Растения живут благодаря процессу дыхания, но в отсутствие кислорода некоторое время они могут жить за счет анаэробного дыхания. Анаэробное дыхание растений
включается, когда необходимый растению кислород потребляется из органических соединений, главным образом из сахара, который обычно и является исходным материалом при нормальном дыхании.
Распределение сахара при анаэробном дыхании
При анаэробном дыхании сахар распадается по схеме: С 6 Н 12 О 6 → 2С 2 Н 5 ОН+2СО 2 + 48ккал Как видно, углерод сахара лишь частично окисляется до углекислого газа, а остальной углерод восстанавливается до этилового спирта, так как кислород извне не поступает, а превращение сахара происходит только за счет перераспределения кислорода, находящегося в его молекуле. Энергии в случае анаэробного дыхания выделяется всего 48 ккал, тогда как при полном окислении - 686 ккал, (подробнее: ). Такая разница объясняется тем, что в спирте остается большое количество потенциальной энергии, поскольку окисление идет не до конца.Анаэробные условия
Однако растения не могут жить долго в анаэробных условиях . Для того чтобы получить такое же количество энергии, которое оно имеет при дыхании, при анаэробном дыхании растение должно затратить очень большое количество запасного вещества. Поэтому в анаэробных условиях растения быстро погибают от истощения и, кроме того, от отравления спиртом , накапливающимся в тканях. Поэтому процесс анаэробного дыхания для высших растений - только временная замена кислородного дыхания . Анаэробное дыхание наблюдается у растений, длительное время находящихся при избытке влаги в почве, при образовании корки на поверхности почвы и хранении зерна в больших кучах.Анаэробное дыхание для микроорганизмов
Для многих низших растений (микроорганизмов ) анаэробное дыхание служит основным процессом добывания необходимой для жизни энергии и может поддерживать их жизнь неограниченное время. В этом случае анаэробное дыхание называется брожением . Микроорганизмы используют для брожения не собственные запасы питательных веществ, как это имеет место у , а питательные вещества из окружающей их среды. Анаэробное дыхание у растений сходно со спиртовым брожением . В анаэробных условиях под воздействием ряда ферментов образуются промежуточные продукты те же, что и при брожении, в частности пировиноградная кислота . В аэробных условиях пировиноградная кислота полностью окисляется до углекислоты и воды, а в анаэробных условиях при спиртовом брожении она распадается до С0 2 и спирта. На схеме показано взаимоотношение между нормальным дыханием - аэробным и анаэробным - спиртовым брожением.
Аэробное и анаэробное дыхание.
Как видно из схемы, процессы дыхания и брожения одинаковы до образования пировиноградной кислоты. При дыхании для образования пировиноградной кислоты не требуется участия кислорода, т.е. эта фаза дыхания является анаэробной.
При доступе кислорода и наличии системы окислительных ферментов пировиноградная кислота окисляется до конца. При спиртовом брожении с участием фермента карбоксилазы карбоксил пировиноградной кислоты разрушается, выделяется углекислота и образуется уксусный альдегид
, которому при участии фермента дегидрогеназы передаются 2 атома водорода и он восстанавливается в этиловый спирт.
Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются спирт и углекислота.
Клеточное дыхание - это окисление органических веществ в клетке, в результате которого синтезируются молекулы АТФ. Исходным сырьем (субстратом) обычно служат углеводы, реже жиры и еще реже белки. Наибольшее количество молекул АТФ дает окисление кислородом, меньшее – окисление другими веществами и переносом электронов.
Углеводы, или полисахариды, перед использованием в качестве субстрата клеточного дыхания распадаются до моносахаридов. Так у растений крахмал, а у животных гликоген гидролизуются до глюкозы.
Глюкоза является основным источником энергии почти для всех клеток живых организмов.
Первый этап окисления глюкозы - гликолиз. Он не требует кислорода и характерен как при анаэробном, так и аэробном дыхании.
Биологическое окисление
Клеточное дыхание включает в себя множество окислительно-восстановительных реакций, в которых происходит перемещение водорода и электронов от одних соединений (или атомов) к другим. При потери электрона каким-либо атомом происходит его окисление; при присоединении электрона - восстановление. Окисляемое вещество - это донор, а восстанавливаемое - акцептор водорода и электронов. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в живых организмах носят название биологического окисления, или клеточного дыхания.
Обычно при окислительных реакциях происходит выделение энергии. Причина этого кроется в физических законах. Электроны в окисляемых органических молекулах находятся на более высоком энергетическом уровне, чем в продуктах реакции. Электроны, переходя с более высокого на более низкий энергетический уровень, высвобождают энергию. Клетка умеет фиксировать ее в связях молекул - универсальном «топливе» живого.
