Aerob och anaerob andning av växter. Anaerob och aerob andning

Introduktion

1. Aerob andning

1.1 Oxidativ fosfolering

2. Anaerob andning

2.1 Typer av anaerob andning

4.Referenser

Introduktion

Andning är inneboende i alla levande organismer. Det är den oxidativa nedbrytningen av organiska ämnen som syntetiseras under fotosyntesen, som sker med förbrukning av syre och frisättning av koldioxid. SOM. Famintsyn betraktade fotosyntes och andning som två på varandra följande faser av växtnäring: fotosyntes förbereder kolhydrater, andning bearbetar dem till växtens strukturella biomassa, bildar reaktiva ämnen i processen med stegvis oxidation och frigör den energi som krävs för deras omvandling och vitala processer i allmänhet. . Den övergripande andningsekvationen har formen:

CHO+ 6O → 6CO+ 6HO + 2875 kJ.

Från denna ekvation blir det tydligt varför gasutbyteshastigheten används för att uppskatta andningsintensiteten. Det föreslogs 1912 av V.I. Palladin, som trodde att andning består av två faser - anaerob och aerob. I det anaeroba andningsstadiet, som uppstår i frånvaro av syre, oxideras glukos på grund av avlägsnandet av väte (dehydrering), som, enligt forskaren, överförs till andningsenzymet. Den senare är återställd. På det aeroba stadiet regenereras det respiratoriska enzymet till en oxidativ form. V.I. Palladin var den första som visade att oxidationen av socker sker på grund av dess direkta oxidation av atmosfäriskt syre, eftersom syre inte möter kolet i andningssubstratet, utan är förknippat med dess dehydrering.

Betydande bidrag till studiet av essensen av oxidativa processer och andningsprocessens kemi gjordes av både inhemska (I.P. Borodin, A.N. Bakh, S.P. Kostychev, V.I. Palladin) och utländska (A.L. Lavoisier, G. Wieland, G. Krebs) forskare.

Varje organisms liv är oupplösligt kopplat till den kontinuerliga användningen av fri energi som genereras under andning. Det är inte förvånande att studiet av andningens roll i växtlivet nyligen har fått en central plats i växtfysiologin.

1. Aerob andning

Aerob andning – Detta är en oxidativ process som använder syre. Under andningen bryts substratet helt ned till energifattiga oorganiska ämnen med högt energiutbyte. De viktigaste substraten för andning är kolhydrater. Dessutom kan fetter och proteiner konsumeras under andning.

Aerob andning inkluderar två huvudstadier:

- syrefri, i en process där substratet gradvis bryts ned med frisättning av väteatomer och bindning till koenzymer (transportörer som NAD och FAD);

- syre, under vilken ytterligare abstraktion av väteatomer sker från derivat av det respiratoriska substratet och gradvis oxidation av väteatomer som ett resultat av överföringen av deras elektroner till syre.

I det första steget bryts första högmolekylära organiska ämnen (polysackarider, lipider, proteiner, nukleinsyror, etc.) under inverkan av enzymer ner till enklare föreningar (glukos, högre karboxylsyror, glycerol, aminosyror, nukleotider etc.) .) Denna process sker i cellernas cytoplasma och åtföljs av frigörandet av en liten mängd energi, som försvinner i form av värme. Därefter sker enzymatisk nedbrytning av enkla organiska föreningar.

Ett exempel på en sådan process är glykolys, den syrefria nedbrytningen av glukos i flera steg. I glykolysreaktioner bryts en sexkolsmolekyl av glukos (C) ner till två trekolsmolekyler av pyrodruvsyra (C). I det här fallet bildas två ATP-molekyler och väteatomer frigörs. De senare ansluter sig till NAD-transportören (nikotinamidadenin-dinkleotid), som omvandlas till sin reducerande form NAD ∙ H + N. NAD är ett koenzym som i struktur liknar NADP. Båda är derivat av nikotinsyra, ett av vitaminerna B. Molekylerna i båda koenzymerna är elektropositiva (de saknar en elektron) och kan fungera som bärare av både elektroner och väteatomer. När ett par väteatomer accepteras, dissocierar en av atomerna till en proton och en elektron:

och den andra ansluter helt till NAD eller NADP:

NAD+ H + [H+ e] → NAD ∙ H + N.

