1. Aerobinis kvėpavimas

Aerobinis kvėpavimas yra oksidacinis procesas, kurio metu sunaudojamas deguonis. Kvėpavimo metu substratas be likučių suyra į mažai energijos turinčias neorganines medžiagas, turinčias didelę energijos išeigą. Angliavandeniai yra svarbiausi kvėpavimo substratai. Be to, kvėpuojant galima vartoti riebalus ir baltymus.

Aerobinis kvėpavimas apima du pagrindinius etapus:

Anoksinis procesas, ty laipsniškas substrato suskaidymas, išsiskiriant vandenilio atomams ir prisijungiant prie kofermentų (nešėjų, tokių kaip NAD ir FAD);

Deguonis, kurio metu toliau vyksta vandenilio atomų skilimas iš kvėpavimo substrato darinių ir laipsniškas vandenilio atomų oksidavimas dėl jų elektronų perdavimo deguoniui.

Pirmajame etape didelės molekulinės masės organinės medžiagos (polisacharidai, lipidai, baltymai, nukleorūgštys ir kt.) veikiant pirmiausia suskaidomos į paprastesnius junginius (gliukozę, aukštesnes karboksirūgštis, glicerolį, aminorūgštis, nukleotidus ir kt.). Šis procesas vyksta ląstelių citoplazmoje ir kartu išsiskiria nedidelis energijos kiekis, kuris išsisklaido šilumos pavidalu. Be to, vyksta paprastų organinių junginių fermentinis skilimas.

Tokio proceso pavyzdys yra glikolizė – daugiapakopis gliukozės skaidymas be deguonies. Glikolizės reakcijose šešių anglies gliukozės molekulė (C) suskaidoma į dvi trijų anglies piruvo rūgšties (C) molekules. Tokiu atveju susidaro dvi ATP molekulės ir išsiskiria vandenilio atomai. Pastarieji prisijungia prie NAD transporterio (nikotinamido adenino kleotido), kuris pereina į redukuojančią formą NAD H + N. NAD yra kofermentas, savo struktūra panašus į NADP. Abu jie yra nikotino rūgšties, vieno iš B grupės vitaminų, dariniai. Abiejų kofermentų molekulės yra elektropozityvios (joms trūksta vieno elektrono) ir gali atlikti tiek elektronų, tiek vandenilio atomų nešėjo vaidmenį. Kai priimama vandenilio atomų pora, vienas iš atomų disocijuoja į protoną ir elektroną:

o antroji visa prisijungia prie NAD arba NADP:

VIRŠ + H + [H + e] > VIRŠ H + H.

Laisvasis protonas vėliau naudojamas atvirkštinei kofermento oksidacijai. Iš viso glikolizės reakcija turi formą

CHO + 2ADP + 2HPO + 2 NAD>

2CHO + 2ATP + 2 VIRŠ H + H + 2 HO

Glikolizės produkte – piruvo rūgštyje (CHO) – yra nemaža dalis energijos, o tolesnis jos išsiskyrimas vyksta mitochondrijose. Čia piruvo rūgštis yra visiškai oksiduota į CO ir H O. Šį procesą galima suskirstyti į tris pagrindinius etapus:

1) oksidacinis piruvo rūgšties dekarboksilinimas;

2) trikarboksirūgšties ciklas (Krebso ciklas);

3) paskutinė oksidacijos stadija yra elektronų pernešimo grandinė.

Pirmajame etape piruvo rūgštis reaguoja su medžiaga, vadinama kofermentu A, todėl susidaro acetilkofermentas a su didelės energijos jungtimi. Tuo pačiu metu nuo piruvo rūgšties molekulės atsiskiria CO molekulė (pirmiausia) ir vandenilio atomai, kurie saugomi NAD H + H pavidalu.

Antrasis etapas yra Krebso ciklas (1 pav.)

Acetil-CoA, susidaręs ankstesniame etape, patenka į Krebso ciklą. Acetil-CoA reaguoja su oksaloacto rūgštimi ir susidaro šešių anglies citrinų rūgštis. Šiai reakcijai reikia energijos; jį tiekia didelės energijos acetil-CoA jungtis. Ciklo pabaigoje oksalo-citrinų rūgštis regeneruojama pradine forma. Dabar jis gali reaguoti su nauja acetil-CoA molekule ir ciklas kartojasi. Visą ciklo reakciją galima išreikšti šia lygtimi:

acetil-CoA + 3HO + 3NAD + FAD + ADP + HPO>

CoA + 2CO+ 3NAD H + H+FAD H+ ATP.

Taigi, vienos piruvo rūgšties molekulės skilimo aerobinėje fazėje (PVA dekarboksilinimas ir Krebso ciklas) rezultatas, išsiskiria 3CO, 4 NAD H + H, FAD H. Bendra glikolizės reakcija, oksidacinis dekarboksilinimas, t. ir Krebso ciklą galima parašyti taip:

CHO + 6 HO + 10 NAD + 2FA >

6CO+ 4ATP + 10 NAD H + H+ 2FAH H.

Trečias etapas – elektrinio transporto grandinė.

Vandenilio atomų poros, atskirtos nuo tarpinių produktų dehidrogenavimo reakcijose glikolizės metu ir Krebso cikle, galiausiai oksiduojamos molekuliniu deguonimi į H O, tuo pačiu metu fosforilinant ADP į ATP. Tai atsitinka, kai vandenilis, atskirtas nuo NAD H ir FAD H, perkeliamas išilgai nešėjų grandinės, įmontuotos į vidinę mitochondrijų membraną. Vandenilio atomų poros 2H gali būti laikomos 2H + 2e. Vandenilio atomų pernešimo kvėpavimo grandinėje varomoji jėga yra potencialų skirtumas.

Nešėjų pagalba iš membranos vidaus į ją perkeliami vandenilio jonai H lauke, kitaip tariant, iš mitochondrijų matricos į tarpmembraninę erdvę (2 pav.).

