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李依新:哺乳动物成熟红细胞的呼吸方式  

2013-04-26 11:39:34|  分类: 1呼吸与光合 |  标签: |举报 |字号 订阅

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哺乳动物的成熟红细胞结构很特殊,既没有细胞核也无线粒体、核糖体等各种细胞器,却富含血红蛋白,这种结构特点与其运输O2的功能是相适应的。

因为无线粒体,红细胞进行无氧呼吸供能。有些学生对此产生疑问:红细胞本身携带O2,却进行无氧呼吸供能,有O2存在时,其无氧呼吸不会受抑制吗?并列举如下理由:①很多种厌氧型的细菌若生活在空气中,其无氧呼吸受到抑制,不能正常生存。②酵母菌等兼性厌氧型的生物生活在氧气充足的环境中进行有氧呼吸,在缺氧的条件下才进行无氧呼吸。

首先明确并不是所有厌氧型的生物都不能生活在有氧环境中,只有那些严格厌氧菌才不能生活在空气中(如光合细菌,产甲烷杆菌等),而耐氧性厌氧菌是可以生活在空气中的。厌氧菌能否生活在空气中,与其体内是否含有超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(或过氧化物酶)有关。细胞代谢过程中会产生自由基,自由基是指那些带有奇数电子数的化学物质,它们都带有未配对的自由电子,具有高度的化学活性。在O2存在时还会产生超氧阴离子自由基,它是活性氧的形式之一,性质极不稳定,化学反应能力极强,在细胞内可破坏各种重要生物大分子和膜结构,还可形成其他活性氧化物,故对生物体极其有害。好氧性生物或耐氧性厌氧菌细胞内可合成SOD和过氧化氢酶(或过氧化物酶),超氧阴离子自由基在SOD作用下被歧化成H2O2,在过氧化氢酶作用下H2O2又进一步转变成无毒的H2O,而严格厌氧菌不能合成SOD,在有O2存在时,由于无法歧化超氧阴离子自由基而身受毒害,无法生存。

红细胞内存在这两种酶(红细胞未成熟前已合成),生活在有氧环境中,不会受自由基的危害而抑制其代谢活动。

酵母菌等兼性厌氧型的生物,在缺氧的条件下进行无氧呼吸,当氧气充足时进行有氧呼吸,其无氧呼吸将会受到抑制。为什么在O2充足时,酵母菌的无氧呼吸会受到抑制呢?已知磷酸果糖激酶是无氧呼吸(糖酵解)过程中关键的限速酶,ATP对磷酸果糖激酶具有抑制作用,在有柠檬酸、脂肪酸时会加强抑制效应,而ADPAMP、无机磷则对此酶有激活作用,酵母菌有氧呼吸会产生较多的ATP,使ATP/ADP比值增高,无机磷相对减少,有氧呼吸过程中还会使柠檬酸等物质增多,最终抑制了磷酸果糖激酶的活性,同时NADH进入线粒体中被有氧呼吸消耗,不能还原乙醛生成乙醇,还会使糖酵解过程中的NADNADH不能发生周转,也影响了糖酵解速度。

由以上可知,抑制无氧呼吸的直接原因,是生物细胞进行了有氧呼吸,在有氧呼吸的过程中发生的物质变化抑制了无氧呼吸的进行,并不是由于O2的存在直接抑制了无氧呼吸。成熟的红细胞内由于缺乏有氧呼吸酶系,不能进行有氧呼吸,所以红细胞尽管携带较多的O2也不会抑制其无氧呼吸。

红细胞进行无氧呼吸是与其运输O2的功能相适应的,因其结合和携带O2的过程中并不消耗O?2,从而有效地提高了运输O2的效率。红细胞自身生命活动所消耗能量并不多,其无氧呼吸产生能量主要是保证细胞膜上离子泵的正常运转,使红细胞维持细胞内高钾、低钙和低钠的状态,还能保证低铁血红蛋白不被氧化。(若血红蛋白中的Fe2被氧化为Fe3+,形成高铁血红蛋白,高铁血红蛋白中的Fe3+O2的结合非常牢固,O2不能被释放出来,会造成组织细胞缺氧)。红细胞的以上特点是哺乳动物在长期进化过程中逐渐形成的。

《生物学教学》 2007年 第8期(武城县第二中学  李依新)

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