Анаеробне дихання

Якщо дріжджі помістити в розчин вуглеводу, наприклад в розчин патоки в воді, перелити цю суміш в пляшку і щільно заткнути пробкою, то незабаром в розчині з’явиться безліч дрібних бульбашок. Поступово тиск всередині пляшки так зросте, що пробка вилетить. При дослідженні газу, що виділяється ми виявили, що це вуглекислий газ. У розчині ж з’явиться спирт. Як же це вийшло? Сталося бродіння. У клітинах дріжджів містяться ферменти, що дозволяють отримувати енергію з глюкози за відсутності кисню. Цей процес називається анаеробним диханням. В дріжджах є також ферменти, які забезпечують в присутності кисню аеробне дихання. Якщо розчин патоки помістити в великий плоский посудину і цим забезпечити вільний доступ кисню до розчину, то в результаті аеробного дихання дріжджових клітин патока почне перетворюватися в вуглекислий газ і воду. При цьому спирт не утворюється, а вихід енергії значно збільшується.

При анаеробному диханні використовується всього 5% енергії, укладеної в цукрі патоки. Інша енергія залишається в спирті – побічному продукті процесу анаеробного розпаду вуглеводів. Давайте розглянемо цей процес більш докладно. Для протікання гліколізу не потрібно присутності кисню. Справді, в ході гліколізу від молекули глюкози отщепляются 4 атома водню, проте газоподібний водень не накопичується в клітинах дріжджів. Виявилося, що акцептором водню в анаеробних умовах служить піровиноградна кислота.

Значна частина енергії, укладеної в глюкозі, залишається в піровиноградної кислоти і потім переноситься в спирт. Таким чином, процес бродіння звільняє з їжі набагато менше енергії, ніж в ній міститься і чим може бути звільнено в присутності кисню. Ця неосвободівшаяся енергія проте не пропадає безповоротно. Так, якщо відбувається бродіння яблучного соку, то спочатку утворюється «міцний» сидр, що містить певну кількість спирту. Але варто залишити сидр на повітрі, як в ньому поселяються бактерії оцтовокислого бродіння, які перетворюють спирт в оцтову кислоту і тим самим сидр – в оцет. Оцет, залишаючись на повітрі, незабаром стане слабким – в ньому розмножаться дріжджі особливого виду, що використовують оцтову кислоту в циклі Кребса з утворенням води і вуглекислого газу. В результаті після впливу трьох видів мікроорганізмів енергія глюкози буде повністю використана. Перший етап окислення – анаеробний; інші два вимагають присутності кисню. Ці етапи можна зобразити трьома наступними сумарними рівняннями:
С6Н12О6 -> 2С2Н6О + 2СО2 + Енергія.
С2Н6О + О2 -> С2Н402 + Н2О + Енергія.
С2Н402 + О2 -> 2Н2О + 2СО2 + Енергія.
У високоорганізованих тварин кількість енергії, що виробляється анаеробним шляхом, недостатньо для підтримки життя, проте воно служить доповненням до енергії аеробних процесів. Якби припинився анаеробний розпад вуглеводів, активність людського організму різко знизилася б.

Вам ніколи не вдалося б вибігти по сходах на третій поверх, якщо ои весь водень, що звільняється в м’язах, акцептувати лише киснем; вам довелося б кілька разів зупинятися і відпочивати. Ми не побачили б футбольних матчів, тому що гравці не змогли б розвивати активність, необхідну в цьому виді спорту. У всіх випадках інтенсивної роботи м’язи виробляють енергію анаеробним шляхом. При цьому, так само як і у дріжджів, акцептором водню служить піровиноградна кислота. У тварин, однак, не відбувається подальшого перетворення піровиноградної кислоти в спирт і вуглекислий газ; інакше при будь-якій напрузі організм отруювали б спиртом. Замість цього в клітинах живого організму за допомогою спеціальної ферментної системи з піровиноградної кислоти і водню утворюється молочна кислота:
2С3Н403 + 4Н = 2С3Н6О3

Під час напруженої фізичної роботи велика частина використовуваної енергії виробляється в процесі анаеробного розпаду глюкози. В результаті в м’язах накопичується багато молочної кислоти. Невеликі кількості молочної кислоти сприяють посиленню м’язової діяльності. Саме тому м’язи працюють особливо добре після короткої «розминки». Поступово, однак, в організмі накопичується стільки молочної кислоти, що з’являється відчуття втоми і задишка – ознаки так званої кисневої заборгованості. Вступник в організм кисень використовується для окислення молочної кислоти; причому молочна кислота спочатку знову перетворюється в пировиноградную кислоту шляхом відщеплення водню і приєднання його до кінцевого акцептору – кисню. Піровиноградна ж кислота включається в цикл Кребса. Деяка кількість молочної кислоти потрапляє в печінку, де перетворюється в глюкозу.

...
ПОДІЛИТИСЯ: