Дихання При виконанні різних вправ або асан необхідно правильно дихати. Для кожного конкретного випадку підходить певний тип дихання. Нижче буде розказано про деякі з

Зворотне черевне дихання - «даоське дихання» «Даоське дихання» використовується при заняттях бойовими мистецтвами. Воно дозволяє швидко збільшити енергію тіла за умови, що ви вдихаєте і видихаєте повітря через нос.Прі вдиху ви втягуєте живіт, максимально наповнюючи

Грудне дихання - дихання сили Цей вид дихання застосовується для здобуття сили при важкій фізичній праці, наприклад переміщення вантажів, перекочування великих каменів і важких стовбурів дерев, а також при підготовці спортсменів і водолазів і в бойових іскусствах.Вдох

КЛІТИННУ ДИХАННЯ

Основними процесами, що забезпечують клітину енергією, є фотосинтез, хемосинтез, дихання, бродіння і гліколіз як етап дихання.

З кров'ю кисень проникає в клітину, вірніше в особливі клітинні структури - мітохондрії. Вони є у всіх клітинах, за винятком клітин бактерій, синьо-зелених водоростей і зрілих клітин крові (еритроцитів). В мітохондріях кисень вступає в багатоступеневу реакцію з різними поживними речовинами - білками, вуглеводами, жирами і ін. Цей процес називається клітинним диханням. В результаті виділяється хімічна енергія, яку клітина запасає в особливому речовині - аденозинтрифосфорної кислоти, або АТФ. Це універсальний накопичувач енергії, яку організм витрачає на зростання, рух, підтримання своєї життєдіяльності.

Дихання - це окислювальний, за участю кисню розпад органічних поживних речовин, що супроводжується утворенням хімічно активних метаболітів і звільненням енергії, які використовуються клітинами для процесів життєдіяльності.

Загальне рівняння дихання має наступний вигляд:

Де Q = 2878 кДж / моль.

Але подих, на відміну від горіння, процес багатоступінчастий. У ньому виділяють дві основні стадії: гліколіз і кисневий етап.

гліколіз

Дорогоцінна для організму АТФ утворюється не тільки в мітохондріях, а й в цитоплазмі клітини в результаті гліколізу (від грец. «Глікіс» - «солодкий» і «Лісіс» - «розпад»). Гліколіз не є мембранозалежних процесом. Він відбувається в цитоплазмі. Однак ферменти гліколізу пов'язані зі структурами цитоскелету.

Гліколіз - процес дуже складний. Це процес розщеплення глюкози під дією різних ферментів, що не вимагає участі кисню. Для розпаду і часткового окислення молекули глюкози необхідно узгоджене перебіг одинадцяти послідовних реакцій. При гліколізі одна молекула глюкози дає можливість синтезувати дві молекули АТФ. Продукти розщеплення глюкози можуть потім вступати в реакцію бродіння, перетворюючись в етиловий спирт або молочну кислоту. Спиртове бродіння властиво дріжджів, а молочнокисле - властиво клітинам тварин і деяких бактерій. Багатьом аеробних, тобто живуть виключно в біс кисневої середовищі, організмам вистачає енергії, що утворюється в результаті гліколізу і бродіння. Але аеробних організмів необхідно доповнити цей невеликий запас, причому досить істотно.

Кисневий етап дихання

Продукти розщеплення глюкози потрапляють в мітохондрії. Там від них спочатку відщеплюєтьсямолекула вуглекислого газу, який виводиться з організму при виході. «Спалювання» відбувається в так званому циклі Кребса (додаток №1) (по імені описав його англійської біохіміка) - послідовного ланцюга реакцій. Кожен із що у ній ферментів вступає в з'єднання, а після декількох перетворень знову звільняється в первісному вигляді. Біохімічний цикл зовсім не безцільне ходіння по колу. Він більше схожий з поромом, який снує між двома берегами, але в підсумку люди і машини рухаються в потрібному напрямку. В результаті відбуваються в циклі Кребса реакцій синтезуються додаткові молекули АТФ, відщеплюються додаткові молекули вуглекислого газу і атоми водню.

Жири теж беруть участь в цьому ланцюжку, але їх розщеплення вимагає часу, тому якщо енергія потрібна терміново, то організм використовує не жири, а вуглеводи. Зате жири - дуже багате джерело енергії. Можуть окислятся для енергетичних потреб і білки, але лише в крайньому випадку, наприклад при тривалому голодуванні. Білки для клітини - недоторканний запас.

Головний по ефективності процес синтезу АТФ відбувається за участю кисню в багатоступінчастої дихального ланцюга. Кисень здатний окислювати багато органічні сполуки і при цьому виділяти багато енергії відразу. Але такий вибух для організму був би згубний. Роль дихального ланцюга і всього аеробного, тобто пов'язаного з киснем, дихання полягає саме в тому, щоб організм забезпечувався енергією безперервно і невеликими порціями - в тій мірі, в якій мірі це організму потрібно. Можна провести аналогію з бензином: розлитий по землі і підпалений, він миттєво спалахне без будь-якої користі. А в автомобілі, згораючи потроху, бензин буде кілька годин здійснювати корисну роботу. Але для цього такий складний пристрій, як двигун.

Дихальна ланцюг в сукупності з циклом Кребса і гликолизом дозволяє довести «вихід» молекул АТФ з кожної молекули глюкози до 38. Але ж при гліколізі це співвідношення було лише 2: 1. Таким чином, коефіцієнт корисної дії аеробного дихання набагато більше.

Як влаштована дихальна ланцюг?

Механізм синтезу АТФ при гліколізі відносно простий і може без праці бути відтворений в пробірці. Однак ніколи не вдавалося лабораторно змоделювати дихальний синтез АТФ. У 1961 році англійський біохімік Пітер Мітчел висловив припущення, що ферменти - сусіди по дихального ланцюга - дотримують не тільки сувору черговість, а й чіткий порядок в просторі клітини. Дихальна ланцюг, не змінюючи свого порядку, закріплюється у внутрішній оболонці (мембрані) мітохондрії і кілька разів «прошиває» її ніби стежками. Спроби відтворити дихальний синтез АТФ зазнали невдачі, тому що роль мембрани дослідниками недооцінювалися. А адже в реакції беруть участь ще ферменти, зосереджені в грибоподібних наростах на внутрішній сторонімембрани. Якщо ці нарости видалити, то АТФ синтезуватися не буде.

Дихання, яке приносить шкоду.

Молекулярний кисень - потужний окислювач. Але як сильнодіючі ліки, він здатний давати і побічні ефекти. Наприклад, пряма взаємодія кисню з ліпідами викликає поява отруйних перекисів і порушує структуру клітин. Активні сполуки кисню можуть пошкоджувати також білки і нуклеїнові кислоти.

Чому ж не відбувається отруєння цими отрутами? Тому, що їм є протиотрута. Життя виникла під час відсутності кисню, і перші істоти на Землі були анаеробними. Потім з'явився фотосинтез, а кисень як його побічний продукт почав накопичуватися в атмосфері. У ті часи цей газ був небезпечний для всього живого. Одні анаероби загинули, інші знайшли безкисневі куточки, наприклад, оселившись в грудочках грунту; треті стали пристосовуватися і змінюватися. Тоді-то і з'явилися механізми, що захищають живу клітинувід безладного окислення. Це різноманітні речовини: ферменти, в тому числі руйнівник шкідливої ​​перекису водню - каталізу, а також багато інших небілкові сполуки.

Дихання взагалі спочатку з'явилося, як спосіб видаляти кисень з навколишнього організм атмосфери і лише потім стало джерелом енергії. Пристосувалися до нового середовища анаероби стали аеробами, отримавши величезні переваги. Але прихована небезпека кисню для них все ж збереглася. Потужність антиокисних «протиотрут» небезмежна. Ось чому в чистому кисні, та ще й під тиском, все живе досить скоро гине. Якщо ж клітина опиниться пошкоджена будь-яким зовнішнім фактором, то захисні механізми зазвичай відмовляють в першу чергу, і тоді кисень починає шкодити навіть при звичайній атмосферної концентрації

Отже, клітинне дихання відбувається в клітці.

Але де саме? Яка органела здійснює цей процес?

Основний етап клітинного дихання здійснюється в. Як відомо, основний продукт роботи мітохондрії - молекули АТФ - синонім поняття «енергія» в біології. Дійсно, основним продуктом цього процесу є енергія, молекули АТФ.

АТФ- це молекула - синонім енергії в біології. Расшіфровивется як АТФ або Аденозинтрифосфорная кислота. Як видно з малюнка формули, в складі молекули є:

1. три зв'язку із залишками фосфорної кислоти, при розриві яких виділяється велика кількість енергії,
2. вуглевод рибоза (пятіатомий цукор) і
3. азотистих основ

1 Етап клітинного дихання - підготовчий

Яким чином речовини потрапляють в клітини? В процесі травлення організму. Суть процесу травлення - розщеплення полімерів, що надходять в організм з їжею, до мономерів:

• розщеплюються до амінокислот;
• - до глюкози;
• розщеплюються до гліцерину і жирних кислот.

Тобто в кліткунадходять вже мономери.

2 Етап клітинного травлення

гліколіз- ферментативний процес послідовного розщеплення глюкози в клітинах, що супроводжується синтезом АТФ.

гліколіз при аеробних умовахведе до утворення піровиноградної кислоти (ПВК) (пірувату),

гліколіз в анаеробних умовах(Безкисневих або при нестачі кисню) веде до утворення молочної кислоти (лактату).

CH 3 -CH (OH) -COOH

Процес йде за участю молекул фосфорної кислоти, тому називається окисне фосфорилювання

Гліколіз є основним шляхом глюкози в організмі тварин.

Перетворення відбуваються в, тобто процес буде однозначно анаеробним: молекула глюкози розщепиться до ПВК - піровиноградної кислоти з виділенням 2 молекул АТФ:

3 Етап клітинного травлення (кисневий)

Поступаючи в мітохондрії, відбувається окислення: ПВК під дією кисню розщеплюється до вуглекислого газу (сумарне рівняння):

Спочатку відщеплюється один вуглецевий атом піровиноградної кислоти. При цьому утворюється вуглекислий газ, енергія (вона запасається в одній молекулі НАДФ) і двухуглеродная молекула - ацетільная група. Потім реакційна ланцюг надходить в метаболічний координаційний центр клітини - цикл Кребса.

цикл Кребса

(Цикл лимонної кислоти)

Цикл Кребса - це реакції, які починаються, коли певна що входить молекула з'єднується з іншою молекулою, що виконує функцію «помічника». Така комбінація ініціює серію інших хімічних реакцій, В яких утворюються молекули-продукти і в кінці відтворюється молекула-помічник, яка може почати весь процес знову.

Для переробки енергії, запасеної в одній молекулі глюкози, Цикл Кребса потрібно пройти двічі

Процес багатостадійний, і в ньому, крім різних кислот з цікавими назвами беруть участь коферменти (КоА).

Що таке коферменти?

(Коензими)

• це органічні речовини невеликого розміру
• вони здатні з'єднуватися з білками (або прямо з ферментами, у яких, до речі, білкова природа), утворюючи активна речовина, косплекс, яке буде чимось на зразок каталізатора.

Приставка «ко» - це як «з-» - співпродюсер, співвітчизник і т.п. Тобто "разом з "

гліколіз- катаболический шлях виняткової важливості.

Він забезпечує енергією клітинні реакції, в тому числі і синтез білка.

Проміжні продукти гліколізу використовуються при синтезі жирів.

Піруват також може бути використаний для синтезу інших з'єднань. Завдяки гликолизу продуктивність мітохондрій і доступність кисню не обмежують потужність м'язів при короткочасних граничних навантаженнях.

метаболізм

Метаболізм - сукупність реакцій біосинтезу та розщеплення речовин в клітині. Певна послідовність ферментативних перетворень речовини в клітині називається метаболічним шляхом, а утворюються проміжні продукти - метаболіти.

Двома взаємопов'язаними в просторі і часі сторонами метаболізму є пластичний і енергетичний обмін.

Сукупність реакцій біологічного синтезу, коли з простих речовин, Що надходять в клітину ззовні, утворюються складні органічні речовини, подібні вмісту клітини, називається анаболізм (пластичний обмін). Відбувається асиміляція. Ці реакції йдуть з використанням енергії, що утворюється в результаті реакцій розщеплення органічних речовин, що надходять з їжею. Найбільш інтенсивно пластичний обмін відбувається в процесі росту організму. Найбільш важливі процеси анаболізму - фотосинтез і синтез білка.

Катаболізму (енергетичний обмін) - ферментативні розщеплення (гідроліз, окислення) складних органічних сполук на більш прості. Відбувається дисиміляція. Ці реакції йдуть з виділенням енергії.

Етапи енергетичного обміну. Клітинне дихання.

Процесом, протилежним біосинтезу, є дисиміляція, або катаболізм, - сукупність реакцій розщеплення. При розщепленні високомолекулярних сполук виділяється енергія, необхідна для реакцій біосинтезу. Тому дисиміляцію називають ще енергетичним обміном клітини. Гетеротрофні організми отримують енергію, необхідну для життєдіяльності з їжею. Хімічна енергія поживних речовин міститься в різних ковалентних зв'язках між атомами в молекулі органічних сполук. Частина енергії, що звільняється з поживних речовин, розсіюється у формі теплоти, а частина акумулюється, тобто накопичується в багатих енергією макроергічних фосфатних зв'язках АТФ. Саме АТФ забезпечує енергією всі види клітинних функцій: біосинтез, механічну роботу, активне перенесення речовин через мембрани і т.д. Синтез АТФ здійснюється в мітохондріях. Клітинне дихання - ферментативне розкладання органічних речовин (глюкози) в клітці до вуглекислого газу і води в присутності вільного кисню, поєднане з запасанием виділяється при цьому енергії.

Енергетичний обмін ділять на тир етапу, кожен з яких здійснюється за участю спеціальних ферментів в певних ділянках клітин.

Перший етап - підготовчий. У людини і тварин в процесі травлення великі молекули їжі, що включають олиго-, полісахариди, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти, розпадаються на більш дрібні молекули - глюкозу, гліцерин, жирні кислоти, амінокислоти, нуклеотиди. На цьому етапі виділяється невелика кількість енергії, яка розсіюється у вигляді теплоти. Ці молекули всмоктуються в кишечнику в кров і доставляються в різні органи і тканини, де можуть служити як будівельним матеріалом для синтезу нових речовин, необхідних організму, так і для забезпечення організму енергією.

Другий етап - безкисневому, або неповний, анаеробне дихання (гліколіз або бродіння). Утворені на цьому етапі речовини за участю ферментів піддаються подальшому розщепленню.

Гліколіз - один з центральних шляхів катаболізму глюкози, коли розщеплення вуглеводу з утворенням АТФ відбувається в безкисневих умовах. У аеробних організмів (рослини, тварини) це одна зі стадій клітинного дихання, у мікроорганізмів - бродіння - основний спосіб отримання енергії. Ферменти гліколізу локалізовані в цитоплазми. Процес протікає в два етапи при відсутності кисню.

1). Підготовчий етап - відбувається активація молекул глюкози в результаті приєднання фосфатних груп, що йде з витратою АТФ, з утворенням двох 3-вуглецевих молекул гліцеральдегідфосфата.

2), окислювально-відновний етап - йдуть ферментативні реакції субстратного фосфорилювання, коли відбувається вилучення енергії у вигляді АТФ безпосередньо в момент окислення субстрату. Так, молекула глюкози піддається подальшому ступенчатому розщепленню і окисленню до двох 3-вуглецевих молекул піровиноградної кислоти. У сумарній вигляді процес гліколізу виглядає так:

З 6 Н 12 О 6 + 2 Н 3 РО 4 + 2 АДФ → 2 З 3 Н 6 О 3 + 2 АТФ + 2 Н 2 О

На етапі окислення глюкози відщеплюються протони й електрони запасаються у формі НАДН. У м'язах в результаті анаеробного дихання молекула глюкози розпадається на дві молекули ПВК, які потім відновлюються в молочну кислоту з використанням відновленого НАДН. У дріжджових грибів молекула глюкози без участі кисню перетворюється в етиловий спирт і діоксид вуглецю (спиртове бродіння):

З 6 Н 12 О 6 + 2 Н 3 РО 4 + 2 АДФ → 2 З 3 Н 5 ОН + 2 СО 2 + 2 АТФ + 2 Н 2 О

У інших мікроорганізмів розщеплення глюкози - гліколіз може завершуватися освітою ацетону, оцтової кислоти та ін.

У всіх випадках розпад однієї молекули глюкози супроводжується утворенням 4 молекул АТФ. При цьому в реакціях розщеплення глюкози 2 молекули АТФ витрачаються. Таким чином, в ході безкисневого розщеплення глюкози утворюється 2 молекули АТФ. В цілому енергетична ефективність гліколізу невелика, тому що 40% енергії зберігається у вигляді хімічного зв'язку в молекулі АТФ, а інша енергія розсіюється у вигляді теплоти.

Третій етап - стадія кисневого розщеплення, або аеробного дихання. Аеробне дихання здійснюється в мітохондріях клітини при доступі кисню. Процес клітинного дихання також складається з 3 етапів.

Окислювальне декарбоксилювання ПВК, що утворюється на попередньому етапі з глюкози і надходить в матрикс мітохондрій. За участю складного ферментного комплексу відщеплюєтьсямолекула вуглекислого газу і утворюється з'єднання ацетил-коензим А, а також НАДН.

Цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса). Цей етап включає велике числоферментативних реакцій. Усередині матриксу мітохондрій ацетил-коензим А (який може утворюватися з різних речовин) розщеплюється з вивільненням ще однієї молекули вуглекислого газу, а також утворенням АТФ, НАДН і ФАДН. Вуглекислий газ надходить в кров і видаляється з організму через органи дихання. Енергія, запасені в молекулах НАДН і ФАДН, використовується для синтезу АТФ на наступному етапі клітинного дихання.

Окислювальне фосфорилювання - багатоступінчастий перенесення електронів від відновлених форм НАДН і ФАДН по ланцюгу транспорту електронів, вбудованої у внутрішню мембрану мітохондрій, на кінцевий акцептор кисень, пов'язаний з синтезом АТФ. До складу ланцюга транспорту електронів входить ряд компонентів: убіхінон (коензим Q), цитохроми b, c, a, виступаючі переносниками електронів. В результаті функціонування електрон-транспортного ланцюга атоми водню від НАДН і ФАДН поділяються на протони й електрони. Електрони поступово переносяться на кисень, так утворюється вода, а протони перекачуються в межмембранное простір мітохондрій, використовуючи енергію потоку електронів. Потім протони повертаються в матрикс мітохондрій, проходячи через спеціальні канали в складі вбудованого в мембрану ферменту АТФ-синтетази. При цьому утворюється АТФ з АДФ і фосфату. У ланцюзі транспорту електронів є 3 ділянки сполучення окислення і фосфорилювання, тобто місць освіти АТФ. Механізм утворення енергії та вигляді АТФ в мітохондріях пояснюється хеміосмотіческой теорією П. Мітчелла. Кисневе дихання супроводжується виділенням великої кількості енергії і акумуляцією її молекулах АТФ. Сумарне рівняння аеробного дихання виглядає так?

З 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38 Н 3 РО 4 +38 АДФ → 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 38 АТФ

Таким чином, при повному окисленні однієї молекули глюкози до кінцевих продуктів - вуглекислого газу і води при доступі кисню утворюється 38 молекул АТФ. Отже, основну роль в забезпеченні клітини енергією грає аеробне дихання.

Подібність між фотосинтезом і аеробних диханням:

Потрібен механізм обміну вуглекислого газу і кисню.

Необхідні спеціальні органели (хлоропласти, мітохондрії).

Необхідна ланцюг транспорту електронів, вбудована в мембрани.

Відбувається перетворення енергії (синтез АТФ в результаті фосфорилювання).

Відбуваються циклічні реакції (цикл Кальвіна, цикл Кребса).

Відмінності між фотосинтезом і аеробних диханням: