образом: фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется с образованием двух триоз – глицеральдегид три фосфат и диоксиацетонтрифосфат, реакция катализируется ферментом альдолазой.

Молекула диоксиацетонтрифосфата при участии фермента триозофосфатизомеразы превращается также в 3-фосфоглицериновый альдегид (ФГА). Дальнейшим превращениям подвергается именно ФГА, окисляясь до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (ДФГК). Это важнейший этап гликолиза. Процесс идет с участием неорганического фосфата (Н3Р04) и фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидро-геназы. Сущность процесса заключается в окислении альдегидной группы ФГА в карбоксильную ДФГК.

На следующем этапе в 1,3-дифосфоглицериновой кислоте образуется АТФ. Процесс катализируется ферментом фосфоглицераткиназой.

Затем 3-ФГК превращается в 2-ФГК. Далее происходит дегидратация ФГК. Реакция идет при участии фермента енолазы в присутствии ионов Mg2+ или Мп2+. Образуется фосфоенолпировиноградная кислота (ФЕП). Затем фермент пируваткиназа переносит богатую энергией фосфатную группу на АДФ с образованием АТФ и пировиноградной кислоты. Для протекания реакции необходимо присутствие ионов Mg2+ или Мn2+. Поскольку при распаде одной молекулы глюкозы образуются две молекулы ФГА, то все реакции повторяются дважды.

В результате процесса гликолиза образуются четыре молекулы АТФ, однако две из них покрывают расход на первоначальное активирование субстрата. Следовательно, накапливаются две молекулы АТФ.

Реакция гликолиза носит название субстратного фосфорилирования, поскольку макроэргические связи возникают на молекуле окисляемого субстрата.

Школа:

Дата:

Фамилия и имя учителя: Жакупов АЖ

КЛАСС: 7

Количество присутствующих:

отсутствующих:

Тема урока

Аэробный и анаэробный типы дыхания

Тип урока

Комбинированный урок

Цели обучения, которые помогают достичь данный урок

различать анаэробное и аэробное типы дыхания

Цели урока

способствовать определению и описанию аэробного дыхания, используя уравнение химической реакции процесса дыхания;

сформулировать навыки анализирования, обобщения при сопоставлении анаэробного и аэробного дыхания.

Критерии

оценивания

Ученики могут:

Определять и описывать аэробное дыхание, используя уравнение химической реакции процесса дыхания

Сопоставлять анаэробное и анаэробное дыхания

Языковые цели

Учащиеся могут:

описывать аэробное и анаэробное дыхание в устной и письменной форме

Предметная лексика и

терминология

аэробное, анаэробное («ан» означает без)

(клеточное) дыхание, глюкоза, кислород, углекислый газ, вода, молочная кислота, энергия

Серия полезных фраз для диалога/письма:

глюкоза +кислород → углекислый газ +вода (+энергия)

Привитие ценности

Умение эффективно работать как в команде, так и индивидуально

Межпредметные связи

Химия (уравнения реакции)

Связи с ИКТ

Презентация, использование Интернет-ресурсов

Предыдущее обучение

Дыхание 6 класс

План

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Ресурсы

2 мин.

7 мин

I . Организационный момент.

1) Фронтальный опрос учащихся:

Фотосинтез это

У каких растении бывает фотосинтез

Презентация

15 мин

10 мин

ДЗ

II . Изучение новой темы

Какие Признаки живых организмов вы знаете?

Питание дыхание движение раздражимость размножение

Дыхание у животных

Для чего же мы дышим? Как связаны процесс получения энергии и дыхание? Оказывается, под воздействием кислорода органические вещества распадаются на простые компоненты: углекислый газ, воду, иногда и другие соединения. При распаде органических веществ вы­деляется энергия, которая и используется живыми организмами. Они дышат, чтобы получить энергию.

Как вы помните, животные получают органику из поедаемой пищи. Растения сами создают белки, жиры, углеводы, используя энер- гию света в ходе фотосинтеза. Из одной части накопленных органиче- ских веществ растения строят собственные тела. А другая часть образо- вавшихся при фотосинтезе веществ расходуется на энергию. Растения, как и животные, дышат, чтобы с помощью кислорода разрушить уже

созданные вещества и получить из них энергию для жизни. К счастью, растения гораздо активнее фотосинтезируют, чем дышат. Ведь расте- ния почти не тратят энергию на движение своих тел и работу нервной системы и постоянно получают ее от Солнца (рис. 66). Поэтому всем животным хватает и кислорода, образующегося в ходе фотосинтеза, и питательных веществ, с избытком созданных растениями.

Выполняю самостоятельно записывая в тетрадь

Типы дыхания.

заполнить таблицу «Сравнение аэробного и анаэробного типа дыхания» .

Рисунки животных

5 мин

Рефлексия «Синквейн»
Назовите тему урока одним словом
Назовите 3 действия, которые можно выполнять с темой.
Выразите в одном предложении свое впечатление о теме урока
Как иначе можно назвать тему?