293018086

15. Oddychanie - utlenianie biologiczne

Wieloetapowy proces egzoergiczny, w którym energia utlenianego substratu zostaje zmagazynowana w wysokoenergetycznych cząsteczkach ATP. Energia wiązań ATP jest wykorzystywana przez organizm do przeprowadzania reakcji endoergicznych (synteza związków organicznych) lub przekształcana w energię cieplną, mechaniczną, świetlną, elektiyczną.

Mechanizmy tworzenia ATP:

•    fosforylacja substratowa: glikoliza, cykl pentozowy, fermentacje

•    fosforylacja oksydacyjna: transport elektronów w łańcuchu oddechowym

Do mechanizmów utleniania biologicznego zaliczamy: oddychanie tlenowe, oddychanie beztlenowe oraz różne rodzaje fermentacji.

a)    Oddychanie tlenowe - ostatecznym akceptorem oderwanych od substratu elektronów jest tlen cząsteczkowy. Elektrony oderwane od substrańr oddechowego są przekazy wane na przenośniki o wzrastającym potencjale oksydoredukcyjnym (łańcuch oddechowy). ATP powstaje w wyniku fosforylacji oksy daty wnej.

b)    Oddychanie beztlenowe - ostatecznym biorcą elektronów jest zew nątrzpochodny związek organiczny (furnaran) lub utleniony związek nieorganiczny (azotan, siarczan, węglan). ATP powstaje w wyniku fosforylacji oksydatywnej. Łańcuch oddechowy krótszy niż przy oddychaniu tlenowym. Proces ten jest bardziej wydajny niż fermentacja, mniej wydajny w porów naniu z oddychaniem tlenowym.

Redukcja azotanów do azotynów. NO. N₂0. N₂ lub NH,. Gazowe produkty opuszczają środow isko (denitryfrkacja) - zubożenia gleby w azot.

Redukcja siarczanów do H₂S.

Redukcja węglanów lub C0₂ do metanu (bakterie metanogenne)

c)    Fermentacja - część cząsteczki substratu jest utleniana, a część odbierająca elektrony - redukow ana. Brak zewnętrznego akceptora elektronów : ATP powstaje w wyniku fosforylacji substratowej.

>    fermentacje via glikoliza

homofennentacja tnlekow a - Lactobacillus lactis. L. delbrueckii fermentacja Enterobacteriaceae - pałeczki jelitowe fermentacja alkoholowa - Saccharomyces cerevisiae fermentacja maslowa - Clostridium butyricurn fermentacja acetonowo-butanolowa - C. acetobutylicum fermentacja propionowa - Propionibacterium

>    fermentacje bez glikolizy

heterofennentacja mlekowa (via cykl pentozowy) Lactobacillus brevis. Leuconostoc alkoholowa (via cykl pentozowy) Zymomonas mobilis

fermentacja Bifidobacteriurn (via szlak Entnera-Doudoroffa) Bifidobacterium bifrdutn Niewęglowodanowe substraty oddechowe:

związki jednowęglowe (Cl): CH₄ jest utleruany poprzez metanol, aldehyd mrówkowy i kwas mrówkowy do C0₂

związki dwuwęglowe (C2):

>    octan —* fosforylacja do acetylofosforanu —»przekształcenie do AcCoA —* cykl Krebsa

>    etanol, aldehyd octowy —* utlenienie do octanu - dalsze przemiany j. w.

>    glioksalan (CHO-COOH) —* utlenienie w cyklu glioksalowytn lub cy klu kwasów dikarboksylowych. tłuszcze (triacyloglicerole):

>    glicery na - przekształcana w fosfodihydroksyaceton. który zostaje włączony do glikolizy

>    kwasy tłuszczowe - (l-oksydacja —* odrywanie od lańcuclia alifatycznego reszt dw uwęglowych (octanowych) —»przekształcenie ich w acetylo-Co-A —»degradacja w cyklu Krebsa aminokwasy:

>    sprzężona oksydoredukcja dwóch aminokwasów - reakcja Sticklanda:

np. alanina + 2 glicyna —> 3 kwas octowy + 3 NHi + C0₂: kwas octowy po przekształceniu w acetylo-Co-A jest metabolizowany w cyklu Krebsa.

>    dezatninacja aminokwasów —* intennediaty cyklu Krebsa

związki purynowe: kwas moczowy, ksantyna. guanina —* wytwarzanie octanu, mrówczanu, amoniaku i C0₂

- 15-