Дыха́ние (лат. respiratio) — основная форма катаболизма у животных, растений и многих микроорганизмов. Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие). В зависимости от интенсивности обмена веществ человек выделяет через лёгкие в среднем около 5 — 18 литров углекислого газа (СО2), и 50 граммов воды в час. А с ними — около 400 других примесей летучих соединений, в том числе и ацетон. В процессе дыхания богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.
Глико́лиз, или путь Эмбдена — Мейергофа — Парнаса — процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. Гликолиз состоит из цепи последовательных ферментативных реакций и сопровождается запасанием энергии в форме АТФ и НАДH. Гликолиз является универсальным путём катаболизма глюкозы и одним из трёх путей окисления глюкозы, встречающихся в живых клетках. Реакция гликолиза в суммарном виде выглядит следующим образом:
- Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Pi → 2 пируват + 2НАД*H + 2Н+ + 2АТФ + 2Н2O.
Дро́жжи — внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Объединяет около 1500 видов, относящихся к отделам Ascomycota и иногда Basidiomycota.
Аэро́бы — организмы, которые нуждаются в свободном молекулярном кислороде для процессов синтеза энергии, в отличие от анаэробов. К аэробам относятся подавляющее большинство животных, все растения, а также значительная часть микроорганизмов.
Броже́ние — биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях. В ходе брожения происходит образование АТФ за счёт субстратного фосфорилирования. При брожении субстрат окисляется не полностью, поэтому брожение энергетически малоэффективно в сравнении с дыханием, в ходе которого АТФ образуется не за счёт субстратного фосфорилирования, а за счёт окислительного фосфорилирования. Таким образом, основной биологический смысл брожения заключается не в получении энергии, а в окислении НАДН и обеспечении гликолитических процессов окисленной формой (НАД+) этого кофермента в условиях отсутствия кислорода.
Денитрификация — сумма микробиологических процессов восстановления нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота. В результате их азот возвращается в атмосферу и становится недоступным большинству организмов. Осуществляется только прокариотами в анаэробных условиях и связана с получением ими энергии.
Анаэробы — организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путём субстратного фосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ.
Клеточное, или тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды, а также образование энергии. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений и может быть использована по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. О физиологических процессах транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению от них углекислого газа см. статью Дыхание.
Анаэробное дыхание — это биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.
Сульфатредуцирующие бактерии представляют собой группу бактерий, характеризующуюся способностью окислять сероводород и отлагать в своём теле крупинки серы. Признак этой группы, как видно из сказанного, чисто физиологический, морфологических же признаков эта группа не имеет. Известны учёным серные бактерии уже давно. Ф. Кон первый изучал их физиологию, и так как серные бактерии всегда были находимы в тех местах, где наблюдалось выделение сероводорода, то Кон пришёл к заключению, что образование сероводорода находится в зависимости от жизнедеятельности этих бактерий, разрушающих различные соединения, заключающие в себе серу, и выделяющих сероводород. В этом своём заключении он опирается на наблюдения Лотара Мейера, который заметил, что вода Линдекских минеральных источников с серными бактериями — «водорослями», как он думал — после четырёхмесячного стояния заключает гораздо больше сероводорода, чем без «водорослей», и что «водоросли» восстанавливают, по-видимому, сернокислые соли в сероводород. Наблюдения над минеральными источниками в Иоганисбаде показали, далее, Кону, что там, где нет серных бактерий (Beggiatoa), там нет и сероводорода, и наоборот; кроме того, исследуя материал, присланный ему с берегов Дании Вормигом из мест, где замечалось выделение сероводорода, Кон нашёл много спирилл и монад с отложением серы внутри их тела, что ещё более укрепило его во взгляде на способность многих микроорганизмов выделять сероводород. Гоппе-Зейлер первый усомнился в справедливости заключений Кона, а Виноградский блестяще доказал ошибочность взглядов Кона; взгляд Виноградского считается теперь общепризнанным. По его мнению, серные бактерии не имеют никакого отношения к образованию сероводорода и восстановлению сульфатов, отложение же серы внутри тела бактерий Виноградский принимает как следствие окисления находящегося в воде сероводорода бактериями. Шаблон:Биофото Для получения серных бактерий в культурах Виноградский разрезал на мелкие куски свежевыкопанное корневище водяного растения — лучше всего для этой цели ему служило корневище сусака — и клал их в высокий сосуд, в который наливал колодезной воды с прибавкой небольшого количества гипса. Уже по прошествии 5—6 дней вода сосуда начинала пахнуть сероводородом, выделение его понемногу увеличивалось, но серных бактерий заметно ещё не было. Только через 4 недели можно, наконец, заметить появление нитей Beggiatoa, а месяца через 2 стенки сосуда вблизи поверхности воды оказывались уже вполне ими покрыты. Если кусочки Butomus umbellatus перед тем, как бросить в воду, подержать некоторое время в кипящей воде, то хотя сероводород и образуется потом в сосуде с гипсом, но Beggiatoa не появляется. Таким образом Виноградский мог заключить, что не Beggiatoa образует сероводород, но газ этот появляется помимо серных бактерий. Сера отлагается в теле бактерий только тогда, когда бактерии развиваются в воде, заключающей сероводород, и исчезает уже по прошествии 24 часов, когда бактерии переносят в ключевую или кипячёную воду. В случае недостатка сероводорода в воде бактерии окисляют находящуюся в их клетках серу до серной кислоты, которая образует с углекислой известью окружающей воды гипс. Схематически процессы, происходящие при этом, можно представить в виде следующих формул:
.
Спиртово́е броже́ние — вид брожения, при котором углеводы, преимущественно глюкоза, преобразуются в молекулы этанола и углекислого газа. В подавляющем большинстве случаев спиртовое брожение осуществляют дрожжи. Кислород в данном процессе не нужен, а значит, спиртовое брожение — анаэробный процесс. Побочные продукты процесса ферментации включают тепло, углекислый газ, воду и спирт. Известны модификации спиртового брожения, при котором вместо этанола или наряду с ним под действием определённых химических веществ дрожжи начинают производить глицерин. Спиртовое брожение имеет огромное промышленное значение, издревле используется человеком для получения разнообразных алкогольных напитков и в хлебопечении.
Пурпурные бактерии — разнородная группа фотосинтезирующих протеобактерий, обитающих в солёных и пресных водах. Пурпурные бактерии относятся к классам альфа-, бета-, и гамма-протеобактерий.
Облига́тные (стро́гие) анаэро́бы — организмы, живущие и растущие только при отсутствии молекулярного кислорода в среде, он для них губителен.
Аэробное упражнение — любой вид физического упражнения относительно низкой интенсивности, где кислород используется как основной источник энергии для поддержания мышечной двигательной деятельности. Аэробный означает «с кислородом», подразумевая, что одного кислорода достаточно для адекватного удовлетворения потребности в энергии во время физического упражнения. Как правило, упражнения легкой или умеренной интенсивности, которые могут поддерживаться в основном аэробным метаболизмом, могут выполняться в течение длительного периода времени. Противоположностью аэробного упражнения является анаэробное упражнение. К числу аэробных упражнений относят ходьбу или походы, бег, бег на месте, плавание, коньки, подъем по ступенькам, греблю, катание на скейтборде, роликовых коньках, танцы, баскетбол, теннис
Углеводный обмен, или метаболизм углеводов в организмах животных и человека. Метаболизм углеводов в организме человека состоит из следующих процессов:
- Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей поли- и дисахаридов до моносахаридов, дальнейшее всасывание моносахаридов из кишечника в кровь.
- Синтез и распад гликогена в тканях, прежде всего в печени.
- Гликолиз — распад глюкозы. Первоначально под этим термином обозначали только анаэробное брожение, которое завершается образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и углекислого газа. В настоящее время понятие «гликолиз» используется более широко для описания распада глюкозы, проходящего через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозо-1,6-дифосфата и пирувата как в отсутствие, так и в присутствии кислорода. В последнем случае употребляется термин «аэробный гликолиз», в отличие от «анаэробного гликолиза», завершающегося образованием молочной кислоты или лактата.
- Анаэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь.
- Взаимопревращение гексоз.
- Анаэробный метаболизм пирувата. Этот процесс выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза — пирувата.
- Глюконеогенез — образование углеводов из неуглеводных продуктов.
Облига́тные аэро́бы, или аэрофи́лы, — аэробные организмы, нуждающиеся в кислороде для дыхания. Помимо клеточного дыхания, эти организмы используют кислород для окисления органических соединений, например, сахаров и жиров, с целью получения энергии. В процессе дыхания кислород используется или конечный акцептор электронов.
Эффе́кт Пасте́ра — прекращение брожения в присутствии кислорода. Открыт Луи Пастером в 1857 году. Пастер показал, что аэрация дрожжевого бульона ускоряет рост дрожжей, в то время как в анаэробных условиях скорость роста уменьшается.
Анаэробиоз, аноксибиоз — жизнь в отсутствие свободного кислорода. Для анаэробных организмов, которые получают энергию для жизнедеятельности путем расщепления сложных неорганических или органических веществ, аноксибиоз — обычное условие их существования.
Нанаэробы — организмы, которые не способны расти в присутствии микромолярных концентраций кислорода, однако могут расти и извлекать выгоду при наличии еще более низких наномолярных концентраций кислорода. Как и другие анаэробы, нанаэробы не нуждаются в кислороде для роста, т.е. нанаэробы являются факультативными анаэробами. Преимущество роста при наличии следовых количеств кислорода требует наличия особой кислородной дыхательной цепи, которая как правило характерна для микроорганизмов с микроаэрофильным дыханием. Недавние исследования показывают, что дыхание в сверхнизких концентрациях кислорода является очень древним процессом, который предшествовал возникновению кислородного фотосинтеза.
Карбоксидобактерии — группа аэробных хемолитоавтотрофных бактерий, получающих энергию при окислении угарного газа (СО), объединяемых на основании физиологических особенностей. Не являются таксономической группой. Включают α, β, и γ-протеобактерии, фирмикутов, и актинобактерий. Большинство известных карбоксидобактерий являются грамотрицательными бактериями.
