2. Современное представление о процессе дыхания. Значение дыхания

Дыхание - это сложный ступенчатый ферментативный окислительный распад органических веществ, в результате которого образуются химически активные метаболиты и освобождается энергия, используемая клетками для процессов жизнедеятельности.

Значение дыхания:

1. Является источником энергии для выполнения следующих видов работы - движения цитоплазмы и органоидов, передвижения ассимилятов, движения органов, передвижения веществ через мембраны, работу ионных насосов, создания мембранного потенциала, а также повышения температуры растений.

2. Является источником химически активных метаболитов (промежуточных продуктов окисления), которые используются для биосинтеза других сложных веществ в клетке (АК, белков, ЖК, фенольных соединений и т.д.).

Специализированными органоидами дыхания клетки являются митохондрии, называемые часто «силовыми станциями клетки». Внутреннее содержимое заполнено матриксом на 50 % состоящим из белков. В матриксе локализованы ферменты цикла Кребса и окислещие ЖК, а также РНК и ДНК (синтез белков). Митохондрия покрыта двойной мембраной, внутренняя образует множество выростов (кристы), увеличивающие ее поверхность. Во внутренней мембране (60 % белки структурные и 20 % белки ферментативного дегидрогеназного комплекса, 20 % белки компонентов ЭТЦ) локализованы ферменты и компоненты ЭТЦ, участвующие в окислительном фосфорилировании (синтез АТФ). Энергия трансмембранного потенциала, возникающая между двумя сторонами внутренней мембраны в результате переноса электронов по ЭТЦ от НАДН на О₂ используется для образования АТФ. АТФ через внутреннюю мембрану может выходить в матрикс. Внешняя мембрана имеет структурные (50 %) и ферментативные (50 %) белки, она хорошо проницаема для низкомолекулярных соединений и ионов (ПВК, СО₂, Н₂О, ОК, АТФ и др. веществ цикла Кребса).

Дыхание происходит однотипно во всех формах жизни животных и растений, несмотря на отсутствие у последних специализированных органов дыхания.

Общая схема дыхания.

Дыхание осуществляется в две фазы:

анаэробная (гликолиз), протекающая в цитозоле клетки и в результате которой из гексозы (глюкозы) образуются две молекулы ПВК. ПВК в аэробных условиях полностью окисляется до СО₂ и Н₂О. В анаэробных условиях происходит брожение (спиртовое, маслянокислое, молочнокислое и др.).

аэробная фаза включает окислительное декарбоксилирование ПВК, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование и протекает в матриксе митохондрий.

3. Типы овр и ферментативные системы дыхания.

В процессе дыхания участвует сложная цепь окислительно-восстановительных превращений углеводов и жиров. Под окислением какого-либо соединения понимают процесс потери им электрона (протона), под восстановлением - их присоединение, протекающее по одному из следующих путей:

1. Отщепление водорода и электронов (дегидрирование) от окисляемого вещества. Эту роль выполняют ферменты дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН), представителями являются триозофосфатдегидрогеназа (гликолиз), изоцитратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа (цикл Кребса), а также алкагальдегидрогеназа (брожение).

Янтарная кислота - 2Н⁺ - 2е^- сукцинатдегидрогеназа (ФАД)= фумаровая кислота + ФАДН₂

2. Отнятие электронов от металлсодержащих соединений (цитохромов). При этом увеличивается положительная валентность металлов:

Fe²⁺ - e^- = Fe³⁺

3. Прямое присоединение кислорода к окисляемому субстрату. Ферменты катализирующие этот тип реакций называются оксигеназами (липоксигеназа).

Олеиновая кислота - липоксигеназа - стеориновая кислота

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

4. «Мокрое окисление». Способность веществ к окислению сильно возрастает, если они предварительно гидратируются (с участием ферментов гидролиаз):

R-СОН + Н₂О -- гидролиаза - R-CO-(OH)₂

Этот тип окисления имеет место в цикле Кребса.