Kai elektronų pora iš viršaus perkeliama į deguonį, jie tris kartus kerta membraną, o šį procesą lydi šešių protonų išsiskyrimas į išorinę membranos pusę. Ant paskutinis etapas protonai perkeliami į vidinę membranos pusę ir priimami deguonimi:

Dėl šio H jonų pernešimo į išorinę mitochondrijų membranos pusę jų koncentracija susidaro perimitochondrinėje erdvėje, t.y. atsiranda elektrocheminis protonų gradientas.

Kai protonų gradientas pasiekia tam tikrą reikšmę, vandenilio jonai iš H rezervuaro juda specialiais membranos kanalais, o jų energijos rezervas panaudojamas ATP sintezei. Matricoje jie susijungia su įkrautomis O dalelėmis ir susidaro vanduo: 2H + OII > HO.

Aerobinis ir anaerobinis augalų kvėpavimas

Anaerobinis kvėpavimas. Kai kurie mikroorganizmai organinių ar neorganinių medžiagų oksidavimui gali naudoti ne molekulinį deguonį, o kitus oksiduotus junginius, pavyzdžiui, azoto, sieros ir anglies rūgščių druskas ...

heterotrofiniai organizmai. Organinių medžiagų oksidacija (kvėpavimas) gyvybės aprūpinimui energija

Kvėpavimas. Iš pradžių žmonės kvėpavimą vadino tiesiog oro įkvėpimu ir iškvėpimu. Ilgam laikui netgi buvo manoma, kad žmogus kvėpuodamas nekeičia oro sudėties ir paprastai įkvepia oro tik tam, kad atvėsintų „perkaitusius“ plaučius ...

Kvėpavimo sistemažmogus

Išskirkite išorinį kvėpavimą - procesų rinkinį, užtikrinantį deguonies tiekimą į kūną ir anglies dioksido pašalinimą iš ląstelių ar audinių ...

Imobilizuotos augalų ląstelės

Ląstelių gyvybingumas vertinamas pagal jų kvėpavimą, kurį galima išmatuoti inkubacijos metu įvairiais laiko intervalais. Matavimai atliekami naudojant Clark deguonies elektrodą pagal šią standartinę procedūrą. Ląstelės...

Mikrobiologija

Mikroorganizmų gyvybinės funkcijos: mityba, kvėpavimas, augimas ir dauginimasis – tiria fiziologiją. Fiziologinės funkcijos pagrįstos nenutrūkstamu metabolizmu (metabolizmu). Metabolizmo esmė susideda iš dviejų priešingų ...

Mielių morfologija ir metabolizmas

Su augimu aerobinės sąlygos Esant mažam gliukozės kiekiui aplinkoje, mielės gauna ATP per kvėpavimo procesus, kaip tai daro dauguma aerobinių organizmų ...

Mikrobiologijos, mitybos fiziologijos ir sanitarijos pagrindai

Aukščiau aprašyti maisto asimiliacijos procesai vyksta su energijos sąnaudomis. Energijos poreikį užtikrina energijos apykaitos procesai, kurių esmė – organinių medžiagų oksidacija ...

Anaerobinio kvėpavimo metu galutinis elektronų akceptorius, be kitų organinių medžiagų, gali būti angliavandeniai, bet ne molekulinis deguonis. Bakterijos, galinčios kvėpuoti anaerobiškai, turi sutrumpėjusią kvėpavimo grandinę...

Anglies junginių transformacija mikroorganizmais

Aerobinio kvėpavimo metu vandenilio arba elektronų donoras yra organinės (rečiau neorganinės) medžiagos, o galutinis akceptorius – molekulinis deguonis. Aerobinio kvėpavimo metu piruvatas susidaro glikolizės ir Entnerio-Doudoroff kelio...

Augalų fiziologijos dalykas, uždaviniai ir metodai

Kvėpavimo procesas apima sudėtingą angliavandenių ir riebalų redokso virsmų grandinę. Oksiduojant junginį suprantamas elektrono (protono) praradimo procesas, atkuriant - jų pridėjimas ...

Kvėpavimo reguliavimas

Kvėpavimo centro neuronų veiklą stipriai įtakoja refleksinis poveikis. Kvėpavimo centrui yra nuolatinės ir nenuolatinės (epizodinės) refleksinės įtakos ...

Javų sėklų kvėpavimo etapai

Anaerobinė angliavandenių oksidacija vyksta glikolizės keliu. Glikolizė yra anaerobinis procesas, dėl kurio viena gliukozės molekulė suskaidoma į dvi piruvo rūgšties molekules. Tai išlaisvina energiją...

Baltymų struktūra, savybės ir funkcijos

Ląstelių kvėpavimas, arba audinių kvėpavimas, arba vidinis kvėpavimas yra kontroliuojamų redokso reakcijų ląstelėje visuma, kurios pagrindinis tikslas ir rezultatas yra energijos formavimas ...

Kvėpavimo fiziologija

Kvėpavimas – tai visuma procesų, užtikrinančių organizmo deguonies suvartojimą ir anglies dioksido išsiskyrimą. - Poilsio organizme sąlygomis per 1 minutę suvartojama vidutiniškai 250 - 300 ml O2 ir išsiskiria 200 - 250 ml CO2 ...

Kvėpavimo fiziologija

išorinis kvėpavimas dėl tūrio pokyčių krūtinė ir su tuo susiję plaučių tūrio pokyčiai. Įkvepiant krūtinės apimtis didėja, o iškvėpimo metu sumažėja ...

Įvadas

1. Aerobinis kvėpavimas

1.1 Oksidacinis fosforilinimas

2. Anaerobinis kvėpavimas

2.1 Anaerobinio kvėpavimo tipai

4. Literatūros sąrašas

Įvadas

Kvėpavimas yra būdingas visiems gyviems organizmams. Tai fotosintezės metu susintetintų organinių medžiagų oksidacinis skaidymas, vykstantis su deguonies suvartojimu ir anglies dioksido išsiskyrimu. A.S. Famintsynas fotosintezę ir kvėpavimą laikė dviem nuosekliomis augalų mitybos fazėmis: fotosintezė paruošia angliavandenius, kvėpuojant juos perdirba į struktūrinę augalo biomasę, laipsniško oksidacijos procese formuojasi reaktyviosios medžiagos ir išleidžiama energija, reikalinga jų transformacijai ir apskritai gyvybiniams procesams. . Bendra kvėpavimo lygtis yra tokia:

CHO+ 6O→ 6CO+ 6HO + 2875kJ.

