Respiratia este forma cea mai perfecta a procesului oxidativ si cea mai eficienta metoda de a obtine energie. Principalul avantaj al respirației este că energia substanței oxidabile - substratul pe care crește microorganismul - este folosit cel mai complet. Prin urmare, în procesul de respirație, mult mai puțin substratul este procesat pentru a obține o anumită cantitate de energie decât, de exemplu, în timpul fermentației.
Figura 10. Rolul acidului bivalent în procesele de respirație și fermentare.
Procesul de respirație este că carbohidrații (sau proteinele, grăsimile și alte substanțe de stocare a celulelor) se descompun, oxidat de oxigenul din aer, până la dioxidul de carbon și apă. Energia eliberată în același timp este folosită pentru menținerea activității vitale a organismelor, creșterea și reproducerea. Bacteriile din cauza dimensiunii neglijabile a corpului lor nu pot acumula o cantitate semnificativă de substanțe de rezervă. Prin urmare, ele folosesc în principal compuși ai mediului nutritiv.
În general, respirația poate fi reprezentată de următoarea ecuație:
C6H12O6 + 602 = 6C02 + 6H20 + 2,87-106 J.
glucoza de dioxid de carbon dioxid de carbon de apă
În spatele acestei simple formulări se află un lanț complex de reacții chimice, fiecare dintre acestea fiind catalizată de o enzimă specifică.
Fig. 11. Schema de cale glicolitică pentru scindarea carbohidraților.
Reacțiile enzimatice care apar în procesul de respirație sunt acum bine studiate. Schema reacțiilor sa dovedit a fi universală, adică în principiu aceeași la animale, plante și multe microorganisme, inclusiv bacterii. Procesul de respirație în timpul oxidării glucozei constă în următoarele etape principale (Figura 10).
În primul rând, formarea de esteri fosfat de glucoză - monoaktivirovannaya difosfat glucoză sub formă de divizat în continuare în două fosfat triose (compuși cu trei atomi de carbon): fosfogliceraldehid și fosfat dihidroxiacetona, care pot fi convertite în mod reversibil unul de altul.
Fig. 12. Un ciclu de acizi tricarboxilici. Săgețile indică direcția, iar numerele indică ordinea reacțiilor.
În continuare, în schimb, intră alfahidrofosfoglicerol, este oxidat în acid difosfoglicerinic. Scopul acestui proces este de a împărți atomii de hidrogen din substratul oxidat și de a transfera hidrogen cu enzime oxidante specifice la oxigenul aerului (vezi figurile 10, 11).
Hidrogenul din fosfoglicerol aldehidă este atașat la enzima - nicotină-amiddinucleotidă (NAD); în timp ce aldehida este oxidat în acid și energia este eliberată. O parte din această energie este cheltuită pentru formarea ATP; în timp ce acidul fosforic este atașat la adenozin difosfat y-ADP. Când se hidrolizează ATP, se eliberează energie și poate fi folosită pentru diferite procese de sinteză a proteinelor și alte nevoi celulare.
Acidul fosfoglicerilic este oxidat în acid piruvic. În același timp, se formează ATP, adică se stochează energie.
Aceasta încheie prima etapă anaerobă a procesului de respirație, numită calea glicolitice sau calea lui Embden - Meyerhof - Parnassus. Pentru a efectua aceste reacții, oxigenul nu este necesar. Acidul piruvic rezultat (CH3COOH) este un compus interesant și foarte important. Modalitățile de împărțire a glucozei în procesul de respirație și multe fermentări, până la formarea acidului piruvic, merg exact așa cum a fost inițial stabilit de biochimistul rus SP Kostychev. Acidul acid piruvic este punctul central din care diferă căile de respirație și fermentație, de unde începe lanțul transformărilor enzimatice specifice acestui proces - un lanț specific de reacții chimice (figura 11).
În procesul de respirație, acidul piruvic intră în ciclul de acizi tricarboxilici (Figura 12). Acesta este un ciclu complex de reacții, care rezultă în acizii organici cu formare de 4, 5 sau 6 atomi de carbon (malic, lactic, fumării-wai, glutaric și citric un ceto) și otscheplya- „dioxid de carbon tsya.
CO2 Mai întâi de acid piruvic care conține trei atomi de carbon, este scindată - se formează acid acetic, care este o coenzima A formează compusul activ - acetil coenzima A. Se transmite restul de acid acetic (acetil) la oxaloacetică acidului
Aceasta completează ciclul. Acidul oxaloacetic poate intra din nou în ciclu.
Astfel, acidul piruvic cu trei atomi de carbon intră în ciclu, iar în cursul transformărilor se eliberează 3 molecule de CO2.
acid piruvic hidrogenul eliberat în timpul dehidrogenării în condiții aerobe, nu rămâne liber - aceasta intră în lanțul respirator (precum și gliceraldehid hidrogen, luat în transformarea acestuia într-un acid gliceric). Acesta este un lanț de enzime oxidative.
Enzimele, care primesc hidrogen din substratul oxidat, se numesc dehidrogenaze primare.
Acestea includ nucleotidele de diil tripiridină: NAD sau NADP și o proteină specifică. Mecanismul de adăugare a hidrogenului este același:
Substanță oxidată - H2 + NAD -> substanță oxidată + NAD * H2
Hidrogenul produs de dehidrogenază este apoi atașat la următorul sistem enzimatic - enzime flavin (FMN sau FAD).
Din enzimele flavinice, electronii cad pe proteinele care conțin citocrom-fier (proteine complexe). Pe lanțul citocromului, nu este transmis atomul de hidrogen, ci doar electronii. În acest caz, valența fierului se schimbă: Fe ++ -> Fe ++
Reacția finală de respirație este adăugarea unui proton și a unui electron la oxigenul aerului și formarea apei. Dar, înainte de aceasta, molecula de oxigen este activată sub acțiunea enzimei citocrom oxidază. Activarea se reduce la faptul că oxigenul obține o încărcare negativă datorită adăugării unui electron al substanței oxidabile. La oxigenul activat se adaugă hidrogen (proton), formând apă.
În plus față de lanțul transportor de electroni și hidrogen menționați mai sus, sunt cunoscuți și alții. Acest proces este mult mai complicat decât schema prezentată.
Semnificația biologică a acestor reacții constă în substanțe și energie formarea de oxidare, rezultat al oxidării moleculelor de zahar (glucoza) din energia stocată ATP 12,6-1053zh în moleculă conține un zahăr, prin urmare, 28,6-106 J. util este utilizat 44% din energia. Acesta este un coeficient de eficiență foarte mare, dacă îl comparăm cu eficiența mașinilor moderne.
În procesul de respirație se formează o cantitate imensă de energie. Dacă totul ar fi eliberat imediat, atunci celula nu va mai exista. Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece energia nu este alocată nu pe toate odată, ci pe etape, în porțiuni mici. Eliberarea energiei în doze mici se datorează faptului că respirația este un proces cu mai multe etape, în diferite stadii, în care se formează diferite produse intermediare (cu lungimi diferite ale lanțului de carbon) și se eliberează energie. Energia eliberată nu este consumată sub formă de căldură, ci este stocată într-un compus macroergic universal - ATP. Atunci când ATP este împărțit, energia poate fi folosită în orice proces necesar pentru a menține funcțiile vitale ale organismului: sinteza diferitelor substanțe organice, munca mecanică, menținerea presiunii osmotice a protoplasmei și așa mai departe.
Respirația este un proces care dă energie, însă semnificația sa biologică nu se limitează la aceasta. Ca rezultat al reacțiilor chimice care însoțesc respirația, se formează un număr mare de compuși intermediari. Dintre acești compuși, având diferite cantități de atomi de carbon, pot fi sintetizate cele mai diverse substanțe celulare: aminoacizi, acizi grași, grăsimi, proteine, vitamine.
Prin urmare, metabolismul carbohidraților determină metabolismul rămas (proteine, grăsimi). Aceasta este valoarea lui mare.
Cu procesul de respirație, reacțiile sale chimice implică una dintre proprietățile uimitoare ale microbilor - capacitatea de a emite lumină vizibilă - la luminesc.
Se știe că un număr de organisme vii, inclusiv bacterii, pot emite lumină vizibilă. Luminiscența provocată de microorganisme a fost cunoscută de secole. Acumularea de bacterii luminescente, care se află în simbioză cu animale mici marine, uneori duce la o strălucire a mării; cu luminescență s-au observat, de asemenea, cu creșterea unor bacterii pe carne etc.
Principalele componente ale interacțiunii dintre care duce la emisia de lumină sunt reduse forme de PSK sau DNA, oxigen molecular, luciferaza enzimă și compusul oxidabile - luciferin. Se presupune că NAD redusă și FMN reacționează cu luciferaza, luciferină și oxigen, rezultând electroni în unele molecule sunt excitat, iar acești electroni reveni la starea de sol însoțită de o emisie de lumină. Luminiscenta în microbi considerate ca „proces risipitor“, deoarece acest lucru reduce eficiența energetică a respirației.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: