План "аэробный и анаэробный типы дыхания". Анаэробное и аэробное дыхание Анаэробный способ дыхания

Аэробное дыхание – это процесс, при котором клетки, которые не дышат кислородом, высвобождают энергию из топлива для своих жизненных функций.

Молекулярный кислород самый эффективный акцептор электрона для дыхания, должный к своему сродству ядра высокому для электронов. Однако, некоторые организмы эволюционировали для использования других окислителей, и как таковой, эти выполняют дыхание без кислорода.

Эти организмы также использовать электронно-транспортной цепи, чтобы вырабатывать столько же АТФ, как можно дальше от их топлива, но их электронно-транспортных цепей извлечения меньше энергии, чем аэробное дыхание, потому что их акцептором электронов слабее.

Многие бактерии и археи могут выполнять только анаэробное дыхание. Многие другие организмы могут выполнять аэробное или анаэробное дыхание в зависимости от наличия кислорода.

Люди и другие животные полагаются на аэробное дыхание для того чтобы остаться живыми, но могут расширить их жизни или представление клеток в отсутствии кислорода путем использование форм анаэробного дыхания.

Функция Анаэробного дыхания

Дыхание-это процесс, с помощью которого энергия, хранящаяся в топливе, преобразуется в форму, которую может использовать клетка. Как правило, энергия, хранящаяся в молекулярных связях молекулы сахара или жира, используется для создания АТФ, путем извлечения электронов из молекулы топлива и использования их для питания транспортной цепи электронов.

Дыхание имеет решающее значение для выживания клетки, потому что если она не может освободить энергию от топлива, чтобы управлять своими жизненными функциями, клетка умрет.

Вот почему воздух-дыша организмы умирают так быстро без постоянн поставкы кислорода: наши клетки не могут произвести достаточную энергию для того чтобы остаться живыми без его.

Вместо кислорода, анаэробные клетки используют вещества, такие как сульфат, нитрат, сера, и фумарат гнать их клеточное дыхание.

Многие клетки могут выполнять аэробное или анаэробное дыхание в зависимости от наличия кислорода.

Изображение ниже иллюстрирует тест пробирки whereby ученые могут определить если организм:

Облигатный Аэроб – организм, который не может выжить без кислорода
Облигатный анаэроб – организм, который не может выжить в присутствии кислорода
В аэротолерантных организм – организм, который может жить в присутствии кислорода, но не использовать его, чтобы расти
Факультативный Аэроб – организм, который может использовать кислород, чтобы расти, но также может выполнять и анаэробное дыхание

Где Происходит Анаэробное Дыхание?

Анаэробное дыхание происходит в цитоплазме клеток. Действительно, большинство клеток, которые используют анаэробное дыхание, – это бактерии или археи, у которых нет специализированных органелл.

Что общего между Анаэробным дыханием и Аэробным дыханием?

И аэробное и анаэробное дыхание начинает с разделять молекулы сахара в вызванном процессе “гликолизом.”Этот процесс уничтожает 2 молекулы АТП и создает 4 АТП, для чистого увеличения 2 АТП в молекулу сахара которая разделена.

И в аэробном и анаэробном дыхании, 2 половины молекулы сахара после этого посланы через другую серию реакций которые используют цепи перехода электрона для того чтобы произвести больше ATP.

Именно эти реакции требуют акцептора электронов – будь то кислород, сульфат, нитрат и т.д. – чтобы управлять ими.

В чем разница между Аэробным дыханием и Анаэробным дыханием?

После гликолиза аэробные и анаэробные клетки направляют две половинки глюкозы через длинную цепь химических реакций, чтобы генерировать больше АТФ и извлекать электроны для использования в их транспортной цепи электронов.

Однако, что эти реакции, и где они случаются, меняют между аэробными и анаэробными клетками.

В аэробных клетках, электрон-транспортной цепи, и большинство химических реакций дыхания, происходит в митохондриях. Система мембран mitochondria делает процесс очень более эффективным путем концентрировать химические реактанты дыхания совместно в одном малом космосе.

В анаэробных клетках, однако, дыхание типично осуществляет в цитоплазме клетки, в виду того что большинств анаэробные клетки не имеют специализированные органеллы. Серия реакций типично коротке, и использует акцептор электрона как сульфат, нитрат, сера, или фумарат вместо кислорода.

Анаэробное дыхание также производит меньше ATP для каждой усваиваемой молекулы сахара чем аэробное дыхание. Кроме того, она производит различные отходы производства-в том числе, в некоторых случаях, алкоголь!

Виды Анаэробного дыхания

Виды анаэробного дыхания столь же разнообразны, как и его акцепторы электронов. Важные типы анаэробного дыхания включают:

Молочная кислота брожения – в этот тип анаэробного дыхания, глюкоза распадается на две молекулы молочной кислоты, чтобы произвести два АТП.
Спиртовое брожение – в этот тип анаэробного дыхания, глюкозы расщепляется на этанол, или этиловый спирт. Этот процесс также производит 2 АТП в молекулу сахара.
Другие типы брожения – прочая ферментации выполняются некоторые бактерии и археи. Эти вклюают proprionic кисловочное заквашивание, заквашивание масляной кислоты, растворяющее заквашивание, смешанное кисловочное заквашивание, заквашивание butanediol, stickland заквашивание, acetogenesis, и methanogenesis.

Уравнения Анаэробного Дыхания

Уравнения для двух наиболее распространенных типов анаэробного дыхания:

* Заквашивание молочной кислоты:

С 6 н 12 О 6 (глюкоза)+ 2 АДФ + фосфат 2 → 2 молочная кислота + 2 АТФ

Спиртовое брожение:

С 6 н 12 О 6 (глюкоза) + 2 АДФ + 2 фосфат → 2С 2 Н 5 он (этанол) + 2 со 2 + 2 СПС

Примеры Анаэробного дыхания

Больные мышцы и молочная кислота

Во время интенсивной тренировки, наши мышцы используют кислород для того чтобы произвести ATP более быстро чем мы можем поставить его.

Когда это случается, мышечные клетки могут выполнить гликолиз более быстро чем они могут поставить кислород к митохондриальной цепи перехода электрона.

Результат что заквашивание молочной кислоты происходит внутри наши клетки – и после увеличиваемой тренировки, построенная молочная кислота может сделать наши мышцы болит!

Дрожжи и алкогольные напитки

Алкогольные напитки, такие как вино и виски, обычно производятся путем розлива дрожжей-которые выполняют алкогольную ферментацию – с раствором сахара и других вкусовых соединений.

Дрожжи могут использовать сложные включая те найденные в картошках, виноградинах, мозоли, и много других зерен, как источники сахара.

Помещать дрожжи и свой источник топлива в воздухонепроницаемую бутылку обеспечивает что не будет достаточный кислород вокруг для того чтобы помешать с анаэробным дыханием которое производит спирт!

Алкоголь на самом деле токсичен для дрожжей, которые его производят – когда концентрация алкоголя станет достаточно высокой, дрожжи начнут умирать.

По этой причине невозможно заварить вино или пиво с содержанием алкоголя более 30%. Однако процесс дистилляции, который отделяет спирт от других компонентов варева, может быть использован для концентрации спирта и получения крепких спиртовых напитков.

Метаногенез и опасные домочадцы

К сожалению, алкогольная ферментация-это не единственный вид ферментации, который может произойти в растительном веществе. Глюкоза заквашена в этиловый спирт – но различный вызванный спирт, метанолом, можно произвести от заквашивания различного сахара найденного в заводах.

Когда целлюлоза заквашена в метанол, результаты могут быть опасны. Опасности “самогон” – дешевые, самодельные виски, который часто содержит большое количество метанола из-за плохого пивоварения и дистилляции – были объявлены в 20 – го века во время сухого закона.

Смерть и повреждение нервов от отравления метанолом по-прежнему являются проблемой в районах, где неквалифицированные люди пытаются варить алкоголь дешево. Так что, если вы собираетесь стать пивоваром, убедитесь, что вы делаете свою домашнюю работу!

Швейцарский сыр и Пропионовая кислота

Заквашивание пропионовой кислоты дает швейцарскому сыру свой своеобразнейший флейвор. Отверстия в швейцарском сыре фактически сделаны пузырями газа углекислого газа выпущенного как неныжный продукт бактерий которые используют заквашивание пропионовой кислоты.

После внедрения более жестких санитарных норм в 20 – ом веке, многие производители швейцарского сыра были озадачены, чтобы найти, что их сыр был потерять ее отверстия – и его вкус!

Виной всему стало отсутствие специфических бактерий, продуцирующих пропионовую кислоту. На протяжении веков, эта бактерия была введена в качестве загрязняющего вещества из сена, который ели коровы. Но после введения более строгих стандартов гигиены этого больше не происходило!

Эти бактерии теперь добавлены преднамеренно во время продукции для того чтобы обеспечить что швейцарский сыр остается flavorful и сохраняет свое немедленно узнаваемое holey возникновение.

Уксус и Ацетогенез

Бактерии, которые выполняют ацетогенез, ответственны за изготовление уксуса, который состоит в основном из уксусной кислоты.

Уксус фактически требует 2 процессов заквашивания, потому что бактерии которые делают укусную кислоту требуют спирта как топливо!

Как таковой, уксус сперва заквашен в алкогольный препарат, как вино. Затем спиртовая смесь снова ферментируется с использованием ацетогенных бактерий.

связанный термин

АТП – клеточного “топлива”, которое может быть использовано для питания сотовых бесчисленное множество действий и реакций.
Окисление – важный процесс в химии, где электроны теряются. Молекула, которая потеряла электроны в процессе окисления, как говорят, была “окислена” или “была повышена степень окисления.”

Викторина

1. Все клетки выполняют гликолиз.
А. Правда
Б. Ложь

Ответ на вопрос № 1

Правда! Все ячейки сплит сахара, чтобы освободить часть химической энергии, запасенной в молекулах сахара. Некоторые клетки останавливают там, пока другие идут дальше использовать процессы заквашивания или аэробного дыхания для того чтобы получить очень больше энергии от частей сахара оставленных сверх после гликолиза.

[свернуть]

2. Процесс анаэробного дыхания объясняет, как некоторые клетки могут выжить без кислорода.
А. Правда
Б. Ложь

Ответ на вопрос № 2

Истинный. Анаэробное дыхание дает возможность клеткам, которые выполняют это, чтобы выжить без кислорода.

[свернуть]

3. Клетки могут жить без ATP, покуда они имеют сахар как источник еды.
А. Правда
Б. Ложь

Ложь! Все ячейки должны иметь АТП, чтобы выжить, как АТФ энергии в форме, они могут использовать для своих жизненных процессов.

Они могут превратить сахар в АТФ, но им требуется окислитель, который могут использовать их клетки – например, кислород. фумарат или сера-для этого.

Как правило, различают два основных метода дыхания, которые применяются при физических тренировках. Первая разновидность - это анаэробное дыхание, вторая - аэробное дыхание.

Основной целью дыхательной системы является выработка молекул, которые принято считать накопителями энергии. Как правило, вся энергия хранится внутри этих молекул, а при трате ее происходит постепенное восстановление объема.
Аэробные упражнения дома предполагают использование кислорода в качестве акцептанта. Для этого включаются в процесс легкие человека, с помощью которых кислород усваивается активнее и в большей степени. Состояние внутренних органов оказывает непосредственное воздействие на эффективность данной методики занятий для снижения веса. Регулярная тренировка легких позволяет укреплять и развивать активность, что, несомненно, сказывается на общем здоровье человека.

Анаэробное дыхание представляет собой более быстрый процесс, так как к работе подключена другая группа молекул, для активности которых не требуется кислород. Зачастую используется при силовых тренировках. Но данные занятия очень часто сопровождаются образованием в мышечной ткани молочной кислоты, которая является причиной появления болезненных ощущений. Чтобы этого избежать, необходимо увеличивать нагрузки постепенно, а тренировки проводить регулярно.

Не у всех людей есть время и возможность для посещения спортивных залов или тренажерных салонов. Поэтому аэробика дома является оптимальным вариантом для эффективного уменьшения веса. На занятиях целесообразно практиковать аэробное дыхание, чтобы получить хороший результат за относительно короткий промежуток времени. Во время тренировки происходит быстрое сжигание жировой ткани.

Следует отметить, что аэробное дыхание необходимо начинать на этапе разминки, чтобы подготовить организм для будущей нагрузки. Как правило, процесс сжигания жира 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 .

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.

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.

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.

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.

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.

При аэробном дыхании образующаяся в процессе гликолиза ПВК в конечном итоге полностью окисляется кислородом до СО 2 и воды. В первой фазе пировиноградная кислота расщепляется с образованием СO 2 и водорода. Этот процесс протекает в матриксе митохондрий и включает в себя последовательность реакций, называемую циклом Кребса. Во второй фазе отщепившийся водород через ряд окислительно-восстановительных реакций - в так называемой дыхательной цепи - окисляется в конечном счете молекулярным кислородом до воды. Это происходит на так называемых кристах (гребневидных складках внутренней мембраны митохондрий). Начальные этапы аэробного дыхания представлены на рисунке.

Переходный этап между гликолизом и циклом Кребса. Каждая молекула ПВК поступает в матрикс митохондрий и здесь - в виде ацетильной группы (СН 3 СОО-) - соединяется с веществом, которое называется коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А. Ацетильная группа содержит два атома углерода (2С), поэтому для того чтобы она могла образоваться, ПВК (ЗС) должна утратить атом углерода. Отщепление атома углерода в виде С0 2 называется реакцией декарбоксилирования. Это - окислительное декарбоксилирование, поскольку оно сопровождается окислением путем дегидрирования, в результате чего образуется восстановленный НАД.

Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий. Ацетильные группы (2С) вовлекаются в цикл, присоединяясь к ЩУК, в результате чего образуется лимонная кислота (6С). Далее следует цикл реакций, в которых поступившие в цикл ацетильные группы декарбоксилируются с образованием двух молекул СO 2 и дегидрируются с высвобождением четырех пар атомов водорода, присоединяющихся к переносчикам, в результате чего образуются три молекулы восстановленного НАД и одна молекула восстановленного ФАД. Каждый оборот цикла дает также одну молекулу АТФ. (Напомним, что из одной молекулы глюкозы образуются две ацетильные группы, и значит, для окисления каждой молекулы глюкозы требуются два оборота цикла.) В конце цикла ЩУК регенерирует и может теперь присоединить к себе новую ацетильную группу.

Весь водород из молекулы глюкозы оказывается в конечном счете у переносчиков (НАД и ФАД). Весь углерод теряется в виде С02. Вода нужна в качестве источника кислорода в реакциях декарбоксилирования - именно такое происхождение имеет часть кислорода в СO 2 .

68. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз). Фосфорилирование субстратное

Гликолиз осуществляется во всех живых клетках организмов. В процессе гликолиза происходит преобразование молекулы гексозы до двух молекул ПВК: С6Н1206 -> 2С3Н402 + 2Н2. Этот окислительный процесс может протекать в анаэробных условиях (в отсутствие кислорода) и идет через ряд этапов. Прежде всего, для того чтобы подвергнуться дыхательному распаду, глюкоза должна быть активирована. Активация глюкозы происходит путем фосфорилирования шестого углеродного атома за счет взаимодействия с АТФ:

глюкоза + АТФ -> глюкозо-6-фосфат + АДФ

Реакция идет в присутствии ионов магния и фермента гексокиназа.

Затем глюкозо-6-фосфат изомеризуется до фруктозо-6-фосфата. Процесс катализируется ферментом фосфоглюкоизомеразой: глюкозо-6-фосфат -> фруктозо-6-фосфат

Далее происходит еще одно фосфорилирование при участии АТФ. Фосфорная кислота присоединяется к первому углеродному атому молекулы фруктозы, процесс катализируется ферментом фосфофруктокиназой: фруктозо-6-фосфат + АТФ -> фруктозо-1,6-дифосфат + АДФ

Дальнейшие реакции, составляющие процесс гликолиза, складываются следующим образом: фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется с образованием двух триоз – глицеральдегид три фосфат и диоксиацетонтрифосфат, реакция катализируется ферментом альдолазой.

Молекула диоксиацетонтрифосфата при участии фермента триозофосфатизомеразы превращается также в 3-фосфоглицериновый альдегид (ФГА). Дальнейшим превращениям подвергается именно ФГА, окисляясь до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (ДФГК). Это важнейший этап гликолиза. Процесс идет с участием неорганического фосфата (Н3Р04) и фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидро-геназы. Сущность процесса заключается в окислении альдегидной группы ФГА в карбоксильную ДФГК.

На следующем этапе в 1,3-дифосфоглицериновой кислоте образуется АТФ. Процесс катализируется ферментом фосфоглицераткиназой.

Затем 3-ФГК превращается в 2-ФГК. Далее происходит дегидратация ФГК. Реакция идет при участии фермента енолазы в присутствии ионов Mg2+ или Мп2+. Образуется фосфоенолпировиноградная кислота (ФЕП). Затем фермент пируваткиназа переносит богатую энергией фосфатную группу на АДФ с образованием АТФ и пировиноградной кислоты. Для протекания реакции необходимо присутствие ионов Mg2+ или Мn2+. Поскольку при распаде одной молекулы глюкозы образуются две молекулы ФГА, то все реакции повторяются дважды.

В результате процесса гликолиза образуются четыре молекулы АТФ, однако две из них покрывают расход на первоначальное активирование субстрата. Следовательно, накапливаются две молекулы АТФ.

Реакция гликолиза носит название субстратного фосфорилирования, поскольку макроэргические связи возникают на молекуле окисляемого субстрата.

Категории

Выбор редакции