Iš šios lygties tampa aišku, kodėl kvėpavimo intensyvumui įvertinti naudojamas dujų mainų greitis. Jį 1912 metais pasiūlė V.I.Palladinas, kuris tikėjo, kad kvėpavimas susideda iš dviejų fazių – anaerobinio ir aerobinio. Anaerobinėje kvėpavimo stadijoje, einant be deguonies, dėl vandenilio pašalinimo (dehidrogenavimo) oksiduojasi gliukozė, kuri, pasak mokslininko, pereina į kvėpavimo fermentą. Pastarasis atkuriamas. Aerobinėje stadijoje kvėpavimo fermentas atsinaujina į oksidacinę formą. V. I. Palladinas pirmasis parodė, kad cukraus oksidacija vyksta dėl tiesioginio jo oksidacijos su atmosferos deguonimi, nes deguonis nesusitinka su kvėpavimo substrato anglimi, bet yra susijęs su jo dehidrogenizacija.

Didelį indėlį į oksidacinių procesų esmės ir kvėpavimo proceso chemijos tyrimą įnešė tiek vietiniai (I.P. Borodinas, A.N. Bakhas, S.P. Kostychevas, V.I. Palladinas), tiek užsienio (A.L. Lavoisier, G. Wieland, G. Krebs). ) tyrinėtojai.

Bet kurio organizmo gyvybė yra neatsiejamai susijusi su nuolatiniu laisvos energijos, gaunamos kvėpuojant, naudojimu. Nenuostabu, kad kvėpavimo vaidmens augalų gyvenime tyrimams neseniai buvo skirta pagrindinė augalų fiziologijos vieta.

1. Aerobinis kvėpavimas

Aerobinis kvėpavimas – Tai oksidacinis procesas, kurio metu sunaudojamas deguonis. Kvėpavimo metu substratas be likučių suyra į mažai energijos turinčias neorganines medžiagas, turinčias didelę energijos išeigą. Angliavandeniai yra svarbiausi kvėpavimo substratai. Be to, kvėpuojant galima vartoti riebalus ir baltymus.

Aerobinis kvėpavimas apima du pagrindinius etapus:

- be deguonies, procese, kuris yra laipsniškas substrato padalijimas, išskiriant vandenilio atomus ir prisijungiant prie kofermentų (nešėjų, tokių kaip NAD ir FAD);

- deguonis, kurio metu toliau vyksta vandenilio atomų skilimas iš kvėpavimo substrato darinių ir laipsniška vandenilio atomų oksidacija dėl jų elektronų perdavimo deguoniui.

Pirmajame etape didelės molekulinės masės organinės medžiagos (polisacharidai, lipidai, baltymai, nukleorūgštys ir kt.) veikiant pirmiausia suskaidomos į paprastesnius junginius (gliukozę, aukštesnes karboksirūgštis, glicerolį, aminorūgštis, nukleotidus ir kt.). Šis procesas vyksta ląstelių citoplazmoje ir kartu išsiskiria nedidelis energijos kiekis, kuris išsisklaido šilumos pavidalu. Be to, vyksta paprastų organinių junginių fermentinis skilimas.

Tokio proceso pavyzdys yra glikolizė – daugiapakopis gliukozės skaidymas be deguonies. Glikolizės reakcijose šešių anglies gliukozės molekulė (C) suskaidoma į dvi trijų anglies piruvo rūgšties (C) molekules. Tokiu atveju susidaro dvi ATP molekulės ir išsiskiria vandenilio atomai. Pastarieji prisijungia prie NAD transporterio (nikotinamido adenino kleotido), kuris pereina į redukuojančią formą NAD ∙ H + H. NAD yra kofermentas, savo struktūra panašus į NADP. Abu jie yra nikotino rūgšties, vieno iš vitaminų B, dariniai. Abiejų kofermentų molekulės yra elektropozityvios (jose trūksta vieno elektrono) ir gali atlikti tiek elektronų, tiek vandenilio atomų nešėjo vaidmenį. Kai priimama vandenilio atomų pora, vienas iš atomų disocijuoja į protoną ir elektroną:

o antroji visa prisijungia prie NAD arba NADP:

VIRŠ + H + [H + e] → VIRŠ ∙ H + H.

Laisvasis protonas vėliau naudojamas atvirkštinei kofermento oksidacijai. Iš viso glikolizės reakcija turi formą

CHO + 2ADP + 2HPO + 2 NAD →

2CHO + 2ATP + 2 VIRŠ ∙ H + H + 2 HO

Glikolizės produkte – piruvo rūgštyje (CHO) – yra nemaža dalis energijos, o tolesnis jos išsiskyrimas vyksta mitochondrijose. Čia piruvo rūgštis yra visiškai oksiduota į CO ir H O. Šį procesą galima suskirstyti į tris pagrindinius etapus:

1) oksidacinis piruvo rūgšties dekarboksilinimas;

2) trikarboksirūgšties ciklas (Krebso ciklas);

3) paskutinė oksidacijos stadija yra elektronų pernešimo grandinė.

Pirmajame etape piruvo rūgštis reaguoja su medžiaga, vadinama kofermentu A, todėl susidaro acetilkofermentas a su didelės energijos jungtimi. Tuo pačiu metu nuo piruvo rūgšties molekulės atsiskiria CO molekulė (pirmoji) ir vandenilio atomai, kurie saugomi NAD ∙ H + H pavidalu.

Antrasis etapas yra Krebso ciklas (1 pav.)

Acetil-CoA, susidaręs ankstesniame etape, patenka į Krebso ciklą. Acetil-CoA reaguoja su oksaloacto rūgštimi ir susidaro šešių anglies citrinų rūgštis. Šiai reakcijai reikia energijos; jį tiekia didelės energijos acetil-CoA jungtis. Ciklo pabaigoje oksalo-citrinų rūgštis regeneruojama pradine forma. Dabar jis gali reaguoti su nauja acetil-CoA molekule ir ciklas kartojasi. Visą ciklo reakciją galima išreikšti šia lygtimi:

acetil-CoA + 3HO + 3NAD + FAD + ADP + HPO→

CoA + 2CO + 3NAD ∙ H + H + FAD ∙ H + ATP.

Taigi, aerobinėje fazėje skaidant vieną piruvo rūgšties molekulę (PVC dekarboksilinimas ir Krebso ciklas), išsiskiria 3CO, 4 NAD ∙ H + H, FAD ∙ H. Bendra glikolizės reakcija, oksidacinė dekarboksilinimas ir Krebso ciklas gali būti parašyti taip:

CHO+ 6 HO + 10 NAD + 2FAD →

6CO+ 4ATP + 10 NAD ∙ H + H+ 2FAD ∙ H.

Trečias etapas – elektrinio transporto grandinė.

Vandenilio atomų poros, atskirtos nuo tarpinių produktų dehidrogenavimo reakcijose glikolizės metu ir Krebso cikle, galiausiai oksiduojamos molekuliniu deguonimi į H O, tuo pačiu metu fosforilinant ADP į ATP. Tai atsitinka, kai vandenilis, atskirtas nuo NAD ∙ H ir FAD ∙ H, perkeliamas išilgai nešėjų grandinės, įmontuotos į vidinę mitochondrijų membraną. Vandenilio atomų poros 2Н gali būti laikomos 2 Н+ 2е. Vandenilio atomų pernešimo kvėpavimo grandinėje varomoji jėga yra potencialų skirtumas.

Nešėjų pagalba vandenilio jonai H perkeliami iš vidinės membranos pusės į jos išorinę pusę, kitaip tariant, iš mitochondrijų matricos į tarpmembraninę erdvę (2 pav.).

Kai elektronų pora iš viršaus perkeliama į deguonį, jie tris kartus kerta membraną, o šį procesą lydi šešių protonų išsiskyrimas į išorinę membranos pusę. Paskutiniame etape protonai perkeliami į vidinę membranos pusę ir juos priima deguonis:

Dėl šio H jonų pernešimo į išorinę mitochondrijų membranos pusę jų koncentracija susidaro perimitochondrinėje erdvėje, t.y. atsiranda elektrocheminis protonų gradientas.

Protonų gradientui pasiekus tam tikrą reikšmę, vandenilio jonai iš H rezervuaro juda specialiais membranos kanalais, o jų energijos rezervas panaudojamas ATP sintezei. Matricoje jie susijungia su įkrautomis O dalelėmis ir susidaro vanduo: 2H + O²ˉ → HO.

1.1 Oksidacinis fosforilinimas

ATP susidarymo procesas dėl H jonų pernešimo per mitochondrijų membraną vadinamas oksidacinis fosforilinimas. Tai atliekama dalyvaujant fermentui ATP sintetazei. ATP sintetazės molekulės yra išdėstytos sferinių granulių pavidalu viduje vidinė mitochondrijų membrana.

Suskaidžius dvi piruvo rūgšties molekules ir per membraną per specialius kanalus pernešus vandenilio jonus, iš viso susintetina 36 ATP molekulės (2 molekulės Krebso cikle ir 34 molekulės dėl H jonai per membraną).

Bendra aerobinio kvėpavimo lygtis gali būti išreikšta taip:

CHO+ O+ 6HO + 38ADP + 38HPO→

6CO+ 12HO + 38ATP

Visiškai akivaizdu, kad aerobinis kvėpavimas nutrūks, jei nebus deguonies, nes būtent deguonis yra galutinis vandenilio akceptorius. Jei ląstelės negauna pakankamai deguonies, visi vandenilio nešikliai greitai bus visiškai prisotinti ir nebegalės jo perduoti toliau. Dėl to bus užblokuotas pagrindinis ATP susidarymo energijos šaltinis.

aerobinio kvėpavimo oksidacijos fotosintezė

2. Anaerobinis kvėpavimas

Anaerobinis kvėpavimas. Kai kurie mikroorganizmai organinių ar neorganinių medžiagų oksidavimui gali panaudoti ne molekulinį deguonį, o kitus oksiduotus junginius, pavyzdžiui, azoto, sieros ir anglies rūgščių druskas, kurios virsta labiau redukuotais junginiais. Procesai vyksta anaerobinėmis sąlygomis, ir jie vadinami anaerobinis kvėpavimas:

2HNO+ 12H → N+ 6HO + 2H

HSO+ 8Н → HS + 4HO

Mikroorganizmuose, kurie atlieka tokį kvėpavimą, galutinis elektronų akceptorius bus ne deguonis, o neorganiniai junginiai - nitritai, sulfatai ir karbonatai. Taigi skirtumas tarp aerobinio ir anaerobinio kvėpavimo slypi galutinio elektronų akceptoriaus prigimtyje.

2.1 Anaerobinio kvėpavimo tipai

Pagrindiniai anaerobinio kvėpavimo tipai pateikti 1 lentelėje. Taip pat yra duomenų apie Mn, chromatų, chinonų ir kt. naudojimą bakterijoms kaip elektronų akceptorius.

1 lentelė Prokariotų anaerobinio kvėpavimo tipai (pagal: M.V. Gusev, L.A. Mineeva 1992, su pakeitimais)

Organizmų gebėjimas perkelti elektronus į nitratus, sulfatus ir karbonatus užtikrina pakankamai pilną organinių ar neorganinių medžiagų oksidaciją nenaudojant molekulinio deguonies ir leidžia gauti didesnį energijos kiekį nei fermentuojant. Naudojant anaerobinį kvėpavimą, energijos išeiga yra tik 10% mažesnė. Nei su aerobika. Organizmai, kuriems būdingas anaerobinis kvėpavimas, turi elektronų transportavimo grandinės fermentų rinkinį. Tačiau citochromoksilazė juose pakeičiama nitratų reduktaze (kai nitratas naudojamas kaip elektronų akceptorius) arba adenilsulfato reduktaze (naudojant sulfatą) ar kitais fermentais.

Organizmai, galintys anaerobiškai kvėpuoti dėl nitratų, yra fakultatyviniai anaerobai. Organizmai, kurie anaerobiniam kvėpavimui naudoja sulfatus, yra anaerobai.

