Процессы дыхания и брожения в клетке

Общая характеристика дыхания

Клеточное дыхание. Характеристика биологического окисления

На всех стадиях жизненного цикла происходит дыхание плодов, овощей, животного сырья. Дыхание является важнейшей частью обмена веществ.

В результате дыхания растительные и животные клетки получают энергию, необходимую для поддержания их жизнедеятельности. Поскольку процессы и изменения, связанные с дыханием, происходят именно в клетках, дыхание получило название клеточного.

Клеточным дыханием называют совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жирных кислот и аминокислот расщепляются в конечном итоге до углекислого газа и воды, а освобождающаяся энергия запасается клеткой и затем используется.

Вместе с тем значение дыхания не ограничивается поставкой энергии. Дыхание — сложный многостадийный окислительно-восстанови тельный процесс. На его промежуточных этапах в процессе хранения растительного сырья из запасных питательных веществ образуются новые органические соединения, которые затем используются в различных метаболических реакциях. Таким образом, дыхание — источник многих метаболитов.

В процессе дыхания происходит образование воды, которая в условиях крайнего обезвоживания может быть использована растительной или животной клеткой для предохранения от гибели.

Для поддержания жизнедеятельности все клетки затрачивают химическую энергию, главным образом энергию макроэргических фосфорных связей, поэтому в процессе эволюции у растительных и животных организмов выработалась способность хранения энергии в форме соединений, обладающих богатыми энергией связями. Среди них центральное место занимает АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, которая имеет две макроэргические связи. АТФ в процессе дыхания образуется из аде- нозиндифосфата (АДФ) и остатка неорганической фосфорной кислоты (Фн) с использованием энергии, освобождающейся при окислении различных органических веществ: АДФ + Фи -» АТФ + Н,0. При этом энергия окисления органических соединений превращается в энергию фосфорной связи.

Энергия макроэргической связи выделяется при гидролитическом расщеплении, то есть в результате преобразования связи, и составляет 7,3 ккал/моль (30,6 кДж/моль). Для сравнения, энергия гидролиза сложноэфирной фосфатной связи составляет 2,6 ккал/моль. В животной клетке помимо АТФ источником запасания энергии являются гликоген — животный крахмал и креатинфосфат.

С химической точки зрения дыхание — это медленное окисление.

Биологическое окисление — совокупность химических реакций, протекающих под влиянием ферментов класса оксидоредуктаз. Большинство процессов биологического окисления протекает путем дегидрирования. Вещества, подвергшиеся окислению, отщепляют водород под действием дегидрогеназ, ионы водорода передаются на кислород с образованием воды. Передача водорода на кислород происходит с помощью промежуточных передатчиков.

Таким образом, дыхание — это процесс, при котором активируется как водород субстрата, так и кислород воздуха. Дыхание идет в две фазы — анаэробную и аэробную.

Общая схема биологического окисления представлена на рис. 3.1.

Суммарно этот процесс можно записать так:

В главной цепи дыхания ионы водорода и электроны проходят путь от субстрата к кислороду через НАД, ФАД, кофермент Q|0 (убихинон) и систему цитохромов. Протоны обычно не проходят через цитохромы и, покинув убихинон, вступают в реакцию с кислородом, активированным присоединившимися электронами.

Протоны могут временно удерживаться буферными системами клетки. Поток электронов движется в направлении от отрицательного окислительно-восстановительного потенциала к положительному, то есть в сторону уменьшения энергии.

Цепь переноса электронов и водорода при дыхании

Рис. 3.1. Цепь переноса электронов и водорода при дыхании

Переносчики электронов и протонов расположены вдыхательной цепи в таком же порядке.

Процесс синтеза АТФ получил название окислительного фосфорилирования, т. к. на его осуществление затрачивается энергия окисления.

Ферменты тканевого дыхания и связанного с ним окислительного фосфорилирования располагаются на кристах внутренней мембраны митохондрий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >