Багато жінок і чоловіків мають зайву вагу, яку необхідно скинути в короткі терміни та з мінімальною шкодою для власного здоров'я. Існує спеціальна методика, яка передбачає проведення фізичних вправ задля ефективного зниження ваги.
Як правило, розрізняють два основні методи дихання, що застосовуються при фізичних тренуваннях. Перший різновид - це анаеробне дихання, другий - аеробне дихання.
Слід зазначити, що аеробне дихання слід розпочинати на етапі розминки, щоб підготувати організм для майбутнього навантаження. Як правило, процес починається вже після першої половини години занять. У тих, хто займається регулярно, жирова основа починає танути вже після перших 10 хвилин фізичних вправ.
Для початку проводьте заняття приблизно 2-3 рази на тиждень. Цього буде цілком достатньо для поступового звикання організму та виключення можливого навантаження. Поступово збільште кількість тренувань до 4-5 разів. Звичайно ж, на частоту занять безпосередньо впливає спосіб життя і робочий графік. Але навіть після утомливого трудового дня можна виділити півгодини для проведення елементарних вправ у домашніх умовах.
Перед початком занять виберіть для себе зручний одяг, від якого залежатиме кінцевий результат. Звичайно ж, не повинно бути ніякого стискаючого руху одягу, давлять елементів (бретельки, тугі гумки, шви) і країв, що бовтаються. Одяг має сприяти активності тіла людини. Доцільно підібрати енергійну музику, під яку виконувати різні вправи буде веселіше та життєрадісніше. Поєднання елементів аеробіки і робить заняття яскравішими та незабутніми.
Перші зрушення у боротьбі із зайвою вагою та жировими відкладеннями можна помітити вже після перших занять. Також підвищує ефект фізичних навантажень додатковий курс масажу, збалансоване харчування, водні процедури, нанесення спеціальних засобів для надання шкірі гладкості та пружності тощо.
Анаеробне дихання. У процесі біохімічної еволюції виник такий тип метаболізму, який дозволив мікроорганізмам переносити електрон у дихальному ланцюзі у безкисневих умовах. В результаті такого безкисневого процесу забезпечувався синтез АТФ за механізмом окисного фосфорилювання. Безумовно, що таке анаеробне дихання дозволяло видобувати енергії в набагато більшому обсязі, ніж при бродінні. У анаеробно дихаючих мікроорганізмів існує ДЦ та ЦТК. Залежно від природи кінцевого акцептора ДЦ розрізняють такі види:
| Енергетичний процес | Кінцевий акцептор електронів | Продукти відновлення |
| Нітратне дихання та денітрифікація | NO3-, NO2- | NO2-, NO, N2O, N2 |
| Сульфатне та сірчане дихання | SO42-, S0 | H2S |
| Карбонатне дихання | CO2 | ацетат |
| Фумаратне дихання | фумарат | сукцинат |
Фермент, який перекидає електрон (відновлювальний еквівалент) на неорганічний субстрат – редуктаза.
нітратне дихання. При нітратному диханні 1 із продуктів - нітрит, який накопичується в культуральній рідині, питній воді. Надходження нітритів в організм викликає захворювання – ціаноз. Іони нітриту зв'язуються з гемоглобіном і перешкоджають перенесенню кисню.
Сульфатне дихання. Здійснюється сульфатредукуючими бактеріями р. Desulfovibrio та Desulfotomaculum. Ці мікроорганізми - основна група мікроорганізмів, що споживають Н2S, що утворюється в природі і сприяють відкладенню суфідів мінералів у природі. Накопичення сірководню у водоймах негативно впливає на флору та фауну, що призводить до їх загибелі.
Сірчане дихання призводить до утворення сірководню як кінцевого акцептора дихального ланцюга.
Карбонатне дихання. Здійснюють архебактерії-метаноутворюючі. Акцептор електрона – СО2, а окислений продукт Н2. Як сустрат використовують гній і отримують біогаз і біодобрива.
Залізне дихання. Здійснюють ґрунтові бактерії в анаеробному середовищі. Солі Fe3+ повинні проникнути усередину клітини. Ці бактерії мають переносники - сидерофори, які переводять залізо в розчинну форму.
Фумаратне дихання. Здійснюють хемоорганотрофні анаеробні бактурії. Фумарат відновлюється до сукцинату.
Неповне окиснення
Неповне окиснення - виключно аеробний процес, АТФ-окисне фосфорилювання. Кінцеві продукти неповністю окислені, тобто самі собою містять досить великий запас енергії (фумарова кислота, оцтова кислота) продукти нагадують бродіння. Іноді процес називають окислювальне бродіння. Всі мікроорганізми мають повноцінний дихальний ланцюг і кінцевим акцептором є О2Оцтово-кисле бродіння (неповне окислення). Здійснюють оцтово-кислі бактерії-Г-, неспороорбразуючі палички, рухливі за рахунок перетрихіально або полярно розташованих джгутиків. Є нерухомі. Суворі (іноді факультативні) аероби. Об'єднані в р. Acetomonas (Gluconobacter), Acetobacter. Всі мікроорганізми потребують складних поживних середовищ, певних вітамінів. Як вихідний енергетично продукт використовують спирти етиловий, гліцерол, глюконовий). Переводять їх у оцтову кислоту, гліцеринову, глюконову.
Процес йде у дві стадії:
СН3 - СН2 - ВІН + НАД+→СН3СНО+НАД∙Н2
СН3СНО+НАД+ +Н2О→СН3СООН+НАД∙Н2
Ацетомонас - 6 АТФ із 1 молекули етилового спирту
Ацетобактер - 18 АТФ
Мікроорганізми роду ацетомонас накопичують оцтову кислоту в культуральній рідині до тих пір, поки в середовищі є спирт, який вони окислюють. Як тільки спирт повністю утилізується з середовища, мікроорганізми використовують оцтову кислоту як енергетичний субстрат, включаючи її в ЦТК, який у цих мікроорганізмів функціонує повноцінно. Процес утилізації оцтової кислоти до СО2 та Н2О проходить за типом аеробного дихання.
Хемолітотрофні мікроорганізми
Як джерело енергії використовують неорганічні речовини. Відомо груп прокаріотів, які окислюють 5 елементів: Н, S, N, Fe, C, Sb.Одержання енергії відбувається внаслідок дихання, оскільки кінцевий акцептор електронів у ДЦ є кисень, і мало хто може отримувати енергію з допомогою анаеробного дихання.
Оскільки всім необхідний Карбон, то переважна більшість мікроорганізмів-літотрофів є хемолітотрофами, що використовують СО2 повітря, яке фіксується в ланцюгу Кальвіна.
Мають повноцінну ДЦ. Різноманітність спостерігається на початкових ділянках енергетичного метаболізму, оскільки для окислення неорганічних сполук, пов'язаних з отриманням енергії, потрібна відповідна ферментативна система. Використовують як донори електронів неорганічні сполуки різного окислювально-відновного потенціалу. Це визначає місце включення електрона в ДЦ з субстрату, що окислюється.
При окисненні Н2 відбувається відновлення НАД+ (первинного акцептора ДЦ), при окисненні S, Fe, N, електрон скидається на термінальну ділянку ДЦ лише на рівні цитохрому. Те, що електрон скидається на цитохроми, породжує 2 проблеми хемолітотрофних мікроорганізмів:
Пов'язана з тим, що одержувати незначну порцію енергії як АТФ. Ця проблема вирішена за рахунок збільшення швидкості окиснення субстрату.
Включення електрона в термінальній частині ДЦ не дозволяє мікроорганізмам отримувати відновник НАД∙Н2, який необхідний біосинтетичних потреб. Ця проблема вирішена за рахунок зворотного перенесення електрона на НАД∙Н2 ДЦ проти електрохімічного потенціалу. Зворотне перенесення електрона супроводжується витратою АТФ. Енергія АТФ мікроорганізмів використовується на біосинтетичні процеси, у тому числі і на фіксацію СО2 у циклі Кальвіна.
Рослини живуть завдяки процесу дихання, але без кисню деякий час вони можуть жити за рахунок анаеробного дихання. Анаеробне дихання рослинвключається, коли необхідний рослині кисень споживається з органічних сполук, головним чином цукру, який зазвичай і є вихідним матеріалом при нормальному диханні. 
Розподіл цукру при анаеробному диханні
При анаеробному диханні цукор розпадаєтьсяЯк видно, вуглець цукру лише частково окислюється до вуглекислого газу, а решта вуглець відновлюється до етилового спирту, так як кисень ззовні не надходить, а перетворення цукру відбувається лише з допомогою перерозподілу кисню, що у його молекулі. Енергії у разі анаеробного дихання виділяється всього 48 ккал,тоді як при повному окисненні - 686 ккал,(Докладніше: ). Така різниця пояснюється тим, що у спирті залишається велика кількість потенційної енергії, оскільки окислення йде не до кінця.Анаеробні умови
Однак рослини не можуть жити довго в анаеробних умовах. Для того щоб отримати таку ж кількість енергії, яку вона має при диханні, при анаеробному диханні рослина повинна витратити дуже велику кількість запасної речовини. Тому в анаеробних умовах рослини швидко гинуть від виснаженняі крім того, від отруєння спиртом, що накопичуються в тканинах. Тому процес анаеробного дихання для вищих рослин – лише тимчасова заміна. кисневого дихання. Анаеробне дихання спостерігається у рослин, які тривалий час перебувають при надлишку вологи в ґрунті, при утворенні кірки на поверхні ґрунту та зберіганні зерна у великих купах.Анаеробне дихання для мікроорганізмів
Для багатьох нижчих рослин ( мікроорганізмів) анаеробне диханняслужить основним процесом добування необхідної життя енергії і може підтримувати їх життя необмежений час. У цьому випадку анаеробне дихання називається бродінням. Мікроорганізми використовують для бродіння не власні запаси поживних речовин, як це має місце, а поживні речовини з навколишнього середовища. Анаеробне дихання у рослин схоже спиртовим бродінням. В анаеробних умовах під впливом ряду ферментів утворюються проміжні продукти ті ж, що і при бродінні, зокрема піровиноградна кислота. В аеробних умовах піровиноградна кислота повністю окислюється до вуглекислоти та води, а в анаеробних умовах при спиртовому бродінні вона розпадається до С02 і спирту. На схемі показано взаємовідносини між нормальним диханням - аеробним та анаеробним - спиртовим бродінням.
Аеробне та анаеробне дихання. Як видно із схеми, процеси дихання та бродіння однакові до утворення піровиноградної кислоти. При диханні освіти піровиноградної кислоти не потрібно участі кисню, тобто. ця фаза дихання є анаеробною. При доступі кисню та наявності системи окисних ферментів піровиноградна кислота окислюється остаточно. При спиртовому бродінні за участю ферменту карбоксилази карбоксил піровиноградної кислоти руйнується, виділяється вуглекислота та утворюється оцтовий альдегід, якому за участю ферменту дегідрогенази передаються 2 атоми водню і він відновлюється в етиловий спирт. Таким чином, кінцевими продуктами спиртового бродіння є спирт та вуглекислота. Дихання -Це ступінчастий, ферментативний, окислювально-відновний процес розщеплення вуглеводів, окислювачем яких є вільний чи зв'язаний кисень. Якщо як окислювач виступає молекулярний кисень повітря, дихання називається аеробним.
Виділяють а Еробне дихання: зповним окисненням з неповним окисненням
Органічні субстрати Органічні субстрати
Процес аеробного дихання протікає за схемою:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATФ
Характеристика аеробного дихання з повним окисленням органічних субстратів:
1.Субстрати дихання - органічні речовини (вуглеводи, кислоти, жири);
2. Продукти дихання - мінеральні речовини (Н2О, CO2);
3.Біологічний сенс - отримання енергії;
4.Умови – аеробні (наявність молекулярного) кисню
5. Механізм аеробного дихання. Виділяють три основні етапи дихання:
I ) Універсальний (гліколіз):
С6Н12О6 → 2СН3СОСООН + 2НАД Н2 + 2АТФ
II) Цикл Кребса. На цьому етапі відбувається послідовне відщеплення трьох вуглецевих атомів від піровиноградної кислоти. В результаті ферментативного декарбоксилювання утворяться три молекули СО2 і відновлюються п'ять дегідрогеназ (на кожну тріозу). При розпаді однієї молекули глюкози в гліколізі утворюється 2 молекули ПВК, отже, всі коефіцієнти рівняння множаться на два. Сумарне рівняння циклу кребса виглядає так:
2 х (СН3СОСООН + 3Н2О → 3СО2 + 4НАД Н2 + 1ФАД Н2 + 1АТФ)
III ) Власна аеробна фаза- Проходить в ЕТЦ (електронтранспортний ланцюг) за схемою:
10 НАД Н2 + 2ФАД Н2 + О2® 10 НАД + 2ФАД + 12Н2О + Е
Суть третьої фази дихання зводиться до передачі водню дегідрогеназ (НАД та ФАД) на кисень (О2) по дихальному (електротранспортному) ланцюгу - ЕТЦ. Компоненти ЕТЦ розміщуються в мембранах у порядку збільшення окисного потенціалу (рис. 16).
У трьох місцях цього ланцюга виділяється енергії стільки, що стає можливим синтез макроергічного зв'язку АТФ. При повному окисненні НАД Н2 утворюється 3 молекули АТФ. При повному окисленні ФАД Н2 – 2 молекули АТФ.
На момент завершення другої фази дихання є 10 молекул НАД Н2 (8 утворилися на етапі циклу Кребса, 2 – з гліколізу), 2 молекули ФАД Н2 (Утворилися в циклі Кребса). Проведемо простий розрахунок енергетичного виходу аеробної фази дихання:
1 моль НАД Н2 еквівалентний 3 моль АТФ, отже, при повному окисленні 10 НАД Н2 х 3 АТФ утворюється 30 АТФ;
При повному окисленні 1 моль ФАД Н2 утворюється 2 моль АТФ, звідси виходить: 2 ФАД Н2 х 2 АТФ = 4 АТФ.Усього в ЕТЦ утворюється 34 моль АТФ. До них слід додати 2 молекули АТФ з циклу Кребса та 2 молекули – з гліколізу. Разом – 38 АТФ – результат повного окислення однієї молекули глюкози.
Типи анаеробного дихання (нітратне, сульфатне)
Для процесів дихання необхідний як окислювач кисень. Якщо є молекулярний кисень - дихання називається Аеробний.Якщо окислювачем є зв'язаний кисень - дихання називається Анаеробним.Кінцевим акцептором водню та електронів може бути кисень нітратів або сульфатів (NO 3 або SO 4 ). Як енергетичні субстрати бактерії можуть використовувати вуглеводи, спирти, органічні кислоти та ін. Виділяють два основні типи анаеробного дихання:
1) Нітратне дихання(окислювачем є кисень нітратів) – проходить за схемою:
С6Н12О6 + 4NO3 - → 6СО3 + 6Н2О +2N2 + E
Процес має назву денітрифікації. Збудниками є факультативно-анаеробні бактерії, такі як Pseudomonas aeruginosae , Paracoc З Us Denitrific А Ns .
2) Сульфатне дихання(окислювачем є кисень сульфатів) – проходить за схемою:
C6H12O6 + 3H2SO4→6CO2 + 6H2O + 3H2S + E
Процес зветься десульфофікації. Збудниками є облігатні анаероби виду Desulfovibrio Desulfuricans .
Аеробне дихання (термінальне окиснення, або окисне фосфорилювання) – це сукупність катаболітичних процесів на мембранах мітохондрій, що завершуються повним окисненням органічних речовин за участю молекулярного кисню. При цьому роль протонного резервуару грає міжмембранний матрикс – простір між зовнішньою та внутрішньою мембранами.
Електрони, що втратили енергію, надходять комплекс ферментів під назвою цитохромоксидаза. Цитохромоксидаза використовує електрони для активації (відновлення) молекулярного кисню від 2 до 2 2– . Іони О 2 2- приєднують протони, утворюючи пероксид водню, який за допомогою каталази розкладається на Н 2 О та О 2 . Послідовність описаних реакцій можна подати у вигляді схеми:
2О 2 + 2? → 2О 2 2– ; 2О 2 2– + 4Н + → 2Н 2 О 2; 2Н 2 О 2 → 2Н 2 О + О 2
Сумарне рівняння аеробного дихання:
З 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 + 38 АДФ + 38 Ф → 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 38 АТФ + Q
Запитання для самоконтролю
1.У чому сутність процесу дихання?
2. Яке сумарне рівняння процесу дихання?
3.У чому полягає окисне фосфорилювання?
4.У чому полягає гліколіз?
5. Що охоплює цикл Кребса?
6.Чим характеризуються анаеробне дихання та спиртове бродіння?
7.Як відбуваються масляно-кисле та молочно-кисле бродіння? Де вони трапляються?
8. Яка енергетична сторона процесу дихання та процесу бродіння?
9. Які досліди доводять наявність процесу дихання у рослин?
10. Що називається дихальним коефіцієнтом?
ЛЕКЦІЯ 6
Тема: Потреба рослин у елементах мінерального харчування. Макроелементи, мікроелементи. Поживні суміші для культивування рослин та ізольованих клітин. Взаємодія іонів. Особливості ґрунту як живильної рослини субстрату. Проникнення іонів у рослинну клітину. Активний та пасивний транспорт іонів через мембрану.
Мета лекції:Показати потребу рослин у елементах мінерального харчування. Поживні суміші для культивування рослин та ізольованих клітин, макроелементи, мікроелементи. Активний та пасивний транспорт іонів через мембрану.
Мінеральне харчування – цепоглинання мінеральних речовин у вигляді іонів, їх пересування по рослині та включення в обмін речовин. У складі рослин виявлено майже всі хімічні елементи, що існують на Землі. Елементи живлення поглинаються з повітря - у формі вуглекислого газу (CO 2 ) та з ґрунту - у формі води (H 2 O) та іонів мінеральних солей. У вищих наземних рослин розрізняють повітряне, або листове харчування ( Фотосинтез ) і ґрунтове, або кореневе, харчування ( Мінеральне харчування рослин ). Нижчі рослини (бактерії, гриби, водорості) поглинають CO2, H2O і солі всією поверхнею тіла.
Грунт є необхідним і незамінним субстратом, в якому рослини зміцнюються своїм корінням, і з якого черпають вологу та елементи мінерального живлення. Велика роль ґрунту у формуванні та збереженні біологічного розмаїття.
З іншого боку - потоки всіх елементів у біосфері проходять через ґрунт, який за допомогою специфічних механізмів регулює їх спрямованість та інтенсивність.
Одноклітинні організми та водні рослини поглинають іони всією поверхнею, вищі наземні рослини – поверхневими клітинами кореня, в основному кореневими волосками.
Через коріньрослини поглинають із ґрунту головним чином іони мінеральних солей, а також деякі продукти життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів та кореневі виділення ін. рослин. Іони спочатку адсорбуються на клітинних оболонках, потім проникають у цитоплазму через плазмалемму. Катіони (за винятком К+) проникають через мембрану пасивно, шляхом дифузії, аніони, а також К+ (за низьких концентрацій) - активно, за допомогою молекулярних «іонних насосів», що транспортують іони з витратою енергії. Кожен елемент мінерального харчуванняграє обміні речовин певну роль і може бути повністю замінений ін. елементом. Аналіз сухої речовини рослин показує, що міститься вуглець (45 %), кисень (42 %), водень (6,5 %), азот (1,5 %), зольні елементи (5 %).
Всі елементи, що зустрічаються в рослинах, прийнято поділяти на три групи:
Макроелементи. 2. Мікроелементи. 3. Ультрамікроелементи.
Іони, які у раст. клітини вступають у певні взаємодії, і типи цих взаємодій різні.
Розрізняють такі типи взаємодій як антогонізм, синергізм, адитивність.
Антогонізм іонів – це зниження одними катіонами отруйного ефекту інших, зумовленого їхньою взаємодією з колоїдами протоплазми. Синергізм - це комбіноване вплив двох або більше іонів, що характеризується тим, що їхня об'єднана біологічна дія істотно перевершує ефект кожного окремо взятого компонента. Адитивність – ефект спільної дії іонів дорівнює сумі ефектів дії кожної речовини окремо.
У природних умовах рослини отримують необхідні речовини безпосередньо з ґрунту, через кореневу систему. У штучних умовах найчастіше для вирощування рослин використовують метод гідропоніки. Гідропоніка (від гідро… і грец. pónos - робота) - вирощування рослин над грунті, а спеціальному поживному розчині. Поживний розчинявляє собою водний розчин речовин, необхідних рослині для життя та зростання. При гідропонному методі вирощування рослинвсі елементи повинні утримуватися в живильному розчинів оптимальній кількості.
Запитання для самоконтролю
1. Які елементи є органогенами, їх відсотковий вміст у сухій речовині рослини?
2. Які зольні мікроелементи ви знаєте? Яка їхня роль у рослині?
3. Які мікроелементи вам відомі? Яку роль вони грають у житті рослин?
4. У чому сутність нітрифікації та денітрифікації?
5. Дайте загальну характеристику макро та мікроелементів.
6. Типи взаємодії іонів у рослинних клітинах: синергізм, адитивність, антогогізм.
