Дыхание растений Вопросы для обсуждения

Дыхание растений • • • Вопросы для обсуждения: Общее понятие о дыхании Типы реакций окисления при дыхании Субстраты дыхания Основные пути расщепления субстратов дыхания и превращения энергии Механизм образования АТФ

Общее понятие о дыхании Дыхание – это физиологический процесс, обеспечивающий живым организмам получение энергии для поддержания жизнедеятельности Клеточное дыхание – это сложный ферментативный окислительный распад органических питательных веществ с участием кислорода или без него, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются организмом для процессов жизнедеятельности. Дыхание может сопровождаться газообменом: поглощением кислорода и выделением углекислого газа, но может проходить иными путями

Биологическая сущность дыхания • • • Продукты фотосинтеза как субстраты дыхания, необходимость их активации и роль соединений с макроэргическими связями в начале процесса дыхания. Вариант определения дыхания – это сложная цепь взаимосвязанных процессов мобилизации продуктов фотосинтеза посредством их активирования в химическом и энергетическом отношениях. Сущность дыхания – это расщепление и преобразование неспецифических веществ (субстратов дыхания) с выделением заключенной в них энергии и использование этой энергии для синтеза специфических для данного вида веществ

Основы химизма дыхания • В основе процесса дыхания лежат окислительновосстановительные реакции • Окисление субстрата дыхания представляет собой отщепление водорода и электрона от его молекулы и сопровождается восстановлением окислителя (акцептора водорода) • В зависимости от конечного акцептора водорода различают три типа дыхания: аэробное дыхание, анаэробное дыхание и брожение

• • • Типы и основные уравнения реакций при дыхании 1. Аэробное дыхание – это окислительный распад органических веществ с участием молекулярного кислорода до образования конечных продуктов С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 → 6 СО 2 + 6 Н 2 О 2. Анаэробное дыхание – окисление органических веществ за счет кислорода неорганических соединений (у бактерий) С 6 Н 12 О 6 + 4 NO 3 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2 N 2 (нитратное дыхание денитрифмцирующих бактерий 3. Брожение (часто считают аналогом анаэробного дыхания) – ферментативное расщепление органических веществ без участия кислорода до промежуточных продуктов С 6 Н 12 О 6 → 2 СО 2 + 2 С 2 Н 5 ОН (спиртовое брожение)

Типы окислительных реакций 1. Прямое окисление молекулярным кислородом • 2 Н 2 + О 2 → 2 Н 2 О • А + О 2 → АО 2 2. Отнятие водорода АН 2 + В → А + ВН 2 НО гидрохинон -2 е ОН → + -2 Н О О хинон 3. Отдача электронов: Fe 2+ → Fe 3+ + e-

Типы окислительных реакций • Окисление молекул путем их гидратирования и последующего отщепления водорода (окисление за счет кислорода воды): СН 3 СОН + Н 2 О → СН 3 СООН + 2 Н

Субстраты дыхания • • • С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 → 6 СО 2 + 6 Н 2 О; ДК = 6 СО 2 / 6 О 2 = 1 С 18 Н 36 О 2 + 26 О 2 → 18 СО 2 + 18 Н 2 О ДК = 18 CO 2 / 26 О 2 = 0, 69 2 Н 2 С 2 О 4 + О 2 → 4 СО 2 + 2 Н 2 О ДК = 4 СО 2 / О 2 = 4

Способы получения энергии • К макроэргическим соединениям относятся: • Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), фосфоэнолпировиноградная кислота, 1, 3 дифосфоглицериновая кислота, креотинфосфорная кислота, ацетилкоэнзим А, производные адениловой и рибонуклеиновой кислот и др.

Пути анаэробного расщепления субстрата • 1. Гликолиз • 2. Глиоксилатный путь • 3. Пентозофосфатный путь

Суммарные уравнения Гликолиза: С 6 Н 12 О 6 → СН 3 СОСООН + 4 Н + 2 АТФ Глюкоза пировиноградная кислота (ПВК) Окислительного декарбоксилирования: СН 3 СОСООН + Ко. А-SH + HAD → ПВК коэнзим А → CH 3 CO~S-Ko. A + CO 2 +HAD. H + H+ ацетилкоэнзим А Цикла Кребса: СН 3 СО~S-Ко. А+3 Н 2 О → 2 СО 2+4 Н 2+Ko. A-SH

Электроннотранспортная цепь, и синтез АТФ

Выход энергии при дыхании • Гликолиз – 2 АТФ • Цикл Кребса – 36 АТФ • Для образования 1 молекулы АТФ необходимо минимум 30, 6 к. Дж, для 38 молекул: 30, 6 * 38 = 1162 к. Дж • Из суммарного уравнения дыхания: С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 2880 к. Дж изменение свободной энергии ΔG = - 2880 к. Дж • КПД = -1162, 8 / -2880 * 100 = 40, 35 %

Энергетический баланс дыхания при полном окислении 1 молекулы глюкозы • • • Субстратное фосфорилирование: Гликолиз: за счет 2 молекул 1, 3 -ФГК – 2 АТФ и за счет 2 молекул ФЭП – 2 АТФ; Цикл Кребса: за счет 2 молекул сукцинил. Ко. А – 2 АТФ. Всего 6 АТФ Фосфорилирование в дыхательной цепи: Гликолиз – 2 НАДН 2 – 6 АТФ Окислительное декарбоксилирование 2 ПВК – 2 НАДН 2 – 6 АТФ Цикл Кребса – 6 НАДН 2 – 18 АТФ и 2 ФАДН 2 – 4 АТФ, всего 22 АТФ. Итого – 34 + 6 = 40 АТФ, минус 2 АТФ, потраченные на первоначальное фосфорилирование глюкозы, будет 38 молекул АТФ

Глиоксилатный путь

Пентозофосфатный путь

Окисление – восстановление в молекулах ФМН и ФАД

Окисление – восстановление в молекулах НАДН и НАДФН

Структура (А) и окиление – восстановление убихинона.

Гем (функциональная группа цитохромов – переносчиков электронов).

Железосерные белки

Структура железосерных центров