Занятие №8, 9 Тема: Дыхание растений. Вопросы для

Кафедра биологии СтГМУ
Методическая разработка практического занятия для бакалавров по
направлению подготовки 020400.62 «Биология»
ГРАФОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА К ЗАНЯТИЮ №8, 9
Тема: Дыхание растений
Гликолиз
Цитозоль клеток
Цикл Кребса
(цикл ди- и трикарбоновых кислот)
Матрикс
митохондрий
Подготовительный этап
Крахмал и сахароза→ фруктозо-1,6-бифосфат
фруктозо-1,6-бифосфат→фосфоглицериновый альдегид и
фосфодиоксиацетон (альдолаза)
Первое субстратное фосфорилирование
3-ФГА
окисляется→3-ФГК
(3фосфоглицератдегидрогеназа)
Одновременно происходит фосфорилирование 3-ФГК и образование 1,3-бифосфоглицериновой кислоты
Перенос фосфатного остатка с 1,3-бифосфоглицериновой
кислоты на ADP и образование АТР (фосфоглицераткиназа).
3-ФГК изомеризуется 2-ФГК
2-ФГК дегидратируется→фосфоенолпировиноградная кислота (энолаза)
Второе субстратное фосфорилирование
Перенос остатка фосфорной кислоты с фосфоенолпирувата
на ADP
Синтез АТР и образование пирувата
В аэробных условиях пируват окисляется до СО2 с образованием АТР.
Окисление пирувата: 1) окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-СоА и NADН (пируватдегидрогеназа)
2) окисление остатка ацетил-СоА (в цикле Кребса).
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной
кислоты (пируватдегидрогеназа существует в виде комплекса нескольких ферментов): 1) декарбоксилирование, 2)
окисление 3) образование ацетил-СоА (ацетат +коэнзим А
(СоА)→ ацетил-СоА).
Ацетил-СоА поступает в цикл Кребса и окисляется в нем с
образованием 2 молекул СО2.
Из ацетил-СоА и оксалоацетата → лимонная (цитрат) (цитратсинтаза).
Цитрат изомеризуется в изоцитрат (аконитаза).
Изоцитрат дважды подвергается окислительному декарбок-
2 молекулы АТР
(отсутствие кислорода)
8 молекул АТР (анаэробные условия)
1)Гексокиназная реакция,
продукт которой глюкозо-6фосфат аллостерически подавляет активность фермента гексокиназы
2)активность фосфофруктокиназы возрастает при повышении содержания ADP ,
но подавляется высокими
концентрациями АТР
3)Активность пируваткиназы угнетается ее продуктом
АТР в высоких концентрациях
После полного окисления в цикле Кребса одной молекулы пировиноградной кислоты образуется 4 молекулы
NADH (что соответствует 12 АТР), 1 молекула
FADH2
(эквивалентна 2 АТР) и 1 молекула АТР, т.е. всего
12 + 2 + 1 = 15 молекул
АТР. Если же учесть,
что при окислении глюкозы в гликолизе образуется две молекулы
пиру вата, то 15 АТР
необходимо
удвоить,
Важное значение имеет соотношение между [NADH]и
[NAD+], а также концентрация АТР.
Пентозофосфатный путь
окисления
глюкозы
(апотомическое
окисление
глюкозы)
Растворимая
часть
цитоплазмы
клетки,
в пропластидах,
хлоропластах
Окислительное
фосфорилирование
Митохондрии
силированию →2 молекулы NADH, 2 молекулы СО2 и сукцинил-СоА.
Окислительное декарбоксилирование 2-оксоглутаровой
кислоты (2-оксоглутаратдегидрогеназный мультиферментный комплекс).
При превращении сукцинил-СоА →сукцинат (янтарную
кислоту) происходит субстратное фосфорилирование ADP и
синтез АТР (сукцинил-СоА-синтетаза).
Янтарная кислота окисляется до фумаровой (фумарат) (сукцинатдегидрогеназа)
Фумарат + вода (фумараза) яблочная кислота (малат)
→окисляется (малатдегидрогеназа) до оксалоацетата с образованием NADH.
Оксалоацетат + ацетил-СоА - цикл замыкается.
За счет последовательного окисления глюкозы происходит
образование 2 молекул NADPH. Второй этап - циклическая
регенерация глюкозо-6-фосфата.
Пентозофосфатный путь окисления глюкозы начинается с
окисления глюкозо-6-фосфата соответствующей дегидрогеназой до глюконовой кислоты →NADPH.
Процесс окислительного дскарбоксилироваиия глюконовой
кислоты→рибозо-5-фосфат, СО2 и NADPH. Превращение
рибозо-5-фосфата в гексозы происходит в ходе трансальдолазной и транскетолазных реакций.
Движение электронов по электрон-транспортной цепи сопровождается транспортом ионов Н+ из матрикса в
межмембранное пространство митохондрий. В результате
на внутренней мембране митохондрий формируется электрохимический градиент протонов, который и является источником энергии для синтеза АТР. Синтез АТР осуществляется в процессе транспорта ионов Н+ по градиенту
концентрации через протонный канал фермента АТРсинтазы (П. Митчелл, 1961).
Синтез АТР. В начале ADP и Рн связываются с комплексом
F1 фермента АТР-синтазы. Протоны, перемещаясь по протонному каналу, взаимодействуют с одним из атомов кислорода фосфорной кислоты, который выводится из комплекса в виде воды: 2Н+ + О → H2О. ADP через атом кислорода соединяется с фосфатом, образуя АТР. На заключительном этапе происходит отделение синтезированной молекулы АТР от ферментативного комплекса.
что в итоге составит 30
молекул АТР. Сюда
необходимо также добавить 2 молекулы АТР и
2 молекулы NADH (6
АТР), образованные в
гликолизе.
Поэтому
суммарный итог окислительного расщепления глюкозы через гликолиз и цикл Кребса
составит 30 + 8 = 38 молекул АТР.
В процессе полного
окисления
молекулы
глюкозы образуется 12
молекул NADPH, которые при окислении в
электрон-транспортной
цепи могли бы дать 12 *
3 = 36 молекул АТР.
АТР
Его скорость регулируется
прежде всего концентрацией NADP+, для проявления
активности
глюкозо-6фосфатдегидрогеназы
и
дегидрогеназы
6фосфоглюконовой кислоты
требуется постоянный приток окисленной формы этого нуклеотида.
Ингибиторы окислительного фосфорилирования
Некоторые вещества (так
называемые разобщители, к
которым относится, например, 2,4-динитрофенол) подавляют синтез АТР, но
стимулируют поглощение
кислорода.
Кафедра биологии СтГМУ
Методическая разработка практического занятия для бакалавров по
направлению подготовки 020400.62 «Биология»
Занятие №8, 9
Тема: Дыхание растений.
Вопросы для самоподготовки
студентов
1. Значение дыхания в жизни
растений;
2. Пути дыхательного обмена
(гликолиз, цикл Кребса,
окислительное фосфорилирование);
3. Влияние внешних и внутренних факторов на интенсивность дыхания;
4. Пути регуляции дыхательного обмена.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое дыхание? Каково значение дыхания в
жизни растений?
2. Что такое окисление и восстановление? Докажите,
что
дыхание
—
это
окислительновосстановительный процесс.
3. Какие вы знаете основные пути дыхательного обмена? От чего зависит разнообразие дыхательных
путей?
4. Каковы основные особенности анаэробной фазы
гликолитического пути?
5. Где локализованы процессы аэробной фазы дыхания? На какие этапы она делится?
6. Какие переносчики входят в дыхательную цепь?
Каков
источник
энергии
для функционирования дыхательной цепи? Почему
необходим
кислород
для
ее функционирования?
7. Что такое окислительное фосфорилирование?
8. Приведите примеры механизмов регуляции дыхательного обмена.
9. Каковы основные особенности пентозофосфатного
пути?
10. Какие внешние и внутренние факторы оказывают
влияние на процесс дыхания?
11. Какое количество АТФ образуется при распаде
одной
молекулы
глюкозы:
а) в анаэробную фазу дыхания; б) в аэробную?
Рекомендуемая литература:
1. Физиология растений: Учебник для студентов вузов/ Н.Д. Алёхина, Ю.В. Балнокин, В.Ф. Гавриленко
и др./Под ред. И.П. Ермакова. – М: Издательский центр «Академия», 2005.-640с.
2. Якушкина Н.И., Бахтенко Е.Ю. Физиология растений. – М: Изд-во: «Владос», 2004.-464с.