Анаэробное дыхание PDF Печать E-mail

Если дрожжи поместить в раствор углевода, например в раствор патоки в воде, перелить эту смесь в бутылку и плотно заткнуть пробкой, то вскоре в растворе появится множество мелких пузырьков. Постепенно давление внутри бутылки так возрастет, что пробка вылетит. При исследовании выделяющегося газа мы обнаружили, что это углекислый газ. В растворе же появится спирт. Как же это получилось? Произошло брожение. В клетках дрожжей содержатся ферменты, позволяющие извлекать энергию из глюкозы в отсутствие кислорода. Этот процесс называется анаэробным дыханием. В дрожжах имеются также ферменты, которые обеспечивают в присутствии кислорода аэробное дыхание. Если раствор патоки поместить в большой плоский сосуд и этим обеспечить свободный доступ кислорода к раствору, то в результате аэробного дыхания дрожжевых клеток патока начнет превращаться в углекислый газ и воду. При этом спирт не образуется, а выход энергии значительно увеличивается.

При анаэробном дыхании используется всего 5% энергии, заключенной в сахаре патоки. Остальная энергия остается в спирте — побочном продукте процесса анаэробного распада углеводов. Давайте рассмотрим этот процесс более подробно. Для протекания гликолиза не требуется присутствия кислорода. В самом деле, в ходе гликолиза от молекулы глюкозы отщепляются 4 атома водорода, однако газообразный водород не накапливается в клетках дрожжей. Оказалось, что акцептором водорода в анаэробных условиях служит пировиноградная кислота.

Значительная часть энергии, заключенной в глюкозе, остается в пировиноградной кислоте и затем переносится в спирт. Таким образом, процесс брожения освобождает из пищи гораздо меньше энергии, чем в ней содержится и чем может быть освобождено в присутствии кислорода. Эта неосвободившаяся энергия тем не менее не пропадает безвозвратно. Так, если происходит брожение яблочного сока, то сначала образуется «крепкий» сидр, содержащий определенное количество спирта. Но стоит оставить сидр на воздухе, как в нем поселяются бактерии уксуснокислого брожения, которые превращают спирт в уксусную кислоту и тем самым сидр — в уксус. Уксус, оставаясь на воздухе, вскоре станет слабым — в нем размножатся дрожжи особого вида, использующие уксусную кислоту в цикле Кребса с образованием воды и углекислого газа. В результате после воздействия трех видов микроорганизмов энергия глюкозы будет полностью использована. Первый этап окисления — анаэробный; остальные два требуют присутствия кислорода. Эти этапы можно изобразить тремя следующими суммарными уравнениями:
С6Н12О6 -> 2С2Н6О + 2СО2+Энергия.
С2Н6О + О2 -> С2Н402 +Н2О + Энергия.
С2Н402 + О2 -> 2Н2О + 2СО2+Энергия.

У высокоорганизованных животных количество энергии, вырабатываемое анаэробным путем, недостаточно для поддержания жизни, однако оно служит дополнением к энергии аэробных процессов. Если бы прекратился анаэробный распад углеводов, активность человеческого организма резко понизилась бы.

Вам никогда не удалось бы взбежать по лестнице на третий этаж, если оы весь водород, освобождающийся в мышцах, акцептировался только кислородом; вам пришлось бы несколько раз останавливаться и отдыхать. Мы не увидели бы футбольных матчей, потому что игроки не смогли бы развивать активность, необходимую в этом виде спорта. Во всех случаях интенсивной работы мышцы вырабатывают энергию анаэробным путем. При этом, так же как и у дрожжей, акцептором водорода служит пировиноградная кислота. У животных, однако, не происходит дальнейшего превращения пировиноградной кислоты в спирт и углекислый газ; иначе при любом напряжении организм отравлялся бы спиртом. Вместо этого в клетках живого организма при помощи специальной ферментной системы из пировиноградной кислоты и водорода образуется молочная кислота:
2С3Н403 +4Н = 2С3Н6О3

Во время напряженной физической работы большая часть используемой энергии вырабатывается в процессе анаэробного распада глюкозы. В результате в мышцах накапливается много молочной кислоты. Небольшие количества молочной кислоты способствуют усилению мышечной деятельности. Именно поэтому мышцы работают особенно хорошо после короткой «разминки». Постепенно, однако, в организме накапливается так много молочной кислоты, что появляется чувство усталости и одышка — признаки так называемой кислородной задолженности. Поступающий в организм кислород используется для окисления молочной кислоты; причем молочная кислота сначала вновь превращается в пировиноградную кислоту путем отщепления водорода и присоединения его к конечному акцептору — кислороду. Пировиноградная же кислота включается в цикл Кребса. Некоторое количество молочной кислоты попадает в печень, где превращается в глюкозу.

Интересные статьи по биологии:

1) Движение ресничек и жгутиков

2) Проблема промежуточных филаментов