Аеробне та анаеробне дихання рослин. Аеробне та анаеробне дихання Прикладом анаеробного дихання є

Клітинне дихання - це окислення органічних речовин у клітині, у результаті синтезуються молекули АТФ.

Вихідною сировиною (субстратом) зазвичай служать вуглеводи, рідше жири та ще рідше білки. Найбільше молекул АТФ дає окислення киснем, менше – окислення іншими речовинами і перенесенням електронів.

Вуглеводи, або полісахариди, перед використанням субстрату клітинного дихання розпадаються до моносахаридів. Так рослини крохмаль, а тварин глікоген гідролізуються до глюкози.

Глюкоза є основним джерелом енергії майже всім клітин живих організмів.

Перший етап окислення глюкози – гліколіз. Він вимагає кисню і характерний як із анаеробному, і аеробному диханні.

Біологічне окиснення

Клітинне дихання включає безліч окислювально-відновних реакцій, в яких відбувається переміщення водню і електронів від одних сполук (або атомів) до інших. При втраті електрона якимось атомом відбувається його окислення; при приєднанні електрона – відновлення. Окислювана речовина – це донор, а відновлювана – акцептор водню та електронів. Окисно-відновні реакції, що протікають в живих організмах звуться біологічного окислення, або клітинного дихання.

Зазвичай при окисних реакціях відбувається виділення енергії. Причина цього у фізичних законах. Електрони в органічних молекулах, що окислюються, знаходяться на більш високому енергетичному рівні, ніж у продуктах реакції. Електрони, переходячи з більш високого на нижчий енергетичний рівень, вивільняють енергію. Клітина вміє фіксувати її у зв'язках молекул – універсальному «паливі» живого.

Найбільш поширеним у природі кінцевим акцептором електронів є кисень, що відновлюється. При аеробному диханні внаслідок повного окислення органічних речовин утворюються вуглекислий газ та вода.

Біологічне окислення дуже ефективне в порівнянні з різними двигунами. Близько половини енергії, що виділяється, в кінцевому підсумку фіксується в макроергічних зв'язках АТФ. Інша частина енергії розсіюється як тепла. Оскільки процес окиснення ступінчастий, то теплова енергія виділяється потроху і не ушкоджує клітини. У той самий час вона служить підтримки постійної температури тіла.

Аеробне дихання

Різні етапи клітинного дихання у аеробних еукаріотів відбуваються

у матриксі мітохондрій – , або цикл трикарбонових кислот,

на внутрішній мембрані мітохондрій - , або дихальний ланцюг.

На кожному з цих етапів із АДФ синтезується АТФ, найбільше на останньому. Кисень як окислювач використовується тільки на етапі окислювального фосфорилювання.

Сумарні реакції аеробного дихання виглядають так.

Гліколіз та цикл Кребса: C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 12H 2 + 4АТФ

Дихальний ланцюг: 12H 2 + 6O 2 → 12H 2 O + 34АТФ

Таким чином, біологічне окислення однієї молекули глюкози дає 38 молекул АТФ. Насправді нерідко буває менше.

Анаеробне дихання

При анаеробному диханні в окисних реакціях акцептор водню НАД не передає водень зрештою кисень, якого у разі немає.

Як акцептор водню може бути використана піровиноградна кислота, що утворюється при гліколізі.

У дріжджів піруват зброджується до етанолу (спиртове бродіння). При цьому в процесі реакцій утворюється вуглекислий газ і використовується НАД:

CH 3 COCOOH (піруват) → CH 3 CHO (ацетальдегід) + CO 2

CH 3 CHO + НАД · H 2 → CH 3 CH 2 OH (етанол) + НАД

Молочнокисле бродіння відбувається у тварин клітинах, які відчувають тимчасовий недолік кисню, і в ряду бактерій:

CH 3 COCOOH + НАД · H 2 → CH 3 CHOHCOOH (молочна кислота) + НАД

Обидва бродіння не дають виходу АТФ. Енергію в даному випадку дає лише гліколіз, і становить вона лише дві молекули АТФ. Значна частина енергії глюкози не витягується. Тому анаеробне дихання вважається малоефективним.

Дихання- сукупність реакцій біологічного окислення органічних енерговмісних речовин із виділенням енергії, необхідної для життєдіяльності організму.Дихання є процесом, у якому атоми водню (електрони) переносяться від органічних речовин на молекулярний кисень. Виділяють два основні типи дихання: анаеробне та аеробне.

Аеробне дихання -сукупність процесів, що здійснюють окислення органічних речовин та отримання енергії за участю кисню. Розщеплення органічних речовин є повним і відбувається з утворенням кінцевих продуктів окиснення Н2О та СО2. Характерно аеробне дихання для переважної більшості організмів і проходить у мітохондріях клітини. Аеробні організми в процесі дихання можуть окислювати різні органічні сполуки: вуглеводи, жири, білки тощо. У аеробних організмів окислення протікає з використанням кисню як акцептор (приймач) електрона до вуглекислого газу та води. Аеробне дихання – самий спосіб утворення енергії. В основі – повне розщеплення, яке відбувається за участю реакцій безкисневого та кисневого етапів енергетичного обміну. Аеробне дихання відіграє основну роль у забезпеченні клітин енергією та рощепленні речовин до кінцевих продуктів окислення - води та вуглекислого газу.

Ядро- це фортеця, де захована головна розгадка самовідтворення життя.

Вступ

1. Аеробне дихання

1.1 Окисне фосфолювання

2. Анаеробне дихання

2.1 Типи анаеробного дихання

4. Список літератури

Вступ

Дихання властиве всім живим організмам. Воно являє собою окислювальний розпад органічних речовин, синтезованих у процесі фотосинтезу, що протікають із споживанням кисню та виділенням діоксиду вуглецю. А.С. Фамінцин розглядав фотосинтез і дихання як дві послідовні фази живлення рослин: фотосинтез готує вуглеводи, дихання переробляє їх у структурну біомасу рослини, утворюючи в процесі ступінчастого окислення реакційноздатні речовини і звільняючи енергію, необхідну для їх перетворення і процесів життєдіяльності. Сумарне рівняння дихання має вигляд:

CHO + 6O → 6CO + 6HO + 2875кДж.

З цього рівняння стає зрозумілим, чому саме швидкість газообміну використовують для оцінки інтенсивності дихання. Воно було запропоновано в 1912 р. В. І. Палладіна, який вважав, що дихання складається з двох фаз - анаеробної та аеробної. На анаеробному етапі дихання, що йде у відсутність кисню, глюкоза окислюється за рахунок відібрання водню (дегідрування), який, на думку вченого, передається на дихальний фермент. Останній у своїй відновлюється. На аеробному етапі відбувається регенерація дихального ферменту в окислювальну форму. В. І. Палладін вперше показав, що окиснення цукру йде за рахунок безпосереднього окиснення його киснем повітря, оскільки кисень не зустрічається з вуглецем дихального субстрату, а пов'язане з його дегідрування.

Істотний внесок у вивчення суті окислювальних процесів та хімізму процесу дихання внесли як вітчизняні (І.П. Бородін, А.Н.Бах, С.П. Костичев, В.І. Палладін), так і зарубіжні (А.Л. Лавуазьє, Г. Віланд, Г. Кребс) дослідники.

Життя будь-якого організму нерозривно пов'язане з безперервним використанням вільної енергії, що генерується при диханні. Не дивно, що вивчення ролі дихання у житті рослини останнім часом відводять центральне місце у фізіології рослин.

1. Аеробне дихання

Аеробне дихання - це окисний процес, у ході якого витрачається кисень.При диханні субстрат без залишку розщеплюється до бідних енергією неорганічних речовин із високим виходом енергії. Найважливішими субстратами для дихання є вуглеводи. Крім того, при диханні можуть витрачатися жири та білки.

Аеробне дихання включає два основні етапи:

- безкисневий,у процесі, якого відбувається поступове розщеплення субстрату з вивільненням атомів водню та зв'язуванням з коферментами (переносниками типу НАД та ФАД);

- кисневий,в ході якого відбувається подальше відщеплення атомів водню від похідних дихального субстрату та поступове окислення атомів водню в результаті перенесення їх електронів на кисень.

На першому етапі спочатку високомолекулярні органічні речовини (полісахариди, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти та ін.) під дією ферментів розщеплюються на простіші сполуки (глюкозу, вищі карбонові кислоти, гліцерол, амінокислоти, нуклеотиди тощо). цитоплазма клітин і супроводжується виділенням невеликої кількості енергії, яка розсіюється у вигляді тепла. Далі відбувається ферментативне розщеплення простих органічних сполук.

Прикладом такого процесу є гліколіз – багатоступінчасте безкисневе розщеплення глюкози. У реакціях гліколізу шестивуглецева молекула глюкози (С) розщеплюється на дві тривуглецеві молекули піровиноградної кислоти (С). При цьому утворюється дві молекули АТФ і виділяються атоми водню. Останні приєднуються до переносника НАД (нікотинамідаденіндинклеотид), який переходить у свою відновну форму НАД ∙ Н + Н. НАД кофермент, близький за своєю структурою до НАДФ. Обидва вони є похідними нікотинової кислоти - одного з вітамінів групи В. Молекули обох коферментів електропозитивні (у них відсутній один електрон) і можуть відігравати роль переносника як електронів, так і атомів водню. Коли акцептується пара атомів водню, один з атомів дисоціює на протон та електрон:

а другий приєднується до НАД або НАДФ повністю:

НАД + Н + [Н + е] → НАД ∙ Н + Н.

Вільний протон використовується для зворотного окислення коферменту. Сумарно реакція гліколізу має вигляд

CHO +2АДФ + 2НРО + 2 НАД→

2СНО + 2АТФ + 2 НАД ∙ Н + Н+ 2 HO

Продукт гліколізу - піровиноградна кислота (СНТ) - містить у собі значну частину енергії, і подальше її вивільнення здійснюється в мітохондріях. Тут відбувається повне окислення піровиноградної кислоти до CO і HO. Цей процес можна розділити на три основні стадії:

окисне декарбоксилювання піровиноградної кислоти;
цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса);
заключна стадія окислення – електронтранспортний ланцюг.

На першій стадії піровиноградна кислота взаємодіє з речовиною, яку називають коферментом А, в результаті чого утворюється ацетилкофермент з високоенергетичним зв'язком. При цьому від молекули піровиноградної кислоти відщеплюється молекула CO(перша) та атоми водню, які запасаються у формі НАД ∙ Н+Н.

Друга стадія – цикл Кребса (рис. 1)

У цикл Кребса вступає ацетил-КоА, утворений на попередній стадії. Ацетил-КоА взаємодіє зі щавлево-оцтовою кислотою, у результаті утворюється шестивуглецева лимонна кислота. Для цієї реакції потрібна енергія; її постачає високоенергетичний зв'язок ацетил-КоА. Наприкінці циклу щавлево-лимонна кислота регенерується у колишньому вигляді. Тепер вона здатна вступити в реакцію з новою молекулою ацетил-КоА і цикл повторюється. Сумарно реакція циклу може бути виражена наступним рівнянням:

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

КоА + 2CO+ 3НАД ∙ Н + Н+ФАД ∙ H+ АТФ.

Таким чином, в результаті розпаду однієї молекули піровиноградної кислоти в аеробній фазі (декарбоксилювання ПВК та циклу Кребса) виділяється 3CO, 4 НАД ∙ Н + Н, ФАД ∙ H. Сумарно реакцію гліколізу, окисного декарбоксилювання та циклу Кребса можна записати в наступному вигляді:

CHO + 6 HO + 10 НАД + 2ФАД →

6CO+ 4АТФ + 10 НАД ∙ Н + Н+ 2ФАД ∙ H.

Третя стадія – електротранспортний ланцюг.

Пари водневих атомів, що відщеплюються від проміжних продуктів у реакціях дегідрування при гліколізі та в циклі Кребса, зрештою, окислюються молекулярним киснем до HO з одночасним фосфолюванням АДФ в АТФ. Відбувається це тоді, коли водень, що відокремився від НАД ∙ Hі ФАД ∙ H, передається ланцюгом переносників, вбудованих у внутрішню мембрану мітохондрій. Пари атомів водню 2Н можна як 2 Н + 2е. Рушійною силою транспорту атомів водню в дихальному ланцюзі є різниця потенціалів.

За допомогою переносників іони водню Н переносяться з внутрішньої сторони мембрани на її зовнішню сторону, інакше кажучи, з матриксу мітохондрії до міжмембранного простору (рис. 2).

При перенесенні пари електронів від над кисень вони перетинають мембрану тричі, і цей процес супроводжується виділенням на зовнішню сторону мембрани шести протонів. На заключному етапі протони переносяться на внутрішній бік мембрани і акцептуються киснем:

½ O + 2е → O.

Внаслідок такого перенесення іонів Нна зовнішню сторону мембрани мітохондрій у перімітохондріальному просторі створюється їх концентрація, тобто. з'являється електрохімічний градієнт протонів.

Коли протонний градієнт досягає певної величини, іони водню з Н-резервуару рухаються спеціальними каналами в мембрані, і їх запас енергії використовується для синтезу АТФ. У матриксі вони з'єднуються із зарядженими частинками О, і утворюється вода: 2Н+ О² → HO.

1.1 Окисне фосфолювання

Процес утворення АТФ в результаті перенесення іонів через мембрану мітохондрії отримав назву окисного фосфолювання.Він здійснюється за участю ферменту АТФ-синтетази. Молекули АТФ-синтетази розташовуються у вигляді сферичних гранул на внутрішній стороні внутрішньої мембрани мітохондрій.

В результаті розщеплення двох молекул піровиноградної кислоти та перенесення іонів водню через мембрану спеціальними каналами синтезується в цілому 36 молекул АТФ (2 молекули в циклі Кребса і 34 молекули в результаті перенесення іонів Н через мембрану).

Сумарне рівняння аеробного дихання можна виразити так:

CHO + O+ 6HO + 38АДФ + 38НРО→

6CO+ 12HO + 38АТФ

Цілком очевидно, що аеробне дихання припиниться у відсутності кисню, оскільки саме кисень є кінцевим акцептором водню. Якщо клітини не одержують достатньої кількості кисню, всі переносники водню незабаром повністю насититься і не зможуть передавати його далі. В результаті основне джерело енергії для утворення АТФ виявиться блокованим.

аеробне дихання, окислення фотосинтез

2. Анаеробне дихання

Анаеробне дихання.Деякі мікроорганізми здатні використовувати для окислення органічних або неорганічних речовин не молекулярний кисень, а інші окислені сполуки, наприклад, солі азотної, сірчаної та вугільної кислот, що при цьому перетворюються на більш відновлені сполуки. Процеси йдуть в анаеробних умовах, і їх називають анаеробним диханням:

2HNO + 12Н → N + 6HO + 2Н

HSO + 8Н→ HS + 4HO

У мікроорганізмів, що здійснюють таке дихання, кінцевим акцептором електронів буде не кисень, а неорганічні сполуки - нітрити, сульфати та карбонати. Таким чином, відмінності між аеробним та анаеробним диханням полягає в природі кінцевого акцептора електронів.

2.1 Типи анаеробного дихання

Основні типи анаеробного дихання наведені у таблиці 1. є також дані про використання бактеріями як акцептори електронів Mn, хроматів, хінонів та ін.

Таблиця 1 Типи анаеробного дихання у прокаріотів (по: М.В Гусєв, Л.А. Мінєєва 1992, зі змінами)

Енергетичний процес	Кінцевий акцептор електронів	Продукти відновлення
Нітратне дихання та нітрифікація
Сульфатне та сірчане дихання
"Залізне" дихання
Карбонатне дихання		СН, ацетат
Фумаратне дихання		Сукцинат

Властивість організмів переносити електрони на нітрати, сульфати та карбонати забезпечує достатньою мірою повне окислення органічної або неорганічної речовини без використання молекулярного кисню і зумовлює можливість отримання більшої кількості енергії, ніж при бродінні. При анаеробному диханні вихід енергії лише на 10% нижче. Чим при аеробному. Організми, котрим характерне анаеробне дихання, мають набір ферментів електронтранспортного ланцюга. Але цитохромоксилаза в них замінюється нітратредуктазою (при використанні як акцептор електронів нітрату) або аденілсульфатредуктазою (при використанні сульфату) або іншими ферментами.

Організми, здатні здійснювати анаеробне дихання за рахунок нітратів, – факультативні анаероби. Організми, що використовують сульфати в анаеробному диханні, відносяться до анаеробів.

Висновок

Органічні речовини з неорганічних зелена рослина утворює лише на світлі. Ці речовини використовуються рослиною лише для харчування. Але рослини не лише харчуються. Вони дихають, як усі живі істоти. Дихання відбувається безперервно вдень уночі. Дихають усі органи рослини. Рослини дихають киснем, а виділяють вуглекислий газ, як тварини та людина.

Подих рослин може відбуватися, як у темряві, так і на світлі. Значить, на світлі в рослині протікають два протилежні процеси. Один процес – фотосинтез, інший – дихання. Під час фотосинтезу створюються органічні речовини з неорганічних та поглинається енергія сонячного світла. Під час дихання у рослині витрачаються органічні речовини. А енергія, необхідна життєдіяльності, звільняється. На світлі в процесі фотосинтезу рослини поглинають вуглекислий газ та виділяють кисень. Разом з вуглекислим газом рослини на світлі поглинають з навколишнього повітря і кисень, необхідний рослинам для дихання, але в менших кількостях, ніж виділяються при утворенні цукру. Вуглекислого газу при фотосинтезі рослини поглинають набагато більше, ніж виділяють його придихання. Декоративні рослини в кімнаті при хорошому освітленні виділяють вдень значно більше кисню, ніж поглинають його у темряві вночі.

Дихання у всіх живих органів рослини відбувається безперервно. Коли припиняється дихання, рослина, як і тварина гине.

Список літератури

1. Фізіологія та біохімія сільськогосподарських рослин Ф50/Н.М. Третьяков, Є.І. Кошкін, Н.М. Макрушин та ін; під. ред. Н.М. Третьякова. - М.; Колос, 2000 – 640 с.

2. Біологія в екзаменаційних питаннях та відповідях Л44/ Лемеза Н.А., Камлюк Л.В.; 7-е вид. – М.: Айріс-прес, 2003. – 512 с.

3. Ботаніка: Навч. Для 5-6 кл. середовищ. Шк.-19-е вид. / Перероб. О.М. Солодковим. - М: Просвітництво, 1987. - 256 с.

Аеробне дихання- це окислювальний процес, під час якого витрачається кисень. При диханні субстрат без залишку розщеплюється до бідних енергією неорганічних речовин із високим виходом енергії. Найважливішими субстратами для дихання є вуглеводи. Крім того, при диханні можуть витрачатися жири та білки.

Аеробне дихання включає два основні етапи:

безкисневий, у процесі якого відбувається поступове розщеплення субстрату з вивільненням атомів водню та зв'язуванням з коферментами (переносниками типу НАД та ФАД);
кисневий, в ході якого відбувається подальше відщеплення атомів водню від похідних дихального субстрату та поступове окислення атомів водню в результаті перенесення їх електронів на кисень.

На першому етапі спочатку високомолекулярні органічні речовини (полісахариди, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти та ін) під дією ферментів розщеплюються на простіші сполуки (глюкозу, вищі карбонові кислоти, гліцерол, амінокислоти, нуклеотиди тощо). Цей процес відбувається в цитоплазмі клітин та супроводжується виділенням невеликої кількості енергії, яка розсіюється у вигляді тепла. Далі відбувається ферментативне розщеплення простих органічних сполук.

Прикладом такого процесу є гліколіз – багатоступінчасте безкисневе розщеплення глюкози. У реакціях гліколізу шестивуглецева молекула глюкози (C 6) розщеплюється на дві тривуглецеві молекули піровиноградної кислоти (C 3). При цьому утворюються дві молекули АТФ і виділяються атоми водню. Останні приєднуються до переносника НАД + (нікотинамідаденіндінуклеотид), який переходить у свою відновлену форму НАД H + H + . НАД – кофермент, близький за своєю структурою до НАДФ. Обидва вони є похідними нікотинової кислоти - одного з вітамінів групи В. Молекули обох коферментів електропозитивні (у них відсутній один електрон) і можуть відігравати роль переносника як електронів, так і атомів водню. Коли акцептується пара атомів водню, один з атомів дисоціює на протон та електрон:

H → H + + e - ,

а другий приєднується до НАД або НАДФ повністю:

НАД + + H + → НАД ∙ H + Н +.

Вільний протон використовується для зворотного окислення коферменту.

Сумарно реакція гліколізу має вигляд:

C 6 H 12 O 6 + 2АДФ + 2Н 3 Р 4 + 2НАД + → 2C 3 H 4 O 3 + 2АТФ + 2НАД ∙ H + H + + 2Н 2 O.

Продукт гліколізу - піровиноградна кислота (C3H4O3) - містить у собі значну частину енергії, і подальше її вивільнення здійснюється в мітохондріях. Тут відбувається повне окислення піровиноградної кислоти до CO 2 і H 2 O. Цей процес можна поділити на три основні стадії:

окисне декарбоксилювання піровинофадної кислоти;
цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса);
заключна стадія окислення – електронтранспортний ланцюг.

На першій стадії піровиноградна кислота взаємодіє з речовиною, яку називають коферментом А (скорочено його позначають КоА), у результаті утворюється адетилкофермент А з високоенергетичним зв'язком. При цьому від молекули піровиноградної кислоти відщеплюється молекула CO 2 (перша) та атоми водню, які запасаються у формі НАД ∙ H + H + .

Друга стадія - цикл Кребса (названий так на честь англійського вченого Ганса Кребса, що відкрив його).

У цикл Кребса вступає ацетил-КоА, утворений на попередній стадії. Ацетил-КоА взаємодіє зі щавлево-оцтовою кислотою (чотирьохутільна сполука), в результаті утворюється шестивуглецева лимонна кислота. Для цієї реакції потрібна енергія; її постачає високоенергетичний зв'язок ацетил-КоА. Далі перетворення йде через утворення ряду органічних кислот, внаслідок чого ацетильні групи, що надходять у цикл при гідролізі ацетил-КоА, дегідруються з вивільненням чотирьох пар атомів водню і декарбоксилюються з утворенням двох молекул CO2. При декарбоксилюванні для окислення атомів вуглецю до CO 2 використовується кисень, що відщеплюється від молекул води. Наприкінці циклу щавлево-оцтова кислота регенерується у колишньому вигляді. Тепер вона здатна вступити в реакцію з новою молекулою ацетил-КоА і цикл повторюється. У процесі циклу використовуються три молекули води, виділяються дві молекули СО 2 і чотири пари атомів водню, які відновлюють відповідні коферменти (ФАД - флавін-деніндінуклеотид і НАД). Сумарно реакція циклу може бути виражена наступним рівнянням:

ацетил-КоА + ЗH 2 O + ЗНАД + + ФАД + АДФ + H 3 PO 4 → КоА + 2CO 2 + ЗНАД ∙ H + H + + ФАД ∙ H 2 + АТФ.

Таким чином, в результаті розпаду однієї молекули піровиноградної кислоти в аеробній фазі (декарбоксилювання ПВК і циклу Кребса) виділяється ЗСО 2 , 4НАД ∙ H + H + , ФАД ∙ H 2 .

Сумарно реакцію гліколізу, окисного декарбоксилювання та циклу Кребса можна записати в наступному вигляді:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 10НАД + + 2ФАД → 6CO 2 + 4АТФ + 10НАД ∙ H + H + + 2ФАД ∙ H 2 .

Третя стадія – електронтранспортний ланцюг.

Пари водневих атомів, що відщеплюються від проміжних продуктів у реакціях дегідрування при гліколізі та циклі Кребса, зрештою окислюються молекулярним киснем до H 2 O з одночасним фосфорилюванням АДФ в АТФ. Відбувається це тоді, коли водень, що відокремився від НАД H 2 і ФАД H 2 , передається по ланцюгу переносників, вбудованих у внутрішню мембрану мітохондрій. Пари атомів водню 2H можна розглядати як 2H + + 2e-. Саме в такому вигляді вони і передаються ланцюгом переносників. Шлях перенесення водню та електронів від однієї молекули переносника до іншої є окислювально-відновним процесом. При цьому молекула, що віддає електрон чи атом водню, окислюється, а молекула, яка сприймає електрон чи атом водню, відновлюється. Рушійною силою транспорту атомів водню у дихальній меті є різниця потенціалів.

За допомогою переносників іони водню H+ переносяться з внутрішньої сторони мембрани на її зовнішню сторону, інакше кажучи, з матриксу мітохондрії в міжмембранний простір.

При перенесенні пари електронів від НАД на кисень вони перетинають мембрану тричі, і цей процес супроводжується виділенням на зовнішній бік мембрани шести протонів. На заключному етапі електрони переносяться на внутрішній бік мембрани та акцептуються киснем.

½O 2 + 2e - → O 2- .

В результаті такого перенесення іонів H+ на зовнішню сторону мембрани мітохондрій у перімітохондріальному просторі створюється підвищена їх концентрація, тобто виникає електрохімічний градієнт протонів (ΔμH+).

Протонний градієнт є як би резервуаром вільної енергії. Ця енергія використовується при зворотному потоці протонів через мембрану синтезу АТФ. У ряді випадків може спостерігатися безпосереднє використання енергії градієнта протону (ΔμH +). Вона може забезпечувати осмотичну роботу і транспорт речовин через мембрану проти градієнта їх концентрації, використовуватися на механічну роботу та ін. Таким чином, клітина має дві форми енергії - АТФ і ΔμH + . Перша форма – хімічна. АТФ розчиняється у воді та легко використовується у водній фазі. Друга (ΔμH +) – електрохімічна – нерозривно пов'язана з мембранами. Ці дві форми енергії можуть переходити одна в одну. При утворенні АТФ використовується енергія ΔμH+, при розпаді АТФ енергія може акумулюватися у вигляді ΔμH+.

Коли протонний градієнт досягає певної величини, іони водню з H + -резервуару рухаються спеціальними каналами в мембрані, і їх запас енергії використовується для синтезу АТФ. У матриксі вони з'єднуються із зарядженими частинками O 2- і утворюється вода: 2H + + O 2- → H2O.

Процес утворення АТФ в результаті перенесення іонів H+ через мембрану мітохондрії отримав назву окисного фосфорилювання. Він здійснюється за участю ферменту АТФ-синтетази. Молекули АТФ-синтетази розташовуються у вигляді сферичних гранул на внутрішній стороні внутрішньої мембрани мітохондрій.

Слід звернути увагу на те, що ферментні системи орієнтовані в мітохондріях протилежно тому, як це має місце в хлоропластах: у хлоропластах H + -резервуар знаходиться з внутрішньої сторони внутрішньої мембрани, а в мітохондріях - з її зовнішнього боку; при фотосинтезі електрони рухаються в основному від води до переносників атомів водню, при диханні переносники водню, що передають електрони в електронтранспортний ланцюг, знаходяться з внутрішньої сторони мембрани, а електрони в кінцевому рахунку включаються в утворюються молекули води.

Кисневий етап, таким чином, дає енергії у 18 разів більше, ніж її запасається внаслідок гліколізу. Сумарне рівняння аеробного дихання можна виразити так:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O + 38АДФ + З8H 3 PO 4 → 6CO 2 + 12H 2 O + 38АТФ.

Цілком очевидно, що аеробне дихання припиниться без кисню, оскільки саме кисень служить кінцевим акцептором водню. Якщо клітини не одержують достатньої кількості кисню, всі переносники водню незабаром повністю насититься і не зможуть передавати його далі. В результаті основне джерело енергії для утворення АТФ виявиться блокованим.

Аеробне дихання – це процес, у якому клітини, які дихають киснем, вивільняють енергію з палива своїх життєвих функцій.

Молекулярний кисень найефективніший акцептор електрона для дихання, належний до своєї спорідненості високого ядра для електронів. Однак, деякі організми еволюціонували для використання інших окислювачів, і як такий ці виконують дихання без кисню.

Ці організми також використовувати електронно-транспортного ланцюга, щоб виробляти стільки ж АТФ, якнайдалі від їх палива, але їх електронно-транспортних ланцюгів вилучення менше енергії, ніж аеробне дихання, тому що їх акцептором електронів слабше.

Багато бактерій та археї можуть виконувати тільки анаеробне дихання. Багато інших організмів можуть виконувати аеробне чи анаеробне дихання залежно від наявності кисню.

Люди та інші тварини покладаються на аеробне дихання для того, щоб залишитися живими, але можуть розширити їх життя або уявлення клітин без кисню шляхом використання форм анаеробного дихання.

Функція анаеробного дихання

Дихання-це процес, за допомогою якого енергія, що зберігається в паливі, перетворюється на форму, яку може використовувати клітина. Як правило, енергія, що зберігається в молекулярних зв'язках молекули цукру або жиру, використовується для створення АТФ шляхом вилучення електронів з молекули палива та використання їх для живлення транспортного ланцюга електронів.

Дихання має вирішальне значення для виживання клітини, тому що якщо вона не може звільнити енергію від палива, щоб керувати своїми життєвими функціями, клітина помре.

Ось чому повітря-диха організми вмирають так швидко без постійного постачання кисню: наші клітини не можуть виробити достатню енергію для того, щоб залишитися живими без нього.

Замість кисню, анаеробні клітини використовують речовини, такі як сульфат, нітрат, сірка, та фумарат гнати їхнє клітинне дихання.

Багато клітин можуть виконувати аеробне або анаеробне дихання в залежності від наявності кисню.

Зображення нижче ілюструє тест пробірки, девчені можуть визначити, якщо організм:

Облігатний Аероб– організм, який не може вижити без кисню
Облігатний анаероб– організм, який не може вижити у присутності кисню
В аеротолерантний організм– організм, який може жити у присутності кисню, але не використовувати його, щоб зростати
Факультативний аероб- організм, який може використовувати кисень, щоб рости, але також може виконувати і анаеробне дихання

Де відбувається Анаеробне Дихання?

Анаеробне дихання відбувається у цитоплазмі клітин. Справді, більшість клітин, які використовують анаеробне дихання, – це бактерії чи археї, які не мають спеціалізованих органел.

Що спільного між Анаеробним диханням та Аеробним диханням?

І аеробне і анаеробне дихання починає з розділяти молекули цукру у викликаному процесі “гліколізом”.

І в аеробному та анаеробному диханні, 2 половини молекули цукру після цього надіслані через іншу серію реакцій, які використовують ланцюги переходу електрона для того, щоб зробити більше ATP.

Саме ці реакції вимагають акцептора електронів – чи це кисень, сульфат, нітрат тощо. – щоб керувати ними.

У чому різниця між Аеробним диханням та Анаеробним диханням?

Після гліколізу аеробні та анаеробні клітини направляють дві половинки глюкози через довгий ланцюг хімічних реакцій, щоб генерувати більше АТФ та витягувати електрони для використання в їхньому транспортному ланцюзі електронів.

Однак, що ці реакції, і де вони трапляються, змінюють між аеробними та анаеробними клітинами.

В аеробних клітинах, електронно-транспортного ланцюга, і більшість хімічних реакцій дихання, відбувається в мітохондріях. Система мембран mitochondria робить процес дуже ефективним шляхом концентрувати хімічні реактанти дихання спільно в одному малому космосі.

У анаеробних клітинах, однак, дихання типово здійснює в цитоплазмі клітини, через те, що більшості анаеробних клітин не мають спеціалізовані органели. Серія реакцій є типово коротка, і використовує акцептор електрона як сульфат, нітрат, сірка, або фумарат замість кисню.

Анаеробне дихання також виробляє менше ATP для кожної молекули цукру, що засвоюється, ніж аеробне дихання. Крім того, вона виробляє різні відходи виробництва-у тому числі, у деяких випадках, алкоголь!

Види Анаеробного дихання

Види анаеробного дихання так само різноманітні, як і його акцептори електронів. Важливі типи анаеробного дихання включають:

Молочна кислота бродіння– у цей тип анаеробного дихання, глюкоза розпадається на дві молекули молочної кислоти, щоб зробити два АТП.
Спиртове бродіння– у цей тип анаеробного дихання, глюкози розщеплюється на етанол, чи етиловий спирт. Цей процес також виробляє 2 АТП у молекулу цукру.
Інші типи бродіння- Інші ферментації виконуються деякі бактерії та археї. Ці включають proprionic кисневе заквашування, заквашування олійної кислоти, розчиняюче заквашування, змішане кисловочне заквашування, заквашування butanediol, stickland заквашування, acetogenesis, та methanogenesis.

Рівняння Анаеробного Дихання

Рівняння для двох найпоширеніших типів анаеробного дихання:

* Заквашування молочної кислоти:

З 6 н 12 Про 6 (глюкоза) + 2 АДФ + фосфат 2 → 2 молочна кислота + 2 АТФ

Спиртове бродіння:

З 6 н 12 Про 6 (глюкоза) + 2 АДФ + 2 фосфат → 2С 2 Н 5 він (етанол) + 2 з 2 + 2 СПС

Приклади Анаеробного дихання

Хворі м'язи та молочна кислота

Під час інтенсивного тренування, наші м'язи використовують кисень для того, щоб зробити ATP швидше, ніж ми можемо поставити його.

Коли це трапляється, м'язові клітини можуть виконати гліколіз швидше, ніж вони можуть поставити кисень до мітохондріального ланцюга переходу електрона.

Результат що заквашування молочної кислоти відбувається всередині наші клітини – і після тренування, що збільшується, побудована молочна кислота може зробити наші м'язи болить!

Дріжджі та алкогольні напої

Алкогольні напої, такі як вино та віскі, зазвичай виробляються шляхом розливу дріжджів, які виконують алкогольну ферментацію – з розчином цукру та інших смакових сполук.

Дріжджі можуть використовувати складні, включаючи ті знайдені в картоплях, виноградинах, мозолі, і багато інших зерен, як джерела цукру.

Поміщати дріжджі та своє джерело палива у повітронепроникну пляшку забезпечує що не буде достатній кисень навколо для того, щоб перешкодити з анаеробним диханням, яке виробляє спирт!

Алкоголь насправді токсичний для дріжджів, які його виробляють – коли концентрація алкоголю стане досить високою, дріжджі помирають.

З цієї причини неможливо заварити вино чи пиво із вмістом алкоголю понад 30%. Однак процес дистиляції, який відокремлює спирт від інших компонентів варева, може бути використаний для концентрації спирту та отримання міцних спиртних напоїв.

Метаногенез та небезпечні домочадці

На жаль, алкогольна ферментація це не єдиний вид ферментації, який може відбутися в рослинній речовині. Глюкоза заквашена в етиловий спирт - але різний викликаний спирт, метанолом, можна зробити від заквашування різного цукру знайденого на заводах.

Коли целюлоза заквашена метанол, результати можуть бути небезпечні. Небезпеки “самогону” – дешеві, саморобні віскі, який часто містить велику кількість метанолу через погане пивоваріння та дистиляцію – було оголошено у 20 – му столітті під час сухого закону.

Смерть і пошкодження нервів від отруєння метанолом, як і раніше, є проблемою в районах, де некваліфіковані люди намагаються варити алкоголь дешево. Так що якщо ви збираєтеся стати пивоваром, переконайтеся, що ви робите свою домашню роботу!

Швейцарський сир та Пропіонова кислота

Заквашування пропіонової кислоти дає швейцарському сиру свій своєрідний флейвор. Отвори в швейцарському сирі фактично виготовлені бульбашками газу вуглекислого газу, випущеного як ненижний продукт бактерій, які використовують заквашування пропіонової кислоти.

Після впровадження більш жорстких санітарних норм у 20-му столітті, багато виробників швейцарського сиру були спантеличені, щоб знайти, що їх сир був втратити її отвори - і його смак!

Виною всьому стало відсутність специфічних бактерій, які продукують пропіонову кислоту. Протягом століть ця бактерія була введена як забруднююча речовина з сіна, який їли корови. Але після запровадження більш строгих стандартів гігієни цього більше не відбувалося!

Ці бактерії тепер додані навмисно під час продукції для того щоб забезпечити що швейцарський сир залишається flavorful та зберігає своє негайно пізнаване holey виникнення.

Оцет та Ацетогенез

Бактерії, які виконують ацетогенез, є відповідальними за виготовлення оцту, який складається в основному з оцтової кислоти.

Оцет фактично вимагає 2 процесів заквашування, тому що бактерії, які роблять смачну кислоту, вимагають спирту як паливо!

Як такий, оцет спершу заквашений у алкогольний препарат, як вино. Потім спиртова суміш знову ферментується з використанням ацетогенних бактерій.

пов'язаний термін

АТП- клітинного "палива", яке може бути використане для живлення стільникових безліч дій і реакцій.
Окислення– важливий процес у хімії, де електрони губляться. Молекула, яка втратила електрони в процесі окислення, як кажуть, була "окислена" або "була підвищена ступінь окислення."

Вікторина

1. Усі клітини виконують гліколіз.
А.Щоправда
Б.Брехня

Відповідь на запитання №1

Правда! Усі осередки спліт цукру, щоб звільнити частину хімічної енергії, запасеної в молекулах цукру. Деякі клітини зупиняють там, поки інші йдуть далі використовувати процеси заквашування або аеробного дихання для того, щоб отримати дуже більше енергії від частин цукру, залишених понад гліколіз.

[згорнути]

2. Процес анаеробного дихання пояснює, як деякі клітини можуть вижити без кисню.
А.Щоправда
Б.Брехня

Відповідь на запитання №2

Справжній. Анаеробне дихання дає можливість клітинам, які виконують це, щоб вижити без кисню.

[згорнути]

3. Клітини можуть жити без ATP, доки вони мають цукор як джерело їжі.
А.Щоправда
Б.Брехня

Брехня!Всі осередки повинні мати АТП, щоб вижити, як АТФ енергії у формі, вони можуть використовуватися для своїх життєвих процесів.

Вони можуть перетворити цукор на АТФ, але їм потрібний окислювач, який можуть використовувати їх клітини – наприклад, кисень. фумарат або сірка для цього.