Субстраты дыхания дыхательный коэффициент. Механизм активации дыхательных субстратов, пути их включения в процессы биологического окисления

Соссюр, работая с зелеными растениями в темноте, обна­ружил, что они выделяют СО 2 даже в бескислородной среде. Л. Пастер нашел, что в темноте в отсутствие кислорода в растительных тканях наряду с выделением СО 2 образуется спирт, т. е. идет спиртовое брожение. Он пришел к выводу, что в растительных тканях, так же как и у бактерий, воз­можно спиртовое брожение.

Немецкий физиолог Э. Ф. Пфлюгер (1875) показал, что лягушки в среде без кислорода некоторое время остаются живыми и при этом выделяют СО 2 . Пфлюгер назвал это дыхание интрамолекуляр­ным, т. е. дыханием за счет внутримолекулярного окисления субстрата, и оно является начальным этапом нормального аэробного дыхания. Немецкий физиолог растений Б. Пфеффер распространил эту точку зрения на растительные организмы. Пфеффером и Пфлюгером были предложены два уравнения, описывающие механизм дыхания:

1) С 6 Н 12 О 6 → 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

2) 2С 2 Н 5 ОН + 6О 2 →4СО 2 + 6Н 2 О

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О

На первом, анаэробном, этапе происходит спиртовое брожение, образуются две молекулы этанола и две молекулы СО 2 . Затем в присутствии кислорода спирт, взаимодействуя с ним, окисляется до СО 2 и Н 2 О.

Брожение

В опытах Костычева и его сотрудников (1912 - 1928) было показано, что если растительные ткани кратковременно вы­держать в бескислородной среде, а затем дать кислород, то наблюдается резкое усиление дыхания, т. е. в ходе анаэробной фазы накапливаются промежуточные продукты, которые в при­сутствии кислорода быстро используются. Ингибиторы, бло­кирующие брожение, например NaF, блокируют и аэробное дыхание. Костычев пришел к выводу о том, что промежуточным продуктом может быть уксусный альдегид. Благодаря работам немецкого биохимика К. Нейберга, Костычева и других стало очевидным, что дыхание и все виды брожения связаны между собой через пировиноградную кислоту (ПВК):

Глюкоза является стабильным соединением. Для того чтобы подвергнуться дыхательному распаду, она должна быть активирована. Значение анаэробного этапа дыхания и брожения состоит в преодолении химической инертности молекулы гексозы, т.е. в ее лабилизации и активации. Активация глюкозы происходит на первом, подготовительном, этапе гликолиза (см.гликолиз 4.1.2).

4. Основные пути диссимиляции углеводов .

Основными путями диссимиляции углеводов являются 1) гликолитический путь, 2) пентозофосфатный путь; 3) циклы ди- и трикарбоновых кислот.

Гликолитический путь, в основе которого лежит двукратное фосфорилирование гексозы, и ПФП с одним фосфорилированием глюкозы - не единственные пути окисления молекулы сахара. Некоторые организмы способны окислять и нефосфо-рилированную глюкозу. Этот путь прямого окисления сахаров обнаружен у некоторых бактерий, грибов и животных, а также у фотосинтезирующих морских водорослей. Ферментативное окисление глюкозы в глюконовую кислоту сопровождается выделением пероксида водорода, который затем разлагается каталазой или пероксидазой. Образовавшаяся глюконовая кислота может вовлекаться в дальнейший метаболизм после ее фосфорилирования через образование двух триоз − пировиноградной кисло­ты и 3-фосфоглицеринового альдегида, которые через ПВК могут окисляться в цикле Кребса.

Дыхательные циклы − гликолиз и цикл ди- и трикарбоновых кислот, ПФП и прямое окисление сахаров − система взаимосвязанных процессов. Ниже представлена схема этих взаимосвязей:

Связь между гликолизом и ПФП осуществляется через глюконовую кислоту и фосфотриозы. В клетке гликолиз и ПФП пространственно не отделены друг от друга. Эти процессы протекают в растворимой в растворимой части цитоплазмы, в пропластидах и хлоропластах. Они имеют общие субстраты - глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и 3-фосфоглицериновый альдегид. В норме доля пентозофосфатного цикла в общем дыхательном обмене составляет 10−40% и варьирует в зависимости от типа ткани и ее функциональ­ного состояния. В анаэробных условиях гликолиз доминирует над ПФП. Однако в хлоропластах активность окислительного апотомического пути намного выше по сравнению с гликоли­зом. В цитоплазме большая часть продуктов ПФП метаболизируется через гликолиз.

Активность ПФП увеличивается при неблагоприятных усло­виях: засухе, калийном голодании, инфекции, затенении, засо­лении, при старении.

4.1. Гликолиз: понятие, этапы, энергетический выход, значение

4.1.1. Гликолиз- процесс анаэробного распада глюкозы, идущий с освобождением энергии, конечным продуктом которого яв­ляется пировиноградная кислота. Гликолиз - общий начальный этап аэробного дыхания и всех видов брожения. Реакции гликолиза протекают в растворимой части цитоплазмы (цитозоле) и в хлоропластах.

А. Гарден и Л. А. Иванов в 1905 г. независимо показали, что в процессе спиртового брожения наблюдается связывание неорганического фосфата и превращение его в органическую форму. Гарден установил, что глюкоза подвергается анаэробному распаду только после ее фосфорилирования.

4.1.2. Этапы гликолиза: ****

I. Подготовительный этап - фосфорилирование гексозы и ее расщепление на две фосфотриозы.

II. Первое субстратное фосфорилирование , которое начинается с 3-фосфо-глицеринового альдегида и кончается 3-фосфоглицериновой кислотой. В этом процессе на каждую фосфотриозу синтезируется одна молекула АТФ.

III. Второе субстратное фосфорилирование , при котором 3-фосфо-глицериновая кислота за счет внутримолекулярного окисления отдает фосфат с образованием АТФ.

На активацию глюкозы необходима затрата энергии, что осуществляется в процессе образования фосфорных эфиров глюкозы в ряде подготовительных реакций . Глюкоза (в пиранозной форме) фосфорилируется АТР с участием гексокиназы, превращаясь в глюкозо-6-фосфат, который изомеризуется с помощью глюкозофосфатизомеразы в фруктозо-6-фосфат (фуранозная форма), являющуюся более лабильной формой молекулы гексозы.

Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется вторично фосфофруктокиназой с использованием еще одной молекулы АТР. Образующийся фруктозо-1,6-дифосфат - лабильная фуранозная форма с симметрично расположенными фосфатными группами. Обе эти группы несут отрицательный заряд отталкиваясь друг от друга электростатически. Такая структура легко расщепляется альдолазой на две фосфотриозы − на 3-фосфоглицериновый альдегид (3-ФГА) и фосфодиоксиацетон (ФДА).

3-ФГА и ФДА легко превра­щаются друг в друга с участием триозофосфатизомеразы. Из-за расщепления молекулы гексозы на две триозы гликолиз иногда называют дихотомическим путем окисления глюкозы.

С 3-ФГА начинается II этап гликолиза - первое субстрат­ное фосфорилирование . Фермент дегидрогеназа фосфоглицеринового альдегида (NAD-зависимый SH-фермент) образует с 3-ФГА фермент-субстратный комплекс, в котором происхо­дит окисление субстрата, передача электронов и протонов на NAD + и образование высокоэнергетической связи (т. е. связь с очень высокой свободной энергией гидролиза). Далее осуществляется фосфоролиз этой связи: SH-фермент отщепляется от субстрата, а к остатку карбоксильной группы субстрата присоединяется неорганиче­ский фосфат. Высокоэнергетическая фосфатная группа с помощью фосфоглицераткиназы передается на AДФ и образуется АТФ. Так как в данном случае высокоэнергетическая ковалентная связь фосфата формируется прямо на окисляемом субстрате, такой процесс получил название субстратного фосфорилирования. Таким образом, в. результате II этапа глико­лиза образуются АТР и восстановленный NADH:

Последний этап гликолиза - второе субстратное фосфорилирование . 3-Фосфоглицериновая кислота с помощью фосфоглицератмутазы превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту. Далее фермент енолаза катализирует отщепление воды от 2-фосфоглицериновой кислоты в молекуле, в результате чего образуется фосфоенолпируват − соединение, содержащее высокоэнергетическую фосфатную связь Фосфат фосфоенолпируватв при участии пируваткиназы передается на AДФ и образуется АТР, а енолпируват самопроизвольно переходит в более стабильную форму - пируват − конечный продукт гликолиза.

4.1.3. Энергетический выход гликолиза. При окислении одной мо­лекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. При этом за счет первого и второго субстратного фосфорилирования образуются четыре молекулы АТФ. Однако две молекулы АТФ тратятся на фосфорилирование гексозы на I этапе гликолиза. Таким образом, чистый выход гликолитического субстратного фосфорилирования составляет две молекулы АТФ.