Išvada

Organinės medžiagos iš neekologiškų žalių augalų susidaro tik šviesoje. Šias medžiagas augalas naudoja tik mitybai. Tačiau augalai daro daugiau nei tik maitina. Jie kvėpuoja kaip visos gyvos būtybės. Kvėpavimas vyksta nuolat dieną ir naktį. Visi augalo organai kvėpuoja. Augalai, kaip ir gyvūnai bei žmonės, kvėpuoja deguonimi ir išskiria anglies dioksidą.

Augalų kvėpavimas gali vykti ir tamsoje, ir šviesoje. Tai reiškia, kad šviesoje augale vyksta du priešingi procesai. Vienas procesas yra fotosintezė, kitas – kvėpavimas. Fotosintezės metu iš neorganinių medžiagų susidaro organinės medžiagos ir sugeriama saulės šviesos energija. Kvėpavimo metu augale sunaudojama organinė medžiaga. Ir išsilaisvina gyvybei reikalinga energija. Augalai fotosintezės metu pasisavina anglies dioksidą ir išskiria deguonį. Kartu su anglies dioksidu augalai šviesoje iš aplinkinio oro pasisavina deguonį, kurio augalams reikia kvėpuoti, tačiau daug mažesniais kiekiais, nei išsiskiria formuojantis cukrui. Augalai fotosintezės metu pasisavina daug daugiau anglies dioksido, nei išskiria jį iškvėpdami. Dekoratyviniai augalai patalpoje su geru apšvietimu dieną išskiria žymiai daugiau deguonies nei pasisavina tamsoje naktį.

Kvėpavimas visuose gyvuose augalo organuose vyksta nuolat. Kai sustoja kvėpavimas, augalas, kaip ir gyvūnas, miršta.

Bibliografija

1. Žemės ūkio augalų fiziologija ir biochemija F50/N.N. Tretjakovas, E.I. Koškinas, N. M. Makrushinas ir kiti; pagal. red. N.N. Tretjakovas. – M.; Kolos, 2000 - 640 p.

2. Biologija egzamino klausimais ir atsakymuose L44 / Lemeza N.A., Kamlyuk L.V.; 7-asis leidimas – M.: Iris-press, 2003. – 512 p.

3. Botanika: Proc. 5-6 ląstelėms. vid. Shk.-19th ed./Pataisyta. A.N. Sladkovas. - M.: Švietimas, 1987. - 256 p.

Aerobinis kvėpavimas – tai organinėse medžiagose esančios energijos išskyrimo organizmo gyvybei procesas, kurio metu kaip medžiagų oksidatorius naudojamas ore esantis laisvas deguonis arba vandenyje ištirpęs deguonis. Aerobinį kvėpavimą atlieka gyvūnai ir augalai, taip pat mikroorganizmai.

Aerobinio kvėpavimo atsiradimas evoliucijos procese.

Deguonies aplinka yra gana agresyvi mikroorganizmo atžvilgiu. Vidutiniškai griežtas anaerobinis organizmas išgyvena aplinkoje, kurioje yra molekulinio O2, bet nesidaugina. Mikroaerofilai gali išgyventi ir daugintis aplinkoje, kurioje yra mažas dalinis O2 slėgis. Jei organizmas nesugeba „persijungti“ iš anaerobinio į aerobinį kvėpavimą, bet nemiršta esant molekuliniam deguoniui, tai jis priklauso aerotolerantiškų anaerobų grupei. Pavyzdžiui, pieno rūgštis ir daug sviesto bakterijų.

Privalomi anaerobai žūva esant molekuliniam deguoniui O2 – pavyzdžiui, bakterijų ir archejų genties atstovai: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Tokie anaerobai nuolat gyvena aplinkoje, kurioje trūksta deguonies.

Todėl, kai visos planetos aplinka prieš daug milijonų metų pradėjo kauptis savyje didelis skaičius molekulinio deguonies, dauguma mikroorganizmų mirė. Tik nedidelė dalis sugebėjo prisitaikyti ir pradėti naudoti deguonį kvėpavimui, o tai suteikė jiems didelį pranašumą. Ir anaerobai liko vystytis dirvožemyje ir anoksinėje aplinkoje.

Aerobinis kvėpavimas (galutinė oksidacija arba oksidacinis fosforilinimas) yra mitochondrijų membranose vykstančių katabolinių procesų visuma, kurios kulminacija yra visiška organinių medžiagų oksidacija dalyvaujant molekuliniam deguoniui. Šiuo atveju protonų rezervuaro vaidmenį atlieka tarpmembraninė matrica – erdvė tarp išorinės ir vidinės membranos.

Energiją praradę elektronai paduodami į fermentų kompleksą, vadinamą citochromo oksidaze. Citochromo oksidazė naudoja elektronus molekuliniam deguoniui O 2 aktyvuoti (atstatyti) O 2 2–. O 2 2 – jonai prijungia protonus, sudarydami vandenilio peroksidą, kuris katalazės pagalba skyla į H 2 O ir O 2. Apibūdintų reakcijų seka gali būti pavaizduota kaip diagrama:

2О 2 + 2ē → 2О 2 2–; 2О 2 2– + 4Н + → 2Н 2 О 2; 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

Bendra aerobinio kvėpavimo lygtis:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38 ADP + 38 F → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP + Q

Klausimai savikontrolei

1. Kokia kvėpavimo proceso esmė?

2. Kokia yra visuminė kvėpavimo proceso lygtis?

3. Kas yra oksidacinis fosforilinimas?

4. Kas yra glikolizė?

5. Ką apima Krebso ciklas?

6. Kokios yra anaerobinio kvėpavimo ir alkoholinės fermentacijos ypatybės?

7. Kaip vyksta sviesto ir pieno rūgšties fermentacijos? Kur jie susitinka?

8. Kokia yra kvėpavimo proceso ir fermentacijos proceso energetinė pusė?

9. Kokie eksperimentai įrodo kvėpavimo proceso buvimą augaluose?

10. Kas vadinamas kvėpavimo koeficientu?

6 PASKAITA

Tema: Augalų poreikis mineralinės mitybos elementuose. makroelementai, mikroelementai. Maistinių medžiagų mišiniai, skirti augalų ir izoliuotų ląstelių auginimui. Jonų sąveika. Dirvožemio, kaip augalų mitybos substrato, ypatybės. Jonų prasiskverbimas į augalo ląstelę. Aktyvus ir pasyvus jonų pernešimas per membraną.

Paskaitos tikslas: Parodykite augalų poreikį mineralinėms maistinėms medžiagoms. Maistinių medžiagų mišiniai augalų ir izoliuotų ląstelių auginimui, makroelementai, mikroelementai. Aktyvus ir pasyvus jonų pernešimas per membraną.

Mineralinė mityba yra absorbcija mineralai jonų pavidalu, jų judėjimas per augalą ir įtraukimas į medžiagų apykaitą. Beveik visi Žemėje esantys cheminiai elementai yra augalų sudėtyje. Maisto medžiagos pasisavinamos iš oro – anglies dioksido (CO 2) pavidalu, o iš dirvožemio – vandens (H 2 O) ir mineralinių druskų jonų pavidalu. Aukštesniuose sausumos augaluose, ore ar lapuose, išskiriama mityba ( Fotosintezė ) ir dirvožemis, arba šaknis, mityba ( Mineralinė augalų mityba ). Žemesni augalai (bakterijos, grybai, dumbliai) sugeria CO 2, H 2 O ir druskas visame kūno paviršiuje.

Dirva yra būtinas ir nepakeičiamas substratas, kuriame augalai stiprina savo šaknis, iš kurio semiasi drėgmės ir mineralinių medžiagų. Dirvožemio vaidmuo formuojant ir išsaugant biologinę įvairovę yra didelis.
Kita vertus, visų biosferos elementų srautai eina per dirvožemį, o tai per specifinius mechanizmus reguliuoja jų kryptį ir intensyvumą.

Vienaląsčiai organizmai ir vandens augalai sugeria jonus visu paviršiumi, aukštesni sausumos augalai – paviršiaus ląstelėmis šaknis, dažniausiai šaknų plaukeliai.

Per šaknis Augalai iš dirvožemio pasisavina daugiausia mineralinių druskų jonus, taip pat tam tikrus dirvožemio mikroorganizmų gyvybinės veiklos produktus ir kitų augalų šaknų išskyras. Jonai pirmiausia adsorbuojami ant ląstelių membranų, tada per plazmalemą prasiskverbia į citoplazmą. Katijonai (išskyrus K +) prasiskverbia pro membraną pasyviai, difuzijos būdu, anijonai, o K + (esant mažoms koncentracijoms) - aktyviai, molekulinių „jonų siurblių“, transportuojančių jonus su energijos sąnaudomis, pagalba. Kiekvienas elementas mineralinė mityba vaidina tam tikrą vaidmenį metabolizme ir negali būti visiškai pakeistas kitu elementu. Augalų sausųjų medžiagų analizė rodo, kad joje yra anglies (45%), deguonies (42%), vandenilio (6,5%), azoto (1,5%), pelenų elementų (5%).

Visi augaluose esantys elementai paprastai skirstomi į tris grupes:

Makroelementai. 2. Mikroelementai. 3. Ultramikroelementai.

Jonai patenka į rastą. ląstelės įsitraukia į tam tikrą sąveiką, o šios sąveikos tipai yra skirtingi.

Egzistuoja tokios sąveikos rūšys kaip antagonizmas, sinergija, adityvumas.

Jonų antagonizmas yra kai kurių katijonų nuodingo kitų poveikio sumažinimas dėl jų sąveikos su protoplazmos koloidais. Sinergizmas – dviejų ar daugiau jonų bendras poveikis, pasižymintis tuo, kad jų bendras biologinis poveikis gerokai viršija kiekvieno atskiro komponento poveikį. Adityvumas – bendro jonų veikimo efektas lygus kiekvienos medžiagos veikimo poveikių sumai atskirai.

AT vivo, augalai reikiamas medžiagas gauna tiesiai iš dirvos, per šaknų sistemą. Dirbtinėmis sąlygomis augalams auginti dažniausiai naudojama hidroponika. Hidroponika (iš hidro ... ir graikų pónos – darbas) – augalų auginimas ne dirvoje, o specialiame maistinių medžiagų tirpale. maistinių medžiagų tirpalas yra augalui gyventi ir augti reikalingų medžiagų vandeninis tirpalas. At hidroponinis auginimo būdas visi elementai turi būti įtraukti maistinių medžiagų tirpalas optimaliu kiekiu.

Klausimai savikontrolei

1. Kokie elementai yra organogenai, jų procentais augalo sausojoje medžiagoje?

2. Kokius pelenų mikroelementus žinote? Koks jų vaidmuo augale?

3. Kokius mikroelementus žinote? Kokį vaidmenį jie atlieka augalų gyvenime?

4. Kokia yra nitrifikacijos ir denitrifikacijos esmė?

5. Duok bendrosios charakteristikos makro ir mikroelementai.

6. Jonų sąveikos augalų ląstelėse rūšys: sinergizmas, adityvumas, antogizmas.

Aerobinis kvėpavimas yra procesas, kurio metu ląstelės, kurios nekvėpuoja deguonimi, išskiria energiją iš kuro savo gyvybinėms funkcijoms.

Molekulinis deguonis yra efektyviausias elektronų akceptorius kvėpuojant dėl ​​didelio branduolio afiniteto elektronams. Tačiau kai kurie organizmai pradėjo naudoti kitus oksidatorius, todėl jie kvėpuoja be deguonies.

Šie organizmai taip pat naudoja elektronų transportavimo grandinę, kad iš kuro pagamintų kuo daugiau ATP, tačiau jų elektronų transportavimo grandinė išgauna mažiau energijos nei aerobinis kvėpavimas, nes jų elektronų akceptorius yra silpnesnis.

Daugelis bakterijų ir archėjų gali atlikti tik anaerobinį kvėpavimą. Daugelis kitų organizmų gali atlikti aerobinį arba anaerobinį kvėpavimą, priklausomai nuo deguonies prieinamumo.

Žmonės ir kiti gyvūnai, norėdami išlikti gyvi, pasikliauja aerobiniu kvėpavimu, tačiau, naudodamiesi anaerobiniu kvėpavimu, gali pailginti savo gyvenimą ar ląstelių veiklą, kai trūksta deguonies.

Anaerobinio kvėpavimo funkcija

Kvėpavimas yra procesas, kurio metu kure sukaupta energija paverčiama tokia forma, kurią ląstelė gali panaudoti. Paprastai energija, sukaupta cukraus ar riebalų molekulės molekuliniuose ryšiuose, naudojama ATP sukurti, išskiriant elektronus iš kuro molekulės ir naudojant juos elektronų transportavimo grandinei.

Kvėpavimas yra labai svarbus ląstelės išlikimui, nes jei ji negali išleisti energijos iš kuro, kad galėtų vykdyti savo gyvybines funkcijas, ląstelė mirs.

Štai kodėl oru kvėpuojantys organizmai taip greitai miršta be nuolatinio deguonies tiekimo: mūsų ląstelės negali pagaminti pakankamai energijos, kad išliktų gyvos be jo.

Vietoj deguonies anaerobinės ląstelės naudoja tokias medžiagas kaip sulfatas, nitratas, siera ir fumaratas, kad paskatintų savo ląstelių kvėpavimą.

Daugelis ląstelių gali atlikti aerobinį arba anaerobinį kvėpavimą, priklausomai nuo deguonies prieinamumo.

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas mėgintuvėlio testas, kurio metu mokslininkai gali nustatyti, ar organizmas:

• Įpareigotas aerobas organizmas, kuris negali išgyventi be deguonies
• privalomas anaerobas organizmas, kuris negali išgyventi esant deguoniui
• Aerotolerantiškame organizme organizmas, kuris gali gyventi esant deguoniui, bet nenaudoti jo augimui
• Neprivaloma Aerob organizmas, kuris augimui gali naudoti deguonį, bet gali atlikti ir anaerobinį kvėpavimą

Kur atsiranda anaerobinis kvėpavimas?

Anaerobinis kvėpavimas vyksta ląstelių citoplazmoje. Iš tiesų, dauguma ląstelių, kurios naudoja anaerobinį kvėpavimą, yra bakterijos arba archėjos, kurios neturi specializuotų organelių.

Ką bendro turi anaerobinis kvėpavimas ir aerobinis kvėpavimas?

Ir aerobinis, ir anaerobinis kvėpavimas prasideda skaidant cukraus molekules procese, vadinamame „glikolize“. Šis procesas sunaikina 2 ATP molekules ir sukuria 4 ATP, todėl kiekvienai suskaidomai cukraus molekulei padidėja 2 ATP.

Aerobinio ir anaerobinio kvėpavimo metu dvi cukraus molekulės pusės yra siunčiamos per kitą reakcijų seriją, kuri naudoja elektronų perdavimo grandines, kad pagamintų daugiau ATP.

Būtent šioms reakcijoms reikalingas elektronų akceptorius – ar tai būtų deguonis, sulfatas, nitratas ir kt. - juos valdyti.

Kuo skiriasi aerobinis kvėpavimas ir anaerobinis kvėpavimas?

Po glikolizės aerobinės ir anaerobinės ląstelės siunčia dvi gliukozės puses per ilgą cheminių reakcijų grandinę, kad sukurtų daugiau ATP ir išgautų elektronus, skirtus naudoti jų elektronų transportavimo grandinėje.

Tačiau kas yra šios reakcijos ir kur jos vyksta, skiriasi aerobinės ir anaerobinės ląstelės.

Aerobinėse ląstelėse elektronų transportavimo grandinė ir dauguma cheminių kvėpavimo reakcijų vyksta mitochondrijose. Mitochondrijų membranos sistema daro procesą daug efektyvesnį, nes kvėpavimo chemikalai sukoncentruojami vienoje mažoje erdvėje.

Tačiau anaerobinėse ląstelėse kvėpavimas paprastai vyksta ląstelės citoplazmoje, nes dauguma anaerobinių ląstelių neturi specializuotų organelių. Reakcijų serija paprastai yra trumpesnė ir vietoj deguonies naudojamas elektronų akceptorius, pvz., sulfatas, nitratas, siera arba fumaratas.

Anaerobinis kvėpavimas taip pat gamina mažiau ATP kiekvienai suvirškintai cukraus molekulei nei aerobinis kvėpavimas. Be to, jame susidaro įvairios atliekos, įskaitant, kai kuriais atvejais, alkoholį!

Anaerobinio kvėpavimo tipai

Anaerobinio kvėpavimo tipai yra tokie pat įvairūs, kaip ir jo elektronų akceptoriai. Svarbūs anaerobinio kvėpavimo tipai yra šie:

• pieno rūgšties fermentacija– tokio tipo anaerobinio kvėpavimo metu gliukozė suskaidoma į dvi pieno rūgšties molekules, kad susidarytų du ATP.
• Alkoholinė fermentacija– tokio tipo anaerobinio kvėpavimo metu gliukozė suskaidoma į etanolį arba etilo alkoholį. Šis procesas taip pat gamina 2 ATP vienoje cukraus molekulėje.
• Kiti fermentacijos tipai– kitas fermentacijas atlieka kai kurios bakterijos ir archėjos. Tai apima propriono rūgšties fermentaciją, sviesto rūgšties fermentaciją, fermentaciją tirpikliu, mišrią rūgštinę fermentaciją, butandiolio fermentaciją, lazdelių fermentaciją, acetogenezę ir metanogenezę.

Anaerobinio kvėpavimo lygtys

Dviejų dažniausiai pasitaikančių anaerobinio kvėpavimo tipų lygtys yra šios:

* Pieno rūgšties fermentacija:

C 6 n 12 O 6 (gliukozė) + 2 ADP + fosfatas 2 → 2 pieno rūgštis + 2 ATP

Alkoholinė fermentacija:

C 6 n 12 O 6 (gliukozė) + 2 ADP + 2 fosfatas → 2C 2 H 5 he (etanolis) + 2 co 2 + 2 ATP

Anaerobinio kvėpavimo pavyzdžiai

Skauda raumenis ir pieno rūgštis

Per intensyvi treniruotė, mūsų raumenys naudoja deguonį, kad pagamintų ATP greičiau, nei mes galime jį tiekti.

