Dýchanie
DÝCHANIE - Uvoľňovanie energie
Rastliny sa môžu vyživovať auto alebo heterotrofne. Bez ohľadu na
to, či organizmus prijíma hotové organické látky, alebo si ich sám tvorí, spôsob, akým z nich využíva energiu je u všetkých rovnaký.
Energia sa môže z organických látok uvoľňovať dvoma spôsobmi:
1) Anaeróbne: nevyžaduje
prítomnosť kyslíka, zahŕňa iba anaeróbnu glykolýzu, prípadne na ňu nadväzujúce kvasenie (mliečne, alkoholové)
2)
Aeróbne: za prítomnosti kyslíka, zahŕňa anaeróbnu glykolýzu a na ňu nadväzujúci Krebsov cyklus a dýchací
reťazec.
Väčšina organizmov vrátane človeka využíva aeróbny spôsob, ktorý je pre bunky energeticky
výhodnejší. Anaeróbny spôsob sa využíva iba krátkodobo pri nedostatku kyslíka, ale niektoré baktérie a parazity získavajú energiu iba
anaeróbnym spôsobom.
Dýchanie rastlín
Fotosyntéza je premena slnečnej energie na energiu
chemických väzieb. Vzniká pri nej asimilát glukóza a kyslík. Nato, aby mohli rastliny energiu glukózy využiť na životné procesy, musí sa
uvoľniť z chemických väzieb. Uvoľňovanie nahromadenej energie sa neuskutočňuje naraz, ale prebieha postupne sériou reakcií v procese
disimilácie. Je preto spojené s látkovým metabolizmom a riadené enzýmami.
Dýchanie je teda súbor katabolických procesov, ktorými
rastlina uvoľňuje energiu z organických zlúčenín. Táto energia sa spotrebúva pri syntetických procesoch, prijímaní živín, raste
a podobne. Hlavným substrátom pre respiráciu sú jednoduché cukry (glukóza). Pre rastlinu je typické dýchanie za aeróbnych podmienok (za
prítomnosti kyslíka).
Dýchanie je špecifický proces disimilácie (jednoduchšie látky sa menia na zložitejšie) spojený s prijímaním
kyslíka a výdajom oxidu uhličitého za súčasného uvoľnenia energie viazanej v substráte (glukóze). Princíp dýchania možno vyjadriť
zjednodušene rovnicou:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia
Odtiaľ je zrejmé, že fotosyntéza a dýchanie sú
navzájom protichodné deje. Dýchanie je viacstupňový proces prebiehajúci v cytoplazme a v mitochondriách. Podstatou dýchania je odbúravanie
uhlíka z medziproduktov štiepenia glukózy až na oxid uhličitý a okysličovanie vodíka, preto sa dýchanie nazýva aj biologická oxidácia
vodíka.
1) Anaeróbne:
Ide o enzymatické štiepenie glukózy = anaeróbna
glykolýza, ktorá prebieha v cytoplazme všetkých aktívnych buniek.
Glykolýza: jej podstatou je štiepenie 6
uhlíkovej glukózy (produkt fotosyntézy) na 3 uhlíkovú kyselinu pyrohroznovú, pričom sa uvoľnia 2 molekuly ATP. Pyruvát (kyselnina
pyrohroznová) následne vstupuje do ďalších reakcií:
a) Za anaeróbnych podmienok sa spracúva cestami, ktoré označujeme
kvasenie (fermentácia). Kvasenie môže byť mliečne (vzniká laktát - kyselina mliečna), alkoholové kvasenie (vzniká etanol), octové. Kvasenie
zabezpečujú mikroorganizmy, kvasinky a plesne, ktoré si takto získavajú energiu pre svoje životné deje.
Poznámka: laktát sa tvorí vo svaloch pri intenzívnej svalovej činnosti za nedostatku kyslíka. Keď je kyslíka dosť, mení sa laktát
späť na pyruvát.
b) Za nedostatku kyslíka sa pyruvát oxiduje na acetylkoenzým A, ktorý vstupuje do Krebsovho
cyklu.
2) Aeróbne: prebieha v mitochondriách a podľa svojho objaviteľa sa nazýva Krebsov
cyklus (cyklus 3-karboxylových kyselín, cyklus kyseliny citrónovej).
Kyselina pyrohroznová (produkt glykolýzy) obsahuje ešte veľa
energie, preto je transportovaná do mitochondrie, kde sledom reakcií vzniká acetylkoenzým A (acetyl-CoA = aktivovaná kyselina octová). Ďalej
nasledujú reakcie Krebsovho cyklu, pri ktorých sa uvoľňuje elektrón a acetylová skupina sa oxiduje až na CO2.
(acetylkoenzým A viaže na oxálacetát za vzniku kyseliny citrónovej, ktorá v ďalších krokoch postupne stráca dva uhlíky (pričom
vznikajú dve molekuly CO2 - dekarboxylácia a vodíky (pričom vzniká NADPH + H+, FADH2 - dehydrogenácia) a obnovuje sa oxálacetát, ktorý
opäť vstupuje do Krebsovho cyklu. )
Elektróny s vysokým obsahom energie prechádzajú na vnútornú stranu mitochondrie, kde
prebieha dýchací reťazec. Energia elektrónov sa využije na tvorbu ATP. Takto sa získa až 36 molekúl ATP.
(vodík
viazaný v redukovaných koenzýmoch je oxidovaný kyslíkom za vzniku vody a uvoľnenia veľkého množstva energie)
1
a 2) celkový energetický zisk pri anaeróbnom a aeróbnom dýchaní pi rozložení jednej molekuly glukózy je 38 molekúl ATP.
Zones.sk – Zóny pre každého študenta