Кроме того, на II этапе гликолиза на каждую из двух молекул фосфотриоз восстанавливается по одной молекуле НАДH. Окисление одной молекулы НАДH в электронтранспортной цепи митохондрий в присутствии О 2 сопряжено с синтезом трех молекул АТФ, а в расчете на две триозы (т. е. на одну молекулу глюкозы) - шесть молекул АТФ. Таким образом, всего в процессе гликолиза (при условии последующего окисления НАДH) образуются восемь молекул АТФ . Поскольку свободная энергия гидролиза одной молекулы АТФ во внутриклеточных условиях составляет около 41,868 кДж/моль (10 ккал), восемь молекул АТР дают 335 кДж/моль, или 80 ккал . Таков полный энергетический выход гликолиза в аэроб­ных условиях.

Суммарное уравнение гликолиза:

С 6 Н 12 О 6 + 2 АТФ + 2 НАД + + 2Ф н + 4АДФ 2 ПВК + 4АТФ + 2НАДН

4.1.4. Значение гликолиза:

1) осуществляет связь между дыха­тельными субстратами и циклом Кребса;

2) поставляет на нужды клетки две молекулы АТФи две молекулы НАДH при окислении каждой молекулы глюкозы (в условиях аноксии гликолиз, по-видимому, служит основным источником АТФ в клетке);

3) производит интермедиаты для синтетических процессов в клетке (например, фосфоенолпиру­ват, необходимый для образования фенольных соединений и лигнина);

4) в хлоропластах обеспе­чивает прямой путь для синтеза АТФ, независимый от поста­вок НАДФH; кроме того, через гликолиз в хлоропластах запасенный крахмал метаболизируется в триозы, которые затем экспортируются из хлоропласта.

Дыхание - один из важнейших процессов обмена веществ растительного организма. Выделяющаяся при дыхании энергия тратится как на процессы роста, так и на поддержание в активном состоянии уже закончивших рост органов растения. Вместе с тем значение дыхания не ограничивается тем, что это процесс, поставляющий энергию. Дыхание, подобно фотосинтезу, сложный окислительно-восстановительный процесс , идущий через ряд этапов. На его промежуточных стадиях образуются органические соединения, которые затем используются в различных метаболических реакциях. К промежуточным соединениям относят органические кислоты и пентозы, образующиеся при разных путях дыхательного распада. Таким образом, процесс дыхания - источник многих метаболитов .

Несмотря на то, что процесс дыхания в суммарном виде противоположен фотосинтезу, в некоторых случаях они могут дополнять друг друга.

Оба процесса являются поставщиками как энергетических эквивалентов (АТФ, НАДФН), так и метаболитов . Как видно из суммарного уравнения, в процессе дыхания образуется также вода. Эта вода в крайних условиях обезвоживания может использоваться растением и предохранить его от гибели. В некоторых случаях, когда энергия дыхания выделяется в виде тепла, дыхание ведет к бесполезной потере сухого вещества. В этой связи при рассмотрении процесса дыхания надо помнить, что не всегда усиление процесса дыхания является полезным для растительного организма.

Отдельные этапы дыхания осуществляются в разных частях растительной клетки . Это определяется распределением ферментов по отдельным органеллам с характерными для них метаболическими функциями. Изучение локализации, топографии ферментных систем имеет большое значение и для понимания взаимодействия отдельных частей клетки, а также возможности взаимодействия отдельных метаболитов.

В цитоплазме сосредоточены ферменты, катализирующие процесс гликолиза и пентозофосфатного пути . Есть данные, что ферменты гликолиза имеются также в матриксе митохондрий. Ферменты цикла Кребса сосредоточены в основном в матриксе митохондрий. Ферменты дыхательной цепи вплетены в определенной последовательности во внутреннюю мембрану митохондрий. Приблизительно 20-25% общего белка внутренней мембраны митохондрий составляют белки-ферменты, участвующие в переносе протонов и электронов. Предполагается, что ферменты-переносчики сгруппированы так, что каждая группа представляет самостоятельную единицу - дыхательный ансамбль . В митохондрии может быть несколько тысяч таких ансамблей, которые равномерно распределены в мембранах.

Во внутренней мембране митохондрий локализованы также ферменты, обеспечивающие процесс фосфорилирования (АТФ-синтаза). Там же сосредоточен и переносчик АТФ. Благодаря этому образовавшаяся в митохондриях АТФ может выходить из них и использоваться в других частях клетки. Одновременно этот же переносчик осуществляет перенос АДФ во внутреннее пространство митохондрий. Через внутреннюю мембрану про­никают также пировиноградная кислота и некоторые органические кислоты цикла Кребса. Специфический переносчик осуществляет перенос внутрь митохондрий фосфатионов. Вместе с тем для коферментов НАД и НАДФ и некоторых других веществ внутренняя мембрана непроницаема.

