Электронно-транспортная цепь дыхания

В многоэтапной цепи реакций дыхания происходит постепенное, ступенчатое высвобождение энергии органических веществ и закрепление ее в молекулах АТФ. Эта энергия используется на процессы биосинтеза, поддержания структуры клеток, рост, поглощение и передвижение веществ и другие нужды растений. Постепенность высвобождения энергии способствует более полному ее использованию на указанные процессы с высоким КПД.

Дыхание является сложным окислительно-восстановительным процессом. Вместе с кислородом, который участвует только в последних этапах дыхания, активное участие принимает водород. Именно процесс дегидрирования (отщепления водорода от органического вещества) и перенос электронов составляет основу процесса дыхания. В большинстве реакций кислород не участвует, то есть процесс дыхания не аналогичен горению, когда вся энергия рассеивается в виде тепла.

При окислении веществ происходит потеря ими протонов и электронов. В живой клетке акцепторов протонов и электронов много. Если последним акцептором протонов протонов и электронов служит кислород, то это дыхание, если органическое вещество – брожение.

Процесс дыхания подразделяют на внешний (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) – газообмен, и внутренний (сложные биохимические реакции, результат которых – постепенное высвобождение энергии органических веществ и закрепление ее в АТФ.

Схема работы дыхательной цепи митохондрий

ЭТЦ– это передача электронов от восстановленных субстратов на кислород, сопровождаемая переносом через мембрану ионов Н+, или окислительно-восстановительная водородная помпа.

Окисление НАД и ФАД происходит в электронно-транспортной цепи (ЭТЦ) митохондрий. В результате работы ЭТЦ протоны и электроны передаются на конечный акцептор – кислород с образованием воды:

4Н+ + 4е + О2= 2Н2О

Вода – второй конечный продукт дыхания. Энергия окисления НАДхН2и ФАДхН2аккумулируется в АТФ. Ферменты цикла Кребса расположены в матриксе митохондрий. Общее полное уравнение процесса дыхания:

С6Н12О6 + 6О2+ 6Н2О + 38АДФ + 38Н3РО4 = 6СО2 + 12Н2О + 38АТФ

Общая схема брожения

В анаэробных условиях у растений происходит диссимиляция по типу спиртового брожения. При этом затрачивается во много раз больше органических веществ, чем при дыхании, при этом образуются ядовитые вещества (ацетальдегид, этанол). Поэтому без кислорода растения истощаются и отравляются. Спиртовое брожение широко распространено у микроорганизмов, например у дрожжей (сумчатые грибы). Они хорошо переносят анааэробные условия, но размножаются только в аэробной среде.

Первый этап сбраживания дрожжами глюкозы аналогичен гликолизу. Образующаяся ПВК под действием ферментов распадается на ацетальдегид, который восстанавливается до этанола, и молекулу углекислого газа.