Дыха́ние () — основная форма катаболизма у животных, растений и многих микроорганизмов. Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие). В зависимости от интенсивности обмена веществ человек выделяет через лёгкие в среднем литров углекислого газа (СО2), и 50 граммов воды в час. А с ними — около 400 других примесей летучих соединений, в том числе и ацетон. В процессе дыхания богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.
Внешнее дыхание — это газообмен между организмом и окружающей средой, включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих газов внутри организма по системе дыхательных трубочек (трахейнодышащие насекомые) .
Клеточное дыхание включает биохимические процессы транспортировки белков через клеточные мембраны; а также собственно окисление в митохондриях, приводящее к преобразованию химической энергии пищи.
У организмов, имеющих большие площади поверхности, контактирующие с внешней средой, дыхание может происходить за счёт диффузии газов непосредственно к клеткам через поры (например, в листьях растений, у полостных животных). При небольшой относительной площади поверхности транспорт газов осуществляется за счёт циркуляции крови (у позвоночных и других) либо в трахеях (у насекомых). У человека в состоянии покоя газообмен через кожу с атмосферой составляет около 2—3 % от лёгочного газообмена.
Клеточное дыхание
Тканево́е или кле́точное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в процессе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (молекул аденозинтрифосфорной кислоты и других макроэргов) и может быть использована организмом по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. На клеточном уровне рассматривают два основных вида дыхания: аэробное (с участием окислителя-кислорода) и анаэробное. При этом физиологические процессы транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению из них углекислого газа рассматриваются как функция внешнего дыхания.
Аэро́бное дыха́ние. В цикле Кребса 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.
Анаэро́бное дыха́ние — биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.
Дыхание у растений
У всех растений происходит аэробное дыхание с поглощением митохондриями кислорода и выделением углекислого газа. У большинства растений также в хлоропластах происходит фотосинтез с поглощением углекислого газа и выделением кислорода. Дыхание идет постоянно, однако, по некоторым данным, на свету эффективность дыхания может составлять 30-100 % от таковой в темноте. Это связано с тем, что митохондрии оказываются задействованы в процессе фотодыхания
Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикреплённый образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).
Газообмен с внешней средой осуществляется через устьица и чечевички, трещины в коре (у деревьев).
Также у растений существует спиртовое брожение :
Количество энергии (стандартное изменение свободной энергии), которое должно было бы выделяться при брожении, составляет 234 кДж на моль израсходованной гексозы. Таким образом, для обеспечения себя необходимым количеством энергии растение при брожении должно израсходовать значительно большее количество гексоз, чем при аэробном дыхании. В атмосфере кислорода происходит более эффективное в энергетическом отношении аэробное дыхание, предохраняющее растение от излишних трат органического веществаВ. Л. Кретович — Биохимия растений: Учеб. − 2е изд., перераб. и доп.; для биол. спец. университетов. — М.: Высшая школа, 1986. — 503 с., ил..
В анаэробных условиях хлорофилл, растворённый в пиридине, под воздействием света восстанавливается аскорбиновой кислотой или другими донорами электронов. В темноте реакция идёт в обратном направлении:
В свою очередь, «фотовосстановленный» хлорофилл может восстанавливать такие акцепторы, как НАД+, хиноны, Fe3+.
Эти реакции названы в честь А. А. Красновского Медведев Сергей Семёнович — Физиология растений. А. А. Красновский — Реакция обратимого фотохимического восстановления хлорофилла, его аналогов и производных..
См. также Дыхательная система Физиология дыхания
Примечания
Литература
Дыхание // Малая медицинская энциклопедия. — Т. 2. — С. 146.
Ссылки
Категория:Физиология дыхания Категория:Безусловные рефлексы