Часть никотинамидных коферментов восстанавливается в цитоплазме в процессе гликолиза. Для того чтобы осуществить их окисление, существуют специальные механизмы. У растений НАДН-дегидрогеназа, под действием которой НАДН может вступать в дыхательную цепь, локализована на наружной поверхности внутренней мембраны. В случае отсутствия наружной НАДН-дегидрогеназы перенос НАДН на внутреннюю мембрану осуществляется с помощью челночного механизма. Суть этого механизма следующая. Образовавшийся в цитоплазме НАДН реагирует с фосфодиоксиацетоном, восстанавливая его до глицерофосфата. Глицерофосфат проникает через мембрану и отдает водород флавиновой дегидрогеназе и через нее в дыхатель ную цепь. При этом глицерофосфат снова превращается в фосфодиоксиацетон, который выходит из митохондрий в цитоплазму и опять подвергается восста­новлению НАДН + Н+. Сходный механизм переноса энергетических эквивалентов через мембраны обнаружен и в хлоропластах. Таким образом, в клетке одновременно осуществляется как распределение веществ по разным компартментам, так и взаимосвязь между ними.

Важным является вопрос, как обеспечиваются энергией процессы, происхо­дящие в ядре клетки . По-видимому, частично АТФ поступает в ядро из цитоплазмы. В ядре имеются и собственные дыхательные ферменты. Так, в нуклеоплазме обнаружены ферменты гликолиза. Есть данные, что в ядре функционируют ферменты дыхательной цепи, подобные митохондриальным. Наконец, ферменты дыхания обнаружены и в хлоропластах.

Субстраты дыхания растений

В работах И.П. Бородина (1876) было показано, что интенсивность процесса дыхания прямо пропорциональна содержанию в тканях растений углеводов. Это дало основание предположить, что именно углеводы являются основным веществом, потребляемым при дыхании (субстратом ). В выяснении данного вопроса большое значение имеет определение дыхательного коэффициента. Дыхательный коэффициент (ДК) - это объемное или молярное отношение С02, выделившегося в процессе дыхания, к поглощенному за этот же про­межуток времени 02. При нормальном доступе кислорода величина ДК зависит от субстрата дыхания. Если в процессе дыхания используются углеводы, то процесс идет согласно уравнению

С6Н1206 +602-> 6С02 + 6Н20.

В этом случае ДК равен единице: 6С02/602 = 1.

Однако если разложению в процессе дыхания подвергаются более окисленные соединения, например, органические кислоты, поглощение кислорода уменьшается, ДК становится больше единицы. Так, если в качестве субстрата дыхания используется яблочная кислота, то ДК = 1,33.

Определение дыхательных коэффициентов разных тканей растений показывает, что в нормальных условиях он близок к единице. Это дает основание считать, что в первую очередь растение использует в качестве дыхательного материала углеводы. При недостатке углеводов могут быть использованы и другие субстраты. Особенно это проявляется на проростках, развивающихся из семян, в которых в качестве запасного питательного вещества содержатся жиры или белки. В этом случае дыхательный ко­эффициент становится меньше единицы. При использовании в качестве дыха­тельного материала жиров происходит их расщепление до глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты могут быть превращены в углеводы через глиоксилатный цикл. Использованию белков в качестве субстрата дыхания предшествует их расщепление до аминокислот.

Ответить

Другие вопросы из категории

19. Дизентерийной амёбой человек может заразиться, если 2) он погладит собаку 3) его укусит комар 4) он съест плохо проваренное

5) он выпьет воду из загрязненного водоема

20. Морфологический критерий вида – это

1) его область распространения

2) особенности процессов жизнедеятельности

3) особенности внешнего и внутреннего строения

4) определенный набор хромосом и генов

21. Темные бабочки встречаются в промышленных районах Англии чаще, чем светлые, потому что

