Дыхание

Дыхание – окисление органического вещества.

Аэробные микроорганизмы (грибы, водоросли, многие бактерии, дрожжи) используют чаще всего в качестве энергетического материала углеводы (главным образом, глюкозу). Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов углекислый газ и воду.

При полном окислении глюкозы освобождается вся потенциальная энергия, которая была аккумулирована в молекуле сахара при фотосинтезе.

Процесс окисления глюкозы в клетке делится на две основные фазы: гликолиз (анаэробный процесс) и цикл Кребса (аэробный процесс).

Гликолиз – первая или подготовительная фаза. В результате этого процесса происходит расщепление глюкозы до молочной кислоты. Процесс состоит из 11 ступеней, каждая из которых катализируется своим ферментом.

1. Фосфорилирование молекулы глюкозы

глюкоза + АТФ глюкоза-6-фосфат + АДФ

2. Изомеризация

глюкоза-6-фосфат фруктоза-6-фосфат

3. Фосфорилирование молекулы фруктозы

фруктоза-6-фосфат+АДФ фруктоза-1,6-дифосфат+АДФ

4. Расщепление фруктозы-1,6-дифосфат

фруктоза-1,6-дифосфат фосфатдиоксиацетон + фосфоглицериновый

альдегид

5. Изомеризация

фосфатдиоксиацетон 3 фосфоглицериновый альдегид

6. Присоединение фосфорной кислоты и 2ТПН

3фосфоглицериновый + 2Н₃РО₄ 1,3-дифосфоглицерат + 2ТПН-Н

альдегид

7. Подзарядка АДФ

1,3-дифосфоглицерат+ АДФ+2Р 3фосфоглицериновая + 2АТФ

кислота

8. Отнятие фосфора

3фосфоглицериновая 2фосфоглицериновая кислота

кислота

9. Отнятие воды

2фосфоглицериновая кислота 2энолфосфопируват + Н₂О

10. Подзарядка АДФ

2энолфосфопируват + 2АДФ 2 СН₃ – СО - СООН + 2АТФ

пировиноградная кислота (кетоформа)

11. Восстановление кетоформы в энольную форму пировиноградной кислоты

2 СН₃ – СО - СООН 2 СН₃ – СН(ОН) – СООН + 2ТПН

молочная кислота

Эти начальные этапы окисления глюкозы до пировиноградной кислоты проходят однотипно как у аэробов, так и у анаэробов без участия кислорода. После расщепления глюкозы до пировиноградной кислоты аэробные клетки продолжают извлекать большую часть оставшейся энергии в процессе дыхания. Пировиноградная кислота претерпевает ещё более сложный ряд превращений. Цикл превращений пировиноградной кислоты был описан Г. Кребсом в 1937 году.

Цикл Кребса.

По видимому,в процессе цикла Кребса электроны при участии ферментов отрываются от промежуточных продуктов и передаются ряду молекул-переносчиков, объединенных под общим названием «дыхательная цепь». Эта цепь ферментных молекул представляет конечный общий путь электронов. В последнем звене цепи электроны соединяются с кислородом и образуют воду.

Цикл Кребса важен не только для процессов дыхания (получение энергии), но и для биосинтеза. Он снабжает клетку веществами, легко превращающихся в аминокислоты, белки, жиры.

При дыхании идут два процесса: перенос электронов водорода с одного соединения на другое (дыхательная цепь → кислород); перенос фосфорной группы с АДФ на АТФ.