Дыхание, раздел «Биолог»
Различают внешнее дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа (см. Дыхательная система), и клеточное, или тканевое, дыхание — использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток. Дыхание характерно для клеток человека, животных, растений, грибов и многих микроорганизмов. В зависимости от типа дыхания различают аэробные и анаэробные микроорганизмы, многие из них способны переходить от одного типа дыхания к другому.
Молекулярная основа этих процессов — ступенчатое окисление углерода органических молекул до СО2 и воды. Свободная энергия клеточного топлива запасается в форме энергии фосфатных связей АТФ (см. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Выделившаяся энергия используется клеткой для выполнения работы: активного транспорта веществ через мембраны, механического движения, синтеза новых соединений и т. д.
Основные структуры эукариотической клетки, где происходит дыхание, — митохондрии. У прокариот нет митохондрий, и ферменты дыхания располагаются на внутренней стороне клеточной мембраны.
Процесс дыхания складывается из нескольких этапов.
Сначала происходит гидролиз. Углеводы, аминокислоты, жиры подвергаются окислительному распаду. Окисление начинается с бескислородного расщепления глюкозы — гликолиза. Продукты обмена гликолиза включаются в так называемый цикл Кребса — замкнутый цикл последовательных биохимических реакций. При этом образуются СО2 и водород (протон+электрон). СО2 выводится из клетки, а водород идет в «дыхательную цепь» — цепь последовательных реакций переноса водорода и электронов. Ферменты, обслуживающие «дыхательную цепь», располагаются на внутренней мембране митохондрий. Энергия, выделяющаяся при переносе водорода и электронов в этой цепи, используется для образования АТФ в ходе окислительного фосфорили-рования. Образующиеся внутри митохондрии молекулы АТФ переносятся в цитоплазму, обмениваясь на молекулы АДФ (аденозин-дифосфорная кислота), находящиеся вне митохондрии.
Аэробные клетки большую часть энергии получают за счет дыхания. Это очень сложный, но наиболее экономичный путь. При окислении глюкозы освобождается энергии в 13 раз больше, чем при анаэробном расщеплении. При бескислородном расщеплении 1 молекулы глюкозы синтезируются 2 молекулы АТФ, а при расщеплении 1 молекулы глюкозы в присутствии кислорода образуется 36 молекул АТФ, т. е. в 18 раз больше!
Бескислородный путь получения энергии клетками более древний. Дыхание возникло на Земле позже, когда в ее атмосфере появился кислород.