1) в промышленных районах темные бабочки откладывают больше яиц, чем светлые

2) темные бабочки более устойчивы к загрязнениям

3) вследствие загрязнения некоторые бабочки становятся темнее других

4) в загрязненных районах темные бабочки менее заметны для насекомоядных птиц

22. Палеонтологическим доказательством эволюции служит

2) отпечаток археоптерикса

3) видовое разнообразие организмов

4) приспособленность рыб к жизни на разных глубинах

5) наличие раковины у моллюсков

1) снабженный ресничками

2) состоящий из хитина

3) на который не действует пищеварительный сок

4) защищенный от воздействий среды тонким слоем воска

24. Укажите абиотический фактор, необходимый для жизни растений

2) наличие углекислого газа в атмосфере

3) внесение человеком минеральных удобрений

4) наличие в экосистеме консументов

5) конкуренция за свет

25. Взаимоотношение божьих коровок и тлей – пример

3) взаимопомощи

4) симбиоза

5) хищничества

26. Разнообразное воздействие человека на природу относят к факторам

2) абиотическим

3) биотическим

4) ограничивающим

5) антропогенным

27. В клетках животных липиды синтезируются в

2) рибосомах

3) лизосомах

28. В клетке расщепление белков до аминокислот с участием ферментов происходит в

2) митохондриях

3) лизосомах

4) комплексе Гольджи

5) ядрышках

29. В профазе митоза НЕ происходит

2) растворение ядерной оболочки

3) формирование веретена деления

4) удвоение ДНК

5) растворение ядрышек

30. Причина модификационной изменчивости признаков – изменение

3) условий среды

4) хромосом

5) генотипа

31. В селекции растений чистые линии получают путём

2) перекрестного опыления

3) самоопыления

4) экспериментального мутагенеза

5) межвидовой гибридизации

32. Для питания грибы – сапротрофы используют

2) азот воздуха

3) углекислый газ и кислород

4) органические вещества отмерших тел

5) органические вещества, которые создают сами в процессе фотосинтеза

33. Если в пробирку с кровью добавить 2%-ный раствор поваренной соли, то эритроциты

2) набухнут и лопнут

3) не изменят своей формы

4) сморщатся и осядут на дно

5) всплывут на поверхность

35. Движущий отбор способствует сохранению особей с признаком,

1) отличающимся от прежней нормы реакции

2) имеющим среднюю величину нормы реакции

3) который не изменяется в течение ряда поколений

4) обеспечивающим выживание популяции в стандартных условиях

36. Верны ли следующие суждения об отличии природной экосистемы от агроэкосистемы?

А. В круговороте веществ природной экосистемы, в отличие от агроэкосистемы, наряду с солнечной э участвует дополнительный источник энергии в виде удобрений.

Б. Агроэкосистемы, в отличие от природных экосистем, характеризуются целостностью, устойчивостью и саморегуляцией.

2) Верно только А

3) Верно только Б

4) Верны оба суждения

5) Оба суждения неверны

Читайте также

1. Какие вещества не относятся к органическим:

a. Белки
b. минеральные соли
c. углеводы
d. жиры
2. Кому обязана своим появлением стройная система классификации растительного и животного мира:
a. Жан Батист Ламарк
b. Карл Линней
c. Чарлз Дарвин

3. Какое оплодотворение у наземных животных:
a. Наружное
b. Внутреннее
c. Двойное

4. До каких промежуточных продуктов распадаются белки в пищеварительном тракте:
a. глицерин и жирные кислоты
b. простые углеводы
c. аминокислоты

5. Сколько хромосом содержится в половых гаметах человека:
a. 23
b. 46
c. 92
6. Какова функция хлоропластов
a. Синтез белка
b. Синтез АТФ
c. Синтез глюкозы
7. Клетки у которых есть ядро относятся к:
a. Эукариотическая клетка
b. Прокариотическая клетка
8. Организмы, создающие органические вещества в экосистеме:
a. Консументы
b. Продуценты
c. Редуценты
9. Какой клеточный органоид отвечает за выработку энергии в клетке:
a. Ядро
b. Хлоропласт
c. Митохондрия

10. Какие органоиды характерны только для растительных клеток
a. Эндоплазматическая сеть
b. Пластиды
c. Рибосомы

11. Сколько хромосом содержится в соматических клетках человека
a. 23
b. 46
c. 92
12. Какое оплодотворение у покрытосеменных растений:
a. Внутреннее

Здравствуйте! Помогите пожалуйста!!!

