Тема: Общая характеристика и стадии дыхания.

Цель: Уяснить значение дыхания в жизни растений, основные положения теории биологического окисления, химизм и энергетика стадий дыхания.

1. Химическая сущность и значение дыхания в жизни растений.

2. Брожение.

3. Основные положения теории биологического окисления.

4. Ферментные системы и структура дыхания цепи.

5. Химизм и энергетика стадий дыхания.

• Гликолиз

• Цикл Кребса

• Окислительное фосфорилирование.

1. Химическая сущность и значение дыхания в жизни растений.

Дыхание – это процесс биологического окисления продуктов растений, в первую очередь – углеводов, до простейших неорганических соединений, СО₂ и Н₂О, сопровождаемый выделением энергии.

В качестве дыхательного материала (субстрата) в растении, кроме углеводов, могут использоваться жиры (при прорастании семян масличных культур), белки и аминокислоты (при прорастании семян бобовых культур), органические кислоты (в листьях и побегах суккулентных растений). Но в клетках большинства растений, основным дыхательным материалом являются углеводы. Во второй половине 19 века в результате изучения дыхания, общее уравнение химических превращений этого процесса приняло следующий вид:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 2870 кДж/моль или 38мол·АТФ

Из представленного уравнения видно, что в процессе дыхания происходит:

1. Уменьшение массы живого объекта.

2. Изменение газового состава окружающей среды, вследствие поглощения О₂ и выделения СО₂.

3. Выделение влаги.

4. Выделение энергии.

Дыхание, как и фотосинтез, является сложным ферментным окислительно-восстановительным процессом, идущим через ряд этапов. Что из этого следует? Благодаря этому, химическая энергия органических соединений высвобождается не вся сразу, а постепенно, небольшими порциями, которые могут тут же расходоваться в различных процессах жизнедеятельности. В этом дыхание отличается, например, от горения, что является также окислительным процессом.

В процессах жизнедеятельности используется только та часть энергии, которая аккумулируется в АТФ. Часть энергии (до 50%) выделяется в виде тепла.

АТФ является источником энергии для таких процессов, как:

• Процессы роста.

• Реакций синтеза.

• Клеточное деление.

• Активный транспорт ЭМП.

• Механическая работа.

• Осмос.

• Биолюминисценция.

В этом состоит основное физиологическое значение дыхания.

Часть энергии в виде тепла используется для поддержания определенной температуры в клетках. Часть рассеивается в виде тепла и для растений является бесполезной, а иногда и вредной (самосогревание влажных семян и их порча).

Наряду с высвобождением энергии на промежуточных этапах процесса дыхания, образуются органические соединения (сахарофосфороорганические кислоты), которые используются в синтетических реакциях образования белков, жиров, углеводов и других соединений, т.е. дыхание обеспечивает взаимосвязь всех процессов обмена веществ в клетке. В этом состоит второе значение дыхания. Таким образом, дыхание обеспечивает обмен веществ и энергии, лежащей в основе всех физиологических и биохимических процессов, протекающих в каждой главной клетке. Оно, таким образом, является клеточным дыханием и является обязательным условием жизни.

2. Брожение.

В этом случае, когда из-за отсутствия кислорода аэробное дыхание становится невозможным, растение некоторое время может получать энергию в результате брожения органических соединений. Это может происходить в результате затопления, уплотнения почвы. Брожение – это процесс ферментного окисления органических соединений в анаэробных условиях. При брожении органические соединения окисляются лишь частично. В результате происходит накопление богатых энергией конечных продуктов, главным образом, этилового спирта (или молекул уксусной, масляной и других органических кислот). Уравнение брожения:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 105 кДж/моль (118 кДж) или 2 мол АТФ

Энергетический выход брожения уступает энергетическому выходу дыхания, таким образом, для обеспечения себя энергией за счет брожения растение должно израсходовать значительно большее количество гексоз (или других субстратов), чем при аэробном дыхании.

В результате брожения не образуются многие примеси соединений, необходимые клетке. Накапливаются вредные соединения, отравляя растительный организм. Но растения могут значительное время использовать брожение при затоплении.