Наиболее распространенным в природе конечным акцептором электронов является кислород, который восстанавливается. При аэробном дыхании в результате полного окисления органических веществ образуются углекислый газ и вода.
Биологическое окисление протекает по-этапно, в нем участвуют множество ферментов и соединения, переносящие электроны. При ступенчатом окислении электроны перемещаются по цепи переносчиков. На определенных этапах цепи происходит выделение порции энергии, достаточной для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.
Биологическое окисление весьма эффективно по-сравнению с различными двигателями. Около половины выделяющейся энергии в конечном итоге фиксируется в макроэргических связях АТФ. Другая часть энергии рассеивается в виде тепла. Поскольку процесс окисления ступенчатый, то тепловая энергия выделяется понемногу и не повреждает клетки. В то же время она служит для поддержания постоянной температуры тела.
Аэробное дыхание
Различные этапы клеточного дыхания у аэробных эукариот происходят
в матриксе митохондрий – , или цикл трикарбоновых кислот,
на внутренней мембране митохондрий – , или дыхательная цепь.
На каждом из этих этапов из АДФ синтезируется АТФ, больше всего на последнем. Кислород в качестве окислителя используется только на этапе окислительного фосфорилирования.
Суммарные реакции аэробного дыхания выглядит следующим образом.
Гликолиз и цикл Кребса: C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 12H 2 + 4АТФ
Дыхательная цепь: 12H 2 + 6O 2 → 12H 2 O + 34АТФ
Таким образом биологическое окисление одной молекулы глюкозы дает 38 молекул АТФ. На самом деле нередко бывает меньше.
Анаэробное дыхание
При анаэробном дыхании в окислительных реакциях акцептор водорода НАД не передает водород в конечном итоге на кислород, которого в данном случае нет.
В качестве акцептора водорода может быть использована пировиноградная кислота, образующаяся при гликолизе.
У дрожжей пируват сбраживается до этанола (спиртовое брожение). При этом в процессе реакций образуется также углекислый газ и используется НАД:
CH 3 COCOOH (пируват) → CH 3 CHO (ацетальдегид) + CO 2
CH 3 CHO + НАД · H 2 → CH 3 CH 2 OH (этанол) + НАД
Молочнокислое брожение происходит в животных клетках, испытывающих временный недостаток кислорода, и у ряда бактерий:
CH 3 COCOOH + НАД · H 2 → CH 3 CHOHCOOH (молочная кислота) + НАД
Оба брожения не дают выхода АТФ. Энергию в данном случае дает только гликолиз, и составляет она всего две молекулы АТФ. Значительная часть энергии глюкозы так и не извлекается. Поэтому анаэробное дыхание считается малоэффективным.
Дыхание может происходить как в аэробных, то есть в присутствии кислорода, так и в анаэробных - бескислородных условиях.[ ...]
Аэробное дыхание - реакции распада глюкозы в присутствии кислорода.[ ...]
Большинство гетеротрофных организмов получает энергию в результате биологического окисления органических веществ - дыхания. Водород от окисляемого вещества (см. § 24) передается в дыхательную цепь. Если роль конечного акцептора водорода выполняет только кислород, процесс носит название аэробного дыхания, а микроорганизмы являются строгими (облигатными) аэробами, которые обладают полной цепью ферментов переноса (см. рис. 14) и способны жить только при достаточном количестве кислорода. К аэробным микроорганизмам относятся многие виды бактерий, гри-6¿i, водоросли, большинство простейших. Аэробные сап-рофиты играют основную роль в процессах биохимической очистки сточных вод и самоочищении водоема.[ ...]
Аэробное дыхание (тип 1) - процесс, обратный «нормальному» фотосинтезу: в этом процессе синтезированное органическое вещество (СН2О) вновь разлагается с образованием СО2 и Н9О и с высвобождением энергии. Все высшие растения и животные и большинство представителей Мопега и Protista (рис. 2.4) получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток именно с помощью этого процесса. В итоге завершенного дыхания образуются СО2, И2О и вещества клетки, однако процесс может идти не до конца, и в результате такого незавершенного дыхания образуются органические соединения, еще содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами (процессы типа 2 п 3).[ ...]
Аэробные организмы нуждаются для дыхания в молекулярном кислороде, который они извлекают из воздуха. В этом процессе принимают участие разнообразные ферменты - гидроксилазы и оксигеназы.[ ...]
Аэробная микрофлора, перерабатывающая бытовые отходы, требует постоянного притока кислорода и отвода газообразных продуктов дыхания. Высокие концентрации СОг могут оказать токсическое воздействие на микрофлору, что приведет к снижению интенсивности биологических процессов. В связи с этим большое значение имеет регулирование воздушного режима в ферментаторах.[ ...]
Аэробное дыхание сделало возможным развитие сложных многоклеточных организмов. Считается, что первые ядерные клетки появились после того, как содержание кислорода в атмосфере достигло 3-4% его современного уровня (или около 0,6% состава той атмосферы). Случилось это примерно 1 млрд лет назад (см. рис. 7.26). Многоклеточные организмы, вероятно, появились 700 млн лет назад по достижении концентрации кислорода в атмосфере 8% от современного уровня.[ ...]
Следовательно, «топливом» для окисления в митохондриях являются пируват и жирные кислоты. Ацетил-КоА обладает высоким потенциалом переноса ацетильных групп. Следовательно, топливные молекулы вступают в цикл Кребса в виде ацетил-КоА. Непрерывность же снабжения окислительных процессов «топливом» обеспечивается запасанием животными клетками липидов, являющихся главным ресурсом жирных кислот, а также гликогена, являющегося источником глюкозы.[ ...]
При аэробном дыхании выделяется значительно больше энергии, чем при анаэробном. Так, если при полном окислении молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, то при брожении ее- всего 2. Поэтому анаэробам приходится перерабатывать значительно большее количество органического вещества, чем аэробам, для получения одинакового количества энергии.[ ...]
Итак, дыхание - процесс гетеротрофный, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение.[ ...]
По способу дыхания микробы делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные микробы, наприме[ ...]
Анаэробное дыхание служит основой жизнедеятельности главным образом бактерий, дрожжей, плесневых грибов и др., хотя как звено метаболизма оно может встречаться и в некоторых тканях высших животных. Наиболее характерные примеры анаэробного дыхания:, .образование метана метановыми бактериями за о-чет разложения органического соединения или восстановления угля или карбонатов, образование сероводорода сульфатвосстанавливающими бактериями (в частности,в Черном море), винное брожение. Анаэробное дыхание выделяет меньше энергии,чем аэробное. Полегают, что первичный мир живого имел анаэробные формы, на оонове которых позднее образовался аэробный мир.[ ...]
Если в процессе дыхания окисляются органические вещества с относительно более высоким содержанием кислорода, чем в углеводах, например органические кислоты - щавелевая, винная и их соли, то дыхательный коэффициент будет значительно больше 1. Он также будет больше 1 в том случае, когда часть кислорода, используемого для дыхания микробов, берется из углеводов; или же при дыхании тех дрожжей, у которых одновременно с аэробным дыханием происходит спиртовое брожение. Если же наряду с аэробным дыханием протекают другие процессы, при которых используется добавочный кислород, то дыхательный коэффициент будет меньше 1. Он будет меньше 1 и тогда, когда в процессе дыхания окисляются вещества с относительно небольшим содержанием кислорода, например белки, углеводороды и др. Следовательно, зная значение дыхательного коэффициента, можно определить, какие вещества окисляются в процессе дыхания.[ ...]
Таким образом, яри аэробном типе дыхания по сравнению с анаэробным выход энергии - в 25 раз больший. Между тем потребность в энергии у бактериальной клетки одинакова, независимо от того, является ли она аэробной или анаэробной. Следовательно, анаэробным бактериям приходится переработать в 25 раз больше вещества, чтобы получить необходимую для их жизни энергию.[ ...]
Посредством процесса аэробного дыхания организмы получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток. Бескислородное дыхание - это основа жизнедеятельности сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие). Аэробное дыхание превосходит, и значительно, анаэробное в скорости.[ ...]
Как было указано выше, дыхание и питание являются основными процессами обмена веществ живого организма. Для жизнедеятельности микроорганизмов, т. е. для их развития, размножения и роста, а также для синтеза различных органических соединений, входящих в состав клетки, необходимо много энергии. Микроорганизмы удовлетворяют свою потребность в энергии благодаря процессам дыхания. Дыхание, или аэробное дыхание - это процесс окисления сложных органических соединений до менее сложных или до простых минеральных веществ - Н20 и С02 (процесс диссимиляции) с одновременным выделением свободной энергии. Выделение углекислоты в результате дыхания связано с поглощением кислорода и полным окислением питательных веществ.[ ...]
Итак, простейший процесс аэробного дыхания представляется в следующем виде. Молекулярный кислород, потребляемый в процессе дыхания, используется в основном для связывания водорода, образующегося при окислении субстрата. Водород от субстрата передается к кислороду через ряд промежуточных реакций, проходящих последовательно с участием ферментов и переносчиков. Определенное представление о характере процесса дыхания дает так называемый дыхательный коэффициент. Под этим понимают отношение объема выделившегося углекислого газа к объему кислорода, поглощенного в процессе дыхания (С02:02).[ ...]
По характеру диссимиляции различают аэробные и анаэробные организмы. Аэробные (от греч. аег - воздух) организмы для дыхания (окисления) используют свободный кислород. Аэробами является большинство ныне живущих организмов. Напротив, анаэробы окисляют субстраты, например, сахара в отсутствие кислорода, следовательно, для них дыханием является брожение. Анаэробами являются многие микроорганизмы, гельминты. Например, динитрифицирующие анаэробные бактерии окисляют органические соединения, используя нитриты, являющиеся неорганическим окислителем.[ ...]
Влажность определяет процессы питания и дыхания аэробных микроорганизмов и оказывает огромное влияние на развитие грибов. Влажность воздуха и свободная влага на поверхности деревянных изделий оказывают влияние в основном на прорастание спор, а влажность древесины - на рост и последующее развитие гиф. Питание грибов осуществляется за счет осмоса через всю их поверхность. Поэтому необходимые для питания органические соединения древесины должны находиться в водных растворах, обеспечивающих диффузию их через растительную оболочку клеток мицелия. Диффузия внутрь живой клетки гриба высокомолекулярных соединений типа целлюлозы исключена. Дереьоокра-шнвающие и плесневые грибы не разлагают целлюлозу, а живут за счет крахмала, глюкозы, жиров и других питательных веществ, содержащихся в древесине в малых количествах [ 1 ].[ ...]
Микроорганизмы, имеющие факультативно-анаэробное дыхание, в своих клетках содержат, кроме дегидраз, еще оксидазы и ферменты, активирующие кислород, т. е. ферменты, свойственные и аэробным микробам. Дрожжи относятся к группе факультативно-анаэробных микроорганизмов, т. е. им свойственно и анаэробное и аэробное дыхание, но последнее выражено слабее. При анаэробном дыхании дрожжи расходуют на дыхание значительно больше энергетического материала (сахара), чем при аэробном дыхании.[ ...]
Как уже указывалось, многие группы бактерий способны й к аэробному, и к анаэробному дыханию (т. е. являются факультативными анаэробами), но важно отметить, что конечные продукты этих двух реакций различны и количество высвобождающейся энергии в анаэробных условиях значительно меньше. В присутствии кислорода почти вся глюкоза превращалась в бактериальную протоплазму и СО2, в отсутствие же кислорода разложение было неполным, гораздо меиьшая часть глюкозы превращалась в вещество клетки, и в среду выделялся ряд органических соединений, для окисления которых требуются дополнительные «специалисты»-бактерии. В общем полное аэробное дыхание во много раз быстрее, чем неполный процесс анаэробного дыхания, если оценивать выход энергии на единицу используемого субстрата.[ ...]
В условиях промышленного загрязнения атмосферы обнаружено усиление аэробного дыхания и возрастание активности терминальных оксидаз. Для растений, произрастающих на промплощадке, характерна максимальная активность пероксидазы и полифенолоксидазы. Уровень активности и чувствительности ферментов зависит от биологических особенностей и степени повреждаемости вида. Максимальная активность и чувствительность пероксидазы и полифенолоксидазы к действию газов отмечалась у березы бородавчатой, средняя -у тополя бальзамического и самая низкая - у клена ясенелистного.[ ...]
Содержание углекислого газа. СОз является конечным продуктом как брожения, так и аэробного дыхания. При довольно высоких концентрациях СО2, значительно превышающих те, которые обычно окружают растительный организм (выше 40%), процесс дыхания тормозится. Торможение вызывается несколькими причинами: 1. Высокая концентрация СОг может оказывать общее анестезирующее влияние на растительный организм. 2. СОг тормозит активность ряда дыхательных ферментов. 3. Повышение содержания СОг вызывает закрытие устьиц (с. 69), что затрудняет доступ кислорода н косвенно тормозит процесс дыхания.[ ...]
В настоящее время общепризнано, что первые этапы (гликолиз) протекают одинаково при процессах как дыхания, так и брожения. Поворотным моментом является образование иировипоградной кислоты. В аэробных условиях нировиноградная кислота распадается до ССЬ и воды (дыхание), тогда как в анаэробных она преобразуется в различные органические соединения (брожение). Организм обладает способностью при изменении условий переключать процессы, прекращая брожение и усиливая дыхание и наоборот. Впервые в опытах Пастера было показано, что в присутствии кислорода процесс брожения у дрожжей тормозится и заменяется процессом дыхания. Одновременно резко сокращается распад глюкозы. Это явление оказалось характерным для всех факультативных анаэробных организмов, включая и высшие растения, в получило название эффекта Пастера. Сокращение расхода глюкозы в присутствии кислорода целесообразно, поскольку при дыхательном распаде выход энергии значительно выше, а следовательно, глюкоза используется более экономно. Однако осуществление разбираемого эффекта требует специальных механизмов, которые будут рассмотрены далее.[ ...]
Огромное значение имеет также то обстоятельство, что водоросли в процессе фотосинтеза выделяют свободный кислород, необходимый для дыхания водных организмов, как животных, так и растительных. В настоящее время считают, что весь свободный кислород Земли является продуктом деятельности зеленых хлорофиллоносных растений. А в воде, содержащей кислород, быстрее завершаются процессы минерализации органических веществ. Было установлено, например, что в Черном, Каспийском и Азовском морях в летнее время, при наличии аэробных условий, полный бактериальный распад планктонных организмов (растительных и животных) заканчивается примерно в 20 дней, тогда как в северных морях это происходит в 3-4 раза медленнее. Так осуществляется круговорот веществ в воде, и без участия водорослей он был бы немыслим.[ ...]
В данной главе рассказано о спорообразующих анаэробных бактериях, и только об облигатных, т. е. таких организмах, которые не способны развиваться в аэробных условиях, в отличие от факультативных, способных жить как за счет дыхания, используя молекулярный кислород, так и за счет «нитратного дыхания» либо брожения различных органических веществ в анаэробных условиях. Необходимо отметить, что анаэробные спороносные бактерии хуже изучены, чем аэробные, из-за значительных трудностей, с которыми встречаются исследователи при выделении и культивировании анаэробов.[ ...]
Одним из самых главных параметров озерной воды является содержание в ней кислорода, так как кислород играет весьма существенную роль в метаболизме водных аэробных организмов. Привнос растворимого в воде кислорода из атмосферы и образование его путем фотосинтеза сбалансированы с его расходом на дыхание аэробных организмов. Результирующее распределение и динамика кислорода имеют первостепенное значение для наличия нутриентов и, следовательно, для органической продуктивности озер. Биологические и химические процессы при этом тесно взаимосвязаны.[ ...]
Некоторые анаэробные микроорганизмы в качестве акцептора используют связанный кислород, входящий в состав таких соединений, как сульфаты или нитраты. В присутствии кислорода они имеют аэробное дыхание, а в бескислородных средах используют в качестве акцептора кислород нитратов, восстанавливая их до азота или его низших оксидов. Бактерии, восстанавливающие в процессе дыхания сульфаты до сероводорода, являются облигатными анаэробами, например ВевиНоуШ-гю (кэиИипсапз.[ ...]
Куиревич установил критическую концентрацию равной 10%, однако Том кине считает, что она должна быть ниже 5% (¡рис. 63). Из этого необходимо сделать вывод, что диапазон, в котором аэробное дыхание и брожение протекают одновременно, определяется сортовыми и породными особенностями плодов и сильно колеблется в зависимости от условий вегетации и агротехники. Возможно, этим объясняется причина различного поведения видов и сортов плодов в отдельные годы их хранения в камерах с регулируемой газовой средой.[ ...]
Итак, несмотря на то что анаэробные сапрофаги, как облигатные, так и факультативные, составляют меньшую часть компонентов сообщества, они тем не менее играют в экосистеме важную роль, так как лишь они способны к дыханию в лишенных света бескислородных нижних ярусах системы. Занимая эти негостеприимные местообитания, они «спасают» энергию и материалы, делая их доступными для большинства аэробов. Таким образом, то, что кажется «неэффективным» способом дыхания, оказывается составной частью «эффективной» эксплуатации энергии и материальных ресурсов экосистемой в целом. Например, эффективность очистки сточных вод, которая обеспечивается управляемой человеком гетеротрофной экосистемой, зависит от согласованности между деятельностью анаэробных и аэробных сапрофагов.[ ...]
Поскольку рост связан с различными эидергоиическими, т. е. требующими затрат энергии, процессами, например синтезом белка, не удивительно, что для быстро удлиняющихся тканей корня характерна высокая интенсивность дыхания по сравнению с интенсивностью дыхания равного объема ие-делящейся ткани, хотя при пересчете на 1 клетку интенсивность дыханид зрелых клеток может быть значительно выше, чем меристем этических, поскольку последние меньше по размерам и содержат меньше цитоплазмы. Кроме того, рост требует аэробных условий и адекватного снабжения углеводами, служащими источником энергии и строительным материалом.[ ...]
Углеводы являются основным продуктом фотосинтеза, на их основе в процессе обмена веществ в растительном организме формируются белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие соединения. Углеводы - основной источник для аэробного и анаэробного дыхания клеток; источник энергии для возобновления вегетации. Обычно растение содержит большой набор разнообразных углеводов. В процессе вегетации соотношение растворимых и нерастворимых форм изменяется. В молодых растениях преобладают моно- и дисахариды, в период созревания увеличивается содержание крахмала, целлюлозы, т.е. нерастворимых форм.[ ...]
Рост грибов и выделение ими углекислоты зависят от давления кислорода в атмосфере и от температуры. При меньшем давлении кислорода чем 1,5 атм и температуре 17,5° С гриб перестает расти и его обмен приобретает анаэробный характер. Нижняя граница аэробного дыхания зависит от температуры: при 29,5° С обмен веществ уже меняется при давлении кислорода 1,5 атм. В условиях анаэробного дыхания выделение углекислоты прямо пропорционально давлению кислорода. В таких условиях изменяется весь обмен веществ гриба, весь набор его ферментов.[ ...]
Именно эта часть светового потока составляет энергетическую основу фотосинтеза - процесса, в котором, с одной стороны, создается органическое вещество из неорганических составляющих, а с другой - открывается возможность использования выделяемого кислорода для дыхания как самих растений, так и гетеротрофных аэробных организмов. В этом реализуется само наличие на Земле биологического круговорота веществ.[ ...]
В третьей фазе состояния активного ила при полном прекращении подачи питания происходит постепенное отмирание микроорганизмов и минерализация активного ила, что используется для обработки избыточного активного ила. Такая обработка избыточного ила названа методом аэробной стабилизации, так как в результате ил теряет способность к загниванию, т. е. приобретает стабильные свойства. Обработка ила осуществляется при подаче воздуха, необходимого для дыхания микроорганизмов и минерализации органических веществ.[ ...]
Янтарная кислота, образовавшаяся в цикле Кребса, дает основу для.образования порфиринового ядра хлорофилла. Поскольку имеется ряд реакций и процессов, благодаря которым отдельные компоненты извлекаются из цикла Кребса, должны быть и обратные процессы, поставляющие их в цикл. Если бы этого не было, скорость превращения в аэробной фазе дыхания заметно бы снизилась. Такими реакциями является окислительное дезаминирование аминокислот, приводящее к образованию органических кислот.[ ...]
Основные экосферные резервуары углерода находятся в гидросфере, биосфере и атмосфере. Между ними происходит активный обмен с интенсивностью в десятки миллиардов тонн углерода в год. В этом обмене океан является главным поглотителем углерода, поступающего как с суши со стоком рек в результате деструкции органического вещества, так и из атмосферы, откуда углерод поступает вследствие дыхания всего комплекса живых существ (биоты). Важнейшие процессы в биосфере - формирование органического вещества из неорганического при участии солнечной энергии (фотосин-тез), расходование органического вещества в процессах аэробной и анаэробной жизнедеятельности биоты и деструкция органического вещества.[ ...]
Способность насекомого возвращаться в нормальное состояние без терапевтической помощи после обработки такими дозами инсектицида, которые" должны вызвать летальный исход, можно объяснить предъявляемой оценкой зависимости между тканями и метаболическими процессами у насекомых по сравнению с аналогичной зависимостью у человека; хотя насекомые могут иметь меньше свободы, чем люди, по отношению к окружающему миру, их внутренние реакции (процессы) могут быть менее чувствительны к действию ядов и инсектицидов. Это основывается на прямом трахеальном дыхании насекомых, при котором кровь не является необходимым носителем кислорода. Насекомые обладают способностью противостоять флуктуации ионов и метаболитов в крови; их индивидуальные ткани способны мета-болизировать по аэробному и анэробному механизму, что дает возможность адекватного обращения (реактивации) метаболитов в противоположных условиях. В этом отношении позвоночные значительно более чувствительны: активность мозга тесно связана с количеством сахара, ионов и кислорода в крови любые помехи, н а пример из ме нен ие дыханйяИпри отравлении фосфорорганическими соединениями, дают далеко идущие последствия, которые могут кульминационно привести к смерти.[ ...]
Биологические функции митохондрий удалось установить только после того, как их научились отделять от других клеточных компонентов путем дифференцированного ультрацентрифугирования. Выделенные таким образом эти органеллы могут быть очищены от солей посредством диализа, высушены и подвергнуты химическому анализу. Отсюда становится понятным обязательное присутствие митохондрий во всех клетках с аэробным дыханием, а также и то, что при изъятии ядра из клетки отдельные компоненты ее продолжают «дышать». В то же время замечено, что при переходе клетки от аэробного образа жизни к анаэробному, т. е. когда перестает функционировать окислительный цикл трикарбоновых кислот, митохондрии исчезают и взамен их возникает мощно развитая система мембран эндоплазматическей сети. Подобные наблюдения были сделаны при изучении дрожжевых клеток и чашелистиков канатника (Abutilón), помещенных в атмосферу азота. От числа митохондрий в клетках зависит интенсивность дыхания.[ ...]
О том же свидетельствует более длительное сохранение зеленой окраски у плодов, поскольку в условиях РГС подавляется распад хлорофилла. Снижение активности окислительных ферментов - полифенолоксидазы и аскор-бинатоксидазы, обусловленное уменьшением концентрации 02 в газовой среде, способствует лучшему сохранению Р- и С-витаминной активности плодов, препятствуя одновременно побурению последних. При концентрациях 02 и С02, рекомендуемых для вида и сорта плодов и овощей, в РГС наблюдается меньшее - накопление в их тканях ацетальдегида и спирта (продуктов анаэробного распада сахаров), что коррелирует с меньшим поражением плодов загаром. Существующая теория объясняет это явление так. В растительных тканях как при обычном содержании, так и при недостатке кислорода имеют место аэробный и анаэробный типы дыхания. В условиях, когда подавляется процесс аэробного дыхания (при понижении концентрации 02 в атмосфере), тормозится и дыхание анаэробное. Что же касается ацетальдегида, то его образование зависит и от реакции декарбоксилирования, а она, как уже отмечалось, в условиях РГС подавляется.[ ...]
Как известно, бобры не используют значительное количество сгрызенной и складируемой ими древесно-кустарниковой растительности, которая, перегнивая, обогащает воду органическими и минеральными веществами. Исследования Наймана с соавторами (Ыайпап е! а1., 1986) показали, что бобр непосредственно грызущей деятельностью способствует поступлению в воду 56 % затопленной древесины ивы (диаметр 1-10 см), 52% осины, 17% березы, 13% ольхи и менее 1% хвойных. Кроме того, из-за изменения гидрологических условий до 50-60% древесины выламывается ветром и попадает в воду. Эрозионный выход органического материала (углерода) максимален в воде, вытекающей из бобровых прудов. Пруд содержит значительно больше углерода на единицу площади, чем русловые участки. Он получал только 42% аллохтонной органики, поступающей в русловой участок на единицу площади. Но поскольку пруд имел площадь в семь раз больше, чем русловой участок, то на единицу длины потока он получал аллохтонной органики втрое больше. Первичная продукция пруда на единицу площади значительно меньше таковой для русла. Общее аэробное дыхание пруда вдвое больше на единицу площади, а на единицу длины потока в 15.8 раз больше русла. Время оборота молекулы углерода для пруда составило 161 год, для руслового участка - 24 года. Индекс речного метаболизма показал, что пруд накапливает и (или) обрабатывает органических поступлений больше, чем транспортирует вниз по течению. Соответственно длина оборота углерода (расстояние перемещения атома углерода в речном потоке в сохраненной или редуцированной форме) для пруда составила 1.2 км, а для руслового участка 8.0 км. Следовательно, бобровый пруд действовал более эффективно.
Аэробное дыхание (терминальное окисление, или окислительное фосфорилирование) – это совокупность катаболитических процессов на мембранах митохондрий, завершающихся полным окислением органических веществ с участием молекулярного кислорода. При этом роль протонного резервуара играет межмембранный матрикс – пространство между внешней и внутренней мембранами.
Электроны, потерявшие энергию, поступают на комплекс ферментов под названием цитохромоксидаза. Цитохромоксидаза использует электроны для активации (восстановления) молекулярного кислорода О 2 до О 2 2– . Ионы О 2 2– присоединяют протоны, образуя пероксид водорода, который при помощи каталазы разлагается на Н 2 О и О 2 . Последовательность описанных реакций можно представить в виде схемы:
2О 2 + 2ē → 2О 2 2– ; 2О 2 2– + 4Н + → 2Н 2 О 2 ; 2Н 2 О 2 → 2Н 2 О + О 2
Суммарное уравнение аэробного дыхания:
С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 + 38 АДФ + 38 Ф → 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 38 АТФ + Q
Вопросы для самоконтроля
1.В чем сущность процесса дыхания?
2.Каково суммарное уравнение процесса дыхания?
3.В чем состоит окислительное фосфорилирование?
4.В чем заключается гликолиз?
5.Что охватывает цикл Кребса?
6.Чем характеризуются анаэробное дыхание и спиртовое брожение?
7.Как происходят масляно-кислое и молочно-кислое брожения? Где они встречаются?
8. Какова энергетическая сторона процесса дыхания и процесса брожения?
9. Какие опыты доказывают наличие процесса дыхания у растений?
10. Что называется дыхательным коэффициентом?
ЛЕКЦИЯ 6
Тема: Потребность растений в элементах минерального питания. Макроэлементы, микроэлементы. Питательные смеси для культивирования растений и изолированных клеток. Взаимодействие ионов. Особенности почвы как питающего растения субстрата. Проникновение ионов в растительную клетку. Активный и пассивный транспорт ионов через мембрану.
Цель лекции: Показать потребность растений в элементах минерального питания. Питательные смеси для культивирования растений и изолированных клеток, макроэлементы, микроэлементы. Активный и пассивный транспорт ионов через мембрану.
Минеральное питание – это поглощение минеральных веществ в виде ионов, их передвижение по растению и включение в обмен веществ . В составе растений обнаружены почти все существующие на Земле химические элементы. Элементы питания поглощаются из воздуха - в форме углекислого газа (CO 2) и из почвы - в форме воды (H 2 O) и ионов минеральных солей. У высших наземных растений различают воздушное, или листовое, питание (Фотосинтез ) и почвенное, или корневое, питание (Минеральное питание растений ). Низшие растения (бактерии, грибы, водоросли) поглощают CO 2 , H 2 O и соли всей поверхностью тела.
Почва является необходимым и незаменимым субстратом, в котором растения укрепляются своими корнями, и из которого черпают влагу и элементы минерального питания. Велика роль почвы в формировании и сохранении биологического разнообразия.
С другой стороны - потоки всех элементов в биосфере проходят через почву, которая посредством специфических механизмов регулирует их направленность и интенсивность.
Одноклеточные организмы и водные растения поглощают ионы всей поверхностью, высшие наземные растения - поверхностными клетками корня , в основном корневыми волосками .
Через корень растения поглощают из почвы главным образом ионы минеральных солей, а также некоторые продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и корневые выделения др. растений. Ионы сначала адсорбируются на клеточных оболочках, затем проникают в цитоплазму через плазмалемму. Катионы (за исключением К+) проникают через мембрану пассивно, путём диффузии, анионы, а также К + (при низких концентрациях) - активно, с помощью молекулярных «ионных насосов», транспортирующих ионы с затратой энергии. Каждый элемент минерального питания играет в обмене веществ определённую роль и не может быть полностью заменен др. элементом. Анализ сухого вещества растений показывает, что в нем содержатся углерод (45 %), кислород (42 %), водород (6,5 %), азот (1,5 %), зольные элементы (5 %).
Все элементы, встречающиеся в растениях, принято делить на три группы:
Макроэлементы . 2. Микроэлементы. 3. Ультрамикроэлементы .
Ионы, поступающие в раст. клетку вступают в определенные взаимодействия, и типы этих взаимодействий различны.
Различают такие типы взаимодействий как антогонизм, синергизм, аддитивность.
Антогонизм ионов – это снижение одними катионами ядовитого эффекта других, обусловленного их взаимодействием с коллоидами протоплазмы. Синергизм - это комбинированное воздействие двух или более ионов, характеризующееся тем, что их объединённое биологическое действие существенно превосходит эффект каждого отдельно взятого компонента. Аддитивность – эффект совместного действия ионов равный сумме эффектов действия каждого вещества в отдельности.
В естественных условиях, растения получают необходимые вещества непосредственно из почвы, через корневую систему. В искусственных условиях чаще всего для выращивания растений используют метод гидропоники. Гидропоника (от гидро… и греч. pónos - работа) - выращивание растений не в почве, а в специальном питательном растворе. Питательный раствор представляет собой водный раствор веществ, необходимых растению для жизни и роста. При гидропонном методе выращивания растений все элементы должны содержаться в питательном растворе в оптимальном количестве.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие элементы являются органогенами, их процентное содержание в сухом веществе растения?
2. Какие зольные микроэлементы вы знаете? Какова их роль в растении?
3. Какие микроэлементы вам известны? Какую роль они играют в жизни растений?
4. В чем сущность нитрификации и денитрификации?
5. Дайте общую характеристику макро и микроэлементов.
6. Типы взаимодействия ионов в растительных клетках: синергизм, аддитивность, антогогизм.
Дыхание - совокупность реакций биологического окисления органических енерговмисних веществ с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. Дыхание является процессом, при котором атомы водорода (электроны) переносятся от органических веществ на молекулярный кислород. Выделяют два основных типа дыхания: анаэробное и аэробное.
Аэробное дыхание - совокупность процессов, осуществляющих окисление органических веществ и получения энергии с участием кислорода. Расщепление органических веществ является полным и происходит с образованием конечных продуктов окисления Н2О и СО2. Характерно аэробное дыхание для подавляющего большинства организмов и проходит в митохондриях клетки. Аэробные организмы в процессе дыхания могут окиснюваты различные органические соединения: углеводы, жиры, белки и т. В аэробных организмов окисления протекает с использованием кислорода в качестве акцептора (приемника) электрона до углекислого газа и воды. Аэробное дыхание - самый способ образования энергии. В основе - полное расщепление, которое происходит с участием реакций бескислородного и кислородного этапов энергетического обмена. Аэробное дыхание играет основную роль в обеспечении клеток энергией и рощепленни веществ до конечных продуктов окисления - воды и углекислого газа.
Ядро - это крепость, где спрятана главная разгадка самовоспроизведению жизни.