Клеточное,Аэробное,Анаэробное дыхание

[Xasiyev Huseyn]

Клеточное дыхание.
При этом виде дыхания выделенная энергия запасается организмом в виде универсального энергетического носителя – АТФ (аденозинтрифосфата), а частично рассеивается в виде тепла. Все остальные процессы организма получают энергию от АТФ, который транспортируется в структуры клетки.

При разложении АТФ в клетке путем гидролиза выделяется энергия. АТФ состоит из углеродной, азотной и трех фосфатных групп. При гидролизе этого соединения в клетке происходит отщепление одной или двух фосфатных групп и образование АДФ – аденозиндифосфата и АМФ – аденозинмонофосфата. При этом выделяется энергия для жизнедеятельности клетки.

Для образования АТФ необходима энергия D G , выделяемая при различных ферментативных окислительных реакциях:

1) химического окисления молекулярным кислородом:

А + O2 + F ® AO2 + F + D G,

где F– ферменты – оксидазы;

2) биологического окисления (отщепления водорода):

AH2 + B + F ® A + BH2 + F+ D G,

где F – ферменты – дегидрогеназы;

3) бескислородного разложения углеводов (гликолиза):

C6H12O6 + F® Молочная кислота + F + D G,

где F – ферменты процесса гликолиза;

4) окисления ионных форм:

Fe 2+ + F ® Fe 3++ F + e + D G,

где F – ферменты, катализирующие реакцию получения электронов e.

Аэробное дыхание.
Это дыхание, для которого требуется кислород. Оно является механизмом долговременного получения энергии для организма человека и высших форм живого.

Углеводы являются основными соединениями для процессов дыхания.

При бескислородном гликолизе углеводов в цитоплазме клеток происходят реакции фосфорилирования при участии ферментов фосфорилаз и образования глюкозофосфата, а затем распада его в несколько этапов до молочной кислоты.

При этом на одну молекулу углеводов образуется 2 молекулы АТФ.

Дальнейшие этапы аэробного дыхания происходят в клеточных органеллах митохондриях. Здесь осуществляется получение энергии путем дегидрирования с образованием CO2 (цикл Кребса), окисления ионных форм и, наконец, окисления отщепленных в результате дегидрирования атомов водорода молекулярным кислородом до воды. Последний этап катализируется медьсодержащим белком-ферментом цитохромоксидазой.

Перенос электронов и атомов водорода в митохондрии осуществляется коферментами, образующимися в цитоплазме при гликолизе. Это положительно заряженные молекулы НАД и НАДФ на основе производного от витамина группы В. Катализ реакции переноса ими водорода осуществляется коферментом ФАД на основе производного от витамина В2.

Окончательно реакцию аэробного дыхания можно записать:

C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2+ 6 H20 +D G (38 АТФ).

Жиры в качестве дыхательного субстрата при участии ферментов – липаз гидролизируются до жирных кислот и глицерола. Затем эти соединения дегидрируются и окисляются в митохондриях, при этом образуется 100–150 молекул АТФ на одну молекулу жиров. Семена растений, а также печень человека, его сердечная мышца, почки, мышцы (в состоянии покоя) покрывают значительную часть своих энергозатрат за счет жирных кислот.

Белки используются для дыхания, когда исчерпаны все запасы углеводов и жиров. Сначала белки гидролизируются до аминокислот, а затем от последних отщепляются аминогруппы с выделением энергии. В зависимости от природы “углеродных скелетов” аминокислот дальнейшее окисление происходит по схеме расщепления углеводов или жирных кислот.

В БСС очень часто используют ферменты митохондрий. Эти органеллы длиной в единицы мкм, а шириной в десятые доли мкм были обнаружены в клетках еще в конце XIX в., их удалось выделить из клеток и обнаружить протекание в них окислительно-восстановительных реакций. Внутри митохондрий под электронным микроскопом обнаруживаются гребневидные складки, на которых размещены мультиферментные системы цикла Кребса и железо- и медьсодержащие белковые соединения. Проницаемость АДФ и АТФ через мембраны осуществляют ферменты транслоказы.

В БСС применяют различные ферменты дегидрогеназы, выделенные из митохондрий, которые катализируют преобразование промежуточных субстратов дыхательного цикла, АТФ, а также коферменты процессов аэробного дыхания.
Анаэробное дыхание.
При этом типе дыхания процесс окисления идет в отсутствии кислорода. Процесс включает гликолиз и спиртовое брожение:

C6H12O6 + F ® 2C2H5OH + 2CO2 + F + D G (2 АТФ),

или молочнокислое:

C6H12O6 + F ® 2 CH3CHOHCOOH + F + D G (2 АТФ),

где F – ферменты брожения.