Kai tai atsitiks raumenų ląstelės gali atlikti glikolizę greičiau, nei gali tiekti deguonį į mitochondrijų elektronų perdavimo grandinę.

Rezultatas yra tai, kad pieno rūgšties fermentacija vyksta mūsų ląstelėse – ir po ilgo fizinio krūvio, susikaupusi pieno rūgštis gali pradėti skaudėti mūsų raumenis!

Mielės ir alkoholiniai gėrimai

Alkoholiniai gėrimai, tokie kaip vynas ir viskis, paprastai gaminami išpilstant mieles, kurios atlieka alkoholinę fermentaciją, su cukraus ir kitų skonio junginių tirpalu.

Mielės gali naudoti sudėtingus junginius, įskaitant tuos, kurie yra bulvėse, vynuogėse, kukurūzuose ir daugelyje kitų grūdų, kaip cukraus šaltinius.

Mielių ir jų kuro šaltinio kapsulių įdėjimas į sandarų butelį užtikrina, kad aplink nėra pakankamai deguonies, trukdančio anaerobiniam kvėpavimui, dėl kurio susidaro alkoholis!

Alkoholis iš tikrųjų yra toksiškas jį gaminančioms mielėms – kai alkoholio koncentracija tampa pakankamai aukšta, mielės pradeda mirti.

Dėl šios priežasties negalima virti vyno ar alaus, kuriame alkoholio kiekis didesnis nei 30%. Tačiau alkoholiui koncentruoti ir spiritui gaminti galima naudoti distiliavimo procesą, kuris atskiria alkoholį nuo kitų alaus sudedamųjų dalių.

Metanogenezė ir pavojingi namų ūkiai

Deja, alkoholinė fermentacija nėra vienintelė fermentacijos rūšis, kuri gali vykti augalinėje medžiagoje. Gliukozė fermentuojama į etilo alkoholį, bet kitoks alkoholis, vadinamas metanoliu, gali būti gaminamas fermentuojant įvairius augaluose randamus cukrus.

Kai celiuliozė fermentuojama į metanolį, rezultatai gali būti pavojingi. Apie „moonshine“ – pigaus, naminio viskio, kuriame dėl prasto virimo ir distiliavimo dažnai būna daug metanolio – pavojus buvo paskelbtas XX amžiuje per uždraudimą.

Mirtis ir nervų pažeidimai dėl apsinuodijimo metanoliu tebėra problema tose vietovėse, kur nekvalifikuoti žmonės bando pigiai išvirti alkoholį. Taigi, jei ketinate būti aludariu, būtinai atlikite namų darbus!

Šveicariškas sūris ir propiono rūgštis

Propiono rūgšties fermentacija suteikia šveicariškam sūriui savitą skonį. Šveicariško sūrio skyles iš tikrųjų daro anglies dioksido dujų burbuliukai, išsiskiriantys kaip bakterijų, naudojančių propiono rūgšties fermentaciją, atliekos.

Po to, kai XX amžiuje buvo įvestos griežtesnės sveikatos taisyklės, daugelis Šveicarijos sūrių gamintojų buvo suglumę pamatę, kad jų sūris praranda skylutes ir skonį!

To priežastis buvo specifinių bakterijų, gaminančių propiono rūgštį, nebuvimas. Šimtmečius ši bakterija buvo įvežama kaip teršalas iš šieno, kurį ėdė karvės. Tačiau įvedus griežtesnes higienos normas, to nebeįvyko!

Šios bakterijos dabar tyčia pridedamos gaminant, kad šveicariškas sūris išliktų kvapnus ir išliktų iš karto atpažįstama skylėta išvaizda.

Actas ir acetogenezė

Bakterijos, kurios atlieka acetogenezę, yra atsakingos už acto, kuris daugiausia sudarytas iš acto rūgšties, gamybą.

Actas iš tikrųjų reikalauja 2 fermentacijos procesų, nes acto rūgštį gaminančios bakterijos reikalauja alkoholio kaip kuro!

Iš pradžių actas fermentuojamas į alkoholinį preparatą, pavyzdžiui, vyną. Tada alkoholio mišinys vėl fermentuojamas naudojant acetogenines bakterijas.

susijęs terminas

• ATP- ląstelinis „kuras“, kurį galima panaudoti nesuskaičiuojamiems veiksmams ir reakcijoms maitinti.
• Oksidacija yra svarbus chemijos procesas, kurio metu prarandami elektronai. Teigiama, kad molekulė, kuri oksidacijos procese prarado elektronus, buvo „oksiduota“ arba „patobulinta“.

Viktorina

1. Visos ląstelės atlieka glikolizę.
BET. Tiesa
B. Melas

Atsakymas į klausimą #1

Tiesa! Visos cukraus ląstelės suskaidomos, kad išlaisvintų dalį cukraus molekulėse sukauptos cheminės energijos. Kai kurios ląstelės sustoja, o kitos naudoja fermentacijos ar aerobinio kvėpavimo procesus, kad gautų daug daugiau energijos iš cukraus gabalėlių, likusių po glikolizės.

[slėpti]

2. Anaerobinio kvėpavimo procesas paaiškina, kaip kai kurios ląstelės gali išgyventi be deguonies.
BET. Tiesa
B. Melas

Atsakymas į 2 klausimą

Tiesa. Anaerobinis kvėpavimas leidžia jį atliekančioms ląstelėms išgyventi be deguonies.

[slėpti]

3. Ląstelės gali gyventi be ATP tol, kol jos turi cukraus kaip maisto šaltinį.
BET. Tiesa
B. Melas

Melas! Visos ląstelės turi turėti ATP, kad išgyventų, nes ATP yra tokia energija, kurią jos gali panaudoti savo gyvenimo procesams.

Jie gali paversti cukrų ATP, tačiau jiems reikia oksidanto, kurį jų ląstelės gali naudoti, pavyzdžiui, deguonies. tam skirtas fumaratas arba siera.