«Өсімдіктер физиологиясы» ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені

Тақырыбы: Тыныс алудың жалпы сипаттамасы.

1.Гликолиздің энергетикасы, химизмі.

2.Тотығу және тотықсыздану механизмдері туралы қазіргі заманғы түсініктер.

3.Гликолиз кезеңдері, субстраттық фосфорлау.

4. Гликолиз қызметтері.

Тыныс алу – органикалық заттардың энергия бөле отырып, биологиялық тотығу үдерісі. Өсімдік организмінің тіршілігі үшін тыныс алудың маңызы:

1) АТФ-ң энергиясымен барлық эндоэргиялық үдерістерді қамтамасыз ету;

2) синтездік үдерістер үшін төмен молекулалық алғы заттардың пайда болуы. Тыныс алу субстраты ретінде көмірсулардың, майлардың және ақуыздардың макромолекулалары қатысады. Егер тотығу соңғы өнімдерге (СО2 және Н2О) дейін жүрсе, онда ол үшін оттегі қажет, бұндай тыныс алу аэробты деп аталады. Егер тотығу аралық өнімдерге дейін оттегінің қатысуынсыз жүрсе, онда тыныс алу анаэробты деп аталады. Энергиялық алмасу – органикалық заттардың ыдырауы кезінде химиялық байланыстары энергиясының біртіндеп бөлінуі және оның бірден АТФ-ң макроэргиялық байланыстарында сақталуы. 

Биологиялық тотығудың өзіндік ерекшеліктері бар, ол –  ферменттермен  катализденетін көпбуынды жүйе. Атап кететін жағдай, энергия көміртектің СО2 дейін емес, сутектің Н2О дейін тотығуынан, яғни клеткалардың оттекпен әрекеттесуінен бөлінеді. Клеткалардың метаболизмінде оттектің қатысуымен жүретін бір қатар жолдар бар. Олар клеткалардың оттекпен әрекеттесуін қамтамасыз ететін белгілі ферменттік жүйелермен катализденеді:

1) Оттек молекуласының метаболит молекуласына тікелей қосылу реакциялары, оксигеназалар-мен катализденеді.

2) Оттек электрондардың соңғы акцепторы қызметін атқаратын реакциялар, оксидазалармен катализденеді.

3) Аралық типтегі реакциялар, оларда сіңірілген оттек молекуласының бір атомы заттың тотығуына жұмсалынады, ал екіншісі электрондардың акцепторына айналады.

Термодинамиканың I заңына сәйкес: энергия пайда болмайды және жойылмайды, ол тек қана жұмысты жасауға қолайлы энергияның бір түрінен екінші түріне ауысады. Клетка ақуыздардың, көмірсулардың және майлардың қорытылуы кезінде пайда болып, клеткаға келіп түсетін амин қышқылдарының, моносахаридтердің және май қышқылдарының байланыстарында болатын энергияны қолданады.

Қоректік заттардың катаболизмін сызба-нұсқа ретінде келесідей сипаттауға болады.

I кезеңде олар мономерлерге дейін ыдырайды.

II кезеңде қоректік заттың табиғатына қарамай, ацетилкоэнзим А (ацетил-КоА) түзіледі. Ол және құрамына ацетил-КоА кіретін басқа да ферменттер әр алуан биохимиялық реакциялардың басты звеносы болады .Эукариоттар және көптеген прокариоттар (бактериялар) АТФ молекуласын синтездеуге қажетті энергияны глюкозаның ыдырауынан алады. Глюкозаның ыдырауының мысалында энергияның алмасуын қарастырайық.

Глюкоза аэробты (О₂) және анаэробты (О₂-сіз) жағдайларда энергия көзі бола алады. Дегенмен көп мөлшердегі энергия органикалық заттардың аэробты ортада ыдырауы кезінде бөлініп шығады. Глюкозаның толық ыдырауы теңдеуінің мысалы:

С₆ Н₁₂ О₆ + 6О₂               6СО₂ + Н₂ О + 2881кДж/моль                    (3)

Оттегінің қатысуымен жүретін бұл реакция энергияны көп мөлшерде бөліп шығарады.Бұл тыныс алу үрдісі, ол үш сатыға бљлінеді: гликолиз, лимон қышқылының айналымы, электрон тасымалдау тізбегі.

Глюкоза алдымен плазматикалық мембрана арқылы клетканың цитоплазмасына тасымалданады. Цитоплазманың матриксінде оның оттексіз ыдырауы немесе гликолиз  жүреді. Ферменттердің қатысуымен глюкозаның тотыға отырып ыдырауын гликолиз үрдісі дейді.

Гликолиз көп сатылы үрдіс, оның нәтижесінде глюкозаның бір молекуласынан екі молекула пируват (ПЖҚ – пирожүзім қышқылы) және екі молекула АТФ түзіледі. АТФ-тың синтезделу жолымен танысу үшін гликолиздің сатыларымен танысайық. Гликолиз үш кезеңнен тұрады, атап айтқанда, дайындық кезеңі, гликолиздің оттегісіз және оттегілі кезеңі.

Гликолиздің дайындық кезеңі. Гликолиздің дайындық кезеңі клетканың цитоплазмасында жүреді. Мұнда арнайы ферменттердің әсерінен энергиясы мол органикалық заттар энергиясы аз қарапайым заттарға дейін ыдырайды. Бұл заттар  келесі жүретін реакцияладың бастамасы ретінде қолданылады. Химиялық процестерді сызба-нұсқа түрінде былай кљрсетуге болады.

Ақуыз + Н₂О SHAPE  * MERGEFORMAT  аминқышқылдар + Э;

Майлар + Н₂Оглицерин + майдың жоғары қышқылы + Э

Полисахаридтер (крахмал, гликоген) + Н₂О    глюкоза + Э

Бұл реакцияға оттегі мүлде қатыспайды, сондықтан оттегісіз ыдырау деп аталады.

С₆ Н₁₂ О₆ + 2Н₃ РО₄ + 2АДФ       2С₃ Н₆ О₃ + 2АТФ + 2Н₂ О            (4)

Спирттік ашу үрдісі глюкозаның ашуына өте ұқсас көп сатылы ферменттік ыдырау болып табылады. Оның жиынтық теңдеуі мынадай:

С₆ Н₁₂ О₆ + 2Н₃ РО₄ + 2АДФ       2СО₂ + 2С₂ Н₅ ОН+ 2АТФ + 2Н₂ О  (5)

Яғни, 1 молекула глюкоза ыдырағанда, 2 молекула АТФ синтезеледі. Реакция нәтижесінде энергияның 200 кДж-і немесе 40%-ы АДФ-тың АТФ-қа айналуына жұмсалса, энергияның 120 кДж-і немесе 60%*ы клеткада АТФ түрінде сақталады.

2С₃ Н₆ О₃ + 6О₂ + 36Н₃ РО₄ + 36АДФ  6СО₂ + 36АТФ + 42 Н₂ О     (6)

Яғни, энергияның негізгі кљзі (2600 кДж) глюкозаның оттегілік ыдырауы кезінде түзіледі.

Гликолиздің оттегі ыдырауы кезінде түзілген 26 кДж энергияның 1440 кДж-і немесе 54%-ы АТФ-тың химиялық байланыс энергиясына айналады.

Глюкозаның оттегілік және оттегісіз дырауының жиынтық теңдеуі мынадай:

С₃ Н₆ О₃ + 6О₂ + 38Н₃ РО₄ + 36АДФ  6СО₂ + 38АТФ + 44 Н₂ О        (7)

Глюкозаның оттегілік және оттегісіз ыдырауы кезінде бөлінетін энергияның 80кДж + 1440 кДж = 1520 кДж-і немесе 55%-ы потенциялды энергия түрінде сақталып, клетканың тіршілігіне жұмсалады. Ал 45%-ы жылу энергиясы түрінде пайдаланылады.