Дишането - биологична Енциклопедия - Енциклопедия и речник

Дишането е най-напреднала форма на процеса на окисление, и най-ефективният начин за производство на енергия. Главна дихателните предимство е, че енергията на окисляем вещество - субстрата, на която расте микроорганизъм, се използва по-пълно. Следователно, в процеса на дишане се обработват много по-малък субстрат за получаване на определено количество енергия, отколкото, например, когато ферментации.

Процесът на дишането е, че въглехидратите (или протеини, мазнини и други вещества резервни клетки) се разлага, окислява с атмосферен кислород, въглероден диоксид и вода. Получената енергия се изразходва за поддържане на дейността на организми, растеж и размножаване. Бактерии, дължащи се на изключително малките си размери на тялото, не могат да съхраняват големи количества резервни вещества. Ето защо, те се използват предимно хранителни съединения среда.

Като цяло, дишането може да се представи чрез следното уравнение:

За тази проста формула крие комплекс верига на химични реакции, всяка от които се катализира от специфичен ензим.

Ензимните реакции се срещат в процеса на дишане, сега е добре разбрани. Реакционната схема е универсален, т. е., по принцип същите при животни, растения и много микроорганизми, включително бактерии. респираторен процес по време на оксидация на глюкоза се състои от следните основни етапи (фиг. 10).

Първо, образуването на глюкоза фосфатни естери - монофосфат, дифосфат след това. Фосфорна киселина се прехвърля от някои ензими (трансферази) от аденозин трифосфат (АТР) - вещество като остатък фосфорна киселина три свързани енергийни връзки. (В, свързваща прекарва фосфорна киселина 3,4-10 / 4 J енергия за 1 грам-молекула следователно нарича връзка образувана macroergic ..) Биологичното значение на първите реакции на фосфорилиране включват активиране на глюкоза - глюкоза фосфор присъединяване го прави по-реактивни лабилни Определя възможността за по-нататъшно разделяне на глюкоза.

Активният дифосфат глюкоза под формата на допълнително разделена на две триозофосфат (три-въглеродни съединения): phosphoglyceraldehyde dioksiatsetonfosfat и които обратимо могат да бъдат превърнати едно в друго.

Освен това, обмен влиза phosphoglyceraldehyde се окислява в difosfoglitserinovuyu киселина. Целта на този процес е разцепването на водородните атоми от окислен субстрат и водород прехвърлянето използват специфични окислителни ензими за атмосферен кислород (вж. Фиг. 10, 11).

.

Водородът от phosphoglyceraldehyde присъединява ензим - nikotinamiddinukleotidu (NAD); където алдехидът се окислява до киселина и енергия се освобождава. Част от тази енергия се изразходва за образуването на АТФ; където фосфорна киселина е свързана към adenozindifosfatu- ADP. В хидролиза енергията на АТР освобождава и могат да бъдат използвани за различни процеси и нужди протеин синтеза на други клетки.

Phosphoglyceric киселина се окислява до пирогроздена киселина. В този случай също е АТР, т. Е. акумулирана енергия.

С това завършва на първо място - анаеробно - стъпка процеса на дишане, което се нарича гликолитната пътя или пътя Embden - Meyerhof - Парнас. За изпълнение на тези реакции не се изисква кислород. Получената пирогроздена киселина (SN3SOSOON) е интересен и важен съединение. Начини за разделяне на глюкоза по време на дишане и много ферментации, до образуването на пирогроздена киселина, са същите, че за първи път е установен български биохимик S. P. Kostychevym. Пирогроздена киселина е централната точка, от която пътеките различават дишане и ферментация, където започне процеса характерни за верига от ензимни реакции - верига специфични химични реакции (Фигура 11).

По време на дишане пирогроздена киселина влиза цикъл трикарбоксилна киселина (фиг. 12). Това е сложен цикъл от реакции, в резултат на образуване на органични киселини с 4, 5 или 6 въглеродни атома (ябълчна, млечна, фумарова, а-кето глутаровата и лимонена) и отделя въглероден диоксид.

Първо на пирогроздена киселина, съдържаща три въглеродни атома, се разцепва CO2 - се образува оцетна киселина, която е коензим А представлява активното съединение - ацетил коензим А. предава остатък оцетна киселина (ацетил) до оксалоацетат киселина (4 въглеродни атома), и се образува лимонена киселина (6 въглеродни атома). Лимонена киселина се подлага на няколко трансформации резултат CO2 се освобождава и образува пет-въглерод съединение - а-кетоглутарова киселина. От него също отцепена CO2 (трета молекула на въглероден диоксид) и произвежда янтарна киселина (4 въглеродни атома), който след това се превръща в фумарова, ябълчна и накрая оксалоацетат киселина. В този цикъл е затворен. Оксалоацетат киселина може да влезе отново в цикъла.

Така линия влиза в три въглероден пирогроздена киселина, и в хода на трансформации престои 3 С02 молекула.

Водородът пирогроздена киселина, освободена по време на дехидрирането при аеробни условия, не остава свободен - той влиза дихателната верига (както и водород глицералдехид, отнети в превръщане в глицеринова киселина). Това - верига от окислителни ензими.

Ензими, които първи поемат водородът от окисляем субстрат, наречени първични дехидрогенази.

Тя е съставена от ди- или tripiridin нуклеотиди: NAD или NADP и специфичен протеин. Механизъм на допълнение водород - същото:

Окислители - H2 + NAD -> окислява вещество NAD + Н2

водород, произведен degidrogenaeoy, след което прикрепен към следващата ензимна система - флавин ензим (FMN или FAD).

От флавин ензими електрони влизат natsitohromy - желязо proteid (сложни протеини). Веригата на цитохроми не е водороден атом предава, но само електрони. По този начин е налице промяна в валентността на желязо:

Крайният респираторна реакция - е присъединяването на протон и един електрон на кислород в обучението на въздух и вода. Но преди да активиране на кислородни молекули от ензим цитохром оксидаза. Активирането се намалява на кислород, който придобива отрицателен заряд поради електрон закрепване окисляващи вещества. Към активен кислород присъединява водород (протонен) за да се образува вода.

Също споменатата верига електрони и водородни носители са известни и други. Този процес е много по-сложно, отколкото е посочено схема.

Биологичното значение на тези трансформации е окисление на хранителни вещества и енергия образование. Окислението на захарни молекули (глюкоза) в АТР съхранява 12,6- 10,5 джаула енергия, в молекулата, съдържа захар 28,6-10 / 5 джаула следователно полезни се използва 44% от енергията. Това е много висока ефективност в сравнение с. Н. Г. на модерни машини.

По време на дишане формира огромно количество енергия. Ако всичко това ще бъдат освободени веднага, а след това клетката ще престане да съществува. Но това не се случи, тъй като енергията се освобождава СИ всички наведнъж, но стъпка по стъпка, на малки порции. Изолиране на малки дози от енергия се дължи на факта, че дишането е многоетапен процес, при който отделните етапи на формирането на различни междинни съединения (с различна дължина на въглеродната верига) и енергията се освобождава. Освободената енергия се изразходват под формата на топлина, и се съхранява в универсален енергийни съединения - АТФ. След отцепване на ATP енергия може да се използва при всички процеси, необходими за поддържане на жизнените функции на организма: синтеза на различни органични вещества, механична работа, поддържане на осмотичното налягане на протоплазма, и т.н. ...

Дишането е процес на даване на енергия, но нейното биологично значение не се ограничава само до тях. В резултат на химическите реакции, които придружават дишане, голям брой междинни съединения. От тях, съединения, имащи различен брой въглеродни атоми могат да бъдат синтезирани чрез различни вещества клетки: аминокиселини, мастни киселини, мазнини, протеини и витамини.

Следователно, обменът определя останалите въглехидратни обмен вещества (протеини, липиди). Това е нейната голяма стойност.

С процеса на дишане, нейните химически реакции, свързани една от изненадващи свойства на микроби - могат да излъчват видима светлина - Luminesce.

Известно е, че броят на живите организми, включително бактерии, могат да излъчват видима светлина. Луминесценция, причинени от микроорганизми е известно, в продължение на векове. Натрупването на луминесцентни бактерии в симбиоза с малки морски животни, понякога в резултат на емисията на морето; с луминисценция и изпълнени по време на растежа на някои бактерии за месо и т. г.

Основните компоненти на взаимодействието между което води до светлинна емисия са редуцирани форми на PSK или NAD, молекулярен кислород, ензимът и окисляем съединение lyutsiferaea - луциферин. Предполага се, че намалената NAD и FMN реагира с луцифераза, луциферин и кислород, в резултат на електроните в някои молекули са възбуден, и тези електрони връщат към основното състояние на придружено от излъчване на светлина. Луминисценцията в микроби считат за "разточителното процес", тъй като това намалява енергийната ефективност на дишане.

Помощ за Търсене на двигатели