Различают внешнее дыхание — совокупность
процессов, обеспечивающих поступление в
организм кислорода и удаление углекислого
газа (см. Дыхательная система), и клеточное,
или тканевое, дыхание — использование
кислорода клетками и тканями для окисления
органических веществ с освобождением энергии,
необходимой для жизнедеятельности клеток.
Дыхание характерно для клеток человека,
животных, растений, грибов и многих
микроорганизмов. В зависимости от типа дыхания
различают аэробные и анаэробные
микроорганизмы, многие из них способны переходить
от одного типа дыхания к другому.
Молекулярная основа этих процессов —
ступенчатое окисление углерода органических
молекул до СОг и воды. Свободная энергия
клеточного топлива запасается в форме энергии
фосфатных связей АТФ (см. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Выделившаяся
энергия используется клеткой для выполнения
работы: активного транспорта веществ через
мембраны, механического движения, синтеза
новых соединений и т. д.
Основные структуры эукариотической
клетки, где происходит дыхание, — митохондрии.
У прокариот нет митохондрий, и ферменты
дыхания располагаются на внутренней
стороне клеточной мембраны.
Процесс дыхания складывается из
нескольких этапов .
Дыхательная система
Сначала происходит гидролиз. Углеводы,
аминокислоты, жиры подвергаются
окислительному распаду. Окисление начинается с
бескислородного расщепления глюкозы —
гликолиза. Продукты обмена гликолиза
включаются в так называемый цикл Кребса —
замкнутый цикл последовательных биохимических
реакций. При этом образуются СОг и водород
(протон-(-электрон). СОг выводится из клетки,
а водород идет в «дыхательную цепь» — цепь
последовательных реакций переноса водорода
и электронов. Ферменты, обслуживающие
«дыхательную цепь», располагаются на
внутренней мембране митохондрий. Энергия,
выделяющаяся при переносе водорода и
электронов в этой цепи, используется для
образования АТФ в ходе окислительного фосфорилирования. Образующиеся внутри митохондрии
молекулы АТФ переносятся в цитоплазму,
обмениваясь на молекулы АДФ (аденозиндифосфорная кислота), находящиеся вне
митохондрии.
Аэробные клетки большую часть энергии
получают за счет дыхания. Это очень
сложный, но наиболее экономичный путь. При
окислении глюкозы освобождается энергии в 13 раз
больше, чем при анаэробном расщеплении.
При бескислородном расщеплении 1 молекулы
глюкозы синтезируются 2 молекулы АТФ, а
при расщеплении 1 молекулы глюкозы в
присутствии кислорода образуется 36 молекул
АТФ, т. е. в 18 раз больше!
Бескислородный путь получения энергии
клетками более древний. Дыхание возникло
на Земле позже, когда в ее атмосфере
появился кислород.