Выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ .
Больше путей переноса протонов через мембрану анаэробная ЭТЦ не содержит (в аэробной же их 3), в связи с чем нитратное дыхание по эффективности в расчёте на 1 моль глюкозы составляет лишь 70 % от аэробного. При поступлении в среду молекулярного кислорода бактерии переключаются на обычное дыхание.
Нитратное дыхание встречается, хотя и редко, и среди эукариот. Так, нитратное дыхание, сопровождающееся денитрификацией и выделением молекулярного азота, недавно открыто у фораминифер . До этого нитратное дыхание с образованием N 2 O было описано у грибов Fusarium и Cylindrocarpon (см. .
Сульфатное дыхание
В настоящее время известен ряд бактерий, способных окислять органические соединения или молекулярный водород в анаэробных условиях, используя в качестве акцепторов электронов в дыхательной цепи сульфаты , неорганические тиосульфаты , сульфиты , молекулярную серу . Этот процесс получил название диссимиляционной сульфатредукции, а бактерии, осуществляющие этот процесс - сульфатвосстанавливающих или сульфатредуцирующих.
Все сульфатвосстанавливающие бактерии - облигатные анаэробы.
Сульфатвосстанавливающие бактерии получают энергию в процессе сульфатного дыхания при переносе электронов в электронтранспортной цепи. Перенос электронов от окисляемого субстрата по электронтранспортной цепи сопровождается возникновением электрохимического градиента ионов водорода с последующим синтезом АТФ .
Подавляющее большинство бактерий этой группы хемоорганогетеротрофы. Источником углерода и донором электронов для них являются простые органические вещества - пируват , лактат , сукцинат , малат , а также некоторые спирты . У некоторых сульфатвосстанавливающих бактерий обнаружена способность к хемолитоавтотрофии, когда окисляемым субстратом является молекулярный водород .
Сульфатвосстанавливающие эубактерии широко распространены в анаэробных зонах водоёмов разного типа, в иле , в почвах , в пищеварительном тракте животных . Наиболее интенсивно восстановление сульфатов происходит в соленых озерах и морских лиманах , где почти нет циркуляции воды, и содержится много сульфатов. Сульфатвосстанавливающим эубактериям принадлежит ведущая роль в образовании сероводорода в природе и в отложении сульфидных минералов . Накопление в среде H 2 S часто приводит к отрицательным последствиям - в водоемах к гибели рыбы , в почвах к угнетению растений . С активностью сульфатвосстанавливающих эубактерий связана также коррозия в анаэробных условиях различного металлического оборудования, например, металлических труб.
Фумаратное дыхание
В качестве акцептора электронов может использоваться фумарат . Фумаратредуктаза сходна с нитритредуктазой: лишь вместо молибдоптерин содержащей субъединицы в её состав входит ФАД и гистидин содержащая субъединица. Трансмембранный протонный потенциал образуется аналогичным образом: перенос протонов не происходит, однако фумаратредуктаза связывает протоны в цитоплазме, а дегидрогеназы в начале ЭТЦ выделяют протоны в периплазму. Перенос электронов с дегидрогеназ на фумаратредуктазу происходит обычно через мембранный пул менохинонов.
Фумарат, как правило, отсутствует в природных местообитаниях и образуется самими микроорганизмами из аспартата , аспарагина , сахаров , малата и цитрата . В виду этого большинство бактерий, способных к фумаратному дыханию содержат фумаразу, аспартат: аммиак-лиазу и аспарагиназу , синтез которого контролирует чувствительный к молекулярному кислороду белок Fnr.
Введение
1. Аэробное дыхание
1.1 Окислительное фосфолирование
2. Анаэробное дыхание
2.1 Типы анаэробного дыхания
4.Список литературы
Введение
Дыхание присуще всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад органических веществ, синтезированных в процессе фотосинтеза, протекающих с потреблением кислорода и выделением диоксида углерода. А.С. Фаминцын рассматривал фотосинтез и дыхание как две последовательные фазы питания растений: фотосинтез готовит углеводы, дыхание перерабатывает их в структурную биомассу растения, образуя в процессе ступенчатого окисления реакционноспособные вещества и освобождая энергию, необходимую для их превращения и процессов жизнедеятельности в целом. Суммарное уравнение дыхания имеет вид:
CHO + 6O → 6CO + 6HO + 2875кДж.
Из этого уравнения становится ясно, почему именно скорость газообмена используют для оценки интенсивности дыхания. Оно было предложено в 1912 г. В. И. Палладиным, который считал, что дыхание состоит из двух фаз - анаэробной и аэробной. На анаэробном этапе дыхания, идущем в отсутствие кислорода, глюкоза окисляется за счет отнятия водорода (дегидрирования), который, по мнению ученого, передается на дыхательный фермент. Последний при этом восстанавливается. На аэробном этапе происходит регенерация дыхательного фермента в окислительную форму. В. И. Палладин впервые показал, что окисление сахара идет за счет непосредственного окисления его кислородом воздуха, поскольку кислород не встречается с углеродом дыхательного субстрата, а связано с его дегидрированием.
Существенный вклад в изучение сути окислительных процессов и химизма процесса дыхания внесли как отечественные (И.П. Бородин, А.Н.Бах, С.П. Костычев, В.И. Палладин), так и зарубежные (А.Л. Лавуазье, Г. Виланд, Г. Кребс) исследователи.
Жизнь любого организма неразрывно связана с непрерывным использованием свободной энергии, генерируемой при дыхании. Неудивительно, что изучению роли дыхания в жизни растения в последнее время отводят центральное место в физиологии растений.
1. Аэробное дыхание
Аэробное дыхание - это окислительный процесс, в ходе которого расходуется кислород. При дыхании субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высоким выходом энергии. Важнейшими субстратами для дыхания служат углеводы. Кроме того, при дыхании могут расходоваться жиры и белки.
Аэробное дыхание включает два основных этапа:
- бескислородный, в процессе, которого происходит постепенное расщепление субстрата с высвобождением атомов водорода и связыванием с коферментами (переносчиками типа НАД и ФАД);
- кислородный, в ходе которого происходит дальнейшее отщепление атомов водорода от производных дыхательного субстрата и постепенное окисление атомов водорода в результате переноса их электронов на кислород.
На первом этапе вначале высокомолекулярные органические вещества (полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.) под действием ферментов расщепляются на более простые соединения (глюкозу, высшие карбоновые кислоты, глицерол, аминокислоты, нуклеотиды и т.п.) Этот процесс происходит в цитоплазме клеток и сопровождается выделением небольшого количества энергии, которая рассеивается в виде тепла. Далее происходит ферментативное расщепление простых органических соединений.
Примером такого процесса является гликолиз - многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (С) расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (С). При этом образуется две молекулы АТФ, и выделяются атомы водорода. Последние присоединяются к переносчику НАД (никотинамидадениндинклеотид), который переходит в свою восстановительную форму НАД ∙ Н + Н. НАД кофермент, близкий по своей структуре к НАДФ. Оба они представляют собой производные никотиновой кислоты - одного из витаминов группы В. Молекулы обоих коферментов электроположительны (у них отсутствует один электрон) и могут играть роль переносчика как электронов, так и атомов водорода. Когда акцептируется пара атомов водорода, один из атомов диссоциирует на протон и электрон:
а второй присоединяется к НАД или НАДФ целиком:
НАД+ Н + [Н+ е] → НАД ∙ Н + Н.
Свободный протон позднее используется для обратного окисления кофермента. Суммарно реакция гликолиза имеет вид
CHO +2АДФ + 2НРО + 2 НАД→
2СНО + 2АТФ + 2 НАД ∙ Н + Н+ 2 HO
Продукт гликолиза - пировиноградная кислота (СНО) - заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в митохондриях. Здесь происходит полное окисление пировиноградной кислоты до COи HO. Этот процесс можно разделить на три основные стадии:
- окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты;
- цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса);
- заключительная стадия окисления - электронтранспортная цепь.
На первой стадии пировиноградная кислота взаимодействует с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент а с высокоэнергетической связью. При этом от молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула CO(первая) и атомы водорода, которые запасаются в форме НАД ∙ Н + Н.
Вторая стадия - цикл Кребса (рис. 1)
В цикл Кребса вступает ацетил-КоА, образованный на предыдущей стадии. Ацетил-КоА взаимодействует со щавелево-уксусной кислотой, в результате образуется шестиуглеродная лимонная кислота. Для этой реакции требуется энергия; ее поставляет высокоэнергетическая связь ацетил-КоА. В конце цикла щавелево-лимонная кислота регенерируется в прежнем виде. Теперь она способна вступить в реакцию с новой молекулой ацетил-КоА, и цикл повторяется. Суммарно реакция цикла может быть выражена следующим уравнением:
ацетил-КоА + 3HO + 3НАД+ ФАД + АДФ + НРО→
КоА + 2CO+ 3НАД ∙ Н + Н+ФАД ∙ H+ АТФ.
Таким образом, в результате распада одной молекулы пировиноградной кислоты в аэробной фазе (декарбоксилирование ПВК и цикла Кребса) выделяется 3CO, 4 НАД ∙ Н + Н, ФАД ∙ H. Суммарно реакцию гликолиза, окислительного декарбоксилирования и цикла Кребса можно записать в следующем виде:
CHO + 6 HO + 10 НАД + 2ФАД →
6CO+ 4АТФ + 10 НАД ∙ Н + Н+ 2ФАД ∙ H.
Третья стадия - электротранспортная цепь.
Пары водородных атомов, отщепляемые от промежуточных продуктов в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса, в конце концов, окисляются молекулярным кислородом до HO с одновременным фосфолированием АДФ в АТФ. Происходит это тогда, когда водород, отделившийся от НАД ∙ Hи ФАД ∙ H, передается по цепи переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий. Пары атомов водорода 2Н можно рассматривать как 2 Н + 2е. Движущей силой транспорта атомов водорода в дыхательной цепи является разность потенциалов.
С помощью переносчиков ионы водорода Нпереносятся с внутренней стороны мембраны на ее внешнюю сторону, иначе говоря, из матрикса митохондрии в межмембранное пространство (рис. 2).
|
|
При переносе пары электронов от над на кислород они пересекают мембрану три раза, и этот процесс сопровождается выделением на внешнюю сторону мембраны шести протонов. На заключительном этапе протоны переносятся на внутреннюю сторону мембраны и акцептируются кислородом:
½ O + 2е → O.
В результате такого переноса ионов Нна внешнюю сторону мембраны митохондрий в перимитохондриальном пространстве создается концентрация их, т.е. возникает электрохимический градиент протонов.
Когда протонный градиент достигает определенной величины, ионы водорода из Н-резервуара движутся по специальным каналам в мембране, и их запас энергии используется для синтеза АТФ. В матриксе они соединяются с заряженными частичками О, и образуется вода: 2Н+ О²ˉ → HO.
1.1 Окислительное фосфолирование
Процесс образования АТФ в результате переноса ионов Нчерез мембрану митохондрии получил название окислительного фосфолирования. Он осуществляется при участии фермента АТФ-синтетазы. Молекулы АТФ-синтетазы располагаются в виде сферических гранул на внутренней стороне внутренней мембраны митохондрий.
В результате расщепления двух молекул пировиноградной кислоты и переноса ионов водорода через мембрану по специальным каналам синтезируется в целом 36 молекул АТФ (2 молекулы в цикле Кребса и 34 молекулы в результате переноса ионов Н через мембрану).
Суммарное уравнение аэробного дыхания можно выразить следующим образом:
CHO + O+ 6HO + 38АДФ + 38НРО→
6CO+ 12HO + 38АТФ
Совершенно очевидно, что аэробное дыхание прекратится в отсутствии кислорода, поскольку именно кислород служит конечным акцептором водорода. Если клетки не получают достаточного количества кислорода, все переносчики водорода вскоре полностью насытятся и не смогут передавать его дальше. В результате основной источник энергии дл образования АТФ окажется блокированным.
аэробное дыхание окисление фотосинтез
2. Анаэробное дыхание
Анаэробное дыхание. Некоторые микроорганизмы способны использовать для окисления органических или неорганических веществ не молекулярный кислород, а другие окисленные соединения, например, соли азотной, серной и угольной кислот, превращающиеся при этом в более восстановленные соединения. Процессы идут в анаэробных условиях, и их называют анаэробным дыханием:
2HNO + 12Н→ N + 6HO + 2Н
HSO + 8Н→ HS + 4HO
У микроорганизмов, осуществляющих такое дыхание, конечным акцептором электронов будет не кислород а неорганическое соединения - нитриты, сульфаты и карбонаты. Таким образом, различия между аэробным и анаэробным дыханием заключается в природе конечного акцептора электронов.
2.1 Типы анаэробного дыхания
Основные типы анаэробного дыхания приведены в таблице 1. есть также данные об использовании бактериями в качестве акцепторов электронов Mn, хроматов, хинонов и др.
Таблица 1 Типы анаэробного дыхания у прокариот (по: М.В Гусев, Л.А. Минеева 1992, с изменениями)
|
Энергетический процесс |
Конечный акцептор электронов |
Продукты восстановления |
|
Нитратное дыхание и нитрификация |
||
|
Сульфатное и серное дыхание |
||
|
“Железное ” дыхание |
||
|
Карбонатное дыхание |
СН, ацетат |
|
|
Фумаратное дыхание |
Сукцинат |
Свойство организмов переносить электроны на нитраты, сульфаты и карбонаты обеспечивает в достаточной степени полное окисление органического или неорганического вещества без использования молекулярного кислорода и обуславливает возможность получения большого количества энергии, чем при брожении. При анаэробном дыхании выход энергии только на 10% ниже. Чем при аэробном. Организмы, для которых характерно анаэробное дыхание, имеют набор ферментов электронтранспортной цепи. Но цитохромоксилаза в них заменяется нитратредуктазой (при использовании в качестве акцептора электронов нитрата) или аденилсульфатредуктазой (при использовании сульфата) или другими ферментами.
Организмы, способные осуществлять анаэробное дыхание за счет нитратов, - факультативные анаэробы. Организмы, использующие сульфаты в анаэробном дыхании, относятся к анаэробам.
Вывод
Органические вещества из не органических зеленое растение образует только на свету. Эти вещества используются растением только для питания. Но растения не только питаются. Они дышат, как все живые существа. Дыхание происходит непрерывно днем о ночью. Дышат все органы растения. Растения дышат кислородом, а выделяют углекислый газ, как животные и человек.
Дыхание растений может происходить, как в темноте, так и на свету. Значит, на свету в растении протекают два противоположных процесса. Один процесс - фотосинтез, другой - дыхание. Во время фотосинтеза создаются органические вещества из неорганических и поглощается энергия солнечного света. Во время дыхания в растении расходуются органические вещества. А энергия, необходима для жизнедеятельности, освобождается. На свету в процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Вместе с углекислым газом растения на свету поглощают из окружающего воздуха и кислород, необходимый растениям для дыхания, но в гораздо меньших количествах, чем выделяются при образовании сахара. Углекислого газа при фотосинтезе растения поглощают гораздо больше, чем выделяют его придыхании. Декоративные растения в комнате при хорошем освещении выделяют днем значительно больше кислорода, чем поглощают его в темноте ночью.
Дыхание во всех живых органов растения происходит непрерывно. Когда прекращается дыхание, растение, так же как и животное погибает.
Список литературы
1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений Ф50/Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др.; под. ред. Н.Н. Третьякова. - М.; Колос, 2000 - 640 с.
2. Биология в экзаменационных вопросах и ответах Л44/ Лемеза Н.А., Камлюк Л.В.; 7-е изд. - М.: Айрис-пресс, 2003. - 512 с.
3. Ботаника: Учеб. Для 5-6 кл. сред. Шк.-19-е изд./Перераб. А.Н. Сладковым. - М.: Просвещение, 1987. - 256 с.
7 .3 С ДыханиеШкола:
Дата:
Фамилия и имя учителя: Жакупов АЖ
КЛАСС: 7
Количество присутствующих:
отсутствующих:
Тема урока
Аэробный и анаэробный типы дыхания
Тип урока
Комбинированный урок
Цели обучения, которые помогают достичь данный урок
различать анаэробное и аэробное типы дыхания
Цели урока
способствовать определению и описанию аэробного дыхания, используя уравнение химической реакции процесса дыхания;
сформулировать навыки анализирования, обобщения при сопоставлении анаэробного и аэробного дыхания.
Критерии
оценивания
Ученики могут:
Определять и описывать аэробное дыхание, используя уравнение химической реакции процесса дыхания
Сопоставлять анаэробное и анаэробное дыхания
Языковые цели
Учащиеся могут:
описывать аэробное и анаэробное дыхание в устной и письменной форме
Предметная лексика и
терминология
аэробное, анаэробное («ан» означает без)
(клеточное) дыхание, глюкоза, кислород, углекислый газ, вода, молочная кислота, энергия
Серия полезных фраз для диалога/письма:
глюкоза +кислород → углекислый газ +вода (+энергия)
Привитие ценности
Умение эффективно работать как в команде, так и индивидуально
Межпредметные связи
Химия (уравнения реакции)
Связи с ИКТ
Презентация, использование Интернет-ресурсов
Предыдущее обучение
Дыхание 6 класс
План
Запланированные этапы урока
Запланированная деятельность на уроке
Ресурсы
2 мин.
7 мин
I . Организационный момент.
1) Фронтальный опрос учащихся:
Фотосинтез это
У каких растении бывает фотосинтез
Презентация
15 мин
10 мин
ДЗ
II . Изучение новой темы
Какие Признаки живых организмов вы знаете?
Питание дыхание движение раздражимость размножение
Дыхание у животных
Для чего же мы дышим? Как связаны процесс получения энергии и дыхание? Оказывается, под воздействием кислорода органические вещества распадаются на простые компоненты: углекислый газ, воду, иногда и другие соединения. При распаде органических веществ выделяется энергия, которая и используется живыми организмами. Они дышат, чтобы получить энергию.
Как вы помните, животные получают органику из поедаемой пищи. Растения сами создают белки, жиры, углеводы, используя энер- гию света в ходе фотосинтеза. Из одной части накопленных органиче- ских веществ растения строят собственные тела. А другая часть образо- вавшихся при фотосинтезе веществ расходуется на энергию. Растения, как и животные, дышат, чтобы с помощью кислорода разрушить уже
созданные вещества и получить из них энергию для жизни. К счастью, растения гораздо активнее фотосинтезируют, чем дышат. Ведь расте- ния почти не тратят энергию на движение своих тел и работу нервной системы и постоянно получают ее от Солнца (рис. 66). Поэтому всем животным хватает и кислорода, образующегося в ходе фотосинтеза, и питательных веществ, с избытком созданных растениями.
Выполняю самостоятельно записывая в тетрадь
Типы дыхания.
заполнить таблицу «Сравнение аэробного и анаэробного типа дыхания» .
Рисунки животных
5 мин
Рефлексия «Синквейн»
Назовите тему урока одним словом
Назовите 3 действия, которые можно выполнять с темой.
Выразите в одном предложении свое впечатление о теме урока
Как иначе можно назвать тему?
Аэробное дыхание - процесс освобождения заключенной в органических веществах энергии для жизнедеятельности организма, при котором в качестве окислителя веществ используется свободный кислород воздуха или кислород, растворенный в воде. Аэробное дыхание ведут животные и растения, а также микроорганизмы.
Появление аэробного дыхания в процессе эволюции.
Кислородная среда является достаточно агрессивной по отношению к микроорганизму. Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O2. Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии.
Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O2 гибнут - например, представители рода бактерий и архей: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода среде.
Поэтому, когда среда всей планеты много миллионов лет тому назад стала накапливать в себе большое количество молекулярного кислорода, большинство микроорганизмов погибло. Только малая часть смогла приспособиться и начать использовать кислород для дыхания, что дало им большое преимущество. А анаэробы остались развиваться в почве и бескислородных средах.
Многие женщины и мужчины имеют лишний вес, который необходимо скинуть в короткие сроки и с минимальным ущербом для собственного здоровья. Существует специальная методика, которая предполагает проведение физических упражнений для эффективного снижения веса.
Как правило, различают два основных метода дыхания, которые применяются при физических тренировках. Первая разновидность - это анаэробное дыхание, вторая - аэробное дыхание.
Следует отметить, что аэробное дыхание необходимо начинать на этапе разминки, чтобы подготовить организм для будущей нагрузки. Как правило, процесс начинается уже после первой половины часа занятий. У тех, кто занимается регулярно, жировая основа начинает «таять» уже после первых 10 минут физических упражнений.
Для начала проводите занятия примерно 2-3 раза в неделю. Этого будет вполне достаточно для постепенного привыкания организма и исключения возможной перегрузки. Постепенно увеличьте количество тренировок до 4-5 раз. Конечно же, на частоту занятий оказывает непосредственное влияние образ жизни и рабочий график. Но даже после утомительного трудового дня можно выделить полчаса на проведение элементарных упражнений в домашних условиях.
Перед началом занятий выберите для себя удобную одежду, от которой будет зависеть конечный результат. Конечно же, не должно быть никакой стесняющей движения одежды, давящих элементов (бретельки, тугие резинки, швы) и болтающихся краев. Одежда должно способствовать активности тела человека. Целесообразно подобрать энергичную музыку, под которую выполнять различные упражнения будет веселее и жизнерадостнее. Сочетание элементов аэробики и делает занятия более яркими и запоминающимися.
Первые сдвиги в борьбе с лишним весом и жировыми отложениями можно заметить уже после первых занятий. Также повышает эффект физических нагрузок дополнительный курс массажа, сбалансированное питание, водные процедуры, нанесение специальных средств для придания коже гладкости и упругости и т.д.
