Химический процесс дыхания растений

Химизм дыхания.

Анаэробная фаза дыхания (гликолиз), его регуляция и энергетика.

1. Подготовительная, в результате которой происходят фосфорилирование гексозы и ее активация с использованием энергии АТФ и при этом образуются 2 триозы (ФГА, ФДОА).
2. Окисление в результате которой происходит окисление триозы до ФГК и восстановление НАД-зависимой дегидрогеназы.
3. Первого и второго субстратного фосфорилирования в результате которого синтезируется АТФ.

1. Глюкоза + АТФ — гексокиназа = Глюкозо-6-фосфат;
2. Глюкоза-6-фосфат — гексозофосфатизомераза = фруктоза-6-фосфат;
3. Фруктоза-6-фосфат + АТФ — фосфофруктокиназа = фруктозо-1,6-дифосфат;
4. Фруктозо-1,6-дифосфат — альдолаза = ФГА + ФДОА;
5. ФДОА — триозофосфатизомераза — 2ФГА;
6. 2 ФГА + 2 Н₃РО₄ + 2 Н₂О + НАД + триозофосфатдегидрогеназа = 2 1,3-ФГК + 2 НАДН + Н + ;
7. 2 1,3-ФГК + 2 АДФ — фосфогликолаткиназа = 2 3-ФГК + 2 АТФ (1-е субстратное фосфорилирование);
8. 2 3-ФГК — фосфоглицератмутаза = 2 2-ФГК;
9. 2 2-ФГК — Н₂О — фосфопируватгидротаза = 2 ФЕПК;
10. 2 ФЕПК + 2 АДФ — пируваткиназа = 2 ЕПВК + 2 АТФ (2-е субстратное фосфорилирование);
11. 2 ЕПВК = 2 ПВК.

1. Источник энергии.
2. Источник соединений (промежуточных продуктов окисления) необходимых для биосинтеза других сложных органических соединений (АК, ЖК, фенольных соединений, лигнина).
3. В ходе гликолиза из крахмала в хлоропластах образуются экспортные продукты — триозы.

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

Источник

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:

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:

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.

Источник

Дыхание растений

Образующиеся в ходе фотосинтеза сахара и другие органические соединения используются клетками растительного организма в качестве питательных веществ. На клеточном уровне этот процесс называется дыханием.

Клеточное дыхание– это окислительный, с участием О₂распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности.

Суммарное уравнение дыхания:

С₆Н₁₂О₆+ О₂6СО₂+ 6Н₂О + 2875 кДж/моль

Значение дыхания не ограничивается тем, что это процесс поставляющий энергию. Дыхание, подобно фотосинтезу, сложный окислительно-восстановительный процесс, идущий через ряд этапов. На его промежуточных стадиях образуются органические соединения (органические кислоты и пентозы), которые затем используются в различных метаболических реакциях. Кроме того, вода, образующаяся при дыхании, в крайних условиях обезвоживания может быть использована растением и предохранить его от гибели. Таким образом, дыхание – центральный метаболический процесс, переплетающийся многочисленными связями с другими процессами обмена.

Ферменты дыхания

С химической точки зрения дыхание – это медленное окисление, связанное с отнятием от субстрата электронов и протонов, а кислород играет роль их конечного акцептора, что отличает процесс дыхания от брожения (анаэробный процесс).

Окисление дыхательного субстрата осуществляется с участием ферментов оксидоредуктаз (I класс)

ДН₂ Е АН₂Д – донор электронов и протонов

Существует 3 группы оксидоредуктаз:

1. Анаэробные дегидрогеназы(передают электроны различным акцепторам, но не кислороду). В качестве кофермента – NAD+, NADP+. Например: лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа.
2. Аэробные дегидрогеназы(передают энергию различным акцепторам, в том числе и кислороду). В качестве простетической группы содержат рибофлавин (витамин В₂). Различают два кофермента этой группы: FMN или жёлтый дыхательный фермент Варбурга и FAD.

Пример: сукцинатдегидрогеназа.Доноры электронов для аэробных дегидрогеназ – анаэробные дегидрогеназы, а акцепторы – хиноны, цитохромы, кислород.

1. Оксидазы(передают электроны только кислороду). При этом образуются вода, перекись водорода и супероксидный анион кислорода – О₂ — .

4е Н₂О (цитохромоксидаза, полифенолоксидаза) АН₂+ 2е Н₂О₂(оксидазы аминокислот) О₂1е О 2- + Н + (ферменты типа ксантиноксидазы) Н₂О₂и О₂весьма токсичные, поэтому в клетках быстро трансформируются в воду и кислород. Среди оксидаз очень важную роль играют железосодержащие ферменты и переносчики, относящиеся к цитохромной системе. В неё входят цитохромы и цитохромоксидаза. Именно они передают электроны от флавопротеинов на кислород. Все компоненты цитохромной системы содержат железопорфириновую простетическую группу; при переносе электронов железо обратимо восстанавливается и окисляется, приобретая или отдавая электроны и изменяя таким образом свою валентность. Другие растительные оксидазы (полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза) являются медьсодержащими и немитохондриальными (окисляют соответственно фенолы и аскорбиновую кислоту). К оксидазам относятся также пероксидазы (используют в качестве окислителя перекись водорода) и каталаза (расщепляет перекись водорода на воду и кислород). Простетической группой каталазы и пероксидазы служит гем.

Источник