1. Definicja pojęcia „oddychanie beztlenowe”.
2. Oddech azotanowy.
3. Oddychanie siarczanowe.
4. Oddychanie węglanowe.
5. Oddychanie fumaranem.
1. Definicja „oddychania beztlenowego”
Oddychanie beztlenowe– łańcuch beztlenowych reakcji redoks, które sprowadzają się do utleniania substratu organicznego lub nieorganicznego przy użyciu nie tlenu cząsteczkowego, ale innych substancji nieorganicznych (azotan -NO 3 -, azotyn - NO 2 -, siarczan - SO 4 2-) jako końcowy akceptor elektronów , siarczyn - SO 3 2-, CO 2 itp.), a także substancje organiczne (fumaran itp.). Podczas oddychania beztlenowego cząsteczki ATP powstają głównie w łańcuchu transportu elektronów, czyli w wyniku reakcji fosforylacji błonowej, ale w mniejszych ilościach niż podczas oddychania tlenowego.
W oddychaniu beztlenowym końcowym akceptorem elektronów w łańcuchu transportu elektronów są związki nieorganiczne lub organiczne. Na przykład, jeśli końcowym akceptorem elektronów jest SO 4 2-, wówczas proces ten nazywa się siarczanowy oddech i bakterie – Z redukujące siarczany Lub redukujące siarczany . W przypadku, gdy końcowym akceptorem elektronów jest NO 3 – lub NO 2 – wówczas proces nazywa się oddech azotanowy Lub denitryfikacja , a bakterie przeprowadzające ten proces to denitryfikacyjny . CO 2 może działać jako końcowy akceptor elektronów. Proces ten nazywa się odpowiednio oddychanie węglanowe i bakterie - metanogenny (metanotwórcze ) . Jednym z niewielu przykładów, w którym końcowym akceptorem jest substancja organiczna, jest fumaranowy oddech .
Główne cechy bakterii zdolnych do oddychania beztlenowego:
1) Mają skrócone łańcuchy transportu elektronów, czyli oddechowe, czyli nie zawierają wszystkich nośników charakterystycznych dla łańcuchów oddechowych funkcjonujących w warunkach tlenowych.
2) W łańcuchach oddechowych beztlenowców oksydaza cytochromowa zostaje zastąpiona odpowiednimi reduktazami.
3) U ścisłych beztlenowców cykl Krebsa nie funkcjonuje lub jest przerwany i pełni jedynie funkcje biosyntetyczne.
4) Główna ilość cząsteczek ATP podczas oddychania beztlenowego syntetyzowana jest w procesie fosforylacji błony.
5) W odniesieniu do tlenu cząsteczkowego bakterie oddychające beztlenowo są fakultatywnymi lub obligatoryjnymi beztlenowcami. Beztlenowce obligatoryjne obejmują bakterie redukujące siarczany i bakterie metanogenne. Fakultatywne beztlenowce obejmują bakterie denitryfikacyjne i bakterie oddychające fumaranem. Fakultatywne beztlenowce mogą zmienić swój metabolizm energetyczny z oddychania tlenowego w obecności tlenu cząsteczkowego w środowisku na oddychanie beztlenowe przy braku tlenu cząsteczkowego.
6) Wydajność ATP podczas oddychania beztlenowego jest mniejsza niż podczas oddychania tlenowego, ale większa niż podczas fermentacji.
2. Oddech azotanowy
Końcowymi akceptorami elektronów podczas oddychania azotanami są azotany (NO 3 - ) lub azotyny (NO 2 -). Wynikiem oddychania azotanami jest redukcja NO 3 – lub NO 2 – do produktów gazowych (NO, N 2 O, N2 ). Całkowita reakcja oddychania azotanami, gdzie utlenialnym substratem jest glukoza, a końcowym akceptorem elektronów są azotany, można zapisać w następujący sposób:
C 6 H 12 O 6 + 4NO - 3 → 6CO 2 + 6H 2 O + 2N 2 + x (kJ)
Kompletny proces denitryfikacji składa się z czterech reakcji redukcji, z których każda jest katalizowana przez specyficzne reduktazy związane z błoną.
Pierwszy etap : redukcja azotanów do azotynów, katalizowana przez enzymy zawierające molibden, reduktazę azotanową:
NO - 3 + 2e - + 2H + → NO - 2 + H 2 O
Druga faza : redukcja azotynów do tlenku azotu, katalizowana przez reduktazy azotynowe:
NIE - 2 + e - + H + → NIE + OH -
Reduktazy azotanowe i azotynowe są bardzo wrażliwe na tlen cząsteczkowy, który hamuje ich aktywność, a także hamuje syntezę. W związku z tym reakcje te mogą wystąpić tylko wtedy, gdy tlen jest całkowicie nieobecny lub gdy jego stężenie jest nieznaczne.
Trzeci etap : redukcja tlenku azotu do podtlenku azotu, katalizowana przez reduktazę podtlenku azotu:
2NO + 2e - + 2H + → N 2 O + H 2 O
Czwarty etap: redukcja podtlenku azotu do azotu cząsteczkowego, katalizowana przez reduktazę podtlenku azotu:
N 2 O + 2e - + 2H + → N 2 + H 2 O
U bakterii denitryfikacyjnych, które są fakultatywnymi beztlenowcami, w przypadku oddychania tlenowego funkcjonuje pełny łańcuch transportu elektronów, a w przypadku oddychania beztlenowego – skrócony.
Łańcuchy transportu elektronów u bakterii denitryfikacyjnych w warunkach beztlenowych zawierają wszystkie główne typy transporterów błonowych: flawoproteiny, chinony, cytochromy B I Z. Ustalono, że reduktazy azotanowe bakterii denitryfikacyjnych są związane z łańcuchem oddechowym na poziomie cytochromu B oraz reduktazy azotynowe i reduktazy tlenku azotu i podtlenku azotu na poziomie cytochromu c. Proces całkowitej denitryfikacji, podczas której NO 3 ulega redukcji do N 2, transport elektronów w łańcuchu oddechowym można przedstawić w następujący sposób (rys. 1).
Ryż. 1. Transport elektronów podczas denitryfikacji
Liczba syntetyzowanych cząsteczek ATP zależy od budowy łańcucha oddechowego, obecności i właściwości odpowiednich reduktaz. Przy „pełnej” denitryfikacji magazynuje się więcej energii niż przy „skróconej” denitryfikacji, gdy realizowane są tylko poszczególne etapy tego procesu:
NIE - 3 → NIE - 2; NIE → N2O; N 2 O → N 2.
Schematycznie oddychanie azotanami podczas utleniania glukozy można przedstawić w następujący sposób (ryc. 2).
Ryż. 2. Schemat oddychania azotanami
Rozmieszczenie i rola bakterii denitryfikacyjnych. Bakterie denitryfikacyjne są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Należą do wszystkich głównych grup fizjologicznych: fototroficznych, chemolitotroficznych, fakultatywnych beztlenowców Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. Jednakże zdolność do denitryfikacji jest bardziej powszechna u bakterii z tego rodzaju Bakcyl I Pseudomonas.
Bakterie denitryfikacyjne są mieszkańcami zbiorników świeżych i morskich, gleb różnego typu, choć proces denitryfikacji zachodzi wyłącznie w warunkach beztlenowych. Proces denitryfikacji uznawany jest za szkodliwy dla rolnictwa, gdyż dostępne dla roślin azotany przekształcają się w niedostępny dla nich azot cząsteczkowy, co prowadzi do zubożenia gleby w azot. Niemniej jednak bakterie denitryfikacyjne są ważnym ogniwem obiegu azotu w przyrodzie, wzbogacając atmosferę w azot cząsteczkowy. Ponadto bakterie te odgrywają pozytywną rolę w oczyszczaniu wód gruntowych i gleb z azotanów i azotynów nagromadzonych w wyniku działalności człowieka (wprowadzanie dużych dawek nawozów, ścieki przemysłowe), które w dużych stężeniach są toksyczne dla organizmów żywych. W związku z tym bakterie denitryfikacyjne służą do oczyszczania ścieków z azotanów.
Oddech- zespół reakcji biologicznego utleniania organicznych substancji niosących energię z uwolnieniem energii niezbędnej do życia organizmu. Oddychanie to proces, w którym atomy wodoru (elektrony) są przenoszone z substancji organicznych do tlenu cząsteczkowego. Istnieją dwa główne rodzaje oddychania: beztlenowy i tlenowy.
Oddychanie aerobowe - zespół procesów, które dokonują utleniania substancji organicznych i wytwarzają energię przy udziale tlenu. Rozkład substancji organicznych jest całkowity i następuje wraz z utworzeniem końcowych produktów utleniania H2O i CO2. Oddychanie tlenowe jest charakterystyczne dla zdecydowanej większości organizmów i odbywa się w mitochondriach komórki. Organizmy tlenowe w procesie oddychania mogą utleniać różne związki organiczne: węglowodany, tłuszcze, białka itp. U organizmów tlenowych utlenianie zachodzi z wykorzystaniem tlenu jako akceptora (odbiornika) elektronów do dwutlenku węgla i wody. Oddychanie tlenowe jest najważniejszym sposobem wytwarzania energii. Polega na całkowitym rozkładzie, który zachodzi przy udziale reakcji beztlenowego i tlenowego etapu metabolizmu energetycznego. Oddychanie tlenowe odgrywa główną rolę w dostarczaniu komórkom energii i rozkładaniu substancji na końcowe produkty utleniania – wodę i dwutlenek węgla.
Rdzeń- To twierdza, w której ukryta jest główna wskazówka dotycząca samoreprodukcji życia.
Wolna energia uwolniona podczas reakcji jest magazynowana w postaci transbłonowego potencjału protonowego, który jest wykorzystywany przez syntazę ATP do syntezy ATP.
Beztlenowy ETC nie zawiera większej liczby dróg przenoszenia protonów przez błonę (w tlenowej są ich 3), dlatego też oddychanie azotanami pod względem wydajności na 1 mol glukozy to tylko 70% oddychania tlenowego. Kiedy tlen cząsteczkowy przedostaje się do środowiska, bakterie przechodzą na normalne oddychanie.
U eukariontów występuje, choć rzadko, oddychanie azotanami. Dlatego niedawno w otwornicach odkryto oddychanie azotanami, któremu towarzyszy denitryfikacja i uwalnianie azotu cząsteczkowego. Wcześniej u grzybów opisano oddychanie azotanami z utworzeniem N 2 O Fusarium I Cylindrokarpon(cm. .
Oddychanie siarczanowe
Obecnie znanych jest wiele bakterii zdolnych do utleniania związków organicznych lub wodoru cząsteczkowego w warunkach beztlenowych, wykorzystując siarczany, nieorganiczne tiosiarczany, siarczyny i siarkę cząsteczkową jako akceptory elektronów w łańcuchu oddechowym. Proces ten nazywany jest dysymilacyjną redukcją siarczanów, a bakterie przeprowadzające ten proces nazywane są redukującymi siarczany lub redukującymi siarczany.
Wszystkie bakterie redukujące siarczany są bezwzględnymi beztlenowcami.
Bakterie redukujące siarczany pozyskują energię w procesie oddychania siarczanowego podczas przenoszenia elektronów w łańcuchu transportu elektronów. Przeniesieniu elektronów z utlenionego podłoża wzdłuż łańcucha transportu elektronów towarzyszy pojawienie się elektrochemicznego gradientu jonów wodorowych, a następnie synteza ATP.
Zdecydowana większość bakterii w tej grupie to chemoorganoheterotrofy. Źródłem donora węgla i elektronów są dla nich proste substancje organiczne - pirogronian, mleczan, bursztynian, jabłczan, a także niektóre alkohole. Wykazano, że niektóre bakterie redukujące siarczany są zdolne do chemolitoautotrofii, gdy utlenionym substratem jest wodór cząsteczkowy.
Eubakterie redukujące siarczany są szeroko rozpowszechnione w strefach beztlenowych różnych typów zbiorników, w osadach, glebie i przewodzie pokarmowym zwierząt. Najbardziej intensywna redukcja siarczanów zachodzi w słonych jeziorach i ujściach mórz, gdzie prawie nie ma cyrkulacji wody, a siarczanów jest dużo. Eubakterie redukujące siarczany odgrywają wiodącą rolę w tworzeniu siarkowodoru w przyrodzie i osadzaniu się minerałów siarczkowych. Nagromadzenie H 2 S w środowisku często prowadzi do negatywnych konsekwencji - w zbiornikach wodnych do śmierci ryb, w glebie do zahamowania roślin. Aktywność eubakterii redukujących siarczany jest również związana z korozją w warunkach beztlenowych różnych urządzeń metalowych, na przykład rur metalowych.
Fumaranowy oddech
Fumaran może być stosowany jako akceptor elektronów. Reduktaza fumaranowa jest podobna do reduktazy azotynowej: tylko zamiast podjednostki zawierającej molibdopterynę zawiera FAD i podjednostkę zawierającą histydynę. Transbłonowy potencjał protonowy powstaje w podobny sposób: nie następuje transfer protonów, ale reduktaza fumaranowa wiąże protony w cytoplazmie, a dehydrogenazy uwalniają protony do peryplazmy na początku ETC. Przeniesienie elektronów z dehydrogenaz do reduktazy fumaranowej zwykle następuje poprzez pulę błon menochinonów.
Fumaran jest na ogół nieobecny w siedliskach naturalnych i jest tworzony przez same mikroorganizmy z asparaginianu, asparaginy, cukrów, jabłczanu i cytrynianu. W związku z tym większość bakterii zdolnych do oddychania fumaranem zawiera fumarazę, asparaginian: liazę amoniakalną i asparaginazę, których synteza jest kontrolowana przez białko Fnr wrażliwe na tlen cząsteczkowy.
Wstęp
1. Oddychanie tlenowe
1.1 Fosfoliacja oksydacyjna
2. Oddychanie beztlenowe
2.1 Rodzaje oddychania beztlenowego
4.Referencje
Wstęp
Oddychanie jest nieodłączną cechą wszystkich żywych organizmów. Jest to oksydacyjny rozkład substancji organicznych syntetyzowanych podczas fotosyntezy, który zachodzi przy zużyciu tlenu i uwolnieniu dwutlenku węgla. JAK. Famintsyn uważał fotosyntezę i oddychanie za dwie kolejne fazy odżywiania roślin: fotosynteza przygotowuje węglowodany, oddychanie przetwarza je w strukturalną biomasę rośliny, tworząc substancje reaktywne w procesie stopniowego utleniania i uwalniając energię niezbędną do ich przemiany i ogólnie procesów życiowych . Ogólne równanie oddychania ma postać:
CHO+ 6O → 6CO+ 6HO + 2875 kJ.
Z tego równania staje się jasne, dlaczego szybkość wymiany gazowej służy do oszacowania intensywności oddychania. Zostało zaproponowane w 1912 roku przez V.I. Palladina, który uważał, że oddychanie składa się z dwóch faz – beztlenowej i tlenowej. Na etapie oddychania beztlenowego, który zachodzi przy braku tlenu, glukoza ulega utlenieniu w wyniku usunięcia wodoru (odwodornienia), który zdaniem naukowca jest przekazywany enzymowi oddechowemu. Ten ostatni został przywrócony. Na etapie tlenowym enzym oddechowy regeneruje się do postaci utleniającej. V.I. Palladin jako pierwszy wykazał, że utlenianie cukru następuje w wyniku jego bezpośredniego utlenienia przez tlen atmosferyczny, ponieważ tlen nie spotyka się z węglem substratu oddechowego, ale wiąże się z jego odwodornieniem.
Znaczący wkład w badania istoty procesów oksydacyjnych i chemii procesu oddychania wnieśli zarówno krajowi (I.P. Borodin, A.N. Bakh, S.P. Kostychev, V.I. Palladin), jak i zagraniczni (A.L. Lavoisier, G. Wieland, G. Krebs) badacze.
Życie każdego organizmu jest nierozerwalnie związane z ciągłym wykorzystaniem darmowej energii wytwarzanej podczas oddychania. Nic dziwnego, że badanie roli oddychania w życiu roślin zyskało ostatnio centralne miejsce w fizjologii roślin.
1. Oddychanie tlenowe
Oddychanie aerobowe – Jest to proces utleniający, w którym zużywa się tlen. Podczas oddychania substrat ulega całkowitemu rozkładowi na ubogie w energię substancje nieorganiczne, charakteryzujące się dużą wydajnością energetyczną. Najważniejszymi substratami oddychania są węglowodany. Ponadto tłuszcze i białka mogą być spożywane podczas oddychania.
Oddychanie tlenowe składa się z dwóch głównych etapów:
- beztlenowy, w procesie, w którym substrat ulega stopniowemu rozkładowi z uwolnieniem atomów wodoru i wiąże się z koenzymami (transporterami takimi jak NAD i FAD);
- tlen, podczas którego następuje dalsze pobieranie atomów wodoru z pochodnych substratu oddechowego i stopniowe utlenianie atomów wodoru w wyniku przeniesienia ich elektronów na tlen.
W pierwszym etapie najpierw wielkocząsteczkowe substancje organiczne (polisacharydy, lipidy, białka, kwasy nukleinowe itp.) pod wpływem enzymów rozkładają się na prostsze związki (glukoza, wyższe kwasy karboksylowe, glicerol, aminokwasy, nukleotydy itp.) .) Proces ten zachodzi w cytoplazmie komórek i towarzyszy mu wyzwolenie niewielkiej ilości energii, która jest rozpraszana w postaci ciepła. Następnie następuje enzymatyczny rozkład prostych związków organicznych.
Przykładem takiego procesu jest glikoliza, czyli wieloetapowy beztlenowy rozkład glukozy. W reakcjach glikolizy sześciowęglowa cząsteczka glukozy (C) rozkłada się na dwie trójwęglowe cząsteczki kwasu pirogronowego (C). W tym przypadku powstają dwie cząsteczki ATP i uwalniane są atomy wodoru. Te ostatnie przyłączają się do transportera NAD (dinkleotydu nikotynamidoadeninowego), który przekształca się w formę redukującą NAD ∙ H + N. NAD jest koenzymem o budowie podobnej do NADP. Obydwa są pochodnymi kwasu nikotynowego, jednej z witamin z grupy B. Cząsteczki obu koenzymów są elektrododatnie (pozbawione są jednego elektronu) i mogą pełnić funkcję nośnika zarówno elektronów, jak i atomów wodoru. Kiedy przyjmuje się parę atomów wodoru, jeden z atomów dysocjuje na proton i elektron:
a drugi całkowicie dołącza do NAD lub NADP:
NAD+ H + [H+ e] → NAD ∙ H + N.
Wolny proton jest później wykorzystywany do odwrotnego utleniania koenzymu. W sumie reakcja glikolizy ma postać
CHO + 2ADP + 2HPO + 2 NAD →
2CHO+ 2ATP + 2 NAD ∙ H + H+ 2 H O
Produkt glikolizy, kwas pirogronowy (CHO), zawiera znaczną część energii, a jego dalsze uwalnianie następuje w mitochondriach. Następuje tu całkowite utlenienie kwasu pirogronowego do CO i H O. Proces ten można podzielić na trzy główne etapy:
1) oksydacyjna dekarboksylacja kwasu pirogronowego;
2) cykl kwasu trikarboksylowego (cykl Krebsa);
3) ostatnim etapem utleniania jest łańcuch transportu elektronów.
W pierwszym etapie kwas pirogronowy reaguje z substancją zwaną koenzymem A, w wyniku czego powstaje acetylokoenzym A z wiązaniem wysokoenergetycznym. W tym przypadku cząsteczka CO (pierwsza) i atomy wodoru są oddzielane od cząsteczki kwasu pirogronowego, które są przechowywane w postaci NAD ∙ H + H.
Drugi etap to cykl Krebsa (ryc. 1)
Powstały na poprzednim etapie Acetylo-CoA wchodzi w cykl Krebsa. Acetylo-CoA reaguje z kwasem szczawiooctowym, w wyniku czego powstaje sześciowęglowy kwas cytrynowy. Ta reakcja wymaga energii; jest dostarczany przez wysokoenergetyczne wiązanie acetylo-CoA. Pod koniec cyklu kwas szczawiowo-cytrynowy regeneruje się w pierwotnej postaci. Teraz jest w stanie zareagować z nową cząsteczką acetylo-CoA i cykl się powtarza. Ogólną reakcję cyklu można wyrazić następującym równaniem:
acetylo-CoA + 3HO + 3NAD+ FAD + ADP + NPO →
CoA + 2CO+ 3NAD ∙ H + H+FAD ∙ H+ ATP.
Zatem w wyniku rozkładu jednej cząsteczki kwasu pirogronowego w fazie tlenowej (dekarboksylacja PVA i cykl Krebsa) uwalniają się 3CO, 4 NAD ∙ H + H, FAD ∙ H. Całkowita reakcja glikolizy, utleniania dekarboksylację i cykl Krebsa można zapisać w następującej postaci:
CHO+ 6HO + 10 NAD + 2FAD →
6CO+ 4ATP + 10 NAD ∙ H + H+ 2FAD ∙ H.
Trzeci etap to elektryczny łańcuch transportowy.
Pary atomów wodoru, oddzielone od produktów pośrednich w reakcjach odwodornienia podczas glikolizy i w cyklu Krebsa, są ostatecznie utleniane przez tlen cząsteczkowy do H2O z jednoczesną fosforolacją ADP do ATP. Dzieje się tak, gdy wodór wydzielony z NAD ∙ H i FAD ∙ H jest przenoszony wzdłuż łańcucha nośników wbudowanych w wewnętrzną błonę mitochondriów. Pary atomów wodoru 2H można uznać za 2H+ 2e. Siłą napędową transportu atomów wodoru w łańcuchu oddechowym jest różnica potencjałów.
Za pomocą nośników jony wodorowe H przenoszone są z wewnętrznej strony membrany na jej zewnętrzną stronę, czyli z matrix mitochondrialnej do przestrzeni międzybłonowej (ryc. 2).
Kiedy para elektronów zostaje przeniesiona z nad na tlen, przechodzą one przez membranę trzykrotnie, a procesowi temu towarzyszy uwolnienie sześciu protonów na zewnętrzną stronę membrany. W końcowym etapie protony przenoszone są na wewnętrzną stronę membrany i akceptowane przez tlen:
W wyniku tego przeniesienia jonów H na zewnętrzną stronę błony mitochondrialnej w przestrzeni okołomitochondrialnej powstaje ich koncentracja, tj. zachodzi gradient elektrochemiczny protonów.
Kiedy gradient protonów osiągnie określoną wartość, jony wodoru ze zbiornika H przemieszczają się przez specjalne kanały w membranie, a ich rezerwa energii jest wykorzystywana do syntezy ATP. W matrixie łączą się z naładowanymi cząsteczkami O i powstaje woda: 2H+ O²ˉ → HO.
1.1 Fosfoliacja oksydacyjna
Nazywa się proces powstawania ATP w wyniku przenoszenia jonów przez błonę mitochondrialną fosforolacja oksydacyjna. Odbywa się to przy udziale enzymu syntetazy ATP. Cząsteczki syntetazy ATP zlokalizowane są w postaci kulistych granulek po wewnętrznej stronie wewnętrznej błony mitochondrialnej.
W wyniku rozszczepienia dwóch cząsteczek kwasu pirogronowego i przeniesienia jonów wodorowych przez membranę specjalnymi kanałami powstaje łącznie 36 cząsteczek ATP (2 cząsteczki w cyklu Krebsa i 34 cząsteczki w wyniku przeniesienia jony H przez membranę).
Ogólne równanie oddychania tlenowego można wyrazić w następujący sposób:
CHO+ O+ 6HO + 38ADP + 38HPO →
6CO + 12HO + 38ATP
Jest całkiem oczywiste, że oddychanie tlenowe ustanie w przypadku braku tlenu, ponieważ to tlen służy jako ostateczny akceptor wodoru. Jeśli komórki nie otrzymają wystarczającej ilości tlenu, wszystkie nośniki wodoru wkrótce zostaną całkowicie nasycone i nie będą mogły go dalej przesyłać. W rezultacie główne źródło energii do tworzenia ATP zostanie zablokowane.
Oddychanie tlenowe, fotosynteza utleniająca
2. Oddychanie beztlenowe
Oddychanie beztlenowe. Niektóre mikroorganizmy są w stanie wykorzystywać nie tlen cząsteczkowy do utleniania substancji organicznych lub nieorganicznych, ale inne utlenione związki, na przykład sole kwasów azotowego, siarkowego i węglowego, które przekształcają się w bardziej zredukowane związki. Procesy zachodzą w warunkach beztlenowych i nazywane są oddychanie beztlenowe:
2HNO+ 12H → N+ 6HO + 2H
HSO+ 8H → HS + 4H O
U mikroorganizmów prowadzących takie oddychanie końcowym akceptorem elektronów nie będzie tlen, ale związki nieorganiczne – azotyny, siarczany i węglany. Zatem różnica między oddychaniem tlenowym i beztlenowym polega na naturze końcowego akceptora elektronów.
2.1 Rodzaje oddychania beztlenowego
Główne rodzaje oddychania beztlenowego podano w tabeli 1. Istnieją również dane dotyczące wykorzystania Mn, chromianów, chinonów itp. przez bakterie jako akceptory elektronów.
Tabela 1. Rodzaje oddychania beztlenowego u prokariotów (wg: M.V. Gusev, L.A. Mineeva 1992, z późn. zm.)
Zdolność organizmów do przenoszenia elektronów do azotanów, siarczanów i węglanów zapewnia dostatecznie całkowite utlenienie materii organicznej lub nieorganicznej bez użycia tlenu cząsteczkowego i pozwala na uzyskanie dużej ilości energii niż podczas fermentacji. W przypadku oddychania beztlenowego produkcja energii jest tylko o 10% niższa. Niż aerobik. Organizmy charakteryzujące się oddychaniem beztlenowym mają zestaw enzymów łańcucha transportu elektronów. Ale cytochromeksylazę w nich zastępuje się reduktazą azotanową (przy stosowaniu azotanu jako akceptora elektronów) lub reduktazą siarczanu adenylu (przy stosowaniu siarczanu) lub innymi enzymami.
Organizmy zdolne do oddychania beztlenowego przy użyciu azotanów to fakultatywne beztlenowce. Organizmy wykorzystujące siarczany w oddychaniu beztlenowym zalicza się do beztlenowców.
Wniosek
Rośliny zielone tworzą substancje organiczne z nieorganicznych tylko pod wpływem światła. Substancje te są wykorzystywane przez roślinę wyłącznie do celów odżywczych. Ale rośliny potrafią więcej niż tylko jeść. Oddychają jak wszystkie żywe istoty. Oddychanie odbywa się nieprzerwanie w dzień i w nocy. Wszystkie narządy roślin oddychają. Rośliny oddychają tlenem i emitują dwutlenek węgla, podobnie jak zwierzęta i ludzie.
Oddychanie roślin może zachodzić zarówno w ciemności, jak i przy świetle. Oznacza to, że pod wpływem światła w roślinie zachodzą dwa przeciwstawne procesy. Jednym z procesów jest fotosynteza, drugim jest oddychanie. Podczas fotosyntezy z substancji nieorganicznych powstają substancje organiczne, a energia słoneczna jest absorbowana. Podczas oddychania roślina zużywa materię organiczną. I uwalniana jest energia niezbędna do życia. W procesie fotosyntezy rośliny pochłaniają dwutlenek węgla i wydzielają tlen. Wraz z dwutlenkiem węgla rośliny na świetle pobierają tlen z otaczającego powietrza, którego rośliny potrzebują do oddychania, ale w znacznie mniejszych ilościach niż uwalniane podczas tworzenia się cukru. Rośliny pochłaniają znacznie więcej dwutlenku węgla podczas fotosyntezy, niż uwalniają podczas wdychania. Rośliny ozdobne w dobrze oświetlonym pomieszczeniu emitują w ciągu dnia znacznie więcej tlenu, niż absorbują w ciemności w nocy.
Oddychanie we wszystkich żywych organach rośliny zachodzi w sposób ciągły. Kiedy oddech ustanie, roślina, podobnie jak zwierzę, umiera.
Bibliografia
1. Fizjologia i biochemia roślin rolniczych F50/N.N. Tretiakow, E.I. Koshkin, N.M. Makrushin i inni; pod. wyd. N.N. Tretiakow. - M.; Kolos, 2000 – 640 s.
2. Biologia w pytaniach i odpowiedziach egzaminacyjnych L44/ Lemeza N.A., Kamlyuk L.V.; wyd. 7 – M.: Iris-press, 2003. – 512 s.
3. Botanika: podręcznik. Dla klas 5-6. średnio Szkoła-19 wyd./Obj. JAKIŚ. Sladkov. – M.: Edukacja, 1987. – 256 s.
Oddychanie tlenowe (terminalne utlenianie, czyli fosforylacja oksydacyjna) to zespół procesów katabolicznych zachodzących na błonach mitochondriów, których kulminacją jest całkowite utlenienie substancji organicznych przy udziale tlenu cząsteczkowego. W tym przypadku rolę zbiornika protonów pełni matryca międzybłonowa – przestrzeń pomiędzy membraną zewnętrzną i wewnętrzną.
Elektrony, które straciły energię, trafiają do kompleksu enzymów zwanego oksydazą cytochromową. Oksydaza cytochromowa wykorzystuje elektrony do aktywacji (redukcji) tlenu cząsteczkowego O 2 do O 2 2–. Jony O 2 2– przyłączają protony, tworząc nadtlenek wodoru, który przy pomocy katalazy rozkłada się na H 2 O i O 2. Kolejność opisanych reakcji można przedstawić w formie diagramu:
2О 2 + 2ē → 2О 2 2– ; 2O 2 2– + 4H + → 2H 2 O 2; 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
Ogólne równanie oddychania tlenowego wygląda następująco:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38 ADP + 38 F → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP + Q
Pytania do samokontroli
1.Na czym polega istota procesu oddychania?
2.Jakie jest ogólne równanie procesu oddychania?
3.Co to jest fosforylacja oksydacyjna?
4.Co to jest glikoliza?
5.Co obejmuje cykl Krebsa?
6.Jakie są cechy oddychania beztlenowego i fermentacji alkoholowej?
7.Jak zachodzi fermentacja masłowa i mlekowa? Gdzie się spotykają?
8. Jaka jest strona energetyczna procesu oddychania i procesu fermentacji?
9. Jakie doświadczenia dowodzą istnienia procesu oddychania u roślin?
10. Co nazywa się współczynnikiem oddechowym?
WYKŁAD 6
Temat: Zapotrzebowanie roślin na mineralne składniki odżywcze. Makroelementy, mikroelementy. Mieszanki odżywcze do uprawy roślin i izolowanych komórek. Oddziaływanie jonów. Cechy gleby jako substratu roślinnego. Penetracja jonów do komórki roślinnej. Aktywny i pasywny transport jonów przez błonę.
Cel wykładu: Wskaż zapotrzebowanie roślin na składniki mineralne. Mieszanki odżywcze do uprawy roślin i izolowanych komórek, makroelementy, mikroelementy. Aktywny i pasywny transport jonów przez błonę.
Odżywianie mineralne jest wchłanianie minerałów w postaci jonów, ich przemieszczanie się po całej roślinie i włączanie metabolizm. Prawie wszystkie pierwiastki chemiczne występujące na Ziemi znaleziono w roślinach. Składniki odżywcze pobierane są z powietrza – w postaci dwutlenku węgla (CO 2) oraz z gleby – w postaci wody (H 2 O) i jonów soli mineralnych. W wyższych roślinach lądowych wyróżnia się odżywianie powietrzne lub liściowe ( Fotosynteza ) i gleba lub korzeń, odżywianie ( Odżywianie mineralne roślin ). Rośliny niższe (bakterie, grzyby, algi) pochłaniają CO 2, H 2 O i sole całą powierzchnią ciała.
Gleba jest niezbędnym i niezastąpionym podłożem, w którym rośliny wzmacniają swoje korzenie i z którego czerpią wilgoć oraz składniki mineralne. Rola gleby w tworzeniu i zachowaniu różnorodności biologicznej jest ogromna.
Natomiast przepływy wszystkich pierwiastków biosfery przechodzą przez glebę, która poprzez specyficzne mechanizmy reguluje ich kierunek i intensywność.
Organizmy jednokomórkowe i rośliny wodne absorbują jony całą swoją powierzchnią, podczas gdy wyższe rośliny lądowe absorbują jony poprzez komórki powierzchniowe. źródło, głównie włośniki.
Poprzez źródło Rośliny pobierają z gleby głównie jony soli mineralnych, a także niektóre produkty przemiany materii mikroorganizmów glebowych i wydzieliny korzeni innych roślin. Jony są najpierw adsorbowane na błonach komórkowych, a następnie przenikają do cytoplazmy poprzez plazmalemmę. Kationy (z wyjątkiem K+) przenikają przez błonę biernie, poprzez dyfuzję, a aniony, a także K+ (w małych stężeniach) - aktywnie, za pomocą molekularnych „pomp jonowych”, które transportują jony z nakładem energii. Każdy element odżywianie mineralne odgrywa pewną rolę w metabolizmie i nie może być całkowicie zastąpiony innym pierwiastkiem. Analiza suchej masy roślinnej wskazuje, że zawiera ona węgiel (45%), tlen (42%), wodór (6,5%), azot (1,5%) i pierwiastki popiołowe (5%).
Wszystkie pierwiastki występujące w roślinach dzieli się zazwyczaj na trzy grupy:
Makroskładniki. 2. Mikroelementy. 3. Ultramikroelementy.
Jony dostające się do rośliny. komórka wchodzi w określone interakcje, a rodzaje tych interakcji są różne.
Istnieją takie rodzaje interakcji, jak antagonizm, synergizm, addytywność.
Antagonizm jonowy polega na zmniejszaniu przez niektóre kationy toksycznego działania innych, w wyniku ich interakcji z koloidami protoplazmy. Synergizm to łączne działanie dwóch lub więcej jonów, charakteryzujące się tym, że ich łączny efekt biologiczny znacznie przewyższa działanie każdego pojedynczego składnika. Addytywność to efekt połączonego działania jonów równy sumie efektów każdej substancji z osobna.
W naturalnych warunkach rośliny pozyskują niezbędne substancje bezpośrednio z gleby, poprzez system korzeniowy. W warunkach sztucznych do uprawy roślin najczęściej stosuje się metodę hydroponiczną. Hydroponika (od hydro... i greckiego pónos - praca) - uprawa roślin nie w glebie, ale w specjalnym pożywce. Roztwór odżywczy to wodny roztwór substancji niezbędnych roślinie do życia i wzrostu. Na Hydroponiczna metoda uprawy roślin wszystkie elementy muszą być zawarte roztwór odżywczy w optymalnej ilości.
Pytania do samokontroli
1. Jakimi pierwiastkami są organogeny, ich procent w suchej masie rośliny?
2. Jakie znasz mikroelementy popiołu? Jaka jest ich rola w roślinie?
3. Jakie mikroelementy znasz? Jaką rolę odgrywają w życiu roślin?
4. Jaka jest istota nitryfikacji i denitryfikacji?
5. Podaj ogólny opis makro i mikroelementów.
6. Rodzaje oddziaływania jonów w komórkach roślinnych: synergizm, addytywność, antagogia.
