Лекция 4-5

Тема: Дыхание - центральное звено метаболизма клетки. Митохондрии, ультраструктура. История развития представлений о дыхании. Взаимосвязь дыхания и брожения. Основные пути окисления углеводов. Фосфорилирование моно-сахаридов, гликолиз. Цикл Кребса. Глиоксилатный цикл. Пентозо-фосфатный путь. Структура дыхательной цепи митохондрий. Механизмы окислительного фосфорилирования. Зависимость дыхания от факторов внешней среды.

Цель лекции: Ознакомить с историей развития представлений о дыхании, процессамидыхания - центрального звена метаболизма клетки. Дать основные понятия о ультраструктуре митохондрий, о взаимосвязи дыхания и брожения. Цикл Кребса. Механизмы окислительного фосфорилирования. Зависимость дыхания от факторов внешней среды.

Дыхание – неотъемлемое свойство и фундаментальная основа жизни любой клетки. Условия, необходимые для жизнедеятельности роста растений, должны обеспечивать растениям дыхание - обмен тканями растений кислорода воздуха и углекислоты.

Окружающий нас, а значит и растения, воздух, состоит на 4/5 из азота и примерно на 1/5 из кислорода. Кроме этих газов воздух содержит водяные пары и пыль.

Дыхание — процесс универсальный. Оно является неотъемлемым свойством всех
организмов, населяющих нашу планету, и присуще любому органу, любой ткани,
каждой клетке, которые дышат на протяжении всей своей жизни.
Кислород необходим растениям для дыхания. Органические вещества созданные при фотосинтезе в процессе дыхания распадаются. Дыхание растения происходит постоянно, не зависимо от времени суток. В процессе дыхания выделяется углекислый газ, вода и некоторое количество энергии. Т.е. Д. прямо противоположно процессу ассимиляции углерода или процессу ф/с. Основным органоидом клетки, участвующим в процессе дыхания являются митохондрии.

Хотя они имеют свою собственную ДНК и аппарат белкового синтеза, большинство их белков кодируется клеточной ДНК и поступает из цитозоля. Митохондрии независимо от их величины и формы имеют универсальное строение, их ультраструктура однообразна. В митохондрии протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. Одним из классиков, заложивших современное представление о химизме Д., является Палладин В.И. В 1912 году он создает теорию Д., которая послужила основой всех современных представлений о химизме Д. Все положения Палладина были в дальнейшем подтверждены и на растительных и на животных объектах. углекислого газа и воды. Дыхание – это последовательность катаболических процессов в результате которых восстановленные органические соединения переходят в окисленные формы с высвобождением высокоорганизованной энергии (например, с образованием АТФ или подобных веществ). Катаболические процессы - это совокупность физиолого-биохимических процессов, протекающих с выделением высокоорганизованной энергии. Универсальным источником энергии при дыхании (субстратом дыхания) во всех клетках служит глюкоза. Дыхание представляет собой окислительно-востановительный процесс, состоящий из двух этапов: анаэробного и аэробного. Процесс полного окисления глюкозы состоит из трех стадий: гликолиз, цикл Кребса, терминальное окисление.Гликолиз – это процесс ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз протекает в цитозоле клеток.

Различают собственно гликолиз как тип анаэробного брожения и гликолиз как подготовительный этап аэробного дыхания. Общее уравнение гликолиза с образованием ПВК: С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Ф + 2 НАД⁺ → 2 С₃Н₄О₃ + 2 АТФ + 2 НАД·Н+Н⁺

Краткая схема преобразования веществ при гликолизе: глюкоза → фруктоза → 2 ФГА → 2 ФГК → 2 ПВК

Биологическое значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфорных соединений. Таким образом, энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.

Дальнейшие превращения ПВК в анаэробных (или частично аэробных) условиях называются брожением или анаэробным дыханием. В животных клетках (при дефиците кислорода) и в клетках молочнокислых бактерий протекает молочнокислое брожение: ПВК может забирать атомы водорода от НАД·Н+Н⁺ и превращаться в молочную кислоту – C₃Н₆О₃:

Существует множество других видов брожения, при этом конечными продуктами являются органические кислоты и спирты. При спиртовом брожении (например, у дрожжей в анаэробных условиях) от пировиноградной кислоты отщепляется СО₂ и образуется уксусный альдегид, который затем с помощью НАД восстанавливается до этилового спирта (этанола):

При уксуснокислом брожении (у уксуснокислых бактерий) в частично аэробных условиях этанол окисляется кислородом воздуха до уксусной кислоты: