Тыныс алу барлық тірі организімдердің тіршілігіне тән белгі. Алғаш көптеген ғалымдар өсімдіктерде арнаулы тыныс алу мүшелері болмағандықтан, олардың тыныс алу процесін мүлде теріске шығарады. Алайда, ХIХ ғасырдың басында Соссюр өсімдіктерде газ алмасудың қарама-қарсы орналасқан 2 типі болатынын ашып көрсетті: 1) фотосинтез процесі барымында СО2сіңіріліп, О2 бөлініп шығады; 2) тыныс алу процесі барысында О2 сіңіріліп, СО2 бөлініп шығады. Өсімдіктердің тыныс алатыны осылайша дәлелденеді. Одан соң Дютроше тыныс алу процесін оттегінің жасуша аралықтарына өтуі және сіңірілуі ретінде сипаттады. Дютроше қағидаларынан тыныс алу процесі міндетті түрде арнаулы тыныс алу мүшелерінің болуына байланысты еместігі, алайда бұл процестің әрбір тірі жасушада өтетіні, мұның өзінде жасуша ішіндегі заттар оттегімен әрекеттесіп, осының нәтижесінде СО2 бөлініп шығатыны белгілі болды.
Тыныс алу субтраттарының оттегімен қосыла келе, тотығатыны жөніндегі түсінік одан кейінірек қалыптасты. Бұл түсінік бойынша тыныс алу кезіндегі органикалық заттар диссимляция процесіне ұшырап, энергия бөліп шығару арқылы ыдырайды, бұл энергия организімнің бүкіл тіршілік процестеріне және барлық құрылымын активті түрде ұстауға пайдаланылады. Жалпы алғанда тыныс алу процесін былайша жазуға болады:
С6Н12О6 + 6 СО2 6 Н2О + 686 ккал/моль
Бұл теңдеуден тыныс алу процесі фотосинтезге қарама-қарсы процесс екенін көреміз. Егер фотосинтез кезінде органикалық зат синтезделіп, онда энергия қоры жиналатын болса, тыныс алу процесінде, керсінше органикалық зат ыдырап, ондағы энергия босап шығады. Тыныс алудың мәні осы энергияны қабылдауда ғана емес, сондай-ақ мұнда көптеген мөлшерде жанама, аралық және ақырғы өнімдердің түзілуінде. Бұл аталған өнімдер жалпы зат алмасужағы әр түрлі синтез прцесіне пайдаланылады. Аралық өнімдер көмірсулар мен ақуыздар, көмірсулар мен липидтер арасындағы байланыстырушы буын ретінде қызымет етеді. Сонымен қатар, тыныс алу процесі зат алмасуындағы орталық буын болып саналады.
Тыныс алу коэффициенті.
Көмірсулар негізінен тыныс алу процесіне жұмсалатын заттар ретінде пайдаланады. Моно сахаридтердің барлық түрлері және олардың глюкозидтер мен пектинді заттар сияқты туындылары субстрат бола алады. Сонымен қатар, крахмал, инулин, гемицеллюлоза сияқты полисахаридтерде пайдаланылуы мүмкін. Бұл полисахаридтер гидролиз немесе фосфоролиз жолымен алдын ала жай моносахаридтерге дейін ыдырайды. Крахмал фосфоролизі кезінде тыныс алуға даяр субстрат болып табылатын глюкоза-6-фосфат түзіледі. Майлар мен ақуыз да тыныс алу процесіне жұмсалатын субстраттар бола алады. Өсімдіктер жасушасында бұл заттарды тотықтыра алатын ферменттік жүйелер бар. Бұл жағдайда майлар алдымен глицерин мен май қышқылдарына, ал ақуыздар амин қышқылдарына ыдырайды. Алайда көмірсулар, атап айтқанда, моносахаридтер, ең алдымен, глюкоза мен фруктоза негізінен субстрат болып табылады. Тыныс алуға бұл көмірсулар болмаған жағдайда ғана басқа хаттар пайдаланылады. Тыныс алу процесіне глюкозаны пайдаланған кезде сіңірілетін оттегінің мөлшері мен бөлініп шығатын көмірқышқыл газының мөлшері бірдей болады:
С2Н12О6 + 6О2 6СО2 +6Н2 + 686 ккал/моль
Оттегінің 6 молекуласына көмірқышқыл газының 6 молекуласы бөлінеді. Тотығу дәрежесі глюкозадан айрықша болатын басқа заттар тыныс алу субстраты ретінде пайдаланылған жағдайда бұл арақатынас өзгереді. Тыныс алу кезінде бөлініп шыққан көмірқышқыл газы көлемінің сіңірілген оттегінің көлеміне қатынасы тыныс алу коэффициенті (ТК) деп аталады.
Тыныс алу – тотығу – тотықсыздану процесі – Биологиялық жүйелерде метаболизм процестеріне қажет энергия органикалық заттарды тотықтыру жолымен алынады. Тотықтыру реакциялары барысында бөлініп шыққан энергия АТР (аденозинтрифосфат) құрамында байланысын, одан соң метобализм реакцияларында пайдаланылады.
Тыныс алу процесі кезінде субстрат оттегімен әрекеттесіп, тотығандықтан тыныс алу процесін тотығу процесі ретінде қарастыруға болады. Бұл кезде тотығатын зат есебінен басқа зат тотықсызданады. Химиялық тұрғыдан алып қарағанда оттегін қосып алу, сутегін бөліп алу, суды қосып алу (келесі кезекте одан сутегін бөліп ала отырып), электронды бөліп алу құбылыстары тотығу реакциялары болып табылады. Тотығу реакцияларының бұл барлық түрлері оттегі, сутегі және электронның жәрдемімен өтеді.
Барлық тірі организмдерде осындай биологиялық тотығу процестері, аэробты тыныс алу, спирттік ашу арқылы өтеді. Осы процестердің алғашқы кезеңдері бірдей немесе өте ұсақ жолмен өтеді. Бұл кезең гликолиз деп аталады. Гликолиз кезінде орындалатын реакциялар жалпы организмнің метаболизміне тығыз байланысты орындалады. Бұл өте күрделі құбылыстарды зерттеуге көп жылдар бойы атақты ғалымдар топтары қатысты. Ағайынды Бухнерлер, Отто Варбург, Гарден, Ионг, Густав Эмбден, Отто Мейергоф, Герти және Карл Кори. Россияда бұл мәселелерді А.Н. Бах, В.И. Палладин, т.б. зерттеді. Осылардың еңбектері нәтижесінде тыныс алу процестерінің химиялық механизміне осы кездегі көзқарастар қалыптасты.
Тыныс алу барлық тірі организімдердің тіршілігіне тән белгі. Алғаш көптеген ғалымдар өсімдіктерде арнаулы тыныс алу мүшелері болмағандықтан, олардың тыныс алу процесін мүлде теріске шығарады. Алайда, ХIХ ғасырдың басында Соссюр өсімдіктерде газ алмасудың қарама-қарсы орналасқан 2 типі болатынын ашып көрсетті: 1) фотосинтез процесі барымында СО2сіңіріліп, О2 бөлініп шығады; 2) тыныс алу процесі барысында О2 сіңіріліп, СО2 бөлініп шығады. Өсімдіктердің тыныс алатыны осылайша дәлелденеді. Одан соң Дютроше тыныс алу процесін оттегінің жасуша аралықтарына өтуі және сіңірілуі ретінде сипаттады. Дютроше қағидаларынан тыныс алу процесі міндетті түрде арнаулы тыныс алу мүшелерінің болуына байланысты еместігі, алайда бұл процестің әрбір тірі жасушада өтетіні, мұның өзінде жасуша ішіндегі заттар оттегімен әрекеттесіп, осының нәтижесінде СО2 бөлініп шығатыны белгілі болды.
Тыныс алу субтраттарының оттегімен қосыла келе, тотығатыны жөніндегі түсінік одан кейінірек қалыптасты. Бұл түсінік бойынша тыныс алу кезіндегі органикалық заттар диссимляция процесіне ұшырап, энергия бөліп шығару арқылы ыдырайды, бұл энергия организімнің бүкіл тіршілік процестеріне және барлық құрылымын активті түрде ұстауға пайдаланылады. Жалпы алғанда тыныс алу процесін былайша жазуға болады:
С6Н12О6 + 6 СО2 6 Н2О + 686 ккал/моль
Бұл теңдеуден тыныс алу процесі фотосинтезге қарама-қарсы процесс екенін көреміз. Егер фотосинтез кезінде органикалық зат синтезделіп, онда энергия қоры жиналатын болса, тыныс алу процесінде, керсінше органикалық зат ыдырап, ондағы энергия босап шығады. Тыныс алудың мәні осы энергияны қабылдауда ғана емес, сондай-ақ мұнда көптеген мөлшерде жанама, аралық және ақырғы өнімдердің түзілуінде. Бұл аталған өнімдер жалпы зат алмасужағы әр түрлі синтез прцесіне пайдаланылады. Аралық өнімдер көмірсулар мен ақуыздар, көмірсулар мен липидтер арасындағы байланыстырушы буын ретінде қызымет етеді. Сонымен қатар, тыныс алу процесі зат алмасуындағы орталық буын болып саналады.
Тыныс алу коэффициенті.
Көмірсулар негізінен тыныс алу процесіне жұмсалатын заттар ретінде пайдаланады. Моно сахаридтердің барлық түрлері және олардың глюкозидтер мен пектинді заттар сияқты туындылары субстрат бола алады. Сонымен қатар, крахмал, инулин, гемицеллюлоза сияқты полисахаридтерде пайдаланылуы мүмкін. Бұл полисахаридтер гидролиз немесе фосфоролиз жолымен алдын ала жай моносахаридтерге дейін ыдырайды. Крахмал фосфоролизі кезінде тыныс алуға даяр субстрат болып табылатын глюкоза-6-фосфат түзіледі. Майлар мен ақуыз да тыныс алу процесіне жұмсалатын субстраттар бола алады. Өсімдіктер жасушасында бұл заттарды тотықтыра алатын ферменттік жүйелер бар. Бұл жағдайда майлар алдымен глицерин мен май қышқылдарына, ал ақуыздар амин қышқылдарына ыдырайды. Алайда көмірсулар, атап айтқанда, моносахаридтер, ең алдымен, глюкоза мен фруктоза негізінен субстрат болып табылады. Тыныс алуға бұл көмірсулар болмаған жағдайда ғана басқа хаттар пайдаланылады. Тыныс алу процесіне глюкозаны пайдаланған кезде сіңірілетін оттегінің мөлшері мен бөлініп шығатын көмірқышқыл газының мөлшері бірдей болады:
С2Н12О6 + 6О2 6СО2 +6Н2 + 686 ккал/моль
Оттегінің 6 молекуласына көмірқышқыл газының 6 молекуласы бөлінеді. Тотығу дәрежесі глюкозадан айрықша болатын басқа заттар тыныс алу субстраты ретінде пайдаланылған жағдайда бұл арақатынас өзгереді. Тыныс алу кезінде бөлініп шыққан көмірқышқыл газы көлемінің сіңірілген оттегінің көлеміне қатынасы тыныс алу коэффициенті (ТК) деп аталады.
Тыныс алу – тотығу – тотықсыздану процесі – Биологиялық жүйелерде метаболизм процестеріне қажет энергия органикалық заттарды тотықтыру жолымен алынады. Тотықтыру реакциялары барысында бөлініп шыққан энергия АТР (аденозинтрифосфат) құрамында байланысын, одан соң метобализм реакцияларында пайдаланылады.
Тыныс алу процесі кезінде субстрат оттегімен әрекеттесіп, тотығандықтан тыныс алу процесін тотығу процесі ретінде қарастыруға болады. Бұл кезде тотығатын зат есебінен басқа зат тотықсызданады. Химиялық тұрғыдан алып қарағанда оттегін қосып алу, сутегін бөліп алу, суды қосып алу (келесі кезекте одан сутегін бөліп ала отырып), электронды бөліп алу құбылыстары тотығу реакциялары болып табылады. Тотығу реакцияларының бұл барлық түрлері оттегі, сутегі және электронның жәрдемімен өтеді.
Барлық тірі организмдерде осындай биологиялық тотығу процестері, аэробты тыныс алу, спирттік ашу арқылы өтеді. Осы процестердің алғашқы кезеңдері бірдей немесе өте ұсақ жолмен өтеді. Бұл кезең гликолиз деп аталады. Гликолиз кезінде орындалатын реакциялар жалпы организмнің метаболизміне тығыз байланысты орындалады. Бұл өте күрделі құбылыстарды зерттеуге көп жылдар бойы атақты ғалымдар топтары қатысты. Ағайынды Бухнерлер, Отто Варбург, Гарден, Ионг, Густав Эмбден, Отто Мейергоф, Герти және Карл Кори. Россияда бұл мәселелерді А.Н. Бах, В.И. Палладин, т.б. зерттеді. Осылардың еңбектері нәтижесінде тыныс алу процестерінің химиялық механизміне осы кездегі көзқарастар қалыптасты.