Анаэробное дыхание растений
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: С6Н12О6 → 2С2Н5ОН+2СО2 + 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: Процесс дыхания растений). 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 высших растений, 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 С02 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.
Источник
35 Значение дыхания в жизни растения. Аденозинтрифосфат. Структура и функции.
Дыхание — один из важнейших процессов обмена веществ растительного организма. Выделяющаяся при дыхании энергия тратится как на процессы роста, так и на поддержание в активном состоянии уже закончивших рост органов растения. процесс дыхания — источник многих метаболитов. являются поставщиками энергетических эквивалентов и метаболитов.
АТФ представляет собой нуклеотидфосфат, состоящий из азотистого основания (аденина), пентозы (рибозы) и трех молекул фосфорной кислоты. Две концевые молекулы фосфорной кислоты образуют макроэргические, богатые энергией связи. В клетке АТФ содержится, в виде комплекса с ионами магния. Аденозинтрифосфйт в процессе дыхания образуется из аденозиндифосфата и остатка неорганической фосфорной кислоты (Фн) с использованием энергии, освобождающейся при окислении различных органических веществ: АДФ + Фн -> АТФ + Н20. При этом энергия окисления органических соединений превращается в энергию фосфорной связи. свойства этого вещества определяются тем, что конечная фосфатная группа легко переносится с АТФ на другие соединения или отщепляется с выделением энергии. Эта энергия представляет собой разность между свободной энергией АТФ и свободной энергией образующихся продуктов (AG). AG — это изменение свободной энергии системы или количество избыточной энергии, которая освобождается при реорганизации химических связей. Распад АТФ происходит по уравнению: АТФ + Н20 -> АДФ + Фн, при этом происходит как бы разрядка аккумулятора, при рН = 7 выделяется AG = —30,6 кДж. Этот процесс катализируется ферментом аденозинтрифосфатазой (АТФаза).
36. Пути дыхательного обмена. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз).
Существуют две основные системы и два основных пути превращения дыхательного субстрата. 1) гликолиз + цикл Кребса (гликолитический);
2) пентозофосфатный (апотомический).
роль этих путей дыхания может меняться в зависимости от типа растений, возраста, фазы развития, а также в зависимости от факторов среды.
Анаэр фаза: Гликолиз осуществляется в цитоплазме, во всех живых клетках организмов.в процессе гликолиза происходит преобразование молекулы гексозы до 2молекул пировиноградной кислоты . Этот опроцесс может протекать в анаэробных условиях отсутствие через ряд этапов: 1.активация глюкозы путем фосфолирирования шестого углеродного атома за счет взаимодействия с АТФ.
2Затем глюкозо-6-фосфат изомеризуется до фруктозо-6-фосфата. Процесс катализируется ферментом фосфоглюкоизомеразой:
3. фосфорилирование при участии АТФ. Фосфорная кислота присоединяется к первому углеродному атому молекулы фруктозы, процесс катализируется ферментом фосфофруктокиназой
4. фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется с образованием двух триоз, реакция катализируется ферментом альдолазой, которая состоит из четырех субъединиц и содержит свободные SH-группы
5. Молекула фосфодиоксиацетона при участии фермента триозофосфатизомеразы превращается также в 3-фосфоглицериновый альдегид
6. ФГА, окисляясь до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (ДФГК). Это важнейший этап гликолиза. Процесс идет с участием неорганического фосфата (Н3Р04) и фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидро-геназы. Окисление идет с выделением энергии и восстановлением кофермента НАД.
7. за счет имеющейся макроэргической связи в 1,3-дифосфоглицериновой кислоте образуется АТФ. Процесс катализируется ферментом фосфоглицераткиназой
8. Затем 3-ФГК превращается в 2-ФГК, (-т.е фосфатная группа переносится катализируется ферментом фосфоглицеромутазой и идет в присутствии магния)
9. происходит дегидратация ФГК. Реакция идет при участии фермента енолазы в присутствии ионов Mg2+ или Мп2+. Дегидратация сопровождается перераспределением энергии внутри молекулы, в результате чего возникает макроэргическая связь. Образуется фосфоенолпировиноградная кислота
10.фермент пируваткиназа переносит богатую энергией фосфатную группу на АДФ с образованием АТФ и пировиноградной кислоты. Для протекания реакции необходимо присутствие ионов Mg2+ или Мn2+
образуются 2 молекулы НАДН, которые вступают в дыхательную цепь, что приводит к дополнительному образованию АТФ. Образовавшиеся две молекулы пировиноградной кислоты участвуют в аэробной фазе дыхания.
Источник