В.В. Полевой - Физиология растений (1134228), страница 30
Текст из файла (страница 30)
е. дать кисдород), то краситель снова синеет. Таким образом, при контакте с кислородом краситель окисляется, приобретая синий цвет„ а живая ткань способна восстанавливать краситель, обесцвечивая его. Причем окисление метиленового синего связано не с присоединением кислорода, а с отнятием водорола. Краситель восстанавливается за счет присоепинения электронов и протонов. На основании этих и других опытов Палладин в 1912 г.
в статье «Значение дыхательных пигментов в окислительных 4. ыханве везений ?8 процессах растений и животных» представил общую теорию химизма дыхания, разделив основное уравнение дыхания на анаэробную (1) и аэробную (2) части: 1) С»НыО»+ 6НзО + 12К вЂ” 6СОз + 12КНз 2) аИН,Г (О, 12Я 12Н,О С»Н,зО„+ 6Оз — - 6СОз + 6НзО где К вЂ” это окрашенный дыхательный пигмент, способный отнимать водород от субстрата, а КН, — бесцветный дыхательный хромоген. На первом, анаэробном, этапе дыхания глюкоза окисляется за счет отнятия водорода, который с помощью фермента (редуктазы) передается на дыхательный пигмент К (активация водорода!).
По Палладину, дыхательный субстрат окисляется с участием воды, от которой тоже отнимается водород. Согласно первому уравнению весь СО, дыхания анаэробного происхождения. На втором, аэробном, этапе дыхательный хромоген (КН,) регенерирует в окисленную форму.
Кислород, по Паллалину, необходим не для включения в дыхательный субстрат, а для отнятия электронов и протонов от КНь в результате чего образуется вода, В дальнейшем теория Палладина об анаэробной и аэробной фазах дыхания и о роли воды в дыхательном процессе полностью подтвердилась. В том же 1912 г. появилась работа немецкого биохимика Г. Виланда, который также пришел к заключению о том, что биологическое окисление связано с отнятием водорода. Этот вывод он сделал, исходя нз результа~ов модельных опытов. В качестве субстрата использовался этиловый спирт СНзСНзОН, а в качестве окислителя — палладий в губчатой форме (так называемая палладневая чернь).
Происходило отнятие электронов и протонов и образовывался альдегид СН,СНО. Чтобы регенерировать восстановленный палладий и сделать реакцию долгоидущей, Виланд вводил хинон: 1) СН,СН,ОН + Рй — ~- СН,СНО + РЙН, 0 2) РйН + — ~- Рд + О ОН Эта реакция проводилась в небиологической системе и не предусматривала участие кислорода и воды. Экспериментальные доказательства участия воды в окислении субстрата дыхания и роли Оз как конечного акцептора водорода были получены лишь в 1955 г.
в работе Б, Б. Вартапетяна и А. Л. Курсанова. Опьггы ставились с этиолиро. ванными проростками пшеницы, которым давали О в составе ы Оз нли НзО, а через 2 ч анализировали содержание '»О в СОз дыхания: 4.1. Об ее авнение ыхання мо,)1 1 0,204 0,717 0,203 Варпиюпи н,о+ "о, н,' о+о, Н,оно, 4.1..1 бгаиноскег дыханчп и брогк инч Сан ггое 4 6Ог ' 6СОг + 6НгО На первом, анаэробном, этапе происходит спиртовое брожение, образуются две молекулы этанола и две молекулы СОг. Затем в присутствии кислорода спирт, взаимодействуя с ним, окисляется до СО, и Н,О. С. П. Костычев (1910) пришел х выводу, что это уравнение не соответствует действительности. Он экспериментально доказал, что этанол не может быть промежуточным продуктом нормального аэробного дыхания у растений по двум причинам: во-первых, он ядовит для растений и не может накапливаться, во-вторых, этанол окисляется растительными тканями значительно хуже, чем глюкоза.
Костычев предложил свою формулу связи анаэробной и аэробной частей дыхания и различных видов брожения: ю Лыханне Промежуточный СЬНиог г продукт — Ог Брожение В состав СОг при дыхании тяжелый изотоп кислорода входил из меченой воды, но не из молекулярного кислорода.
Из всех приведенных выше данных следует, что окисление органических веществ в ходе дыхания связано с отнятием водорода и что теория Лавуазье о сходстве дыхания и горения не соответствует действительности. Соссюр, работая с зелеными растениями в темноте, обнаружил, что они выделяют СО, даже в бескислородной среде. Л. Пастер нашел, что в темноте в отсутствие кислорода в растительных тканях наряду с выделением СОг образуется спирт, т. е. идет спиртовое брожение. Он пришел к выводу, что в растительных тканях, так же как и у бактерий, возможно спиртовое брожение. Немецкий физиолог Э.
Ф. Пфлюгер 11875), изучая дьгхание животных объектов, показал, что лягушки, помещенные в среду без кислорода, некоторое время остаются живыми и при этом выделяют СОг. Пфлюгер назвал это лыхание интрамолекулярным, т. е. дыханием за счет внутримолекулярного окисления субстрата. Предполагалось, что интрамолекулярное дыхание— начальный этап нормального аэробного дыхания. Эту точку зрения поддержал Б.
Пфеффер — немецкий физиоло~ растений, который распространил ее на растительные организмы. На основе этих работ Пфеффером и Пфлюгером были предложены следующие два уравнения, описывающие механизм дыхания: 1) СьН г гОк — — ~ 2СгН,ОН е 2СОг 2) 2С,Н,ОН + 60, — 4СО, + 6Н,О 4. Дыхание астений О В опытах Костычева и его сотрудников (1912 — 1928) было показано, что если растительные ткани кратковременно выдержать в бескислородной среде, а затем дать кислород, то наблюдается резкое усиление дыхания, т. е. в ходе анаэробной фазы накапливаются промежуточные продукты, которые в присутствии кислорода быстро используются.
Ингибиторы, блокирующие брожение, например Маг, блокируют и аэробнос дыхание. Ингибиторный анализ (применение ингибиторов специфического действия), выделение и идентификация продуктов окислительного распала глюкозы привели Костычева к выводу о том, что промежуточным продуктом может быть уксусный альдегид. Благоггаря работам немецкого биохимика К. Нейберга, Костычева и других стало очевидным, что дыхание и все виды брожения связаны между собой через пировинограднуго кислоту (ПВК); 2СН СНОНСООН молочнокислое брожение 2СОг + 2СгНзОН спиртовое брожение СьНООь — о 2СНзСОСООН эо Нйк е -2СОг+ 2СН,СООН уксуснокислое брожение 6СОг + бН20 дыхание Таким образом, теория Костычева о генетической связи дыхания и брожения полностью подтвердилась.
Окисление лыхательных субстратов в ходе дыхания осушествлвется с участием ферментов. Ферменты как белковые катализаторы, помимо свойств, присуших неорганическим катализаторам, облалают рядом особенностей: высокой активностью, высокой специфичностью по отношению к субстратам и высокой лабильностью. Их пространственная организация и зависящая от нее активность изменяются под действием внешних и внутренних факторов. Эти свойства обеспечивают возможность тонкой регуляции обмена веществ на уровне ферментов (см. 2.1). Типы окислвтельно-вссстановительных реакций. Существуют четыре способа окисления, и все они связаны с отнятием электронов: 1) непосредственная отдача электронов, например: гег' -- — гез' 4.2 >сновные пути окисления 1ыхательного субстрата 2) отнятие водорода: н ' ~ о ' о — о — гнн хинон гвдрохинон 4.2. П тк окисления дыхательного е бег ага 3) присоединение кислорода: 2Нт + От — о 2НтО 4) образование промежуточного гидратированного соединения с последующим отнятием двух электронов и протонов: еР 0 ГОН вЂ” за — Ф 0 СНт — С -1- Н10 — а СНт — С вЂ” ОН т-т СН1 — С ~тН ~Н ОН 4.2.1 Поскольку окисление одного вещества (донора электронов и протонов) сопряжено с восстановлением другого соединения (их акцептора), ферменты, катализирующие эти реакции, называют оксаадоредуктиазоми.
Все онн относятся к 1 классу ферментов: .;1"акекдоредуктозы ХН, тг С ОХН 1 Х' 0 0 0 !! !! амид 0 — Р— 0 — Р— 0— никотиновой Н Н кислоты ОН ОН рибоза ОН ОН рисова Донор (Д) отдает электроны и протоны, акцептор (А) принимает нх, а энзим (Е) осуществляет реакцию переноса. Существуют три группы оксндоредуктаз: а) а на э роби ые де гид рогена з ы передают электроны различным промежуточным акцепторам, но не кислороду; б) аэробные лег ндроге пазы передают электроны различным акцспторам, в том числе кислороду; в) о к с и д а з ы способны передавать электроны только кнслоролу.
Анаэробные дегвдроаеназы. Это двухкомпонентные ферменты, коферментом которых может быть )т(Атт' (ннкотинамндадениндинуклсотид): ж ыкание ветеннй При окислении субстрата ХАВ" превращается в восстановленную форму МАРН, а второй протон субстрата диссоциирует в среду (ФАВН + Н'). К анаэробным ХАВ-зависимым дегидрогеназам относятся такие ферменты, как алкогольдегидрогеназа, лакгатдегидрогеназа, малагдегилрогеназа и др. Коферментом анаэробных дегилрогеназ может быть также МАВР' (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), содержащий на одну фосфатную группировку больше, чем ХАВ~. НАВР- зависимыми дегидрогеназами являются изоцитратдегидрогеназа, глюкозо-б-фосфатдегидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа и др.
Субстратная специфичность фермента зависит от его белковой части. Многие ХАВ- и ХАВР-зависимые дегидрогеназы нуждаются в присутствии ионов двухвалентных металлов. Например, алкогольдегидрогсназа содержит ионы цинка. Окисленныс и восстановленные формы коферментов анаэробных дегидрогеназ могут взаимопревращаться в реакции, катализируемой ферментом НАВ(Р)-трансгидрогеназой: ХАВРН + НАВ' МАВР ' + ФАВН Анаэробные дегидрогеназы передают водород, т.
е. электроны и протоны, различным промежуточным переносчикам и аэробным дегидрогеназам. Аэробиые дегндрогеиазьь Это также двух компонентные ферменты, получившие название флавиновых (флавопротеины). Помимо белков, в их состав входит прочно связанная с ними простетическая группа — рибофлавин (витамин Вз). Различают два кофермента этой группы: флавинмононуклеотид (ГМЩ или желтый дыхательный фермент Варбурга, и флавинадениндинуклеотид (ГАВ). ГМХ (рибофлавин-5-фосфат) содержит гетсроцнклическое азотистое основание — диметилизоаллоксазин, спирт рибит (произволное рибозы) и фосфат: Н Н Н Н ОН ! ! ! ! / СН~ С С С С вЂ” — ΠР— О ! ! ! ! ОН ОН ОН ОН НС~ '~ ) 0 ! О В ГАВ кроме ГМХ имеется еще один нуклеотид — аденозинмонофосфат; 4.2. П тн окнелення дыхательного субстрата 133 О О !! !! Р— ΠР— «)— ! ! О О гНС ~ Г ХН О Активгюй группой в реакции присоединения н отлачи электронов и протонов в гММ и гАО служит изоаллоксазин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
