Химизм дыхания растений

Химизм дыхания растений это выражение дыхательного процесса через ряд последовательных превращений и химических реакций. Химизм дыхания растений

Химическая реакция окисления

Окислением называется химическая реакция, при которой происходит присоединение кислорода к окисляемому веществу (например, окисление водорода до воды: 2Н₂ + О₂ -> 2Н₂О), или отнятие водорода от окисляемого вещества, или отнятие электрона от окисляемого вещества, вследствие чего повышается его валентность.

Вещество, принимающее электрон, - акцептор электрона - в данном случае является окислителем, например Fе⁺⁺

- е + A ->Fе

+ Aе. Акцептор электрона, обозначенный буквой А, приобретая электрон (е), восстанавливается, а железо, отдав электрон, окисляется. Вещество А может передать полученный электрон другому акцептору, восстановив его.

При окислении большую роль играет присоединение молекулы воды к окисляемому материалу с последующим отнятием водорода. К этому же типу окисления относится и окисление с предварительным присоединением к окисляемому веществу молекулы фосфорной кислоты с последующим отнятием водорода.

Представление о химизме дыхания

Представление о химизме дыхания создано на основе работ А. Н. Баха, В. И. Палладина, Д. Кейлина, О. Варбурга, В. А. Энгельгардта, Д. М. Михлина, А. И. Опарина и других ученых. В процессе дыхания различают 2 фазы: анаэробную и аэробную.

Начальная фаза превращения сахара - анаэробный распад - осуществляется одинаково как при дыхании, так и при брожениях. Через ряд последовательных превращений при распаде молекулы сахара образуется пировиноградная кислота, после чего дальнейшие превращения идут разными путями в зависимости от наличия в организме ферментативных систем и внешних условий.

В превращениях органических веществ в дыхательном процессе огромную роль играют фосфорные соединения.

Во время анаэробной фазы к молекуле глюкозы при помощи специального фермента присоединяется один остаток фосфорной кислоты от АТФ. Глюкоза +АТФ -> глюкоза-фосфат + АДФ. Далее глюкоза-фосфат претерпевает ряд сложных превращений, которые происходят под действием ферментов. В ходе этих превращений используется неорганический фосфор фосфорной кислоты и образуется дифосфоглицериновая кислота, которая имеет одну макроэргическую связь.

Фосфоглицериновын альдегид + Н₂PO₄ -> ^{окисление}

дифосфоглицериновыи альдегид -> дифосфоглицериновая кислота. Образовавшаяся дифосфоглицериновая кислота реагирует с АДФ, перенося на нее макроэргическую связь, в результате чего и образуется АТФ и фосфоглицериновая кислота. Дифосфоглицериновая кислота + АДФ -> АТФ + фосфоглицериновая кислота.

В дальнейшем после сложных превращений фосфоглицериновая кислота образует пировиноградную кислоту, а остаток фосфорной кислоты вновь дает с молекулой АДФ молекулу АТФ. Фосфоглицериновая кислота + АДФ -> АТФ + пировинограднан кислота. Следует подчеркнуть то, что на схемах даны только конечные результаты процессов, которые в действительности идут через ряд сложных промежуточных процессов.

Более детально процесс изображен на рисунке. Схема анаэробного дыхания растений

Анаэробная фаза дыхания заканчивается образованием двух молекул пировиноградной кислоты (СН₃СОСООН), а весь цикл превращения сахара до пировиноградной кислоты называется гликолизом. В результате превращений сахара в первой фазе дыхания образуется АТФ, в которой накапливается энергия. Эта энергия может быть мобилизована клеткой для любых процессов жизнедеятельности.

Вторая фаза дыхания является аэробной и начинается с превращения пировиноградной кислоты до конечных продуктов углекислого газа и воды. Это превращение связано с участием целого комплекса разных ферментативных систем и образованием ряда органических кислот (уксусной, щавелевоуксусной, лимонной, щавелево-янтарной, кетоглутаровой и др.).

В результате постепенного образования органических кислот весь углерод и водород пировиноградной кислоты окисляется. Этот цикл окисления пировиноградной кислоты был исследован Кребсом и получил название цикла Кребса.

В результате окисления пировиноградной кислоты получаются 3 молекулы углекислого газа, а так как из молекулы сахара получаются 2 молекулы пировиноградной кислоты, то общий выход углекислого газа будет равняться 6 молекулам, что и указывается в суммарном уравнении дыхания. В процессе окисления принимают участие различные оксидазы.

В зависимости от состояния растения, его вида и условий внешней среды может включаться та или иная ферментативная система. В процессе окисления молекулы глюкозы до СО₂ и Н₂О образуется 38 молекул АТФ (2 в первую и 36 во вторую фазу дыхания). Благодаря этому в клетке сохраняется 380 000 кал, что составляет 50-55% химической энергии, заключенной в глюкозе. Остальная энергия рассеивается в виде тепла.