Xreferat.com » Рефераты по биологии » Аэробное и анаэробное дыхание растений

Аэробное и анаэробное дыхание растений

Размещено на /

Содержание


Введение

1. Аэробное дыхание

1.1 Окислительное фосфолирование

2. Анаэробное дыхание

2.1 Типы анаэробного дыхания

3. Вывод

4.Список литературы


Введение


Дыхание присуще всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад органических веществ, синтезированных в процессе фотосинтеза, протекающих с потреблением кислорода и выделением диоксида углерода. А.С. Фаминцын рассматривал фотосинтез и дыхание как две последовательные фазы питания растений: фотосинтез готовит углеводы, дыхание перерабатывает их в структурную биомассу растения, образуя в процессе ступенчатого окисления реакционноспособные вещества и освобождая энергию, необходимую для их превращения и процессов жизнедеятельности в целом. Суммарное уравнение дыхания имеет вид:


CАэробное и анаэробное дыхание растенийHАэробное и анаэробное дыхание растенийOАэробное и анаэробное дыхание растений + 6OАэробное и анаэробное дыхание растений → 6COАэробное и анаэробное дыхание растений + 6HАэробное и анаэробное дыхание растенийO + 2875кДж.


Из этого уравнения становится ясно, почему именно скорость газообмена используют для оценки интенсивности дыхания. Оно было предложено в 1912 г. В. И. Палладиным, который считал, что дыхание состоит из двух фаз – анаэробной и аэробной. На анаэробном этапе дыхания, идущем в отсутствие кислорода, глюкоза окисляется за счет отнятия водорода (дегидрирования), который, по мнению ученого, передается на дыхательный фермент. Последний при этом восстанавливается. На аэробном этапе происходит регенерация дыхательного фермента в окислительную форму. В. И. Палладин впервые показал, что окисление сахара идет за счет непосредственного окисления его кислородом воздуха, поскольку кислород не встречается с углеродом дыхательного субстрата, а связано с его дегидрированием.

Существенный вклад в изучение сути окислительных процессов и химизма процесса дыхания внесли как отечественные (И.П. Бородин, А.Н.Бах, С.П. Костычев, В.И. Палладин), так и зарубежные (А.Л. Лавуазье, Г. Виланд, Г. Кребс) исследователи.

Жизнь любого организма неразрывно связана с непрерывным использованием свободной энергии, генерируемой при дыхании. Неудивительно, что изучению роли дыхания в жизни растения в последнее время отводят центральное место в физиологии растений.


1. Аэробное дыхание


Аэробное дыхание – это окислительный процесс, в ходе которого расходуется кислород. При дыхании субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высоким выходом энергии. Важнейшими субстратами для дыхания служат углеводы. Кроме того, при дыхании могут расходоваться жиры и белки.

Аэробное дыхание включает два основных этапа:

- бескислородный, в процессе, которого происходит постепенное расщепление субстрата с высвобождением атомов водорода и связыванием с коферментами (переносчиками типа НАД и ФАД);

- кислородный, в ходе которого происходит дальнейшее отщепление атомов водорода от производных дыхательного субстрата и постепенное окисление атомов водорода в результате переноса их электронов на кислород.

На первом этапе вначале высокомолекулярные органические вещества (полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.) под действием ферментов расщепляются на более простые соединения (глюкозу, высшие карбоновые кислоты, глицерол, аминокислоты, нуклеотиды и т.п.) Этот процесс происходит в цитоплазме клеток и сопровождается выделением небольшого количества энергии, которая рассеивается в виде тепла. Далее происходит ферментативное расщепление простых органических соединений.

