2. Respirația anaerobă
2.1 Tipuri de respirație anaerobă
Respirația este inerentă tuturor organismelor vii. Este o descompunere oxidativă a substanțelor organice sintetizate prin fotosinteză care apar cu consumul de oxigen si eliberarea de dioxid de carbon. AS Famintsyn fotosinteza și respirația considerate ca două faze succesive ale centralei fotosinteză pregătesc carbohidrați, respirația le prelucrează în blocul de biomasă vegetală etapa de formare în procesul de oxidare a substanțelor reactive și eliberând energia necesară pentru transformarea lor și procese vitale în general. Ecuația totală de respirație are forma:
C H O + 6 O → 6CO + 6H O + 2875 kJ.
Din această ecuație devine clar de ce rata de schimb a gazului este utilizată pentru a estima rata de respirație. A fost propusă în 1912 de VI Palladin, care credea că respirația constă în două etape - anaerobe și aerobe. În stadiul anaerob al respirației, care are loc în absența oxigenului, glucoza este oxidată prin îndepărtarea hidrogenului (dehidrogenare), care, conform cercetătorului, este transmisă enzimei respiratorii. Acesta din urmă este restabilit. În stadiul aerobic, enzima respiratorie se regenerează în forma oxidantă. Palladin a arătat mai întâi că oxidarea zahărului se datorează oxidării directe a oxigenului prin aer, deoarece oxigenul nu se produce cu carbonul substratului respirator, ci este asociat cu dehidrogenarea acestuia.
contribuție semnificativă la studiul esenței proceselor oxidative și chimia respirației au atât intern (IP Borodin, A.N.Bah, SP Kostychev, VI Palladin) și externe (AL Lavoisier G. Wieland, G. Krebs) cercetătorii.
Viața oricărui organism este legată în mod inextricabil de utilizarea continuă a energiei libere generate de respirație. Nu este surprinzător faptul că studiul rolului respirației în viața plantelor a fost recent central în fiziologia plantelor.
1. Respirația aerobă
Respirația aerobă este un proces oxidant, în timpul căruia oxigenul este consumat. Când se respiră, substratul se descompune fără reziduuri în energie redusă a substanțelor anorganice cu un randament ridicat de energie. Cele mai importante substraturi pentru respirație sunt carbohidrații. În plus, când respirația poate consuma grăsimi și proteine.
Respirația aerobă include două etape principale:
- anoxic, care este o divizare graduală a substratului cu eliberarea de atomi de hidrogen și legarea la coenzime (purtători de tipul NAD și FAD);
- oxigen, în timpul căruia există o descompunere suplimentară a atomilor de hidrogen din derivații substratului respirator și oxidarea treptată a atomilor de hidrogen ca urmare a transferului electronilor lor în oxigen.
În prima etapă, substanțe organice moleculare primul mare (polizaharide, lipide, proteine, acizi nucleici, etc.) Sub acțiunea enzimelor sunt descompuse în compuși mai simpli (glucoza, acizi carboxilici superiori, glicerol, aminoacizi, nucleotide etc.) Acest proces are loc în citoplasma celulară și însoțită de eliberarea unei cantități mici de energie este disipată sub formă de căldură. În plus, are loc scindarea enzimatică a compușilor organici simpli.
Un exemplu al unui astfel de proces este glicoliza, o scindare în mai multe etape a glucozei fără oxigen. În reacțiile de glicoliză, molecula de glucoză cu șase atomi de carbon (C) se împarte în două molecule de trei atomi de carbon de acid piruvic (C). În acest caz, se formează două molecule ATP și atomii de hidrogen sunt eliberați. Acestea din urmă se alătură purtătorului de NAD (nicotinamidadenin dinucleotidă), care trece în forma sa redusă de NAD # 8729; H + H. OVER coenzima, aproape în structură față de NADPH. Ambele sunt derivate ale acidului nicotinic, una dintre vitaminele din grupa B. Moleculele ambelor coenzime sunt electropositive (le lipsește un electron) și pot acționa ca purtători ai electronilor și a atomilor de hidrogen. Atunci când o pereche de atomi de hidrogen este acceptată, unul dintre atomi se disociază într-un proton și un electron:
iar al doilea este atașat la NAD sau NADF ca întreg:
NAD + H + [H + e] - NAD # 8729; H + H.
Un proton liber este utilizat ulterior pentru oxidarea inversă a coenzimei. Pe scurt, reacția de glicoliză are forma
C H O + 2 ADP + 2H PR + 2 NAD →
2С Н О + 2АТФ + 2 НАД # 8729; H + H + 2 H0
Produsul de glicoliză - acid piruvic (CHO) - conține o parte semnificativă a energiei, iar eliberarea ulterioară se produce în mitocondrii. Aici se produce oxidarea completă a acidului piruvic la CO și H O. Acest proces poate fi împărțit în trei etape principale:
decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic;
ciclu de acizi tricarboxilici (ciclul Krebs);
etapa finală de oxidare este lanțul de transport al electronilor.
În prima etapă, acidul piruvic interacționează cu o substanță denumită coenzima A, rezultând formarea unei acetilcoenzime a cu o legătură de mare energie. În același timp, molecula de CO (prima) și atomii de hidrogen sunt separați de molecula de acid piruvic, care sunt stocați sub formă de NAD # 8729; H + H.
A doua etapă este ciclul Krebs (Figura 1)
Acetil-CoA, format în etapa anterioară, intră în ciclul Krebs. Acetil-CoA reacționează cu acidul oxaloacetic, ducând la formarea de acid citric cu șase atomi de carbon. Această reacție necesită energie; este furnizat de legătura de mare putere a acetil-CoA. La sfârșitul ciclului, acidul oxalic este regenerat ca mai înainte. Acum este capabil să reacționeze cu o nouă moleculă de acetil-CoA, iar ciclul se repetă. Pe scurt, reacția ciclului poate fi exprimată prin următoarea ecuație:
Acetil-CoA + 3H0 + 3NAD + FAD + ADP + NO PO →
CoA + 2CO + 3NAD # 8729; H + H + FAD # 8729; H + ATP.
Astfel, ca urmare a descompunerii unei molecule de acid piruvic în faza aerobă (decarboxilarea PVK și a ciclului Krebs), 3CO, 4 NAD # 8729; H + H, FAD # 8729; H. În rezumat, reacția de glicoliză, decarboxilarea oxidativă și ciclul Krebs poate fi scrisă în următoarea formă:
C H O + 6 H O + 10 NAD + 2FED →
6CO + 4ATF + 10 NAD # 8729; H + H + 2FDD # 8729; H.
A treia etapă este lanțul de transport electric.
Perechi de atomi de hidrogen, clivate din produșii intermediari în reacțiile de dehidrogenare în timpul glicolizei și ciclul Krebs, eventual oxidat cu oxigen molecular la H O în timp ce fosforilarea ADP la ATP. Acest lucru se întâmplă atunci când hidrogenul este separat de NAD # 8729; H și FAD # 8729; H, este transmis de-a lungul unui lanț de vectori încorporați în membrana interioară a mitocondriilor. Perele de atomi de hidrogen 2H pot fi considerate ca 2H + 2e. Forța motrice din spatele transportului atomilor de hidrogen din lanțul respirator este diferența de potențial.
Cu ajutorul purtătorilor, ionii de hidrogen H sunt transportați din interiorul membranei către partea exterioară, cu alte cuvinte, de la matricea mitocondrială până la spațiul inter-membranar (figura 2).
Atunci când transferă o pereche de electroni de mai sus la oxigen, traversează membrana de trei ori, iar acest proces este însoțit de eliberarea a șase protoni pe partea exterioară a membranei. În stadiul final, protonii sunt transferați pe partea interioară a membranei și sunt acceptați de oxigen:
S O + 2e → O.
Ca urmare a acestui transfer al ionilor H în partea exterioară a membranei mitocondriale în spațiul perimetochondrial, se creează concentrația lor, adică există un gradient proton electrochimic.
Când gradientul de proton atinge o anumită valoare, ionii de hidrogen din rezervorul H se deplasează prin canale speciale în membrană și rezerva lor de energie este folosită pentru sinteza ATP. În matrice, ele sunt conectate la particulele încărcate O și se formează apă: 2H + OI # 713; → H O.
1.1 Fosfoliză oxidativă
Procesul de formare a ATP ca rezultat al transportului de ioni H prin membrana mitocondrială a fost denumit fosforilare oxidativă. Se efectuează cu participarea enzimei ATP-sintetază. Moleculele de sintetază ATP sunt aranjate sub formă de granule sferice pe partea interioară a membranei mitocondriale interioare.
Ca rezultat al scindării două molecule de acid piruvic și transportul ionilor de hidrogen prin membrană, este sintetizat prin canale speciale, un total de 36 molecule de ATP (2 molecule în ciclul Krebs și 34 ale moleculei, ca urmare a membranei de ioni de transport prin H).
Ecuația totală de respirație aerobă poate fi exprimată după cum urmează:
C H O + O + 6H O + 38 ADP + 38H PO →
6CO + 12H O + 38ATF
Este evident că respirația aerobă va înceta în absența oxigenului, deoarece este oxigen care servește ca acceptor final al hidrogenului. Dacă celulele nu primesc suficient oxigen, toți purtătorii de hidrogen vor fi în curând complet saturați și nu vor putea transmite mai departe. Ca rezultat, principala sursă de energie pentru formarea ATP va fi blocată.
aeroscopie fotosinteza de oxidare
2. Respirația anaerobă
Respirația anaerobă. Unele microorganisme sunt capabile să utilizeze pentru oxidarea substanțelor organice sau anorganice care nu sunt oxigen molecular, ci și alți compuși oxidați, de exemplu, săruri ale acizilor azici, sulfurici și carbonici, care se transformă în compuși mai reduși. Procesele au loc în condiții anaerobe și se numesc respirație anaerobă:
2HNO + 12H-N + 6H0 + 2H
H SO + 8H-HS + 4H0
În microorganismele care efectuează o astfel de respirație, acceptorul de electroni final nu este oxigen, ci compuși anorganici - nitriți, sulfați și carbonați. Astfel, diferența dintre respirația aerobă și cea anaerobă constă în natura acceptorului de electroni final.
2.1 Tipuri de respirație anaerobă
Principalele tipuri de respirație anaerobă sunt prezentate în tabelul 1. Există, de asemenea, date privind utilizarea Mn, cromat, chinonă și alți electroni ca acceptori de electroni.
organisme de proprietate transporta electroni asupra nitrați, sulfați și carbonați furnizează oxidare suficient de completă a substanțelor organice sau anorganice fără utilizarea oxigenului molecular și determină posibilitatea de a produce cantități mari de energie decât în timpul fermentației. În cazul respirației anaerobe, producția de energie este cu numai 10% mai mică. Pentru aerobic. Organisme care sunt caracterizate prin respirație anaerobă, au un set de enzimă a lanțului de transport de electroni. Dar tsitohromoksilaza înlocuit în acesta nitrat reductaza (folosind nitrat ca acceptor de electroni) sau adenilsulfatreduktazoy (folosind un sulfat) sau alte enzime.
Organismele care pot efectua respirația anaerobă datorită nitraților sunt anaerobe facultative. Organismele care utilizează sulfați în respirația anaerobă se referă la anaerobi.
Substanța organică din planta verde neecorganică se formează numai în lumină. Aceste substanțe sunt utilizate de către plante numai pentru nutriție. Dar plantele nu se hranesc doar. Respiră ca toate lucrurile vii. Respirația este continuă pe tot parcursul zilei în timpul nopții. Respirați toate organele plantei. Plantele respira oxigenul și dau dioxidul de carbon, precum animalele și oamenii.
Plantele de respirație pot să apară, atât în întuneric, cât și în lumină. Prin urmare, în lumina plantei există două procese opuse. Un proces este fotosinteza, celălalt respiră. În timpul fotosintezei, substanțele organice sunt create din substanțe anorganice și energia soarelui este absorbită. În timpul respirației din plante, se consumă substanțe organice. Și energia, necesară pentru viață, este eliberată. În lumina procesului de fotosinteză, plantele absorb dioxidul de carbon și eliberează oxigenul. Împreună cu carbon plante de dioxid de absorb lumina din aerul înconjurător și oxigenul necesar pentru respirația plantelor, dar în cantități mult mai mici decât sunt alocate în formarea de zaharuri. Dioxidul de carbon în instalațiile de fotosinteză absorb mult mai mult decât să-l elibereze aspirat. Plantele decorative într-o cameră cu iluminare bună produc mult mai mult oxigen în timpul zilei decât să o absoarbă în întuneric noaptea.
Respirația în toate organele vii ale plantei are loc în mod continuu. Când respirația se oprește, planta, precum și animalul, moare.
3. Botanieni: Proc. Pentru 5-6 celule. medii. Шк-19-е изд. / Pererab. AN Sladkova. - M. Enlightenment, 1987. - 256 p.