Respiratia este forma cea mai avansată a procesului de oxidare, și cel mai eficient mod de producere a energiei. avantaj respirator principal este că energia substanței oxidabil - substratul pe care microorganismul este în creștere, folosit mai mult pe deplin. Prin urmare, în procesul de respirație sunt procesate substrat mult mai mici pentru a obține o anumită cantitate de energie decât, de exemplu, atunci când fermentații.
Procesul de respirație este că hidrați de carbon (sau proteine, grăsimi și alte substanțe de rezervă de celule) sunt descompuse, oxidat cu oxigenul atmosferic, la bioxid de carbon și apă. Energia rezultată este cheltuită pentru menținerea activității organismelor, creștere și reproducere. Bacteriile din cauza dimensiunii lor extrem de mici ale corpului nu poate stoca cantități mari de substanțe de rezervă. Prin urmare, ele sunt utilizate în principal mediu de compusi cu nutrienți.
În general, respirația poate fi reprezentată prin următoarea ecuație:
Pentru această formulă simplă ascunde lanț complex de reacții chimice, fiecare dintre care este catalizată de o enzimă specifică.
Reacțiile enzimatice ce apar în procesul de respirație, este acum bine înțeleasă. Schema de reacție a fost universal, t. E., În principiu, aceleași la animale, plante și microorganisme, inclusiv bacterii. procesul respirator, în timpul oxidării glucozei constă din următoarele etape majore (Fig. 10).
În primul rând, formarea de esteri fosfat de glucoză - monofosfat, difosfat atunci. Acidul fosforic este transferat de către anumite enzime (transferaze) de adenozin trifosfat (ATP) - o substanță cu un rest de acid fosforic trei legături energetice conectate. (La aderarea acid fosforic uzat 3,4-10 / 4 energie J per 1 gram-molecula, prin urmare, numita conexiune formată macroergice ..) Semnificația biologică a primelor reacții de fosforilare includ activarea glucozei - glucoza fosfor aderare face ca aceasta determină labili mai reactive posibilitatea de divizare în continuare a glucozei.
Activat glucoza difosfat sub forma divizat în continuare în două fosfat triose (compuși cu trei carbon): dioksiatsetonfosfat fosfogliceraldehid și care pot fi convertite în mod reversibil unul de altul.
În continuare, schimbul intră fosfogliceraldehid, este oxidat în acid difosfoglitserinovuyu. Scopul acestui proces este scindarea atomilor de hidrogen din transferul de substrat și hidrogen oxidat folosind enzime specifice de oxidare la oxigenul atmosferic (vezi. Fig. 10, 11).
Hidrogenul din fosfogliceraldehid se alătură enzimă - nikotinamiddinukleotidu (NAD); în care aldehida este oxidat la acid și energia este eliberată. O parte din această energie este cheltuit pe formarea de ATP; în care acidul fosforic este atașat la adenozindifosfatu- ADP. In energia hidroliza ATP eliberate și pot fi cheltuite pe diverse procese și nevoile sintezei de proteine ale altor celule.
Acid Phosphoglyceric este oxidat la acidul piruvic. În acest caz, de asemenea, face ATP, energia t. E. stocate.
Aceasta completează prima - anaerob - proces pas de respirație, care este numit calea glicolitic sau calea Embden - Meyerhof - Parnas. Pentru a pune în aplicare aceste reacții de oxigen nu este necesară. Rezultat Acidul piruvic (SN3SOSOON) este un compus interesant și important. Moduri de glucoza divizare în timpul respirației și multe fermentațiile, până la formarea acidului piruvic, sunt exact la fel, care a fost stabilit primul biochemist românesc S. P. Kostychevym. acidul piruvic este punctul central din care căile diverg respirație și fermentare, unde începem procesul caracteristic unui lanț de reacții enzimatice - reacții chimice specifice în lanț (Figura 11.).
In timpul acid piruvic respirația intră în ciclul acidului tricarboxilic (Fig. 12). Acesta este un ciclu complex de reacții, care rezultă în acizii organici cu formare de 4, 5 sau 6 atomi de carbon (malic, lactic, fumărie, o ceto glutaric și acid citric) și scindate de dioxid de carbon.
CO2 Mai întâi de acid piruvic care conține trei atomi de carbon, este scindată - se formează acid acetic, care este o coenzima A formează compusul activ - acetil coenzima A. Se transmite reziduul acid acetic (acetil) la oxaloacetică acidului (4 atomi de carbon), și se formează acid citric (6 atomi de carbon). Acidul citric suferă câteva transformări care rezultă CO2 este eliberat și formează un compus cinci carbon - acidul a-cetoglutaric. Din ea CO2 asemenea clivat (a treia moleculă de dioxid de carbon) și acid succinic produs (4 atomi de carbon), care este apoi convertit în fumaric, acid malic și în final oxaloacetică. În această buclă închisă. acidul oxaloacetică poate să reintre în ciclul.
Astfel, bucla intră acidul piruvic trei carbon, și în cursul transformărilor stau 3 molecule C02.
acid piruvic hidrogenul eliberat în timpul dehidrogenării în condiții aerobe, nu rămâne liber - aceasta intră în lanțul respirator (precum și gliceraldehid hidrogen, luat în transformarea acestuia într-un acid gliceric). Aceasta - un lant de enzime oxidative.
Enzime care presupun mai întâi hidrogenul din substratul oxidabile, numit dehidrogenaze primare.
Acesta este compus din nucleotide di- sau tripiridin: NAD sau NADP și o proteină specifică. Mecanismul adaosurilor de hidrogen - la fel:
Agenți oxidanți - H2 + NAD -> substanta oxidat NAD + H2
Degidrogenaeoy a produs hidrogen, apoi atașat sistemului enzimatic următor - flavin enzimă (FMN sau FAD).
De la enzimele flavin electroni intra natsitohromy - proteid fier (complex de proteine). Lanțul citocromilor nu este un atom de hidrogen transmis, ci numai electroni. Astfel, există o schimbare în valența de fier:
Reacția finală respiratorie - este aderarea unui proton și un electron de oxigen în educația aerului și a apei. Dar, înainte de a merge activarea moleculelor de oxigen de către oxidaza enzima citocromului. Activarea este redus la oxigen, care dobândește o sarcină negativă datorită electroni substanțe oxidabile atașament. Pentru oxigenul activat se alătură hidrogen (proton) pentru a forma apa.
De asemenea, a spus electroni circuit și hidrogen purtători sunt cunoscuți, și altele. Acest proces este mult mai complicat decât schema descrisă.
Semnificația biologică a acestor transformări este oxidarea nutrienților și a educației de energie. Oxidarea moleculelor de zahar (glucoza) in ATP stocat 12,6- 10,5 jouli de energie, în moleculă conține zahăr 28,6-10 / 5 jouli, prin urmare, utili se utilizează 44% din energia. Aceasta este o eficiență foarte mare în comparație cu un. N. G. de utilaje moderne.
În timpul respirației format o cantitate mare de energie. Dacă toate ar fi eliberat dintr-o dată, atunci celula ar înceta să mai existe. Dar acest lucru nu se întâmplă, pentru că energia este eliberată ne dintr-o dată, dar pas cu pas, în porții mici. Izolarea doze mici de energie datorită faptului că respirația este un proces în mai multe etape, în care etapele individuale ale formării diferiți intermediari (având o lungime diferită a lanțului de carbon), iar energia este eliberată. Energia eliberată este consumat sub formă de căldură, și depozitate într-un compus universal la energie - ATP. După separarea de energie ATP poate fi utilizat în orice procese necesare pentru menținerea funcțiilor vitale ale organismului: sinteza diferitelor substanțe organice, lucru mecanic, menținerea presiunii osmotice a protoplasmei, etc ...
Respirația este un proces de a da energie, dar semnificația sa biologică nu este limitată la acestea. Ca rezultat al reacțiilor chimice respirație, un mare număr de compuși intermediari care însoțesc. Dintre aceștia, compuși care au un număr diferit de atomi de carbon poate fi sintetizat printr-o varietate de celule substanțe: aminoacizi, acizi grași, grăsimi, proteine și vitamine.
Prin urmare, schimbul determină restul schimburi carbohidrați substanțe (proteine, lipide). Aceasta este marea sa valoare.
Cu procesul respirației, reacțiile sale chimice asociate una dintre proprietățile surprinzătoare ale microbilor - capacitatea de a emite lumină vizibilă - luminesce.
Este cunoscut faptul că numărul de organisme vii, inclusiv bacterii, poate emite lumină vizibilă. Luminiscenta cauzate de microorganisme a fost cunoscut de secole. Acumularea de bacterii luminescente într-o relație de simbioză cu animale marine mici, uneori rezultând emisia mării; cu luminiscență cunoscut, de asemenea, în timpul creșterii unor bacterii la carne și t. d.
Principalele componente ale interacțiunii dintre care duce la emisia de lumină sunt reduse forme de PSK sau DNA, oxigen molecular, enzima si lyutsiferaea compus oxidabile - luciferin. Se presupune că NAD redusă și FMN reacționează cu luciferaza, luciferină și oxigen, rezultând electroni în unele molecule sunt excitat, iar acești electroni reveni la starea de sol însoțită de o emisie de lumină. Luminiscenta în microbi considerate ca „proces risipitor“, deoarece acest lucru reduce eficiența energetică a respirației.