Контрольная по биологии...
1) Укажите группу химических элементов,содержание которых в клетке составляет в сумме 98%
а) H,O,S,P; б)H,C,O,N; в) N,P,H,O; г) C,H,K,Fe
2) Какие связи стабилизируют вторичную структуру белков?
а) ковалентные, б) ионные, в) водородные, г) такие связи отсутствуют
3) Назовите химическое соединение,которое имеется в ДНК,но отсутствует в РНК
а) тимин, б) дизоксирибоза, в) рибоза, г) гуанин
4)Из жирных кислот и глицерина состоят молекулы
а) углеводов, б) белков, в) нуклеиновых кислот, г) липидов
5) В каком ответе все названные углеводы относят к полисахаридам?
а) глюкоза, галактоза,рибоза, в) лактоза,галактоза,фруктоза
6) Назовите белок,выполняющий в основном двигательную функцию
а) актин, б) кератин, в) липаза, г) фибрин
7) Назовите вещество, относящееся к липидам
а) клетчатка, б) АТФ, в) холестерин, г) коллаген
8) Клеточной теории не соответствует положение:
а) "клетка- элементарная единица жизни"
б) " клетки многоклеточных организмов объединены в ткани по сходству строения и функций"
в) " клетки образуются путём слияния яйцеклетки и сперматозоида"
г)" клетки всех живых существ сходны по строению и функциям"
9) Из каких веществ состоит биологическая мембрана:
а) из липидов и белков, б) из белков и углеводов, в) из углеводов и воды
10) Какой из компонентов мембраны обусловляет свойство избирательной проницаемости:
а) липиды, б) белки
11) Где образуются субъединицы рибосом:
а) в ядре, б) в цитоплазме, в) в вакуолях, г) в ЭПС
12) Какую функцию выполняют рибосомы:
а) синтез белков, б) фотосинтез, в) синтез жиров, г) транспортная функция
13) Какое строение имеют митохондрии:
а) одномембранное, б) двухмембранное, в) немембранное
14) Какие органеллы являются общими для растительной и животной клетки:
а) рибосомы, б) ЭПС, в) пластиды, г) митохондрии
15) Какие пластиды содержат пигмент хлорофилл:
а) хлоропласты, б) лейкопласты, в) хромопласты
16) Какие органеллы цитоплазмы имеют немембранное строение:
а) ЭПС, б) митохондрии, в) пластиды, г) рибосомы, д) лизосомы
17) В какой части ядра находятся молекулы ДНК:
а) в ядерном соке, б) в ядерной оболочке, в) в хромосомах
18) Какая из ядерных структур принимает участие в сборке субъединиц рибосом:
а) ядерная оболочка, б) ядрышко, в) ядерный сок
19) Назовите формулу молекулы ДНК прокариот,по которой она отличается от ядерной ДНК эукариот
а) кольцо, б) линейная структура, в) разветвлённая структура
20) Представители какой систематической группы организмов проявляют характерные для живой природы признаки,только находясь в другом живом организме?
а) вирусы, б) прокариоты, в) эукариоты

Задание 2. Дайте ответ на вопрос.

У каких организмов генетической аппарат образован кольцевой ДНК?
" Сердце" какого организма состоит из фрагмента нуклеиновой кислоты?
Второе название доядерных организмов? Какое вещество образует клеточную стенку грибов?
Органоид клетки, в котором синтезируется АТФ?
Название опорной системы цитоплазмы?
Органоид клетки являющийся её пищеварительным центром?Название процесса при котором происходит удаление веществ из клетки? Название зелёных пластид? Чем состав нуклеотидов ДНК отличен от нуклеотидов РНК?

Задание 3.

Укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК,образующейся путём самокопирования цепочки,определите число водородный связей:
Т-А-Г-Ц-Т-Т-А-Г-Г-Ц-Ц-А.....

Вопрос о веществах, используемых в процессе дыхания, издавна занимал фи­зиологов. Еще в работах И.П. Бородина (1876) было показано, что интенсив­ность процесса дыхания прямо пропорциональна содержанию в тканях растений углеводов. Это дало основание предположить, что именно углеводы являются основным веществом, потребляемым при дыхании (субстратом). В выяснении данного вопроса большое значение имеет определение дыхательного коэффи­циента. Дыхательный коэффициент (ДК) - это объемное или молярное отно­шение СО 2 , выделившегося в процессе дыхания, к поглощенному за этот же про­межуток времени О 2 . При нормальном доступе кислорода величина ДК зависит от субстрата дыхания. Если в процессе дыхания используются углеводы, то про­цесс идет согласно уравнению С 6 Н 12 О 6 +6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О. В этом случае ДК равен единице: 6СО 2 /6О 2 = 1. Однако если разложению в процессе дыхания под­вергаются более окисленные соединения, например органические кислоты, по­глощение кислорода уменьшается, ДК становится больше единицы. Так, если в качестве субстрата дыхания используется яблочная кислота, то ДК = 1,33. При окислении в процессе дыхания более восстановленных соединений, таких, как жиры или белки, требуется больше кислорода и ДК становится меньше едини­цы. Так, при использовании жиров ДК = 0,7. Определение дыхательных коэф­фициентов разных тканей растений показывает, что в нормальных условиях он близок к единице. Это дает основание считать, что в первую очередь растение использует в качестве дыхательного материала углеводы. При недостатке угле­водов могут быть использованы и другие субстраты. Особенно это проявляется на проростках, развивающихся из семян, в которых в качестве запасного пита­тельного вещества содержатся жиры или белки. В этом случае дыхательный ко­эффициент становится меньше единицы. При использовании в качестве дыха­тельного материала жиров происходит их расщепление до глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты могут быть превращены в углеводы через глиоксилатный цикл. Использованию белков в качестве субстрата дыхания предшествует их расщепление до аминокислот.

Существуют две основные системы и два основных пути превращения дыхатель­ного субстрата, или окисления углеводов: 1) гликолиз + цикл Кребса (гликолитический); 2) пентозофосфатный (апотомтеский). Относительная роль этих путей дыхания может меняться в зависимости от типа растений, возраста, фазы развития, а также в зависимости от факторов среды. Процесс дыхания растений осуществляется во всех внешних условиях, при которых возможна жизнь. Расти­тельный организм не имеет приспособлений к регуляции температуры, поэтому

В процесс дыхания осуществляется при температуре от -50 до +50°С. Нет при­способлений у растений и к поддержанию равномерного распределения кисло­рода по всем тканям. Именно необходимость осуществления процесса дыхания в разнообразных условиях привела к выработке в процессе эволюции разно­образных путей дыхательного обмена и к еще большему разнообразию фер­ментных систем, осуществляющих отдельные этапы дыхания. При этом важно отметить взаимосвязь всех процессов обмена в организме. Изменение пути ды­хательного обмена приводит к глубоким изменениям во всем метаболизме рас­тений.

У растений выделяют два пути окисления дыхательного субстрата: гликолиз и пентозофосфатный путь.

Гликолиз – это анаэробный процесс, происходящий в цитоплазме. С биологической оценки гликолиз весьма примитивный процесс, возникший до появления кислорода в атмосфере Земли и формирования клеточных органелл.

В сложной цепи гликолитического распада углеводов можно выделить два звена (9 реакций):

В первом звене – потребляется энергия АТФ; во втором – происходит разрыв шестиуглеродных соединений (фруктоза-1.6 дифосфат) с образованием триоз; в третьем, происходит запасание (выделение) энергии. Гидролизу подвергается не свободная молекула гликолиза, а активированная за счет АТФ. Такая активация именуется фосфорилированием.

В результате фосфорилирования образуется глюкозо-6-фосфат. Дальнейшее активирование гексозы достигается путем превращения глюкозо-6 фосфата во фруктозо-6 фосфат. На следующем этапе происходит присоединение к фруктозо-6 фосфату еще одного остатка фосфорной кислоты. Донором фосфорной кислоты и энергии необходимой для образования эфира служит молекула АТФ. Реакции переноса катализируются ферментом фосфогексокеназой. Результатом этой реакции является образование фруктозо-1.6-дифосфат.

Во втором звене: образовавшаяся молекула фруктозо-1.6-дифосфата разрывается на 3-фосфоглицериновый альдегид и *. Реакция разрыва катализируется ферментом альдолазой.

Дальнейшее участие в процессах гликолитического распада принимают только фосфоглицериновый альдегид. Фосфодиоксиацетон полностью преобразуется в фосфоглицериновый альдегид. Фосфоглицериновый альдегид окисляется с образованием 1.3дифосфоглицериновой кислоты.

В третьем звене: образовавшаяся 1.3дифосфоглицериновая кислота вступает в ферментативную реакцию с АДФ. В результате одна из её фосфорных групп переносится на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты.

Образование АТФ в цитоплазме в ходе ферментативных реакций называется субстратным фосфорилированием. 3ФГК превращается с помощью фермента * в 2ФГК. 2ФГК с помощью фермента энолазы превращается в 2 фосфоэнолпировиноградную кислоту.

При отнятии фосфорного остатка от ФСПВК образуется енолПВК, который в силу своей неустойчивости спонтанно превращается в кетокислоту ПВК.

Образование ПВК подвергается дальнейшему расщеплению как анаэробному так и аэробному в цикле ди- и трикарбоновых кислот. Анаэробное расщепление, т.е. без участия О 2 , ПВК может происходить по типу спиртового брожения или по типу молочнокислого брожения. При спиртовом брожении образуется этиловый спирт и СО 2 . Для мясистых сочных плодов спиртовое брожение является нормальным физиологическим процессом. Для целого растения или же для коневой системы длительное пребывание в условиях недостаточной аэрации, спиртовое брожение оказывает вредное действие, приводя к гибели.

Почему? Потому, что брожение сопровождается выделением небольшого количества энергии, которой недостаточно, чтобы длительно поддерживать жизнь, а накопление спирта приводит к отравлению организма. Анаэробное дыхание по типу брожения проявляется в условиях затопления.

В аэробных условиях ПВК в митохондриях окисляется полностью до СО 2 и Н 2 О. Это окисление как установлено английским биохимиком Кребсом, проходит последовательно ступенчато с образованием ди- и трикарбоновых кислот. Цикл Кребса можно разделить на три части.

В первой части происходит окисление ПВК до уксксной кислоты с образованием Ацетил КоА и ыделением СО 2 .

Вторая часть цикла начинается с реакции между ЩУК и Ацетил КоА, которая приводит к синтезу лимонной кислоты. Лимонная кислота в дальнейшем через ряд промежуточных соединений (изолимонную) превращается в щавелево-янтарную. Щавелево-янтарная подвергается декарбоксилированию в результате выделяется СО 2 и образуется Х-кетоглутаровая кислота. Х-кетоглутаровая вновь декарбоксилируется – выделяется СО 2 и образуется янтарная кислота. В этой части цикла уксусная кислота окисляется полностью (по выделению СО2) и на этом заканчивается окисление ПВК.

Третья часть цикла представляет собой взаимное превращение двуосновных кислот с 4 атомами углерода - янтарная → фумаровая → яблочная → и заканчивается регенерацией ЩУК.

Непосредственно в цикле Кребса АТФ не синтезируется, исключая субстратное фосфорилирование Х-кетоглутаровой кислоты, но в цикле возникают пять молекул восстановленных нуклеотидов:

1. при лкислительном декарбоксилировании ПВК;

2. при дегидрировании изолимонной кислоты;

3. при окислении кетоглутаровой кислоты;

4. при окислении янтарной кислоты;

5. при окислении яблочной кислоты.

Каждая пара водородных атомов (Н + , е -) после отщепления проходит путь от субстрата к кислороду через ряд переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. С переносом электронов по ЭТЦ сопряж6ен и синтез АТФ. Процесс образования АТФ, сопряженный с переносом электронов по ЭТЦ митохондрий получил название окислительного фосфорилирования. В конце цепи электроны захватываются кислородом и объединяются с протонами (ионом воздуха) с образованием молекулы воды.

Каков энергетический выход при окислении глюкозы? В процессе дыхания при функционировании гликолиза (субстратное фосфорилирование: 8 молекул АТФ) и цикла Кребса (окислительное фосфорилирование дает 30 молекул АТФ) образуется 38 молекул АТФ. Эффективность использования энергии через гликолиз и цикл Кребса составляет КПД=1596/2721*100%=58,6%.

В клетках растений наряду с гликолизом и циклом Кребса существует и другой путь окисления углеводов – пентозофосфатный. Окисление глюкозы в этом цикле связано с отщеплением первого (альдегидного) атома углерода в виде СО 2 . Исходным продуктом в пентозофосфатном цикле является глюкозо-6фосфат, который далее окисляется в 6-фосфоглюконовую кислоту.

В пентозофосфатном цикле АТФ используется для образования исходного продукта: для фосфорилирования глюкозо-6фосфата. Все реакции пентозофосфатного пути протекают в растворимой части цитоплазмы клеток, а также в протопластидах и хлоропластах. Ни в одной реакции этого цикла АТФ не образуется, но этот цикл является поставщиком водорода для ЭТЦ дыхания. Донором водорода для ЭТЦ дыхание служит НАДН. Энергетический выход ПФП составляет 36 молекул АТФ. Основное назначение ПФП состоит в участии не столько в энергетическом, сколько в пластическом обмене. Пентозофосфатный путь имеет большое значение как источник образования углеводов с различным числом углеродных атомов в цепи – от С 3 до С 7 . ПФП служит основным внехлоропластным и внемитохондриальным источником НАДФН, который необходим для синтеза жирных кислот.

Биологическая роль пентоз, необходимых для синтеза нуклеотидов, т.е. для синтеза рибозы и дезоксирибозы. Сдвиг в сторону пентозофосфатного пути происходит в тех случаях, когда клетке требуется большие количества пятиуглеродных сахаров и когда в качестве источника энергии для синтеза используется не НАДН, а НАДФН.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства