Для чего клеткам живых организмов необходим процесс дыхания

16.04.202216.04.2022 admin 0 Comments

Клеточное дыхание

Клеточное или тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (АТФ и др.) и может быть использована по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. О физиологических процессах транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению от них углекислого газа см. статью Дыхание.

Содержание

Использование различных начальных субстратов

В качестве исходных субстратов дыхания могут выступать различные вещества, преобразуемые в ходе специфических метаболических процессов в Ацетил-КоА с высвобождением ряда побочных продуктов. Восстановление НАД (НАДФ) и образование АТФ может происходить уже на этом этапе, однако большая их часть образуется в цикле трикарбоновых кислот при переработке Ацетил-КоА.

Гликолиз

Гликолиз — путь ферментативного расщепления глюкозы — является общим практически для всех живых организмов процессом. У аэробов он предшествует собственно клеточному дыханию, у анаэробов завершается брожением. Сам по себе гликолиз является полностью анаэробным процессом и для осуществления не требует присутствия кислорода.

Первый его этап протекает с расходом энергии 2 молекул АТФ и включает в себя расщепление молекулы глюкозы на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. На втором этапе происходит НАД-зависимое окисление глицеральдегид-3-фосфата, сопровождающееся субстратным фосфорилированием, то есть присоединением к молекуле остатка фосфорной кислоты и формированием в ней макроэргической связи, после которого остаток переносится на АДФ с образованием АТФ.

Таким образом, уравнение гликолиза имеет следующий вид:

Сократив АТФ и АДФ из левой и правой частей уравнения реакции, получим:

Окислительное декарбоксилирование пирувата

Образовавшаяся в ходе гликолиза пировиноградная кислота (пируват) под действием пируватдегидрогеназного комплекса (сложная структура из 3 различных ферментов и более 60 субъединиц) распадается на углекислый газ и ацетальдегид, который вместе с Кофермент А образует Ацетил-КоА. Реакция сопровождается восстановлением НАД до НАД∙Н.

У эукариот процесс протекает в матриксе митохондрий.

β-окисление жирных кислот

Деградация жирных кислот (у некоторых организмов также алканов) происходит у эукариот в матриксе митохондрий. Суть этого процесса заключается в следующем. На первой стадии к жирной кислоте присоединяется кофермент А с образованием ацил-KoA. Он дегидрируется с последовательным переносом восстановительных эквивалентов на убихинон дыхательной ЭТЦ. На второй стадии происходит гидратирование по двойной связи С=С, после чего на третьей стадии происходит окисление полученной гидроксильной группы. В ходе этой реакции восстанавливается НАД.

Наконец, на четвёртой стадии образовавшаяся β-кетокислота расщепляется β-кетотиолазой в присутствии кофермента А на ацетил-КоА и новый ацил-КоА, в которой углеродная цепь на 2 атома короче. Цикл β-окисления повторяется до тех пор, пока вся жирная кислота не будет переработана в ацетил-КоА.

Цикл трикарбоновых кислот

Ацетил-КоА под действием цитратсинтазы передаёт ацетильную группу оксалоацетату с образованием лимонной кислоты, которая поcтупает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В ходе одного оборота цикла лимонная кислота несколько раз дегидрируется и дважды декарбоксилируется с регенерацией оксалоацетата и образованием одной молекулы ГТФ (способом субстратного фосфорилирования), трёх НАДН и ФАДН₂.

Суммарное уравнение реакций:

Ацетил-КоА + 3НАД + + ФАД + ГДФ + Ф_н + 2H₂O + КоА-SH = 2КоА-SH + 3НАДH + 3H + + ФАДН₂ + ГТФ + 2CO₂

У эукариот ферменты цикла находятся в свободном состоянии в матриксе митохондрий, только сукцинатдегидрогеназа встроена во внутреннюю митохондриальную мембрану.

Окислительное фосфорилирование

Основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН₂, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т. д.. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2.5 молекулы АТФ, ФАДН₂ — 1.5 молекулы.

Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Анаэробное дыхание

Общее уравнение дыхания, баланс АТФ

Стадия	Выход кофермента	Выход АТФ (ГТФ)	Способ получения АТФ
Первая фаза гликолиза	−2	Фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6-фосфата с использованием 2 АТФ из цитоплазмы.
Вторая фаза гликолиза	4	Субстратное фосфорилирование
Вторая фаза гликолиза	2 НАДН	3 (5)	Окислительное фосфорилирование. Только 2 АТФ образуется из НАДН в электронтранспортной цепи, поскольку кофермент образуется в цитоплазме и должен быть транспортирован в митохондрии. При использовании малат-аспартатного челнока для транспорта в митохондрии из НАДН образуется 3 моль АТФ. При использовании же глицерофосфатного челнока образуется 2 моль АТФ.
Декарбоксилирование пирувата	2 НАДН	5	Окислительное фосфорилирование
Цикл Кребса	2	Субстратное фосфорилирование
	6 НАДН	15	Окислительное фосфорилирование
	2 ФАДН₂	3	Окислительное фосфорилирование
Общий выход		30 (32) АТФ [2]	При полном окислении глюкозы до углекислого газа и окислении всех образующихся коферментов.

Примечания

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Клеточное дыхание» в других словарях:

клеточное дыхание — — [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN cell respiration … Справочник технического переводчика

Дыхание — Диафрагмальный (брюшной) тип дыхания у человека У этого термина существуют и другие значения, см. Клеточное дыхание … Википедия

ДЫХАНИЕ — Обычно дыхание ассоциируется с вдохом и выдохом, т.е. дыхательными движениями, необходимыми для вентиляции легких у наземных позвоночных. Однако у большинства организмов ни этих движений, ни самих легких нет, поэтому более общее определение… … Энциклопедия Кольера

ДЫХАНИЕ — ДЫХАНИЕ, совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление диоксида углерода (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии,… … Современная энциклопедия

ДЫХАНИЕ — совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для… … Большой Энциклопедический словарь

Дыхание — ДЫХАНИЕ, совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление диоксида углерода (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ДЫХАНИЕ — ДЫХАНИЕ, я, ср. 1. Процесс поглощения кислорода и выделения углекислого газа живыми организмами. Органы дыхания. Клеточное д. (спец.). 2. Втягивание и выпускание воздуха лёгкими. Ровное д. Сдерживать д. Д. весны (перен.). • Второе дыхание прилив… … Толковый словарь Ожегова

дыхание — ДЫХАНИЕ, ДЫХАНЬЕ, я; ср. 1. Вбирание и выпускание воздуха лёгкими или (у некоторых животных) иными соответствующими органами как процесс поглощения кислорода и выделения углекислого газа живыми организмами. Органы дыхания. Шумное, тяжёлое,… … Энциклопедический словарь

Дыхание — в общеупотребительном смысле обозначает ряд беспрерывно чередующихся во время жизни движений грудной клетки в форме вдоха и выдоха и обусловливающих, с одной стороны, прилив свежого воздуха в легкие, а с другой выведение из них уже испорченного… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Дыхание — I Дыхание (respiratio) совокупность процессов, обеспечивающих поступление из атмосферного воздуха в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа. В результате… … Медицинская энциклопедия

Источник

ГДЗ биология 6 класс Пасечник, Суматохин, Калинова Просвещение 2019-2020 Задание: 32 Дыхание растений и животных

Стр. 136. Вспомните

№ 1. Что вы знаете о дыхании?

Дыхание является целой совокупностью процессов, которые обеспечивают поступление в живой организм достаточного количества кислорода и выведение из него углекислого газа. Дыхание – это то, что жизненно необходимо всем живым существам на нашей планете. Без него жизнь будет невозможной.

№ 2. Какой газ при дыхании поглощается, а какой выделяется?

В процессе дыхания из воздуха поглощается кислород, а выделяется углекислый газ.

Стр. 137. Вопросы после параграфа

№ 1. Какой процесс называют дыханием?

Дыханием называют процесс поглощения живыми организмами из окружающей среды (воздуха) кислорода с постоянным выделением в нее углекислого газа.

№ 2. В чём состоит значение дыхания?

Прежде всего, дыхание является физиологическим процессом, который обеспечивает нормальное течение обмена веществ и энергии в живых организмах и способствует постоянству их внутренней среды путем поглощения из окружающей среды кислорода и выделения в нее углекислого газа. Без дыхания ни один организм не смог бы расти и развиваться, питаться, размножаться и просто жить на нашей планете.

№ 3. Как можно доказать, что растения дышат?

Нам известно, что все живые организмы на Земле могут дышать – потреблять кислород и выделять углекислый газ. Однако у растений данный процесс происходит немного иначе. Они поглощают углекислый газ и в процессе фотосинтеза выделяют кислород.

Чтобы убедиться в том, что растения все-таки дышат и потребляют небольшое количество кислорода, можно провести опыт. Для этого растение в горшке следует поместить в стеклянную банку, оставив на некоторое время в теплом и темном месте. Чуть позже в банку нужно опустить зажжённую спичку. Мы сразу увидим, что пламя спички погаснет. Это означает, что в банке уже не было кислорода – его использовало растение.

№ 4. Какие органы дыхания животных вы знаете?

У рыб и прочих водных животных основными органами дыхания служат жабры – специальные выросты, которые покрыты кровеносными сосудами. У насекомых дыхательная система отличается простым строением – трахеями, которые представляют собой тонкие воздухоносные трубки.

У некоторых животных, в частности у представителей ракообразных и земноводных рыб, для поглощения кислорода используется кожное дыхание. Также к такому типу дыхания относят и кишечное дыхание, при котором функцию газообмена выполняет оболочка кишечника, например, у кишечнополостных.

У птиц, млекопитающих и человека анатомические особенности дыхательной системы включают как дыхательные пути, так и легкие, и специальные мышцы для дыхания.

Стр. 137. Подумайте

Почему на свету у растений трудно обнаружить процесс дыхания?

На свету в растениях процессы фотосинтеза и дыхания происходят достаточно активно, поэтому обнаружить именно поглощение ними кислорода затруднительно. С наступлением темноты процесс фотосинтеза замедляется, так как поступление солнечного света прекращается. Тогда и можно обнаружить процесс дыхания у растений более явственно.

Стр. 138. Моя лаборатория

Опыт 1. В два одинаковых сосуда нальём воду, в которой растворено небольшое количество минеральных веществ, необходимых растению. В каждый сосуд с раствором опустим корни проростком фасоли, бобов или гороха и закрепим их. Раствор в одном из сосудов ежедневно будем насыщать воздухом с помощью пульверизатора. Другой сосуд плотно закроем крышкой так, чтобы в него не проникал воздух. Растения во втором сосуде через некоторое время погибнут. Сделайте вывод о причине гибели растений.

Так как второй сосуд был плотно закрыт, в него не поступал воздух, необходимый для растений. Когда растения старалось поглотить воду, то закупоренный в сосуде воздух просто создавал сопротивление. Из-за этого растения, не дополучавшие ни воды, ни воздуха, погибли.

Опыт 2. На дно банки налейте воду и насыпьте до 1/3 её высоты прорастающих семян гороха, фасоли или пшеницы. Банку плотно закройте крышкой. В другую банку насыпьте такое же количество сухих семян. Обе банки держите при температуре 20-25 °С.

Через сутки опустите в обе банки горящую лучинку. Объясните, почему в банке с сухими семенами лучинка будет некоторое время гореть, а в банке с прорастающими семенами лучинка сразу погаснет. Сделайте вывод.

В банке с сухими с сухими семенами лучинка будет гореть некоторое время, потому что семена все еще не проросли, а значит, тепло от ее горения поглощать нечему. В банке с прорастающими семенами лучинка гаснет сразу, так как они поглощают тепло от ее горения.

По итогу опыта можно сделать вывод, что растения способны поглощать тепло.

Сразу лучинка погаснет в банке с прорастающими семенами, которая находилась в теплом месте, потому что одним из условий для прорастания растений является наличие тепла. Кроме того, нам известно, что растения и их семена способны дышать, поглощая при этом кислород и выделяя углекислый газ. Углекислый газ, которого в результате дыхания семян выделилось достаточное количество, не поддерживает горение, а потому лучинка погасла.

Во второй банке, которая находилась в прохладном месте, лучинка будет гореть, потому что при низких температурах дыхание семян замедляется и может вовсе приостановиться.

Результаты опыта подтвердили, что прорастающие семена, как и само растение, могут поглощать кислород и выделять углекислый газ.

Стр. 138. Задание

Используя текст учебника, дополнительные источники информации, подготовьте сообщение о том, как человек использует знания о дыхании растений в своей деятельности.

Как и всем живым организмам, растениям для жизнедеятельности необходима энергия, которую они получают в процессе дыхания. Для них дыхание обеспечивает сполна потребности всех тканей и их клеток в кислороде. Наиболее активно дышат растущие органы у растений, а вот сухие семена дышат очень слабо. Каких-то специальных органов для дыхания у растений нет – дышат они всем телом. При этом у высших растений в газообмене ведущую роль играют устьица, расположенные в кожице зеленых стеблей и листьев, а также чечевички пробкового слоя коры. У некоторых крупных растений имеют воздушные пространства – межклетники между рыхло распложёнными клетками, из которых кислород поступает в клетки.

Хорошо зная физиологию растений, а также их способность к фотосинтезу и дыханию, человек уже давно научился использовать эти познания в своей деятельности. Например, давно установлено, что если концентрация углекислого газа в воздухе повышается, то у растений замедляется дыхание. Знание об этом позволяет людям использовать такую способность растений в целях долгосрочного хранения фруктов и овощей, в закладке сена и силоса. Достаточно всего лишь повысить содержание в воздухе углекислоты путем насыщения ею помещений, где хранятся плоды растений, и дыхание их станет менее активным. А значит, они на дольше сохранятся свежими, нежели при обычных условиях.

Также известно, что сухие семена дышат намного слабее. Но если их намочить, то дыхание становится активным. Эти знания помогают в хранении семян, когда нужно следить за влажностью в зернохранилищах, чтобы исключить их раннее нежелательное прорастание и порчу.

Еще одно знание о дыхании растений позволяет при необходимости снабжать их корни кислородом. Например, растение получает достаточно кислорода, так как растет на открытом грунте. Однако корням кислорода не хватает. Чтобы растение было крепким и дало хорошие плоды, грунт на открытых участках регулярно рыхлится, чем обеспечивается доступ кислорода к его корневой системе.

Не менее полезны знания о дыхании растений и в плане загрязнения воздуха и озеленения промышленных районов. Пыль, которая оседает на листьях растений, закрывает микроскопические устьица, тем самым затрудняя поступление воздуха в листья. Именно поэтому при озеленении городов, промышленных районов и т.д. используют только устойчивые к запылению растения – конский каштан, липу, тополь.

Источник

Биология. 6 класс

Конспект урока

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке

Дыхание – это процессы поглощения кислорода, использования его в организме в химических превращениях и вывода углекислого газа в окружающую среду.

Жабры – органы водного дыхания у ракообразных, рыб и личинок земноводных животных.

Трахеи – сеть дыхательных трубочек ветвящихся внутри тела у насекомых, пауков и клещей.

Легкие – органы воздушного дыхания у человека, всех млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, большинства взрослых земноводных.

*Воздушные мешки – воздухоносные полости, соединённые с дыхательными путями, ротовой полостью или пищеводом у многих наземных позвоночных.

Чечевички – образования в виде мелких бугорков, штрихов или иной формы, служащие для газообмена в стеблях с вторичной покровной тканью – перидермой, заметны на поверхности молодых ветвей.

Устьица – поры в кожице листьев и зелёных стеблей, через которые происходит испарение воды и газообмен растений с окружающей средой.

*Межклетники – пространства между клетками в тканях организмов, заполненные межклеточным веществом.

Основная и дополнительная литература по теме урока

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Дыхание – это процесс, свойственный всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад сложных органических соединений (в первую очередь углеводов), конечными продуктам которого являются углекислый газ и вода с выделением энергии. Дыхание как физиологический процесс может быть представлено следующей схемой: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 686 ккал. Однако процесс окисления не столь прост, как показано на схеме, а идет через ряд промежуточных этапов. Значение дыхания состоит не только в освобождении энергии, но и в том, что при постепенном распаде углеводов образуется ряд различных промежуточных соединений, которые могут служить для синтеза органических веществ, например, белков, жиров и других.

Дыхание у растений принципиально не отличается от дыхания животных, или грибов. Какой газ растения выделяют при дыхании, такой же выделяют любые другие организмы. Это углекислый газ. Дыхание идёт круглосуточно, поэтому образование углекислого газа происходит постоянно. Также постоянно в клетки растений для их нормальной жизнедеятельности должен поступать кислород. В отличие от животных, растения не имеют специальных органов дыхания. Газообмен осуществляется через отверстия в покровных тканях:

Устьица располагаются на листьях. Каждое из них имеет клетки, способные менять тургор (наполненность водой) и закрывать устьичную щель. Устьичные щели осуществляют газообмен и испарение воды листьями.

Чечевички – это более крупные, чем устьица, щели на стеблях. Воздух также может поступать в ткани растений в растворённом виде.

Интенсивность дыхания не одинакова в разных органах. Наиболее активно дышат:

Корни также, как и надземные органы, дышат. Для нормального дыхания корней необходимо рыхлить почву.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Зачеркните неверные предложения в тексте.

Правильный вариант ответа:

Задание 2. Заполните таблицу.

Поглощаемый газ

Источник

Тест по биологии Энергетический обмен 9 класс

Тест по биологии Энергетический обмен 9 класс с ответами. Тест включает два варианта, в каждом по 7 вопросов и заданий трех уровней сложности.

Вариант 1

А1. Как называется биологическое окисление с участием кислорода?

1) полное
2) неполное
3) аэробное
4) анаэробное

А2. Какой процесс необходим для снабжения энергией клеток анаэробных организмов?

1) фотосинтез
2) дыхание
3) брожение
4) гликолиз

А3. Где происходят два первых этапа клеточного дыхания?

1) в ядре клетки
2) в цитоплазме клетки
3) в митохондриях
4) в рибосомах

А4. Какие продукты реакции образуются при аэробном дыхании?

1) вода, углекислый газ, АТФ и другие высокоэнергетические вещества
2) вода и углекислый газ, азот
3) углекислый газ, АТФ и серная кислота
4) вода, АТФ и хлор

В1. Закончите предложение.

На первом этапе клеточного дыхания жиры распадаются на жирные кислоты и__________.

В2. Какие биологические катализаторы участвуют в распаде биополимеров на мономеры в процессе клеточного дыхания?

С1. Для чего клеткам живых организмов необходим процесс дыхания?

Вариант 2

А1. Как называется бескислородное биологическое окисление?

1) аэробное
2) анаэробное
3) неполное
4) полное

А2. Гликолиз — это расщепление

1) воды
2) молочной кислоты
3) глюкозы
4) АТФ

А3. Где происходит завершающий этап клеточного дыхания?

1) в цитоплазме клетки
2) в ядре клетки
3) в рибосомах
4) в митохондриях

А4. При аэробном дыхании пировиноградная кислота превращается в

1) углекислый газ и молочную кислоту (или этиловый спирт)
2) углекислый газ и воду
3) молочную кислоту и воду
4) углекислый газ и лимонную кислоту

В1. Закончите предложение.

На первом этапе биологического окисления белки распадаются на молекулы __________.

В2. Из каких соединений на первом этапе клеточного дыхания получаются молекулы глюкозы?

С1. Объясните, для чего клеткам живых организмов нужна энергия.

Ответы на тест по биологии Энергетический обмен 9 класс
Вариант 1
А1-3
А2-4
А3-2
А4-1
В1. Глицерин
В2. Ферменты
Вариант 2
А1-2
А2-3
А3-4
А4-1
В1. Аминокислот
В2. Из полисахаридов

Источник