Légző szubsztrátok

A légzés folyamatában használt anyagok kérdése régóta foglalkoztatja a fiziológusokat. Még I. P. Borodin munkáiban is kimutatták, hogy a légzési folyamat intenzitása egyenesen arányos a növényi szövetek szénhidráttartalmával. Ez okot adott annak feltételezésére, hogy a szénhidrátok a légzés során elfogyasztott fő anyag. Ennek a kérdésnek a tisztázásában nagy jelentősége van a légzési együttható meghatározása. A légzési együttható (RK) a légzés során felszabaduló CO2 és az ugyanazon idő alatt elnyelt O2 térfogati vagy moláris aránya. Normál oxigén hozzáférés esetén a DC érték a légzési szubsztrátumtól függ. Ha szénhidrátot használnak a légzési folyamatban, akkor a folyamat a C6H12C6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O egyenlet szerint megy végbe. Ebben az esetben a DC egyenlő eggyel.

Ha azonban több oxidált vegyület, például szerves savak bomlanak le a légzés során, az oxigénfelvétel csökken, a DC egységnél nagyobb lesz. Tehát, ha almasavat használunk légzési szubsztrátként, akkor DC = 1,33. Ha több redukált vegyület, például zsírok vagy fehérjék oxidálódnak a légzés során, több oxigénre van szükség, és az egyenáram egynél kisebb lesz. Tehát zsírok használatakor DC = 0,7. A különböző növényi szövetek légzési együtthatóinak meghatározása azt mutatja, hogy normál körülmények között az egységhez közelít. Ez okkal feltételezi, hogy a növény elsősorban szénhidrátokat használ légzőszerként. Szénhidráthiány esetén más szubsztrátumok is használhatók. Ez különösen nyilvánvaló az olyan magvakból fejlődő palántákon, amelyek tartalék tápanyagként zsírokat vagy fehérjéket tartalmaznak. Ebben az esetben a légzési együttható egynél kisebb lesz. Amikor a zsírokat légúti anyagként használják, glicerinre és zsírsavakra bomlanak le.

A zsírsavak a glioxilát cikluson keresztül szénhidrátokká alakulhatnak. A fehérjék légzési szubsztrátként való felhasználását megelőzi aminosavakra való lebontásuk.

Gabonamagok anaerob légzése

A szénhidrátok anaerob oxidációja a glikolízis útját követi. A glikolízis egy anaerob folyamat, amelynek eredményeként egy glükózmolekula két molekula piroszőlősavvá bomlik. Ez energiát szabadít fel, amelyet a szervezet ATP formájában halmoz fel. A glikolízis reakciók a citoszolban mennek végbe, oxigénfogyasztás nélkül.

A glikolízis reakcióinak teljes láncolatát L.A. munkái tárták fel. Ivanova, S.P. Kostycheva, A.N. Lebedev, G. Embden, Ya.O. Parnas és O. Meyerhof a huszadik század 30-as éveinek közepére. A glikolízis két szakaszban megy végbe.

Az első szakasz előkészítő vagy kollektív. A glikolízisben különböző hexózok vesznek részt, elsősorban a glükóz, de a fruktóz és a mannóz is. Ebben az esetben az inert hexózmolekulák aktiválódnak, ATP-vel foszforilálódnak, és glükóz-6-foszfáttá alakulnak. A szakasz a gliceraldehid-3-foszfát képződésével ér véget.

A második szakasz oxidatív. A gliceraldehid-3-foszfát piroszőlősavvá (piruvát) oxidálódik. Az oxidáció energiája felhalmozódik az ATP-ben, redukáló ekvivalens NAD H2 keletkezik.

A glikolízis összefoglaló egyenlete:

C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 H3PO4 + 2 ADP > 2 CH3 - CO - COOH + 2 ATP + 2 NAD H2 + 2 H2O.

A jövőben a piroszőlősav az adott organizmus körülményeitől és sajátos jellemzőitől függően különféle átalakulásokon mehet keresztül.

A glikolízis szerepe a gabonamagvakban

A glikolízis, mint a légzés anaerob fázisának szerepe az, hogy a szénhidrátokból szabad energiát vonjon ki és halmozzon fel könnyen használható ATP-molekulák formájában, valamint számos erősen reaktív vegyület képződésében. Különféle anyagcsere-reakciókban használják őket. A glikolízis jelentősége különösen nagy azokban a szövetekben és szervekben, ahol az oxigén hozzáférhetősége korlátozott, vagy az ATP-felhasználás ütemének hirtelen és erőteljes növekedése lehetséges.

Növényi légzés
Előadás vázlata

1. A légzési folyamat általános jellemzői.

2. A mitokondriumok felépítése és funkciói.

3. Az adenilát rendszer felépítése és funkciói.

4. Légzési szubsztrátok és légzési együttható.

5. Légutak

1. A légzési folyamat általános jellemzői.

A természetben két fő folyamat zajlik, amelyek során a napfény szerves anyagokban tárolt energiája szabadul fel – ez az leheletÉs erjesztés.

Leheletredox folyamat, melynek eredményeként a szénhidrátok szén-dioxiddá oxidálódnak, az oxigén vízzé redukálódik, a felszabaduló energia pedig ATP kötésenergiává alakul.

Erjesztésaz összetett szerves vegyületek egyszerűbb szerves anyagokká történő bomlásának anaerob folyamata, amelyet szintén energiafelszabadulás kísér. Az erjedés során az abban részt vevő vegyületek oxidációs állapota nem változik. Légzés esetén az elektronakceptor az erjedésnél a szerves vegyületek.

Leggyakrabban a légúti anyagcsere-reakciókat a szénhidrátok oxidatív lebontásának példájával vesszük figyelembe.

A szénhidrát oxidációs reakciójának általános egyenlete a légzés során a következőképpen ábrázolható:

VAL VEL 6 H12O6 + 6O2 → 6СО2 + 6 H2O + ~ 2874 kJ

2. A mitokondriumok felépítése és funkciói.

A mitokondriumok citoplazmatikus organellumok, amelyek az intracelluláris oxidáció (légzés) központjai. Tartalmazzák a Krebs-ciklus enzimeit, az elektrontranszport légzőláncát, az oxidatív foszforilációt és sok más enzimet.

A mitokondriumok 2/3 fehérje és 1/3 lipid, amelyek fele foszfolipidek.

A mitokondriumok funkciói:

1. Kémiai reakciókat hajtanak végre, amelyek elektronforrást jelentenek.

2. Elektronokat vigyen át az ATP-t szintetizáló komponensek lánca mentén.

3. Szintetikus reakciók katalizálása ATP energia felhasználásával.

4. Szabályozza a biokémiai folyamatokat a citoplazmában.

3. Az adenilát rendszer felépítése és funkciói.

Az élő szervezetekben végbemenő anyagcsere számos reakcióból áll, amelyek magukban foglalják az energiafogyasztást és annak felszabadulását is. Egyes esetekben ezek a reakciók egymással összefüggenek. Leggyakrabban azonban azok a folyamatok, amelyek során az energia felszabadul, térben és időben elkülönülnek azoktól, amelyekben azt elfogyasztják. Ebben a tekintetben minden élő szervezet kifejlesztett mechanizmusokat az energia tárolására olyan vegyületek formájában, amelyek rendelkeznek makroergikus(energiadús) kapcsolatok. Minden típusú sejtek energiacseréjében központi helyet foglalnak el adenilát rendszer. Ez a rendszer magában foglalja az adenozin-trifoszforsavat (ATP), az adenozin-difoszforsavat (ADP), az adenozin-5-monofoszfátot (AMP), a szervetlen foszfátot (P) én) és magnéziumionok.

4. Légzési szubsztrátok és légzési együttható

A légzés folyamatában használt anyagok kérdése régóta foglalkoztatja a fiziológusokat. Még I.P. munkáiban is. Borodin (1876) kimutatta, hogy a légzési folyamat intenzitása egyenesen arányos a növényi szövetek szénhidráttartalmával. Ez okot adott annak feltételezésére, hogy a szénhidrátok a légzés során elfogyasztott fő anyag (szubsztrát). Ennek a kérdésnek a tisztázásában nagy jelentőséggel bír a légzési együttható meghatározása.

A légzési együttható (RC) a légzés során felszabaduló szén-dioxid (CO2) és az ugyanazon idő alatt elnyelt oxigén (O2) térfogati vagy mólaránya. A légzési hányados azokat a termékeket mutatja, amelyeken keresztül a légzés történik.

A szénhidrátok mellett a zsírok, fehérjék, aminosavak és szerves savak is használhatók légzőszerként a növényekben.

5. Légutak

A légzési folyamat különféle körülmények között történő végrehajtásának szükségessége az evolúció folyamatában különböző légzési cserepályák kialakulásához vezetett.

A légúti szubsztrát átalakításának vagy a szénhidrátok oxidációjának két fő módja van:

1) Glikolízis + Krebs-ciklus (glikolitikus)

2) pentóz-foszfát (apotómikus)

A légúti anyagcsere glikolitikus útja

Ez a légúti csereút a leggyakoribb, és viszont két fázisból áll.

Első fázis - anaerob (glikolízis), a citoplazmában lokalizálódik.

Második fázis - aerobic, a mitokondriumokban lokalizálódik.

A glikolízis folyamata során egy hexózmolekula két piroszőlősav-molekulává (PVA) alakul:

VAL VEL 6 H12O6 → 2 C3H4O3 + 2H2

A légzés második fázisa - aerob - oxigén jelenlétét igényli. A piruvinsav belép ebbe a fázisba. Ennek a folyamatnak az általános egyenlete a következőképpen ábrázolható:

2PVK + 5 O 2 + H2O → 6CO2 + 5H2O

A légzési folyamat energiaegyensúlya.

A glikolízis eredményeként a glükóz két PVK-molekulára bomlik, és két ATP-molekula is felhalmozódik a légzés ETC-jébe kerülve, ezekből hat ATP-molekula szabadul fel; A légzés aerob fázisában 30 ATP molekula képződik.

Így: 2ATP + 6 ATP + 30 ATP = 38 ATP

Pentóz-foszfát légzési út

A glükóz oxidációjának ugyanilyen gyakori módja van - a pentóz-foszfát. Ez anaerob a glükóz oxidációja, amely szén-dioxid CO2 felszabadulásával és NADPH2 molekulák képződésével jár.

A ciklus 12 reakcióból áll, amelyekben csak a cukrok foszfor-észterei vesznek részt.

A légzés folyamatában használt anyagok kérdése régóta foglalkoztatja a fiziológusokat. Még I.P. munkáiban is. Borodin (1876) kimutatta, hogy a légzési folyamat intenzitása egyenesen arányos a növényi szövetek szénhidráttartalmával. Ez okot adott annak feltételezésére, hogy a szénhidrátok a légzés során elfogyasztott fő anyag (szubsztrát). Ennek a kérdésnek a tisztázásában nagy jelentősége van a légzési együttható meghatározása. Légzési együttható(DK) a légzés során felszabaduló CO 2 térfogati vagy mólaránya az azonos idő alatt elnyelt CO 2 -hoz viszonyítva O 2. Normál oxigén hozzáférés esetén a DC érték a légzési szubsztrátumtól függ. Ha a légzési folyamatban szénhidrátokat használnak, akkor a folyamat a C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O egyenlet szerint megy végbe. Ebben az esetben a DC egyenlő eggyel: 6 CO 2 / 6 O 2 = 1. Ha azonban a légzési folyamat során a bomlás több oxidált vegyületet, például szerves savat tesz ki, az oxigénfelvétel csökken, a DC egységnél nagyobb lesz. Tehát, ha almasavat használunk légzési szubsztrátként, akkor DC = 1,33. Ha több redukált vegyület, például zsírok vagy fehérjék oxidálódnak a légzés során, több oxigénre van szükség, és az egyenáram egynél kisebb lesz. Tehát zsírok használatakor DC = 0,7. A különböző növényi szövetek légzési együtthatóinak meghatározása azt mutatja, hogy normál körülmények között az egységhez közelít. Ez okkal feltételezi, hogy a növény elsősorban szénhidrátokat használ légzőszerként. Szénhidráthiány esetén más szubsztrátumok is használhatók. Ez különösen nyilvánvaló az olyan magvakból fejlődő palántákon, amelyek tartalék tápanyagként zsírokat vagy fehérjéket tartalmaznak. Ebben az esetben a légzési együttható egynél kisebb lesz. Amikor a zsírokat légúti anyagként használják, glicerinre és zsírsavakra bomlanak le. A zsírsavak a glioxilát cikluson keresztül szénhidrátokká alakulhatnak. A fehérjék légzési szubsztrátként való felhasználását megelőzi aminosavakra való lebontásuk.

Létezik két fő rendszer és kettő fő utak a légzési szubsztrát átalakulása, vagy a szénhidrátok oxidációja: 1) glikolízis + Krebs-ciklus (glikolitikus); 2) pentóz-foszfát (apotomteszkiy). E légzőutak relatív szerepe a növény típusától, korától, fejlődési szakaszától és környezeti tényezőktől függően változhat. A növényi légzés folyamata minden olyan külső körülmény között megtörténik, amelyek között az élet lehetséges. A növényi szervezet tehát nem rendelkezik alkalmazkodással a hőmérséklet szabályozására

A légzési folyamat -50 és +50°C közötti hőmérsékleten megy végbe. A növényeknek szintén hiányoznak az olyan alkalmazkodási képességek, amelyek biztosítják az oxigén egyenletes eloszlását az összes szövetben. A légzési folyamat különféle körülmények között történő végrehajtásának szükségessége vezetett a különböző légzési anyagcsere-pályák fejlődéséhez, és a légzés egyes szakaszait végrehajtó enzimrendszerek még változatosabbá tételéhez. Fontos megjegyezni a szervezetben zajló összes anyagcsere-folyamat összekapcsolódását. A légúti anyagcsere-útvonal megváltoztatása a növények teljes anyagcseréjében mélyreható változásokhoz vezet.

A légzési együttható a légzés során felszabaduló szén-dioxid és az elnyelt oxigén mennyiségének (CO2/O2) aránya. Klasszikus légzés esetén, amikor a CbH^O^ szénhidrátok oxidálódnak és végtermékként csak CO2 és H2O keletkezik, a légzési együttható eggyel egyenlő. Ez azonban nem mindig igaz, bizonyos esetekben felfelé vagy lefelé változik, ezért úgy gondolják, hogy ez a légúti termelékenység mutatója. A légzési együttható értékének változékonysága a légzés szubsztrátjától (oxidált anyag) és a légzés termékeitől (teljes vagy nem teljes oxidáció) függ.

A szénhidrátoknál kevésbé oxidált zsírok használatakor a légzés során a szénhidrátok helyett több oxigént használnak fel oxidációjukhoz - ebben az esetben a légzési együttható csökken (0,6-0,7 értékre). Ez magyarázza a zsírok magasabb kalóriatartalmát a szénhidrátokhoz képest.

Ha a légzés során szerves savak (olyan anyagok, amelyek jobban oxidálódnak, mint a szénhidrátok) oxidálódnak, akkor kevesebb oxigént használnak fel, mint amennyi szén-dioxid szabadul fel, és a légzési együttható egynél nagyobb értékre nő. Légzés közben lesz a legmagasabb (egyenlő 4-gyel) az oxálsav miatt, amely az egyenlet szerint oxidálódik

2 С2Н2О4 + 02 4С02 + 2Н20.

Fentebb említettük, hogy a szubsztrát (szénhidrát) szén-dioxiddá és vízzé történő teljes oxidációjával a légzési együttható egyenlő egy. De a hiányos oxidáció és a felezési idejű termékek részleges képződése esetén a szén egy része a növényben marad anélkül, hogy szén-dioxidot képezne; Több oxigén szívódik fel, és a légzési hányados egységnél kisebbre csökken.

Így a légzési együttható meghatározásával képet kaphatunk a légzés minőségi irányáról, a folyamat szubsztrátjairól és termékeiről.

A légzés függése a környezeti tényezőktől.

Légzés és hőmérséklet

Más élettani folyamatokhoz hasonlóan a légzés intenzitása számos környezeti tényezőtől függ, és erősebb, ill.

A hőmérséklet-függés a legvilágosabban kifejeződik. Ez annak köszönhető, hogy az összes élettani folyamat közül a légzés a leginkább „kémiai”, enzimatikus. Az enzimaktivitás és a hőmérsékleti szint közötti kapcsolat tagadhatatlan. A légzés engedelmeskedik Van't Hoff szabályának, és hőmérsékleti együtthatója van (2ω 1,9-2,5.

A légzés hőmérsékletfüggését egy csúcsos (biológiai) görbe fejezi ki, három sarkalatos ponttal. A minimális pont (zóna) különböző növényeknél eltérő. A hidegtűrő növényekben a növényi szövet fagyási hőmérséklete határozza meg, így a tűlevelűek nem fagyos részeiben a légzés -25 ° C-ig terjedő hőmérsékleten észlelhető. A hőt szerető növényeknél a minimumpont nulla felett van, és a hőmérséklet határozza meg, amelyen a növények elpusztulnak. A légzés optimális pontja (zóna) a 25 és 35 °C közötti tartományban van, vagyis valamivel magasabb, mint a fotoszintézis optimuma. A különböző fokú hőkedvelő növényeknél helyzete is változik valamelyest: a hőkedvelő növényeknél magasabb, a hidegtűrőknél alacsonyabb. A maximális légzési hőmérséklet 45 és 53 °C között van.> Ezt a pontot a sejtek elpusztulása és a citoplazma pusztulása határozza meg, mivel a sejt élete közben lélegzik. Így a légzés hőmérsékleti görbéje hasonló a fotoszintézis görbéhez, de nem ismétli meg. A különbség köztük az, hogy a légzési görbe szélesebb hőmérsékleti tartományt fed le, mint a fotoszintézis görbe, és optimuma kissé eltolódik a magasabb hőmérséklet felé.

A hőmérséklet ingadozása erősen befolyásolja a légzés intenzitását. Az éles átmenetek a magasról az alacsonyra és vissza jelentősen növelik a légzést, amelyet V. I. Palladin 1899-ben állapított meg *.

Hőmérséklet-ingadozáskor nemcsak mennyiségi, hanem minőségi változások is bekövetkeznek a légzésben, vagyis a szerves anyagok oxidációs útjaiban bekövetkező változások, de jelenleg ezek kevéssé tanulmányozottak, ezért itt nem mutatjuk be.