Кисневе дихання

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Дихання (лат. respiratio) — основна форма дисиміляції у тварин, рослин і багатьох мікроорганізмів. Дихання — це фізіологічний процес, що забезпечує нормальний перебіг метаболізму (обміну речовин і енергії) живих організмів і сприяє підтримці гомеостазу (сталості внутрішнього середовища), отримуючи з довкілля кисень (O2) і відводячи туди ж в газоподібному стані деяку частину продуктів метаболізму організму (CO2, H2O тощо). Залежно від інтенсивності обміну речовин людина виділяє через легені в середньому близько 5–18 літрів вуглекислого газу (CO2), і 50 грамів води на годину, а з ними — близько 400 інших домішок летючих з'єднань, у тому числі й ацетон. У процесі дихання багаті хімічної енергією речовини, що належать організму, окиснюються до бідних енергією кінцевих продуктів (діоксиду вуглецю і води), використовуючи для цього молекулярний кисень.

Під зовнішнім диханням розуміють газообмін між організмом і навколишнім середовищем, що включає поглинання кисню і виділення вуглекислого газу, а також транспорт цих газів усередині організму по системі дихальних трубочок (трахейнодихаючі комахи) або в системі кровообігу.

Клітинне дихання включає біохімічні процеси транспортування білків через клітинні мембрани; а також власне окиснення в мітохондріях, що приводить до перетворення хімічної енергії в їжу.

У організмів, що мають великі площі поверхні, що контактують із зовнішнім середовищем, дихання може відбуватися за рахунок дифузії газів безпосередньо до клітин через пори (наприклад, в листі рослин, у порожнинних тварин). При невеликій відносної площі поверхні транспорт газів здійснюється за рахунок циркуляції крові (у хребетних та інших) або в трахеях (у комах).

Еволюція типів дихання[ред. | ред. код]

Дихання виникло наприкінці докембрію, близько 2 млрд років тому, коли в атмосфері в результаті життєдіяльності фотосинтезуючих організмів з'явився вільний кисень. До цього живі істоти використовували анаеробні, безкисневі джерела енергії[1].

Дихання у рослин[ред. | ред. код]

Більшість рослин світлим часом доби виробляють кисень, але в їх клітинах йде і зворотний процес: кисень поглинається в процесі дихання. Вночі в кімнаті, щільно заставленій рослинами, можна спостерігати зниження концентрації кисню і збільшення концентрації вуглекислого газу. Річ у тім, що в живих клітинах рослин процес дихання відбувається цілодобово, хоча на світлі швидкість утворення кисню в результаті фотосинтезу зазвичай перевищує швидкість його поглинання. Так само як і у тварин, клітинне дихання рослин протікає в спеціальних клітинних мітохондріях.

Загальні принципи організації процесу дихання на молекулярному рівні у рослин і тварин схожі. Однак у зв'язку з тим, що рослини ведуть прикріплений спосіб життя, їх метаболізм постійно повинен підлаштовуватися до зовнішніх умов, тому і їх клітинне дихання має деякі особливості (додаткові шляхи окиснення, альтернативні ферменти).

Газообмін зі зовнішнім середовищем здійснюється через продихи і чечевички, тріщини в корі (у дерев).

Дихання рослин[ред. | ред. код]

Формалізована схема циклу дихання рослин

Дихання притаманне всім органам, тканинам і клітинам рослини. Інтенсивність дихання можна уявити, вимірюючи кількість вуглекислого газу, що виділяється тканиною, або вимірюючи кисень, що поглинається нею. Інтенсивніше дихають молоді, швидко зростаючі органи і тканини рослин. Найактивнішим є дихання репродуктивних органів, потім листя; слабкіше дихають стебла і коріння. Тіньовитривалі рослини дихають слабкіше світлолюбних. Для високогірних рослин, адаптованих до зниженого парціального тиску O2, характерна підвищена інтенсивність дихання. Дуже активним є дихання цвілевих грибів, бактерій. Дихання посилюється з підвищенням температури (на кожні 10 °C — приблизно у 2-3 рази), зупиняючись за температури у 45-50 °C. У тканинах зимуючих органів рослин (бруньки листяних дерев, голки хвойних) дихання продовжується (з різко зниженою інтенсивністю) і при значних морозах. Дихання рослин стимулюють механічні та хімічні подразнення (поранення, деякі отрути, наркотики). Закономірно змінюється дихання під час розвитку рослини та її органів. Сухе насіння дихає досить слабко. При набуханні і наступному проростанні насіння дихання посилюється у сотні і тисячі разів. Із закінченням періоду активного росту рослин дихання їхніх тканин слабшає, що пов'язується з процесом старіння протоплазми. При дозріванні насіння, плодів інтенсивність дихання зменшується.

Відповідно до теорії радянського біохіміка О. М. Баха, процес дихання, тобто окиснення вуглеводів, жирів, білків, здійснюється за допомогою окисної системи клітини в два етапи[2]:

  1. активація кисню (O2) повітря шляхом його приєднання до ненасичених, здатних мимоволі окиснюватися сполукам, що містяться в живій клітині (оксигенази) з утворенням перекисів,
  2. активація перекисів із звільненням атомарного кисню, здатного окиснювати важкоокиснювані органічні речовини.

За теорією дегідрування російського ботаніка В. І. Палладіна, найважливіша ланка дихання — активація водню субстрату, здійснювана дегідрогеназою. Обов'язковий учасник складного ланцюга процесів дихання — вода, водень якої разом з воднем субстрату використовується для відновлення самоокиснюваних сполук — так званих дихальних пігментів. Вуглекислий газ (CO2), що виділяється при диханні, утворюється без участі кисню повітря, тобто анаеробно. Кисень повітря йде на окиснення дихальних хромогенів, що перетворюються при цьому в дихальні пігменти. Подальший розвиток теорія дихання отримала в дослідженнях радянського ботаніка С. П. Костичева, згідно з якими перші етапи аеробного дихання аналогічні процесам, властивим анаеробам. Перетворення утворюваного при цьому проміжного продукту можуть йти з участю кисню, що властиво для аеробів. У анаеробів ж ці перетворення йдуть без участі молекулярного кисню.

За сучасними уявленнями, процес окиснення, який становить хімічну основу дихання, полягає у втраті речовиною електрона. Здатність приєднувати або віддавати електрони залежить від величини окисного потенціалу з'єднання. Кисень володіє найвищим окиснювальним потенціалом і, отже, максимальною здатністю приєднувати електрони. Однак потенціал кисню сильно відрізняється від потенціалу дихального субстрату. Тому роль проміжних переносників електронів від дихального субстрату до кисню виконують специфічні сполуки. Почергово окиснюючись і відновлюючись, вони утворюють систему перенесення електронів. Приєднавши до себе електрон від менш окисненого компонента, такий перенощик відновлюється і, віддаючи його наступному компоненту з більш високим потенціалом, окиснюється. Так електрон передається від однієї ланки дихального ланцюга до іншого і, врешті-решт, кисню. Це заключний етап дихання.

Всі ці процеси (активація кисню, водню, перенос електрона ланцюговою реакцією на кисень) здійснюються головним чином у мітохондріях завдяки розгалуженій системі окисно-відновних ферментів. Шляхом проходження до кисню електрони, що мобілізуються спочатку від молекули органічної речовини, поступово віддають закладену в них енергію, яку клітина запасає у формі хімічних сполук, головним чином АТФ.

Завдяки досконалим механізмам запасання та використання енергії процеси енергообміну в клітині йдуть з дуже високим коефіцієнтом корисної дії, поки недосяжним в техніці. Біологічна роль дихання не вичерпується використанням енергії, накопиченої в окиснюваній органічній молекулі. У ході окиснювальних перетворень органічних речовин утворюються активні проміжні сполуки — метаболіти, які жива клітина використовує для синтезу специфічних складових частин своєї протоплазми, утворення ферментів. Усім цим визначається центральне місце, що займає дихання в комплексі процесів обміну речовин живої клітини. У диханні схрещуються і пов'язуються між собою процеси обміну білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, жирів та інших компонентів протоплазми.

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Физиология (рос.)[недоступне посилання з липень 2019]
  2. (рос.) Бах А. Н. Собрание трудов по химии и биохимии. — М., 1950.

Література[ред. | ред. код]

  • Дихання // Мала медична енциклопедія. — Т. 2. — С. 146.

Посилання[ред. | ред. код]