Den fria protonen används senare för att omvända oxidera koenzymet. Totalt har glykolysreaktionen formen

CHO+2ADP + 2HPO+2 NAD→

2CHO+ 2ATP + 2 NAD ∙ H + H+ 2 HO

Produkten av glykolys, pyrodruvsyra (CHO), innehåller en betydande del av energin, och dess ytterligare frisättning sker i mitokondrierna. Här sker den fullständiga oxidationen av pyrodruvsyra till CO och H2O. Denna process kan delas in i tre huvudsteg:

1) oxidativ dekarboxylering av pyrodruvsyra;

2) trikarboxylsyracykel (Krebs-cykel);

3) det sista steget av oxidation är elektrontransportkedjan.

I det första steget reagerar pyrodruvsyra med ett ämne som kallas koenzym A, vilket resulterar i att acetylkoenzym a med en högenergibindning bildas. I detta fall delas CO (första) molekylen och väteatomerna av från pyrodruvsyramolekylen, som lagras i form av NAD ∙ H + H.

Det andra steget är Krebs-cykeln (Fig. 1)

Acetyl-CoA, bildat i föregående steg, går in i Krebs-cykeln. Acetyl-CoA reagerar med oxaloättiksyra, vilket resulterar i bildandet av citronsyra med sex kolatomer. Denna reaktion kräver energi; den tillförs av högenergiacetyl-CoA-bindningen. I slutet av cykeln regenereras oxal-citronsyra i sin ursprungliga form. Nu kan den reagera med en ny acetyl-CoA-molekyl, och cykeln upprepas. Cykelns övergripande reaktion kan uttryckas med följande ekvation:

acetyl-CoA + 3HO + 3NAD+ FAD + ADP + NPO→

CoA + 2CO+ 3NAD ∙ H + H+FAD ∙ H+ ATP.

Således, som ett resultat av nedbrytningen av en molekyl pyrodruvsyra i den aeroba fasen (dekarboxylering av PVA och Krebs-cykeln), frigörs 3CO, 4 NAD ∙ H + H, FAD ∙ H. Den totala reaktionen av glykolys, oxidativ dekarboxylering och Krebs-cykeln kan skrivas i följande form:

CHO+ 6 HO + 10 NAD + 2FAD →

6CO+ 4ATP + 10 NAD ∙ H + H+ 2FAD ∙ H.

Det tredje steget är den elektriska transportkedjan.

Par av väteatomer, avskiljda från mellanprodukter i dehydreringsreaktioner under glykolys och i Krebs-cykeln, oxideras slutligen av molekylärt syre till H2O med samtidig fosfolering av ADP till ATP. Detta händer när väte, separerat från NAD ∙ H och FAD ∙ H, överförs längs en kedja av bärare inbyggd i mitokondriernas inre membran. Par av väteatomer 2H kan betraktas som 2 H+ 2e. Drivkraften för transporten av väteatomer i andningskedjan är potentialskillnaden.

Med hjälp av bärare överförs vätejoner H från insidan av membranet till dess utanför med andra ord från mitokondriella matrisen in i intermembranutrymmet (fig. 2).

När ett par elektroner överförs från nad till syre passerar de membranet tre gånger, och denna process åtföljs av att sex protoner frigörs till membranets utsida. På sista steget protoner överförs till den inre sidan av membranet och accepteras av syre:

Som ett resultat av denna överföring av H-joner till den yttre sidan av mitokondriella membranet i det perimitokondriella utrymmet skapas deras koncentration, d.v.s. en elektrokemisk gradient av protoner uppstår.

När protongradienten når ett visst värde, rör sig vätejoner från H-reservoaren genom speciella kanaler i membranet, och deras energireserv används för syntes av ATP. I matrisen kombineras de med laddade O-partiklar och vatten bildas: 2H+ O²ˉ → HO.

1.1 Oxidativ fosfolering

Processen för ATP-bildning som ett resultat av överföringen av joner över mitokondriella membranet kallas oxidativ fosfolering. Det utförs med deltagande av enzymet ATP-syntetas. ATP-syntetasmolekyler är belägna i form av sfäriska granuler på inuti mitokondriernas inre membran.

Som ett resultat av splittringen av två molekyler pyrodruvsyra och överföringen av vätejoner genom membranet genom speciella kanaler, syntetiseras totalt 36 ATP-molekyler (2 molekyler i Krebs-cykeln och 34 molekyler som ett resultat av överföringen av H-joner över membranet).

Den övergripande ekvationen för aerob andning kan uttryckas på följande sätt:

CHO+ O+ 6HO + 38ADP + 38HPO→

6CO+ 12HO + 38ATP

Det är ganska uppenbart att aerob andning kommer att upphöra i frånvaro av syre, eftersom det är syre som fungerar som den slutliga acceptorn av väte. Om celler inte får tillräckligt med syre kommer alla vätebärare snart att vara helt mättade och kommer inte att kunna överföra det vidare. Som ett resultat kommer den huvudsakliga energikällan för bildandet av ATP att blockeras.

aerob andning oxidation fotosyntes

2. Anaerob andning

Anaerob andning. Vissa mikroorganismer kan inte använda molekylärt syre för oxidation av organiska eller oorganiska ämnen, utan andra oxiderade föreningar, till exempel salter av salpetersyra, svavelsyra och kolsyra, som omvandlas till mer reducerade föreningar. Processer sker under anaeroba förhållanden och kallas anaerob andning:

2HNO+ 12H → N+ 6HO + 2H

HSO+ 8H → HS + 4HO

I mikroorganismer som utför sådan andning kommer den slutliga elektronacceptorn inte att vara syre utan oorganiska föreningar - nitriter, sulfater och karbonater. Således ligger skillnaden mellan aerob och anaerob andning i den slutliga elektronacceptorns natur.

2.1 Typer av anaerob andning

Huvudtyperna av anaerob andning anges i tabell 1. Det finns även data om bakteriers användning av Mn, kromater, kinoner etc. som elektronacceptorer.

Tabell 1 Typer av anaerob andning hos prokaryoter (enligt: M.V. Gusev, L.A. Mineeva 1992, med ändringar)

Organismernas förmåga att överföra elektroner till nitrater, sulfater och karbonater säkerställer tillräckligt fullständig oxidation av organiskt eller oorganiskt material utan användning av molekylärt syre och gör det möjligt att erhålla en stor mängd energi än under fermentering. Med anaerob andning är energiuttaget bara 10 % lägre. Än aerobic. Organismer som kännetecknas av anaerob andning har en uppsättning enzymer i elektrontransportkedjan. Men cytokromxylas i dem ersätts av nitratreduktas (när nitrat används som elektronacceptor) eller adenylsulfatreduktas (när sulfat används) eller andra enzymer.

Organismer som kan utföra anaerob andning med hjälp av nitrater är fakultativa anaeroba. Organismer som använder sulfater i anaerob andning klassificeras som anaeroba.

Slutsats

Gröna växter bildar organiska ämnen från icke-ekologiska endast i ljuset. Dessa ämnen används av växten endast för näring. Men växter gör mer än att bara äta. De andas som alla levande varelser. Andning sker kontinuerligt under dagen och på natten. Alla växtorgan andas. Växter andas syre och släpper ut koldioxid, precis som djur och människor.

Växtandning kan förekomma både i mörker och i ljus. Det betyder att i ljuset sker två motsatta processer i växten. En process är fotosyntes, den andra är andning. Under fotosyntesen skapas organiska ämnen av oorganiska ämnen och energi från solljus absorberas. Under andningen förbrukas organiskt material i växten. Och den energi som behövs för livet frigörs. I processen för fotosyntes absorberar växter koldioxid och frigör syre. Tillsammans med koldioxid absorberar växter i ljuset syre från den omgivande luften, vilket växter behöver för andning, men i mycket mindre mängder än som frigörs vid sockerbildningen. Växter absorberar mycket mer koldioxid under fotosyntesen än de släpper ut genom inandning. Prydnadsväxter i ett rum med bra belysning avger betydligt mer syre under dagen än vad de tar upp i mörker på natten.

Andning i alla levande organ i växten sker kontinuerligt. När andningen upphör dör växten, liksom djuret.

Bibliografi

1. Fysiologi och biokemi hos jordbruksväxter F50/N.N. Tretyakov, E.I. Koshkin, N.M. Makrushin och andra; under. ed. N.N. Tretjakov. – M.; Kolos, 2000 – 640 sid.

2. Biologi i tentamensfrågor och svar L44/ Lemeza N.A., Kamlyuk L.V.; 7:e uppl. – M.: Iris-press, 2003. – 512 sid.

3. Botanik: Lärobok. För 5-6 årskurser. snitt Skola-19:e uppl./Rev. EN. Sladkov. – M.: Utbildning, 1987. – 256 sid.

Aerob andning är processen att frigöra energi som finns i organiska ämnen för kroppens liv, där fritt syre från luften eller syre löst i vatten används som ett oxidationsmedel. Aerob andning utförs av djur och växter, såväl som mikroorganismer.

Uppkomsten av aerob andning i evolutionsprocessen.

Syremiljön är ganska aggressiv mot mikroorganismen. Den måttligt strikta anaeroba organismen överlever i en miljö med molekylär O2, men reproducerar sig inte. Mikroaerofiler kan överleva och reproducera sig i miljöer med lågt partialtryck av O2. Om en organism inte kan "växla" från anaerob till aerob andning, men inte dör i närvaro av molekylärt syre, tillhör den gruppen aerotoleranta anaerober. Till exempel mjölksyra och många smörsyrabakterier.

Obligatoriska anaerober dör i närvaro av molekylärt syre O2 - till exempel representanter för släktet bakterier och archaea: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Sådana anaerober lever ständigt i en syrefattig miljö.

Därför, när miljön på hela planeten för många miljoner år sedan började ackumulera stora mängder molekylärt syre, dog de flesta mikroorganismer. Endast en liten del kunde anpassa sig och började använda syre för att andas, vilket gav dem en stor fördel. Och anaerober återstod att utvecklas i marken och syrefria miljöer.

7 .3 C Andetag

Skola:

Datum för:

Lärarens efternamn och förnamn: Zhakupov AJ

KLASS: 7

Antal närvarande personer:

frånvarande:

Lektionens ämne

Aeroba och anaeroba typer av andning

Lektionstyp

Kombinerad lektion

Lärandemål som den här lektionen hjälper till att uppnå

skilja mellan anaeroba och aeroba typer av andning

Lektionens mål

bidra till definitionen och beskrivningen av aerob andning med hjälp av ekvationen för andningsprocessens kemiska reaktion;

att formulera färdigheter för analys och generalisering vid jämförelse av anaerob och aerob andning.

Kriterier

bedömningar

Eleverna kan:

Definiera och beskriv aerob andning med hjälp av den kemiska reaktionsekvationen för andningsprocessen

Jämför anaerob och anaerob andning

Språkmål

Eleverna kan:

beskriva aerob och anaerob andning muntligt och skriftligt

Ämnesordförråd och

terminologi

aerobic, anaerobic ("an" betyder utan)

(cellulär) andning, glukos, syre, koldioxid, vatten, mjölksyra, energi

En serie användbara fraser för dialog/skrivande:

glukos + syre → koldioxid + vatten (+ energi)

Ingjuta värden

Förmåga att arbeta effektivt både i team och individuellt

Tvärvetenskapliga kopplingar

Kemi (reaktionsekvationer)

IKT-länkar

Presentation, användning av Internetresurser

Tidigare utbildning

Andningsgrad 6

Planen

Planerade lektionssteg

Planerade lektionsaktiviteter

Resurser

2 minuter.

7 min

jag. Att organisera tid.

1) Frontalundersökning av studenter:

Fotosyntes är

Vilka växter genomgår fotosyntes?

Presentation

15 minuter

10 minuter

II. Att lära sig ett nytt ämne

Vilka tecken på levande organismer känner du till?

Näring andningsrörelse irritabilitet reproduktion

Andas in djur

Varför andas vi? Hur är processen att få energi och andning relaterade? Det visar sig att under påverkan av syre bryts organiska ämnen ner i enkla komponenter: koldioxid, vatten och ibland andra föreningar. När organiskt material bryts ner frigörs energi som används av levande organismer. De andas för att få energi.

Som ni minns får djur organiskt material från maten de äter. Växter själva skapar proteiner, fetter och kolhydrater med hjälp av ljusenergi under fotosyntesen. Från en del av det ackumulerade organiska materialet bygger växter sina egna kroppar. Och den andra delen av de ämnen som bildas under fotosyntesen går åt till energi. Växter, liksom djur, andas för att använda syre för att förstöra redan

skapade ämnen och få energi från dem för livet. Lyckligtvis fotosyntetiserar växter mycket mer än de andas. När allt kommer omkring lägger växter nästan ingen energi på att röra sina kroppar och arbeta nervsystem och ständigt ta emot det från solen (bild 66). Därför har alla djur tillräckligt med syre som produceras under fotosyntesen och näringsämnen som skapas i överskott av växter.

Jag gör det själv, skriver ner det i en anteckningsbok.

Typer av andning.

fyll i tabellen "Jämförelse av aeroba och anaeroba andningstyper".

Djurteckningar

5 minuter

Reflektion "Cinquain"
Namnge ämnet för lektionen med ett ord
Nämn 3 åtgärder som kan utföras med temat.
Uttryck ditt intryck av ämnet för lektionen i en mening
Hur kan du annars namnge ämnet?

Den fria energin som frigörs under reaktionen lagras i form av en transmembran protonpotential, som används av ATP-syntas för att syntetisera ATP.

Den anaeroba ETC innehåller inte fler vägar för överföring av protoner genom membranet (det finns 3 av dem i den aeroba), och därför är nitratandning i termer av effektivitet per 1 mol glukos endast 70 % av aerob andning. När molekylärt syre kommer in i miljön växlar bakterier till normal andning.

Nitratandning förekommer, men sällan, bland eukaryoter. Nitratandning, åtföljd av denitrifikation och frisättning av molekylärt kväve, upptäcktes således nyligen i foraminifer. Tidigare beskrevs nitratandning med bildning av N 2 O i svampar Fusarium Och Cylindrocarpon(centimeter. .

Sulfatandning

För närvarande är ett antal bakterier kända som kan oxidera organiska föreningar eller molekylärt väte under anaeroba förhållanden, med användning av sulfater, oorganiska tiosulfater, sulfiter och molekylärt svavel som elektronacceptorer i andningskedjan. Denna process kallas dissimilatorisk sulfatreduktion, och de bakterier som utför denna process kallas sulfatreducerande eller sulfatreducerande.

Alla sulfatreducerande bakterier är obligatoriska anaeroba.

Sulfatreducerande bakterier får energi genom processen med sulfatandning under överföringen av elektroner i elektrontransportkedjan. Överföringen av elektroner från det oxiderade substratet längs elektrontransportkedjan åtföljs av uppkomsten av en elektrokemisk gradient av vätejoner, följt av syntesen av ATP.

Den stora majoriteten av bakterierna i denna grupp är kemoorganoheterotrofer. Källan till kol- och elektrondonator för dem är enkla organiska ämnen - pyruvat, laktat, succinat, malat, såväl som vissa alkoholer. Vissa sulfatreducerande bakterier har visat sig vara kapabla till kemolitoautotrofi, när det oxiderade substratet är molekylärt väte.

Sulfatreducerande eubakterier är utbredda i anaeroba zoner i vattendrag olika typer, i silt, i jordar, i matsmältningskanalen hos djur. Den mest intensiva reduktionen av sulfater sker i saltsjöar och havsmynningar, där det nästan inte finns någon vattencirkulation och det finns mycket sulfat. Sulfatreducerande eubakterier spelar en ledande roll i bildningen av vätesulfid i naturen och i avsättningen av sulfidmineraler. Ansamlingen av H 2 S i miljön leder ofta till negativa konsekvenser - i vattenkroppar till fiskens död, i jordar till hämning av växter. Aktiviteten hos sulfatreducerande eubakterier är också förknippad med korrosion under anaeroba förhållanden av olika metallutrustningar, till exempel metallrör.

Fumarat andetag

Fumarat kan användas som en elektronacceptor. Fumaratreduktas liknar nitritreduktas: endast i stället för en molybdopterin-innehållande subenhet innehåller den FAD och en histidin-innehållande subenhet. Den transmembrana protonpotentialen bildas på liknande sätt: ingen protonöverföring sker, men fumaratreduktas binder protoner i cytoplasman och dehydrogenaser frisätter protoner i periplasman i början av ETC. Elektronöverföring från dehydrogenaser till fumaratreduktas sker vanligtvis genom membranpoolen av menokinoner.

Fumarat är i allmänhet frånvarande i naturliga livsmiljöer och bildas av mikroorganismer själva från aspartat, asparagin, sockerarter, malat och citrat. Med tanke på detta innehåller de flesta bakterier som kan andas med fumarat fumaras, aspartat: ammoniaklyas och asparaginas, vars syntes styrs av det molekylära syrekänsliga proteinet Fnr.