Примером такого процесса является гликолиз – многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (САэробное и анаэробное дыхание растений) расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (САэробное и анаэробное дыхание растений). При этом образуется две молекулы АТФ, и выделяются атомы водорода. Последние присоединяются к переносчику НАДАэробное и анаэробное дыхание растений (никотинамидадениндинклеотид), который переходит в свою восстановительную форму НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений. НАД кофермент, близкий по своей структуре к НАДФ. Оба они представляют собой производные никотиновой кислоты – одного из витаминов группы В. Молекулы обоих коферментов электроположительны (у них отсутствует один электрон) и могут играть роль переносчика как электронов, так и атомов водорода. Когда акцептируется пара атомов водорода, один из атомов диссоциирует на протон и электрон:


Н → НАэробное и анаэробное дыхание растений + еАэробное и анаэробное дыхание растений,


а второй присоединяется к НАД или НАДФ целиком:


НАДАэробное и анаэробное дыхание растений+ Н + [НАэробное и анаэробное дыхание растений+ еАэробное и анаэробное дыхание растений] → НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений.


Свободный протон позднее используется для обратного окисления кофермента. Суммарно реакция гликолиза имеет вид


CАэробное и анаэробное дыхание растенийHАэробное и анаэробное дыхание растенийOАэробное и анаэробное дыхание растений +2АДФ + 2НАэробное и анаэробное дыхание растенийРОАэробное и анаэробное дыхание растений + 2 НАДАэробное и анаэробное дыхание растений

Аэробное и анаэробное дыхание растенийНАэробное и анаэробное дыхание растенийОАэробное и анаэробное дыхание растений + 2АТФ + 2 НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений+ 2 HАэробное и анаэробное дыхание растенийO


Продукт гликолиза – пировиноградная кислота (САэробное и анаэробное дыхание растенийНАэробное и анаэробное дыхание растенийОАэробное и анаэробное дыхание растений) – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в митохондриях. Здесь происходит полное окисление пировиноградной кислоты до COАэробное и анаэробное дыхание растенийи HАэробное и анаэробное дыхание растенийO. Этот процесс можно разделить на три основные стадии:

окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты;

цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса);

заключительная стадия окисления – электронтранспортная цепь.

На первой стадии пировиноградная кислота взаимодействует с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент а с высокоэнергетической связью. При этом от молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула COАэробное и анаэробное дыхание растений(первая) и атомы водорода, которые запасаются в форме НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений.

Вторая стадия – цикл Кребса (рис. 1)


Аэробное и анаэробное дыхание растений


В цикл Кребса вступает ацетил–КоА, образованный на предыдущей стадии. Ацетил–КоА взаимодействует со щавелево-уксусной кислотой, в результате образуется шестиуглеродная лимонная кислота. Для этой реакции требуется энергия; ее поставляет высокоэнергетическая связь ацетил–КоА. В конце цикла щавелево-лимонная кислота регенерируется в прежнем виде. Теперь она способна вступить в реакцию с новой молекулой ацетил–КоА, и цикл повторяется. Суммарно реакция цикла может быть выражена следующим уравнением:


ацетил-КоА + 3HАэробное и анаэробное дыхание растенийO + 3НАДАэробное и анаэробное дыхание растений+ ФАД + АДФ + НАэробное и анаэробное дыхание растенийРОАэробное и анаэробное дыхание растений

КоА + 2COАэробное и анаэробное дыхание растений+ 3НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений+ФАД ∙ HАэробное и анаэробное дыхание растений+ АТФ.


Таким образом, в результате распада одной молекулы пировиноградной кислоты в аэробной фазе (декарбоксилирование ПВК и цикла Кребса) выделяется 3COАэробное и анаэробное дыхание растений, 4 НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений, ФАД ∙ HАэробное и анаэробное дыхание растений. Суммарно реакцию гликолиза, окислительного декарбоксилирования и цикла Кребса можно записать в следующем виде:


CАэробное и анаэробное дыхание растенийHАэробное и анаэробное дыхание растенийOАэробное и анаэробное дыхание растений + 6 HАэробное и анаэробное дыхание растенийO + 10 НАД + 2ФАД →

6COАэробное и анаэробное дыхание растений+ 4АТФ + 10 НАД ∙ Н + НАэробное и анаэробное дыхание растений+ 2ФАД ∙ HАэробное и анаэробное дыхание растений.


Третья стадия – электротранспортная цепь.

Пары водородных атомов, отщепляемые от промежуточных продуктов в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса, в конце концов, окисляются молекулярным кислородом до HАэробное и анаэробное дыхание растенийO с одновременным фосфолированием АДФ в АТФ. Происходит это тогда, когда водород, отделившийся от НАД ∙ HАэробное и анаэробное дыхание растенийи ФАД ∙ HАэробное и анаэробное дыхание растений, передается по цепи переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий. Пары атомов водорода 2Н можно рассматривать как 2 НАэробное и анаэробное дыхание растений + 2еАэробное и анаэробное дыхание растений. Движущей силой транспорта атомов водорода в дыхательной цепи является разность потенциалов.

С помощью переносчиков ионы водорода НАэробное и анаэробное дыхание растенийпереносятся с внутренней стороны мембраны на ее внешнюю сторону, иначе говоря, из матрикса митохондрии в межмембранное пространство (рис. 2).


Аэробное и анаэробное дыхание растений Аэробное и анаэробное дыхание растений


При переносе пары электронов от над на кислород они пересекают мембрану три раза, и этот процесс сопровождается выделением на внешнюю сторону мембраны шести протонов. На заключительном этапе протоны переносятся на внутреннюю сторону мембраны и акцептируются кислородом:


Ѕ OАэробное и анаэробное дыхание растений + 2еАэробное и анаэробное дыхание растений → OАэробное и анаэробное дыхание растений.


В результате такого переноса ионов НАэробное и анаэробное дыхание растенийна внешнюю сторону мембраны митохондрий в перимитохондриальном пространстве создается концентрация их, т.е. возникает электрохимический градиент протонов .

Когда протонный градиент достигает определенной величины, ионы водорода из НАэробное и анаэробное дыхание растений-резервуара движутся по специальным каналам в мембране, и их запас энергии используется для синтеза АТФ. В матриксе они соединяются с заряженными частичками ОАэробное и анаэробное дыхание растений, и образуется вода: 2НАэробное и анаэробное дыхание растений+ ОІˉ → HАэробное и анаэробное дыхание растенийO.


1.1 Окислительное фосфолирование


Процесс образования АТФ в результате переноса ионов НАэробное и анаэробное дыхание растенийчерез мембрану митохондрии получил название окислительного фосфолирования. Он осуществляется при участии фермента АТФ-синтетазы. Молекулы АТФ-синтетазы располагаются в виде сферических гранул на внутренней стороне внутренней мембраны митохондрий.

В результате расщепления двух молекул пировиноградной кислоты и переноса ионов водорода через мембрану по специальным каналам синтезируется в целом 36 молекул АТФ (2 молекулы в цикле Кребса и 34 молекулы в результате переноса ионов НАэробное и анаэробное дыхание растений через мембрану).

Суммарное уравнение аэробного дыхания можно выразить следующим образом:


CАэробное и анаэробное дыхание растенийHАэробное и анаэробное дыхание растенийOАэробное и анаэробное дыхание растений + OАэробное и анаэробное дыхание растений+ 6HАэробное и анаэробное дыхание растенийO + 38АДФ + 38НАэробное и анаэробное дыхание растенийРОАэробное и анаэробное дыхание растений

6COАэробное и анаэробное дыхание растений+ 12HАэробное и анаэробное дыхание растенийO + 38АТФ


Совершенно очевидно, что аэробное дыхание прекратится в отсутствии кислорода, поскольку именно кислород служит конечным акцептором водорода. Если клетки не получают достаточного количества кислорода, все переносчики водорода вскоре полностью насытятся и не смогут передавать его дальше. В результате основной источник энергии дл образования АТФ окажется блокированным.

аэробное дыхание окисление фотосинтез


2. Анаэробное дыхание


Анаэробное дыхание. Некоторые микроорганизмы способны использовать для окисления органических или неорганических веществ не молекулярный кислород, а другие окисленные соединения, например, соли азотной, серной и угольной кислот, превращающиеся при этом в более восстановленные соединения. Процессы идут в анаэробных условиях, и их называют анаэробным дыханием:


2HNOАэробное и анаэробное дыхание растений + 12НАэробное и анаэробное дыхание растений→ NАэробное и анаэробное дыхание растений + 6HАэробное и анаэробное дыхание растенийO + 2НАэробное и анаэробное дыхание растений

HАэробное и анаэробное дыхание растенийSOАэробное и анаэробное дыхание растений + 8НАэробное и анаэробное дыхание растений→ HАэробное и анаэробное дыхание растенийS + 4HАэробное и анаэробное дыхание растенийO


У микроорганизмов, осуществляющих такое дыхание, конечным акцептором электронов будет не кислород а неорганическое соединения – нитриты, сульфаты и карбонаты. Таким образом, различия между аэробным и анаэробным дыханием заключается в природе конечного акцептора электронов.


2.1 Типы анаэробного дыхания


Основные типы анаэробного дыхания приведены в таблице 1. есть также данные об использовании бактериями в качестве акцепторов электронов MnАэробное и анаэробное дыхание растений, хроматов, хинонов и др.


Таблица 1 Типы анаэробного дыхания у прокариот (по: М.В Гусев, Л.А. Минеева 1992, с изменениями)

Энергетический процесс Конечный акцептор электронов Продукты восстановления
Нитратное дыхание и нитрификация

NOАэробное и анаэробное дыхание растений, NOАэробное и анаэробное дыхание растений

NOАэробное и анаэробное дыхание растений, NO, NАэробное и анаэробное дыхание растенийO, NАэробное и анаэробное дыхание растений

Сульфатное и серное дыхание

SOАэробное и анаэробное дыхание растений, SАэробное и анаэробное дыхание растений

HАэробное и анаэробное дыхание растенийS

“Железное ” дыхание

FeАэробное и анаэробное дыхание растений

FeАэробное и анаэробное дыхание растений

Карбонатное дыхание

COАэробное и анаэробное дыхание растений

СНАэробное и анаэробное дыхание растений, ацетат

Фумаратное дыхание Фумарат Сукцинат

Свойство организмов переносить электроны на нитраты, сульфаты и карбонаты обеспечивает в достаточной степени полное окисление органического или неорганического вещества без использования молекулярного кислорода и обуславливает возможность получения большого количества энергии, чем при брожении. При анаэробном дыхании выход энергии только на 10% ниже. Чем при аэробном. Организмы, для которых характерно анаэробное дыхание, имеют набор ферментов электронтранспортной цепи. Но цитохромоксилаза в них заменяется нитратредуктазой (при использовании в качестве акцептора электронов нитрата) или аденилсульфатредуктазой (при использовании сульфата) или другими ферментами.

Организмы, способные осуществлять анаэробное дыхание за счет нитратов, - факультативные анаэробы. Организмы, использующие сульфаты в анаэробном дыхании, относятся к анаэробам.


Вывод


Органические вещества из не органических зеленое растение образует только на свету. Эти вещества используются растением только для питания. Но растения не только питаются. Они дышат, как все живые существа. Дыхание происходит непрерывно днем о ночью. Дышат все органы растения. Растения дышат кислородом, а выделяют углекислый газ, как животные и человек.

Дыхание растений может происходить, как в темноте, так и на свету. Значит, на свету в растении протекают два противоположных процесса. Один процесс - фотосинтез, другой – дыхание. Во время фотосинтеза создаются органические вещества из неорганических и поглощается энергия солнечного света. Во время дыхания в растении расходуются органические вещества. А энергия, необходима для жизнедеятельности, освобождается. На свету в процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Вместе с углекислым газом растения на свету поглощают из окружающего воздуха и кислород, необходимый растениям для дыхания, но в гораздо меньших количествах, чем выделяются при образовании сахара. Углекислого газа при фотосинтезе растения поглощают гораздо больше, чем выделяют его придыхании. Декоративные растения в комнате при хорошем освещении выделяют днем значительно больше кислорода, чем поглощают его в темноте ночью.

Дыхание во всех живых органов растения происходит непрерывно. Когда прекращается дыхание, растение, так же как и животное погибает.


Список литературы


1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений Ф50/Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др.; под. ред. Н.Н. Третьякова. – М.; Колос, 2000 – 640 с.

2. Биология в экзаменационных вопросах и ответах

Похожие рефераты: