Дыхание. Понятие, значение, общее уравнение. Сходства и различия с фотосинтезом

Дыхание – это процесс биологического окисления органических молекул, в результате которого высвобождается энергия и образуются химически активные метаболиты. Это катаболический процесс и его протекание ведет к увеличению энтропии и выделению свободной энергии, которая необходима для биосинтетических процессов, для обеспечения активного транспорта через мембраны и для клеточных движений. Для обеспечения этих процессов энергией происходит поэтапное ее высвобождение, поскольку залповое высвобождение энергии для живых организмов (как при горении) является разрушающим. Высвобождающаяся энергия запасается в АТФ. АТФ следует рассматривать как носитель свободной энергии, а не как форму запасания энергии. При трансформации энергии химических связей органических молекул в энергию макроэргических связей около 60% энергии рассеивается в виде теплоты, конкретное значение КПД при этом зависит от пути дыхания. Включение того или иного пути дыхания зависит как от внутренних (наличие того или иного субстрата), так и от внешних (наличие или отсутствие кислорода) причин. Для биосинтеза некоторых молекул требуется наличие не только АТФ, но и восстановительного эквивалента, поэтому один из путей дыхания (пентотзофосфатный) является поставщиком НАДФН₂.

Биологическая роль процессов дыхания связана не только с обеспечением организма энергией, но и с образованием химически активных метаболитов, в роли которых выступают разнообразные промежуточные соединения. Например органические кислоты цикла Кребса используются для синтеза аминокислот; биосинтез ароматических аминокислот (фен, три, тир) связан с шикимовой кислотой, которая образуется из метаболитов пентозофосфатного пути; предшественником пуринов также является один из метаболитов процессов дыхания – сукцинил-КоА.

Т. Соссюр, используя количественные методы анализа, установил, что в темноте растение поглощает столько кислорода, сколько выделяет углекислого газа. Отношение количества молекул СО₂, выделяемого при дыхании, к количеству поглощенных молекул кислорода называют дыхательным коэффициентом (ДК). Оказалось, что ДК не всегда равен единице, а только в случае, если дыхательным субстратом являются углеводы. Это следует из общего уравнения дыхания:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О

Субстратом дыхания может быть любое органическое соединение. Например, катаболизм стеариновой кислоты протекает по следующей схеме:

С₁₇Н₃₅СООН + 26О₂ → 18СО₂ + 18Н₂О

ДК = 18/26 ≈ 0,7

ДК = 4

Величина ДК зависит от степени восстановленности субстрата. Выделяющиеся в процессе дыхания газы можно учитывать при помощи аппарата Варбурга. На основании этого учета можно вычислить ДК и предположить, что именно является дыхательным субстратом в данный момент.

В истории изучения дыхания было два подхода. Сторонники одного из них считали, что суть дыхания сводится к активизации кислорода; а другого – к активизации водорода. Это противоречие было устранено в 1925 г. в связи с открытием фермента цитохромоксидазы. Этот фермент снимает электроны с атомов водорода непосредственно на кислород, т. е. в процессе дыхания происходит активизация и кислорода и водорода.

Дыхание	Фотосинтез
Матрикс митохондрий	Проходит в клетках с хлоропластами
Поглощается кислород	Поглощается углекислый газ
Выделяется углекислый газ	Выделяется кислород
Протекает и на свету и в темноте	Протекает только на свету
Органические вещества разрушаются	Органические вещества образуются
Энергия расходуется	Энергия накапливается

Поиск по сайту: