Процесс аэробный: аэробный процесс — это… Что такое аэробный процесс?

аэробный процесс — это… Что такое аэробный процесс?

аэробный процесс

aerobic process

Большой англо-русский и русско-английский словарь.
2001.

• аэробный
• аэробный пруд

Смотреть что такое «аэробный процесс» в других словарях:

• аэробный процесс — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN aerobic process A process requiring the presence of oxygen. (Source: MGH) [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] Тематики охрана окружающей среды EN aerobic …   Справочник технического переводчика

• аэробный процесс — Совокупность микробиологических, биохимических и химических трансформаций, протекающих, в отличие от анаэробного процесса, в присутствии свободного кислорода …   Словарь по географии

• аэробный процесс — aerobinis procesas statusas T sritis chemija apibrėžtis Procesas, kuriam vykti reikia oro deguonies. atitikmenys: angl. aerobic process rus. аэробный процесс …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

• аэробный процесс — aerobinis vyksmas statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Adenozintrifosfato (ATF) resintezės vyksmas fizinio darbo metu aerobiniais būdais: raumenų funkcijai reikalingas adenozintrifosfatas atkuriamas (resintezuojamas) iš energinių… …   Sporto terminų žodynas

• аэробный процесс очистки сточных вод — Процесс разрушения органических веществ микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха. [ГОСТ 25150 82] Тематики канализация …   Справочник технического переводчика

• Аэробный процесс очистки сточных вод — 29. Аэробный процесс очистки сточных вод Процесс разрушения органических веществ микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха Источник: ГОСТ 25150 82: Канализация. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• аэробный процесс очистки сточных вод — процесс разрушения органических веществ микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха. (Смотри: ГОСТ 25150 82. Канализация.) Источник: Дом: Строительная терминология , М.: Бук пресс, 2006 …   Строительный словарь

• Аэробный процесс очистки сточных вод — строит. Процесс разрушения органических веществ микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха …   Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

• АЭРОБНЫЙ — Процесс, протекающий в присутствии кислорода Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 …   Словарь бизнес-терминов

• АЭРОБНЫЙ — АЭРОБНЫЙ, связанный с наличием свободного кислорода или воздуха либо зависящий от них. Аэробный организм может нормально функционировать при наличии кислорода, от этого зависит расщепление глюкозы и других питательных веществ, поставляющих… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• АЭРОБНЫЙ — существующий или протекающий в присутствии кислорода (организм, процесс и т. д.) Экологический словарь, 2001 …   Экологический словарь

Этапы аэробного процесса

При достаточно продолжительных силовых нагрузках вклад  анаэробных процессов в деле энергоснабжения очень низкий, поэтому большую часть энергии для процессов метаболизма получают именно от аэробной (кардио) работы.

В процессе  кардиотренинга для получения энергии используются в основном углеводы и жиры. Вклад белка для получения энергии минимален. В покое 70% от молекул АТФ заряжаются энергией, получаемой в процессе расщепления жира, и 30 % энергией расщепления  углеводов. Более интенсивные действия ведут к увеличению расхода  доли углеводов. Аэробные процессы используют кислород, поступающий  из крови, которая наполняет работающую мышцу. Продуктами распада в данном случае являются углекислый газ  CO2 и вода h3O.

Аэробный процесс состоит из трех этапов:

• Гликолиз
• Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот)
  
• Дыхательная цепь (окислительное фосфорилирование)

Гликолиз – сначала один за другим идут этапы распада глюкозы до пировиноградной кислоты, идентичные тем, которые происходят в цитоплазме при анаэробном гликолизе. Если достаточно кислорода, пировиноградная кислота входит в митохондрию и не превращается в молочную кислоту. Митохондрии для начала процесса расщепления пирувата необходимо наличие кислорода, при этом  сохраняется высокий уровень молекул АТФ. Пировиноградная кислота превращается внутри митохондрии в вещество ацетил, к которому присоединяются ко-ферменты или ко-энзимы.

Цикл Кребса — это серия ферментативных реакций (химических реакций), которые расщепляет ацетил, и в конечном итоге мы получаем 2 молекулы АТФ. Продукты распада жиров и белков могут также входить в цикл Кребса, и загружать АТФ. Результатом процессов и реакций цикла Кребса является распад химических веществ, при котором образуются 6 молекул СО2 и молекулы носители рецепторов свободного водорода Н. Эти молекулы носители переносят атомы водорода в следующий этап —  дыхательную цепь.

Дыхательная цепь – это ряд специфических белковых комплексов, которые встроены во внутреннюю мембрану митохондрии. Молекулы водорода переносятся от одного комплекса к другому на так называемых электронных перевозчиках. При этом электроны атомов Н перескакивают с одного перевозчика на другой, и таким образом, создаваемое действие имеет цепной характер. В моменты переходов образуется большое количество энергии, пригодное для зарядки АТФ.

Чтобы электроны могли продолжать подобные перемещения с помощью электронных перевозчиков, образуется электронная цепь, и здесь основную роль играет кислород. Кислород  забирает последний электрон в цепочке (дыхательной цепи). 32 молекулы АТФ  заряжаются в результате этого процесса. Параллельно образуются 6 молекул воды h3O.
Таким образом, в результате кислородного процесса образуется 36 заряженных молекул АТФ, 6 молекул углекислого газа CO2 и 6 молекул воды h3O.

Внимание! У Вас нет прав для просмотра скрытого текста.

Ключевые теги: аэробный процесс, гликолиз, цикл Кребса

Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………3

1. Аэробные
и анаэробные процессы, проходящие в организме
человека…………5

2. Биохимические
изменения в мышцах, органах и крови 
при аэробных и анаэробных нагрузках…………………………………………………………………10

Заключение…………………………………………………………………………….12

Список
литературы……………………………………………………………………14

Приложение……………………………………………………………………………15

Введение

Уровень спортивного мастерства определяется
целым рядом факторов: техническим и тактическим
мастерством, морально-волевыми качествами,
целеустремленностью, психической устойчивостью, 
уровнем развития специальной выносливости
и других физических качеств. Эти факторы
проявляют себя в комплексе, что должно
учитываться при тренировке. Несмотря
на высокую значимость всех факторов,
мы выделим один, играющий наиболее важную
роль в становлении спортсмена. Это специальная
выносливость. Многочисленные исследования,
посвященные изучению развития этого
качества (Е. Асмуссен, Н. И. Волков, Р. О.
Астранд, Б. А. Стенин, Р. Шмидт и др.), свидетельствуют
о том, что выносливость тесно связана
с уровнем развития механизмов энергетического
обеспечения: алактатным анаэробным, лактатным
анаэробным и аэробным [2, c.16]. Первые два
могут действовать без участия кислорода,
последний при его участии.

Каждый из механизмов энергообеспечения
характеризуется подвижностью процесса,
мощностью, метаболической емкостью. Подвижность
процесса энергообеспечения оценивается
временем, которое требуется для его полного
развития. Мощность характеризуется максимальным
количеством энергии, которое может дать
тот или иной процесс в единицу времени.
Метаболическая емкость определяется
общим количеством энергии, поставляемым
процессом энергообеспечения.

Алактатный анаэробный механизм отличается
наибольшей подвижностью. Максимальной
интенсивности он может достичь уже через
2 сек. после начала интенсивной мышечной
работы. Для алактатного анаэробного механизма
характерна и наивысшая мощность, значительно
превосходящая мощность других процессов
энергообеспечения. Метаболическая емкость
этого процесса невысока; ее хватает лишь
на выполнение работы с максимальной интенсивностью
в течение 6 – 7 сек.[4, c. 38]

Лактатный анаэробный механизм значительно
уступает алактатному. Максимальной интенсивности
он может достичь через 20 – 30 сек. после
начала работы. Его максимальная мощность
приблизительно в 2 раза ниже по сравнению
с алактатным процессом. Однако лактатный
анаэробный механизм значительно превосходит
алактатный по своей метаболической емкости
– у тренированных спортсменов при напряженной
мышечной работе он обеспечивает энергией
в течение 40 сек. и более [4,c.29].

Аэробный процесс – это основной механизм
энергообеспечения организма. Он функционирует
на протяжении всей жизни, не прекращаясь
ни на минуту. Если мышцы в определенных
условиях (например, при напряженной мышечной
работе) могут обеспечивать себя энергией
за счет анаэробных процессов, то такие
органы, как мозг, сердце и некоторые другие,
получают энергию исключительно за счет
аэробных процессов. В отличие от анаэробных
деятельность аэробного механизма не
сопровождается накоплением в организме
промежуточных продуктов обмена. Главными
недостатками аэробного процесса являются
его малая подвижность и сравнительно
невысокая мощность. Эти недостатки имеют
общую основу: они зависят от возможностей
систем, обеспечивающих поступление в
организм кислорода и его транспортировку
к работающим мышцам. У хорошо тренированного
спортсмена, предварительно выполнившего
разминку, поступление в организм кислорода
и, следовательно, мощность аэробного
процесса достигают своего максимума
через 40 – 60 сек. работы. По максимальной
мощности аэробный процесс значительно
уступает анаэробным [4, c.29]. Что же касается
его метаболической емкости, то она неизмеримо
выше.

Повышение уровня аэробных и анаэробных
возможностей организма человека имеет
большое прикладное и научное значение,
что обуславливает особенную актуальность темы данной
работы, сформулированную как «Аэробные и анаэробные процессы,
происходящие в организме во время тренировок».

Цель работы – изучить аэробные и
анаэробные процессы, происходящие в организме
человека во время тренировок.

1. Аэробные
   и анаэробные процессы, проходящие в организме
   человека

Аэробные
процессы в организме происходят в присутствии
кислорода, при этом различные вещества
(в основном гликоген и жиры) распадаются
с выделением энергии. Для этих процессов
характерны малая мощность и способность
организма длительное время поддерживать
данные процессы, вплоть до полного истощения.
Аэробные возможности конкретного человеческого
организма характеризуются аэробной ёмкостью,
т.е. выносливостью и аэробной мощностью,
т.е. способностью организма выполнять
значительную по амплитуде работу, не
выходя за рамки аэробного энергообеспечения
[8,c.26].

Анаэробные
процессы происходят без присутствия
кислорода, при этом при распаде гликогена
выделяются продукты (например лактат),
требующие в последствии обязательного
«дожига» в кислороде. Т.о. в организме
накапливается так называемый кислородный
долг. При превышении определённого порога
кислородного долга происходит отказ
от работы, данный порог является индивидуальным
показателем и напрямую зависит от тренированности
организма человека. Для анаэробных процессов
характерна значительная мощность и незначительная
продолжительность от десятков секунд
до минут.

Существует
два типа мышечных волокон белые и красные.
Белые волокна — короткие, толстые, быстрые.
Но волокна этого типа не могут длительное
время поддерживать напряжение или сокращаться.
Красные волокна — длинные, тонкие, медленные,
но более выносливые, чем белые.

Красные
волокна имеют большую способность к энергообразованию
аэробным путем, а белые наделены способностью
быстро трансформировать энергию. Соотношение
быстрых и медленных волокон в мышцах
заложено генетически, но это соотношение
может изменяться в процессе тренировок.
Данный процесс очень медленный и иногда
требуются годы упорных тренировок, чтобы
изменить данное соотношение [8, c.28].

Применение
упражнений с большой нагрузкой, выполненный
с малой и средней скоростью ведет к гипертрофии
и увеличению силы красных волокон. Для
увеличения выносливости красных волокон
необходимо многократное повторение с
преодолением сопротивления средней величины.
При этом нет роста размера мышечных волокон,
а изменяется биохимия этих волокон.

Для
увеличения белых мышечных волокон необходимо
тренироваться с преодолением больших
величин сопротивления с высокой скоростью.

Если
нагрузка близка к предельной, то в данный
момент времени сокращается каждое мышечное
волокно и мышца быстро «устанет».
Если сила мышц достаточно высока, то при
выполнении необходимых движений сокращается
меньшая часть волокон, волокна в процессе
сокращений могут чередовать свою деятельность
друг с другом, в результате их выносливость
увеличивается. Поэтому для увеличения
выносливости мышц надо развивать их силу.

В
мышцах как в двигателе у машины происходит
преобразование химической энергии в
механическую. Горючее для мышцы АТФ. Мышца
может выполнять работу в аэробном и анаэробном
режимах.

АТФ
– аденозинтрифосфат. Это вещество, которое
является универсальным источником энергии.
Во время мышечной деятельности АТФ распадается
до аденозинфосфата (АДФ). В ходе этой реакции
высвобождается энергия, которая непосредственно
используется мышцами для энергии [9, c.10].

АТФ —>
АДФ + энергия

Содержание АТФ в мышцах незначительное.
При интенсивной мышечной деятельности
запасы АТФ расходуются в течение 2 с. Однако
внутри мышц существует несколько вспомогательных
систем, которые непрерывно восстанавливают
АТФ из продукта ее распада АДФ. Благодаря
непрерывному восстановлению (ресинтезу)
АТФ в организме поддерживается относительное
постоянство этого вещества, что позволяет
мышцам работать без остановки.

Выделяют три основных системы ресинтеза
АТФ: фосфатную, лактатную и кислородную.

1.Фосфатная
система. Фосфатный механизм ресинтеза
АТФ включает использование имеющихся
запасов АТФ в мышцах и быстрый ее ресинтез
за счет

высокоэнергетического вещества креатинфосфата
(КрФ), запасы которого в мышцах ограничиваются
6-8 с интенсивной работы.

Реакция ресинтеза АТФ с участием КрФ
выглядит следующим образом:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин

Фосфатная система отличается очень
быстрым ресинтезом АТФ из АДФ, однако
она эффективна только в течение очень
короткого времени. При максимальной нагрузке
фосфатная система истощается в течение
10 с. Вначале в течение 2 с расходуется
АТФ, а затем в течение 6-8 с — КрФ. Такая
последовательность наблюдается при любой
интенсивной физической деятельности.
Фосфатная система важна для спринтеров,
футболистов, прыгунов в высоту и длину,
метателей диска, боксеров и теннисистов,
то есть для всех взрывных, кратковременных,
стремительных и энергичных видов физической
деятельности.

Скорость ресинтеза КрФ после прекращения
физической нагрузки также очень высока.
Запасы высокоэнергетических фосфатов
(АТФ и КрФ), израсходованных во время нагрузки,
восполняются в течение нескольких минут
после ее завершения. Уже через 30 с запасы
АТФ и КрФ восстанавливаются на 70%, а через
3-5 мин восстанавливаются полностью.

Для тренировки фосфатной системы используются
резкие, непродолжительные, мощные упражнения,
чередующиеся с отрезками отдыха. Отрезки
отдыха должны быть достаточно длительными,
чтобы успевал происходить ресинтез АТФ
и КрФ. Содержание АТФ и КрФ в организме
увеличивается на 25-50% после 7 месяцев тренировок
на выносливость в виде бега три раза в
неделю.

АТФ и КрФ являются самыми быстродоступными
источниками энергии. Увеличение запасов
АТФ и КрФ повышает способность спортсмена
показывать хорошие результаты в видах
деятельности, которые длятся не более
10 с.

Уже через 8 недель спринтерских (скоростных)
тренировок значительно увеличивается
количество ферментов, которые отвечают
за распад и ре-синтез АТФ. Если АТФ распадается
быстрее, то, следовательно, и высвобождение
энергии происходит быстрее. Таким образом,
тренировка не только повышает запасы
АТФ и КрФ, но и ускоряет процесс распада
и восстановления АТФ. Такая адаптация
организма (увеличение запасов АТФ/КрФ
и повышение ферментативной активности)
достигается путем сбалансированной тренировочной
программы, включающей как аэробные, так
и спринтерские тренировки.

Фосфатная система называется анаэробной,
потому что в ресинтезе АТФ не учавствует
кислород, и алактатной, поскольку не образуется
молочная кислота [9, c.11].

2.Кислородная
система. Кислородная, или аэробная,
система является наиболее важной для
спортсменов на выносливость, поскольку
она может поддерживать физическую работу
в течение длительного времени.

Кислородная система обеспечивает организм,
и в частности мышечную деятельность,
энергией посредством химического взаимодействия
пищевых веществ (главным образом, углеводов
и жиров) с кислородом. Пищевые вещества
поступают в организм с пищей и откладываются
в его хранилищах для дальнейшего использования
по необходимости. Углеводы (сахар и крахмалы)
откладываются в печени и мышцах в виде
гликогена. Запасы гликогена могут сильно
варьироваться, но в большинстве случаев
их хватает как минимум на 60-90 мин работы
субмаксимальной интенсивности. В то же
время запасы жиров в организме практически
неисчерпаемы.

Производительность кислородной системы
зависит от количества кислорода, которое
способен усвоить организм человека. Чем
больше потребление кислорода во время
выполнения длительной работы, тем выше
аэробные способности. Под воздействием
тренировок аэробные способности человека
могут вырасти на 50%.

Окисление жиров для энергии происходит
по следующему

принципу: Жиры + кислород + АДФ → углекислый
газ + АТФ + вода

Полученный в ходе реакции окисления
углекислый газ выводится

из организма легкими. Распад углеводов
(гликолиз) протекает по более сложной
схеме, в которой задействуются две последовательные
реакции:

Первая фаза: глюкоза + АДФ → молочная
кислота + АТФ.

Вторая фаза: молочная кислота + кислород
+АДФ → углекислый газ +АТФ + вода.

Первая фаза протекает без участия кислорода,
вторая — с участием кислорода. При легкой
физической нагрузке побочный продукт
распада углеводов молочная кислота используется
непосредственно во второй фазе, поэтому
окончательное уравнение выглядит так:
Глюкоза + кислород + АДФ → углекислый
газ + АТФ + вода.

Пока потребляемого кислорода достаточно
для окисления жиров и углеводов, молочная
кислота не будет накапливаться в организме
[9,c.12].

3. Лактатная
система. По мере увеличения интенсивности
нагрузки наступает период, когда мышечная
работа уже не может поддерживаться за
счет одной только аэробной системы из-за
нехватки кислорода. С этого момента в

энергообеспечение физической работы
вовлекается лактатный механизм ресин-теза
АТФ, побочным продуктом которого является
молочная кислота. При недостатке кислорода
молочная кислота, образовавшаяся в первой
фазе аэробной реакции, не нейтрализуется
полностью во второй фазе, в результате
чего происходит ее накопление в работающих
мышцах, что приводит к ацидозу, или

Процессы аэробные — Справочник химика 21

    Количественная оценка значений Я(С ) показывает, что для большинства процессов аэробного культивирования микроорганизмов наиболее высокая скорость потребления соответствует углеродсодержащим субстратам и кислороду, учитывая их стехиометрические коэффициенты (см. табл. 2.2). Так, скорость потребления кислорода в процессе непрерывного культивирования биомассы микроорганизмов может составлять для дрожжей, растущих на углеродных субстратах, 3—6 кг/(м -ч) для дрожжей, растущих на н-парафинах нефти, 9—12 кг/(мЗ-ч) для бактерий, растущих на метаноле, 6—9 кг/(м -ч) для бактерий, растущих на метане,. 12—16 кг/(м — ч). [c.83]









    При аэробном или анаэробном метаболизме организмы получают энергию в процессе окисления подложки — сахара (глюкозы) или какого-либо другого материала (битума). Это окисление с выделением энергии происходит путем перехода протонов или электронов через ряд стадий, регулируемых ферментами, до появления конечного акцептора электронов. В аэробных процессах конечным акцептором электрона или иона водорода является кислород. В анаэробных процессах таким акцептором является окисленный материал типа нитрата или сульфата. Опыт показал, что аэробный метаболизм эффективнее анаэробного, так как для роста в аэробных процессах требуется меньше материала подложки, чем в анаэробных при одинаковом количественном росте бактерий. Причиной такого явления, известного как эффект Пастера, является большее выделение энергии в процессе аэробного метаболизма. [c.186]

    Процесс аэробного (кислородного) и анаэробного дыхания является не только источником энергии, необходимой для осуществления разнообразных реакций, для роста и движения, но и источником образования большого количества промежуточных продуктов, которые служат материалом для синтеза. Химические превращения при аэробном дыхании схематично можно выразить в виде следующего уравнения  [c.209]

    Система уравнений математической модели непрерывного процесса аэробной ферментации, учитывающая потребление кислорода микроорганизмами, имеет вид [c.85]

    Если процесс аэробного дыхания идет в строгом соответствии с уравнением окисления гексозы, то дыхательный коэффициент будет равен единице. При окислении жирных кислцт — соединений, бедных кислородом и богатых водородом,— дыхательный коэффициент будет значительно меньше единицы, он примерно равен 0,7. При окислении жиров в процессе дыхания объем выделенного СО будет меньше объема поглощенного кислорода, так как часть его расходуется на окисление водорода. Это видно, например, из уравнения окисления триолеина HjOO ( Hj), СН=СН ( Hj), СН3 [c.210]

    Круговорот серы (рис. 3) охватывает воду, почву и атмосферу. Основные резервы серы находятся в почве и отложениях как в самородном состоянии, так и в виде залежей сульфидных и сульфатных минералов. Ключевым звеном круговорота являются процессы аэробного окисления сульфида до сульфата и анаэробного восстановления сульфата до сульфида. Благодаря окислительно-восстановительным процессам происходит обмен серы между фондом доступного сульфата в аэробной зоне почвы и фондом сульфидов железа, расположенным глубоко в почве и в осадках (в анаэробной зоне). В результате микробного восстановления глубоководных отложений к новерхности воды мигрирует ПгЗ. Выделяющийся из воды сероводород окисляется до сульфат-иона атмосферным кислородом. Сульфат-ион — основная форма серы, которая доступна автотрофам. [c.20]

    Управление периодическим процессом ферментации во многом осуществляется по той же схеме, что и полупериодическим, поскольку периодический процесс является существенно нестационарным. Особенность же состоит в том, что для периодического процесса существенно уменьшается количество управляющих параметров. В самом деле, в этом случае выпадают из числа параметров управления те из них, которые относятся к потоку подаваемого субстрата, так как этого потока просто нет (кроме аэрируемого воздуха для процессов аэробной ферментации). Таким образом, к группе параметров управления можно отнести такие переменные, как температура среды (если аппарат — имеет систему обогрева или охлаждения, с помощью которой можно изменять температуру в нем), количество и температура аэрируемого воздуха, число оборотов перемешивающего устройства (если имеется возможность изменять скорость его вращения в процессе ферментации), давление в аппарате. Выбор программы для системы опти- [c.263]

    Специфика теплового расчета процесса ферментации связана с определением величины теплового потока в процессе биосинтеза. Количество тепла, выделяемого в процессе аэробного, культивирования микроорганизмов, зависит от вида используемого углеродсодержащего субстрата и эффективности его утилизации микроорганизмами, т. е. выхода биомассы. Общее количество тепла, выделяемого в единицу времени при биосинтезе 1 кг микробной массы, составит [c.101]

    В то же время, используя рассмотренный выше подход к моделированию процесса аэробной ферментации, можно сформулировать технологические требования к массообменной обстановке в биохимическом реакторе. В установившемся режиме работы реактора скорость сорбции кислорода из газовой фазы в ферментационную среду равна скорости его потребления микроорганизмами. Поэтому для аппарата полного перемешивания можно записать [c.143]

    Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка. [c.127]

    По содержанию ионов К и Ка цереброспинальная жидкость практически не отличается от плазмы крови. Ионов Са в ней почти в 2 раза меньше, чем в плазме крови. Содержание ионов СГ заметно выше, а концентрация ионов бикарбоната несколько ниже в цереброспинальной жидкости, чем в плазме. Таким образом, минеральный состав цереброспинальной жидкости имеет характерные особенности и отличается от такового плазмы крови. Все это дает основание считать, что проникновение веществ через мембрану сосудистого эндотелия нервной системы — активный биохимический процесс. Источниками энергии для активного транспорта служат процесс аэробного окисления глюкозы и лишь в незначительной степени гликолиз. [c.644]

    Анализ литературных данных [74] показал, что сероводород и сульфат-ион могут претерпевать в пластовых условиях микробиологические превращения, приводящие к появлению новых сероорганических соединений. Данные, полученные в результате микробиологического обследования, однозначно указывают на наличие сформировавшегося бактериального биоценоза с преобладанием процессов аэробного окисления углеводородов нефти (табл. 5.2). [c.125]

    Процесс аэробной стабилизации осадков подобен процессу очистки сточных вод в аэротенках при помощи активного ила. Распад беззольного вещества лежит в пределах от 5 до 50 %. Причем жиры распадаются на 65—15 %, а белки — на 20—30 %. Следует отметить, что содержание углеводов не уменьшается. Это связано с образованием полисахаридов в клетках микроорганизмов. Процесс аэробной стабилизации может осуществляться как в мезофильной (I = 10—42 °С), так и в термофильной ((> 42 °С) области, причем рассматриваемый процесс практически прекращается при [c.278]

    После проведения процесса удельное сопротивление смеси снижается с (638—980) 10 ° до (15,4—60) 10 ° см/г, а влажность стабилизированного ила составляет 98,3- 98,8 %. Наиболее эффективно процесс аэробной стабилизации осадков может быть применен на предприятиях очистки сточных вод пропускной способностью до 50 тыс. м /сут. [c.279]

    На поверхности внешней мембраны происходят окислительные реакции трикарбоновых кислот или цикла Кребса и окисление жирных кислот. Следовательно, именно здесь протекает большинство реакций, которые дают энергию и исходные вещества для клеточного роста и синтеза органических веществ. Электроны, которые образуются в ходе окислительных реакций на поверхности внешней мембраны, с помощью НАД переносятся на поверхность внутренней мембраны. Получив электрон, НАД+ переходит в восстановленную форму НАД-На, которая, отдавая электроны мембранным частицам, снова окисляется. Эту реакцию катализирует фермент оксидаза. Далее электрон передается кислороду, который в процессе аэробного окисления является акцептором протонов. В переносе электрона от НАД-Нг к молекулярному кислороду участвуют И различных соединений, которые объединены в четыре комплекса. Комплексы отделены один от другого липидными слоями. Последние этапы переноса электронов катализируют цито-хромы. В результате деятельности [c.19]

    Изменение свободной энергии при окислении 1 молекулы глюкозы молекулярным кислородом (ДСо = -2870 кДж/моль) того же порядка, что и окисление этого же субстрата в анаэробных условиях нитратом, восстанавливающимся до нитрита (А0о= = -1770 кДж/моль) или молекулярного азота (А Со = -2700 кДж/моль). Таким образом, энергетические возможности процесса окисления глюкозы с участием нитрата сопоставимы с энергетическими возможностями процесса аэробного дыхания. Запасание клеткой полезной энергии при денитрификации зависит от организации электронного транспорта, свойств и локализации соответствующих редуктаз. Электронтранспортные цепи денитрификаторов в анаэробных условиях содержат все основные типы связанных с мембранами переносчиков флавопротеины, хиноны (убихинон, менахинон или нафтохинон), цитохромы типа Ь, с. Цитохромоксидазы в этих условиях не синтезируются. [c.406]

    Влияние азота и фосфора на процесс аэробной деградации можно выразить двойным уравнением Моно, которое, однако, не показывает, что при низких концентрациях азота и фосфора микробный рост ингибируется. [c.110]

    Стабилизация осадка может производиться посредством длительной аэрации, в процессе которой биологически разрушаются летучие вещества. Процесс аэробного сбраживания был введен для обработки избыточного активного ила, поступающего из аэробных очистных сооружений, когда отсутствуют первичные отстойники (см. рис. 11.2,а). Предпринимавшиеся ранее попытки анаэробного сбраживания этого ила потерпели неудачу из-за низкой концентрации сухого вещества и аэробной природы осадка. Высокое содержание воды в диапазоне 98— 99% также служило препятствием для экономичного обезвоживания осадка механизированными средствами без предварительного уплотнения. Кроме того, большая часть аэрационных установок обслуживала небольшие населенные пункты, и поэтому крупные затраты на механическое оборудование для обработки избыточного активного ила не оправдывались. Поэтому для стабилизации и хранения избыточной биомассы, получаемой после аэрации, стали применять сооружения типа аэротенков или аэробные сбраживатели (см. рис. 11.33). [c.345]

    Процесс Аэробный рост гетеротрофных организмов [c.163]

    Процесс аэробного окисления углеводов сопровождается освобождением большого количества энергии (2880 кДж/моль глюкозы). Если суммировать общий выход АТФ в этом процессе, то он составит 38 молекул (см. рис. 19.1). Как отмечалось ранее (гл. 15), на синтез одной макроэргической связи АТФ [c.260]

    Заметно тормозит процессы аэробной очистки сточ- [c.78]

    Исследования процесса аэробного распада пировиноградной кислоты, впервые проведенные Кребсом, выявили важную роль дикарбоновых и трикарбоновых кислот и позволили установить промежуточные этапы, через которые протекают эти реакции. Процессы аэробного окисления пировиноградной кислоты, проходящие через ацетилкофермент А, носят циклический характер они получили название цикла Кребса, или цикла дикарбо-повых и трикарбоновых кислот. Этот цикл-—основной путь окисления ацетилкофермента А, образовавшегося в результате декарбоксилирования пировиноградной кислоты. [c.167]

    Наиболее существенные изменения состава нефтей отмечаются в зоне гипергенеза, где происходят процессы аэробного и анаэробного бактериального окисления, испарения, дегазации, фотохимической полимеризации и т. д. Зона гипергенеза подразделяется на зону собственно гипергенеза — идиогипергенеза и скрытого гипергенеза — криптогипергенеза. Для первой из них характерно наличие свободного кислорода и преобладание аэробного окисления, во второй — свободный кислород отсутствует, господствующий процесс — анаэробное окисление (по Н.Б. Вассое-вичу и В.А. Успенскому). Именно в этих зонах, особенно в первой, происходят глубокие изменения состава нефтей. Нефти, приуроченные к зоне гипергенеза, как правило, тяжелые (0,896—0,906 г/см ) с низким содержанием бензиновой фракции (4—9 %) и повышенным — смолисто-асфальтеновых компонентов. [c.121]

    Совершенно очевидно, что ступень деазотирования исходного ОВ при прочих равных условиях прямо влияет на общее содержание азота в нефтях. Потери азота на каждом из этапов (см. рис. 22) далеко не равнозначны. По разным оценкам только 2—8 % первичной биопродукции достигает дна. Следовательно, более 90 % его окисляется на стадии седиментогенеза, а поскольку скорость разрушения азотсодержащих веществ выше, чем скорость разрушения ОВ в цепом, то ясно, что основная часть азота выводится из ОВ именно здесь. Таким образом, основные потери азота связаны с процессами аэробного окисления ОВ. С этих позиций становится совершенно очевидным наличие высоких корре- [c.77]

    Анализ материалов показывает, что на пути от исходной биомассы до нефти содержание азота уменьшается. Иначе ведет себя сера. В ходе процессов аэробного окисления 08 (седиментогенез, аэробная стадия [c.79]

    По нашему мнению, иа возможность 08 генерировать нефть и формировать ее качественный состав чрезвычайно большое влияние оказывают общая степень окислительной трансформации ОВ и соотношение процессов аэробного и анаэробного окисления на стадии седиментогенеза и раннего диагенеза. Расчеты потерь ОВ на процессы окисления в диагенезе для Западной Сибири выполнялись неоднократно [8], однако при этом учитывались лишь потери по механизму анаэробного окисления, а количеством углерода, пошедшего на аэробное окисление, пренебрегали. Поскольку аэробные потери в диагенезе, по данным [c.134]

    Как и при проведении процессов аэробной очистки сточных вод, содержание многнх компонентов в среде метантенка не должно превышать определенных концентраций, выше которых происходит ингибиро()ание прцессов брожения. Предельно допустимые значения концентраций токсичных веществ приведены ниже, мг/я  [c.121]

    Процесс аэробного дыхания является более сложным, так как в нем принимают участие разные ферменты типа дегидраз и окси-даз. Аэробные микроорганизмы также очень разнообразны, поэтому и типов аэробного дыхания много, причем отличаются они друг от друга ферментами, участвующими в окислении субстрата. У микроорганизмов, имеющих окислительные ферменты — пе-роксидазу и каталазу, механизм аэробного дыхания сравнительно прост водород, катализуемый дегидразой, передается кислороду, при этом образуется перекись водорода, которая далее при помощи фермента пероксидазы направляется на окисление специфического субстрата или расщепляется каталазой до молекулярного кислорода и воды, освобождая тем клетку от накопления этого ядовитого вещества. Согласно теории Варбурга решающим условием окисления является активирование кислорода при помощи железа, входящего в состав дыхательного фермента. В протоплазме аэробных микроорганизмов есть и другие группы ферментов — переносчиков кислорода, например, окислительный желтый дыхательный фермент , который легко восстанавливается, присоединяя активированный водород субстрата при помощи дегидраз, а затем вновь окисляется, отдавая водород молекулярному кислороду. При этом образуется перекись водорода. Русский ученый В. И. Палладии впервые поднял вопрос [c.529]

    Биофильтр. Одним из эффективных путей использования биопленки являются устройства биофильтра с захрузкой из керамзита и шунгузита. Биопленка в этом случае образуется на поверхности загрузки, а процесс аэробного окисления происходит по мере просачивания через нее сточной воды. После глубокой очистки вода также поступает на сброс. [c.181]

    Применяется несколько технологических схем процесса аэробной стабилизации (рисунок 86). Самая простая — схема 1. Избыточный активный ил, образовавшийся в результате очистки неотстоенной сточной воды, из вторичных отстойников поступает в стабилизатор, в котором предусмотрена зона отстаивания. Отсутствие первичных отстойников упрощает эксгшуатацию, однако увеличивает объем аэротенков, поэтому такая схема рекомендуется для станций пропускной способностью до 15-20 тыс. м сут и с невысоким содержанием взвешенных веществ в сточной воде. При большей пропускной способности аэробную стабилизацию рекомендуется осуществлять по схемам 2-4. [c.248]

    Внешний слой биопленки, соприкасающийся с толщей воды, насыщенной кислородом, является аэробной зоной благодаря диффузии кислорода в биопленку. Процесс аэробного превращения в реакторе контролируется глубиной проникания кислорода. В этой зоне происходит окисление тех содержащихся в воде веществ, которые могут разлагаться в аэробных условиях (это относится в основном к диффундирующим органическим веществам и аммонию). Указанные процессы описаны в гл. 5 и 6. Необходимо понимать, что в этой зоне происходит не только окисление веществ, пришедших [c.328]

    Интенсивная циркуляция способствует лучшему теплообмену между жидкостью и теппообменными поверхностями (заключенным в рубашки корпусом колонны, стенками барботажных труб). Возможность размещения в газлифтных аппаратах больших поверхностей теплообмена без нарушения принципа циркуляции делает их эффективными устройствами для проведения сопровождающихся большими тепловыми эффектами химических реакций и процессов аэробной ферментации на концентрированных питательных средах. [c.520]

    Название дыхательного процесса с учетом потребностей в киспоропе анаэробные процессы аэробные г роцессы [c.274]

    Анализ работ, посвященных исследованию микрофлоры, участвующей в процессах аэробного и анаэробного разложения органических отходов, показывает, что при очистке сточных вод в различного типа сооружениях получают преимущество п более интенсивно развиваются определенные таксоны микроорганизмов. В условиях аэротенков — это грамотрицательные палочковидные бактерии, среди которых преобладают псевдомонады, в биофильтрах — это грамотрицательные бактерии и грибы, в метантенках — анаэробные гетеротрофные и метановые [c.142]

    Применение механического перемешивания позволяет увеличить производительность установки для дистил ляции с водяным паром . . Скорость выделения сво-боднай жирной кислоты из лярда при диспергирований пара с помощью турбинной мешалки была на 30—50% выше, чем при использовании простого диспергатора без перемешивания. Процесс аэробной ферментации [c.93]

    Оононные параметры процесса аэробной стабилизации приведены в табл. 8.3. [c.238]

    V Наиболее благоприятная температура для жизнедеятельности микроорганизмов 30 °С. Все сказанное относится к процессу аэробного, идущего-ири доступе кислорода биохимической разрушения органическид загрязнений сточных вод под вДйШнием биоценоза. [c.273]

    Анаэробные процессы протекают в замедленном Jгeмпe. Поэтому энергетический эффект, получаемый при микробном разложении органического вещества, весьма невысок. Так, при использовании бактериями в процессе аэробного распада одной молекулы глюкозы выделяется 674 кал, эта же молекула глюкозы, будучи микробиологически разложена в анаэробных условиях, выделит 15—27 кал. Между тем потребность в энергии у микробных клеток одинакова независимо от того, относится ли она к аэробам или анаэробам. Поэтому в анаэробных очистных, сооружениях, где получение необходимой микроорганизмам энергии идет медленно, распад органических веществ происходит значительно дольше, чем при аэробных методах очистки. [c.179]

    Процессы минерализации заметно усиливаются, если в водоеме присутствуют макрофиты. На стеблях и листьях водных растений обильно развиваются организмы перифитона, принимающего участие в окислении органических веществ. В зарослях макрофитов бентос, как правило, более богат разнообразными организмами-минера-лИзаторами. Макрофиты стимулируют-процессы аэробного биохимического разложения органических веществ, выделяя в воду значительные количества кислорода. Кроме того, установлено, что в присутствии макрофитов интенсифицируется деятельность многих бактерий, в частности нефтеокисляющих. Объясняется это явление выделением макрофитами в среду метаболитов, стимулирующих обменные процессы у бактерий. [c.190]

    Процесс свечения. Свечение следует рассматривать как процесс аэробного окисления, своего рода побочный путь дыхания, приводящий не к образованию АТР, а к возбуждению какого-то промежуточного продукта, испускающего при этом свет. Дюбуа первым в 1885 г, исследовал процесс свечения, использовав водные экстракты из светящегося органа моллюска-точильщика Pholas da tylus он выяснил, что в реакции участвуют вещество, экстрагируемое горячей водой (люциферин), и фермент, экстрагируемый холодной водой (люцифераза)  [c.290]

Аэробные процессы биохимической очистки сточных вод

    Аэробные процессы биохимической очистки сточных вод [c.100]

    Аэротенки — емкостные проточные сооружения со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, применяемые для аэробной биохимической очистки больших количеств сточных вод. Главное условие эффективности биологических процессов метаболизма в аэротенке — наличие растворенного в воде кислорода. Для этого проводят аэрацию и перемешивают смесь воды и активного ила пневматическими, механическими или смешанного типа устройствами. [c.101]

    Дыхание. Большинство гетеротрофных организмов получает энергию в результате биологического окисления органических веществ — дыхания. Водород от окисляемого вещества (см. 24) передается в дыхательную цепь. Если роль конечного акцептора водорода выполняет только кислород, процесс носит название аэробного дыхания, а микроорганизмы являются строгими (облигатными) аэробами, которые обладают полной цепью ферментов переноса (см. рис. 14) и способны жить только при достаточном количестве кислорода. К аэробным микроорганизмам относятся многие виды бактерий, гри-бь1, водоросли, большинство простейших. Аэробные сапрофиты играют основную роль в процессах биохимической очистки сточных вод и самоочищении водоема. [c.63]

    Существуют два приема биохимической очистки при доступе кислорода (аэробный) и в отсутствие кислорода (анаэробный). Наиболее универсален и широко распространен аэробный метод, обеспечивающий более высокую скорость процессов и позволяющий достигнуть максимальной деструкции и обезвреживания примесей. Анаэробный метод применяется как первая ступень биохимической очистки сточных вод с высокой концентрацией органических веществ. Уменьшение их концентрации в 10—20 раз на первой ступени Создает благоприятные условия для последующей аэробной очистки. [c.249]

    Аэробный процесс биохимической очистки сточных вод протекает в присутствии кислорода под воздействием комплекса определенных видов бактерий и микроорганизмов (биоценоза), развивающихся в сооружениях. Для нормальной жизнедеятельности бактерий и микроорганизмов при этом способе в сточных водах кроме кислорода и органических веществ должны содержаться биогенные элементы (азот, фосфор, калий). В случае недостатка этих элементов они вводятся в сточные производственные воды искусственно. Наиболее дешевый источник биогенных элементов — бытовые сточные воды, поэтому во многих химических производствах на очистку подают смесь производственных и бытовых сточных вод. [c.346]

    При соответствующих условиях (наличие кислорода, температура выше 4° С и др.) под действием аэробных микроорганизмов (нитрифицирующих бактерий) происходит окисление азота аммонийных солей, в результате чего образуются сначала соли азотистой кислоты, или нитриты, а при дальнейшем окислении — соли азотной кислоты, или нитраты, т. е- происходит процесс нитрификации. Этот биохимический процесс был открыт в 70-х годах XIX в. Но только в конце XIX в. русскому микробиологу С. Н. Виноградскому удалось выделить чистую культуру нитрифицирующих бактерий. Одна группа этих бактерий окисляет аммиак в азотистую кислоту (нитритные бактерии), вторая — азотистую кислоту в азотную (нитратные бактерии). Нитрификация имеет большое значение в очистке сточных вод, так как этим путем накапливается запас кислорода, который может быть использован для окисления органических безазотистых веществ, когда полностью уже израсходован для этого процесса весь свободный (растворенный) кислород. Связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов под действием микроорганизмов (денитрифицирующих бактерий) и вторично расходуется для окисления органического вещества. Процесс этот называется денитрификацией. Он сопровождается выделением в атмосферу свободного азота в форме газа. [c.174]

    Другим примером применения перемешивания при биохимических процессах служит очистка сточных вод активным илом, которая также является аэробным процессом. В этом случае перемешиванием пользуются для того, чтобы микроорганизмы вследствие повышенной скорости размножения и повышения метаболической активности в возможно более короткое время расщепили органические вещества, содержащиеся в воде. Очевидно, что скорость этого процесса обусловлена быстротой подвода кислорода в воду [36, 116]. [c.222]

    В процессе биохимической очистки сточных вод от органических веществ, которые используются микроорганизмами в качестве питательного субстрата, одновременно протекает три взаимосвязанных процесса синтез протоплазмы клеток микроорганизмов, окисление органических загрязнений и окисление продуктов метаболизма клеток, которые упрощенно можно выразить следующими уравнениями (для аэробных условий)  [c.20]

    Процесс аэробного биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием биоценоза, т. е. комплекса всех бактерий и простейших микроорганизмов, развившихся в данном сооружении. Окисление органических загрязнений производственных сточных вод происходит преимущественно под воздействием бактерий, благодаря их способности вырабатывать ферменты. Простейшие микроорганизмы, развивающиеся в сооружениях биохимической очистки, при это.м не играют существенной роли [3]. [c.282]

    Биологический способ регенерации активного угля в аэробных условиях, как правило, используется в процессе биохимической очистки сточных вод в случае адсорбции биологически разрушаемых органических веществ. [c.26]

    Представление об основных биохимических процессах, происходящих в клетках, на примере сапрофитных микроорганизмов с аэробным типом питания [2], дает упрощенная схема метаболизма на рис. 1.2. Даже в таком упрощенном виде схема позволяет оценить многообразие и сложность внутриклеточных процессов, насчитывающих несколько тысяч реакций, в результате которых синтезируются клеточные вещества. Математическое описание всей совокупности данных реакций и использование такой модели для практических целей представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Наряду с микробиологическими процессами, направленными на образование биомассы микроорганизмов или ценных продуктов клеточного метаболизма большую роль в БТС занимают процессы биологической очистки, протекающие с участием бактериальных клеток по следующей трофической схеме органические загрязнениям бактерии-> простейшие. В процессе биологической очистки сточных вод, содержащих органические и минеральные вещества, формируется биоценоз активного ила, включающий бактерии, простейшие и многоклеточные организмы. В процессе потребления органических загрязнений происходит интенсивный рост бактерий и ферментативное окисление органических веществ. По мере удаления из среды питательных веществ происходит эндоген- [c.10]

    Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях состоит в том, что в процессе фильтрации через почву органические загрязнения сточных вод задерживаются на ней, образуя биологическую пленку, населенную большим количеством микроорганизмов. Пленка адсорбирует коллоидные и растворенные вещества, мелкую взвесь, и они при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха переходят в минеральные соединения. Атмосферный воздух хорошо проникает в почву на глубину 0,2—0,3 м, где и происходит наиболее интенсивное биохимическое окисление. [c.193]

    Биохимическая очистка служит осн. методом обезвреживания сточных вод от орг. загрязнителей, к-рые окисляются микроорганизмами. На практике широко распространены аэробные процессы, протекающие в естеств. условиях на спец. участках земли (т. наз. полях орошения или фильтрации) либо в искусств, сооружениях (аэротенках и биофильтрах). [c.435]

    Скорость биохимических процессов очистки сточных вод в большой степени зависит от температуры среды. При температуре сточных вод ниже 6°С жизнедеятельность микроорганизмов, а следовательно, и их активность резко снижаются при температуре свыше 37 °С заметно уменьшается скорость нитрификации в связи с уменьшением в воде растворенного кислорода. Оптимальной является температура 20—28 °С (в присутствии термофильных бактерий может идти аэробный процесс и при 67 °С). При этом ц активном иле находится наибольшее количество видов микроорганизмов. С повышением температуры очищаемой в(У-ды до 37 °С необходимо увеличение в 1,2 раза подачи воздуха для аэрации. [c.577]

    Биологическая аэрация [27, 28]. Опыты по упрощению биологической очистки сточных вод молочных заводов привели к созданию биологической аэрации, основанной на бактериологических процессах. По этому методу очистка сточных вод производится в простых аэрационных бассейнах без активного ила, а также без предварительной и последующей обработки. В бассейне самостоятельно развивается бактериальная флора, которая для построения своего клеточного вещества использует примерно половину органических веществ, присутствующих в сточ- ных водах, в то время как другая их часть подвергается аэробному разложению, производя при этом необходимую энергию. Для сохранения бактериальной флоры из бассейна спускается только половина очищенной воды, в результате чего вновь поступающая в бассейн сточная вода подвергается более быстрой и полной очистке. С выпуском очищенной воды из бассейна в открытый водоем выносятся и бактерии. Очистка по этому методу основана на том, что эндогенное потребление кислорода клетками бактерий составляет лишь часть биохимического потребления кислорода органических веществ сточных вод. [c.307]

    Необходимо проводить различие между понятием биохимическое потребление кислорода (БПК) и определением БПК. Сам подход к определению загрязняющего потенциала сточных вод, содержащих доступный источник органического углерода для аэробных органо-трофных микроорганизмов, путем учета количества утилизированного кислорода в процессе роста организмов представляется вполне обоснованным. Одной из основных целей очистки сточных вод перед их выпуском в водоем является именно предупреждение расхода растворенного кислорода в принимающей сточные воды реке на окисление органических веществ сточных вод. [c.251]

    Процесс биологической очистки условно разделяют на две стадии (протекающие одновременно, но с различной скоростью) адсорбция из сточных вод тонкодисперсной и растворенной примеси органических и неорганических веществ поверхностью тела микроорганизмов и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в ней биохимических процессах (окислении, восстановлении). Обе стадии наблюдаются как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Соответственно и микроорганизмы разделяются на две группы аэробные и анаэробные. [c.140]

    Аэротенки с регенераторами в настоящее время применяются на многих городских станциях аэрации, рассчитанных на полную биохимическую очистку, а также на предприятиях различных отраслей промышленности. Это инженерное решение вызвано необходимостью биохимической очистки вод, содержащих токсические и ядовитые вещества. Попадая в аэротенки, в особенности при залповом поступлении, такие сточные воды губительно действуют на аэробные бактерии, населяющие активный ил. В результате процесс биологической очистки в аэротенках сильно угнетается. В таких случаях активный ил в аэротенках заменяют илом из регенераторов. Объем регенераторов составляет 25—75% объема аэротенков, при этом конструк- [c.136]

    Биохимические процессы расщепления с последующей минерализацией органических соединений могут протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При оценке возможного влияния ПАВ на процессы очистки сточных вод, состояние водоемов и определении эффективности их удаления решающее значение имеют аэробные условия, характерные как для водоемов, так и для преобладающих типов очистных сооружений (аэротенков, биофильтров). [c.13]

    Биохимическая очистка промышленных сточных вод не ограничивается процессами аэробного бактериального разрушения органических загрязнений. Определенные преимущества, особенно для очистки концентрированных стоков, имеет метод анаэробного брожения, рекомендуемый Н. А. Базякиной [23]. [c.145]

    Главная цель химической очистки — удалить из сточных вод основное количество примесей, с тем чтобы их можно было подать Далее на биохимическую очистку. При этом желательно полностью разрушить или удалить вещества, не разрушаемые при биохимических процессах (например, некаль, ОП-10, диметилформамид и др.). При биохимической очистке разрушение органических продуктов происходит под действием аэробных и анаэробных микроорганизмов. В результате их жизнедеятельности часть вещества примесей окисляется до простейших продуктов, а часть расходуется на прирост бактериальной массы. Микроорганизмы чувствительны к температуре, содержанию, в воде различных веществ, поэтому для надежного действия очистных сооружений подаваемая на биохимическую очистку вода должна удовлетворять ряду требований  [c.468]

    Свежая сточная жидкость имеет слабо щелочную реакцию. В результате анаэробных процессов в сточной жидкости и в иле могут образоваться органические кислоты, которые нейтрализуются бикарбонатами и карбонатами воды. Однако, по мере истощения щелочного резерва воды, реакция может стать кислой и pH ниже 7,0. Очищенная в аэробных условиях сточная жидкость имеет pH около 7,3. Активная реакция (pH) сточной жидкости имеет большое влияние на биохимические процессы, связанные с жизнедеятельностью разных групп микроорганизмов, которые относятся различно к дайной концентрации водородных ионов. Кроме того, pH имеет значение для процесса биохимического коагулирования органических коллоидов и осаждения тонко диспергированной взвеси, для процесса созревания и распада ила, а также для его обезвоживания. Вследствие этого величина pH воды а различных стадиях очистки сточных вод является показателем, дающим возможность своевременно реагировать на всякое отклонение от нормального хода процесса очистки. [c.15]

    Очистка сточных вод на полях орошения и полях фильтрации происходит в процессе фильтрации их через почву. При этом задерживаемые органические загрязнения вместе с бактериями обволакивают частицы почвы и образуют биологическую пленку. Пленка адсорбирует тонкодиспергированные взвеси, коллоидальные и растворенные вещества загрязнений сточных вод, которые при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха подвергаются биохимическому окислению. Так как атмосферный воздух интенсивно проникает в поры почвы на глубину 0,2—0,3 м, то именно в этом слое и происходят окислительные процессы органический углерод окисляется до СОд, а адт аммонийных солей — до нитритов и нитратов (N02 и N63), т. е. нитрифицируется. [c.391]

    В пусковой период проверяют работу сооружений и устраняют дефекты. Сооружения, в которых протекают биохимические процессы, имеют длительный (два-три месяца) пусковой период. Пусковой период двухъярусных отстойников необходим для созревания осадка в иловой камере, создания метанового брожения и установления оптимального режима работы осадочных желобов. Для биофильтров пусковой период необходим для того, чтобы образовалась биологическая пленка на поверхности загрузки. Пуск биофильтров в работу производят обычно в теплое время года, когда биопленка образуется быстрее. В пусковой период работы аэротенков накапливается необходимая доза активного ила. Пуск аэротенков обычно производят в теплое время года. Для полей орошения и фильтрации пусковой период необходим для развития почвенных аэробных микроорганизмов, участвующих в очистке сточных вод. [c.217]

    Наблюдения показали, что смолы пиролиза и полимеры в фузельных водах подавляют процесс биохимической очистки сточных вод. Из-за медленного окисления они накапливаются в массе, активного ила, подавляют развитие аэробной микрофлоры и прежде всего Pseudomonas. Адсорбция на поверхности ила смол и полимеров способствует выносу больших количеств ила из вторичных отстойников. [c.176]

    Сточные воды направляются на биофильтры после их осветления в первичных отстойниках. При фильтрации сточных вод через слой загрузки происходит адсорбция биологической пленкой тонко диспергированных веществ, оставшихся в жидкости после первичных отстойников, а также коллоидных и растворенных веществ. Органическая часть загрязнений, задержанных биопленкой, подвергается биохимическому окислению (минерализации) при помощи аэробных бактерий. Кислород, необходимый для жизнедеятельности бактерий, поступает в тело биофильтра путем его естественной или искусственной вентиляции. Величину нагрузки на капельные биофильтры определяют по их окислительной мощности (ОМ). Окислительная мощность — это количество кислорода, получаемое с 1 фильтрующего материала в сутки для снижения БПК направляемых на биофильтры сточных вод. Сущность процесса биологической очистки сточных вод на биофильтрах не отличается от процесса очистки на полях орошения и полях фильтрации. Однако вследствие искусственно созданных благоприятных условий для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов процесс биохимического окисления в биофильтрах происходит значительно интенсивнее, чем на полях орошения и полях фильтрации. Поэтому и размеры сооружений для биологической очистки сточных вод в искусственно созданных условиях во много раз меньше сооружений в естественных условиях. [c.410]

    Методы биохимической очистки сточных вод делятся на аэробные и анаэробные. Первые методы основаны на использовании аэробных Фупп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых требуется постоянный приток кислорода и температура 293-313 К. При изменении кислородного и температурного режимов состав и число микроорганизмов меняется, а соответственно меняется и эффективность очистки стоков. В случае анаэробной очистки микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке, где биохимические процессы протекают без доступа кислорода. Этот метод используют главным образом для обезвреживания осадков. [c.436]

    В книге приводится химический состав и лшкробиологическая характеристика сточных вод основных органических производств. Исследованы методы аэробной и анаэробной очистки сточных вод от углеводородов, спиртов, фэнолов, альдегидов, кетонов, синтетических жирных кислот, эфиров, поверхностно-активных веществ и по-лифункциональных соединений. Описаны установки, методы контроля и интенсификации биохимической очистки сточных вод, показано значение моделирования биохимических процессов очистки. [c.2]

    Тиамин, в противоположность биотинам, сам по себе не проявил физиологической активности в процессах биохимической очистки. Однако в сочетании с нафтенатами марганца и хрома тиамин увеличивает содержание углерода в активном иле при окислении алканов и кетонов. Для увеличения активности тиамина в процессах аэробной очистки сточных вод использовались соли железа, меди, марганца и цинка [48]. [c.82]

    Предпосылкой для применения флотационного метода очистки сточных вод являетсяиаличие в них флотационно-активных веществ, так как присутствие их не требует введения реагентов. Наличие в сточной воде поверхностно-активных веществ способствует образованию обильной пены на аэрируемых очистных сооружениях (в преаэраторах, аэротенках), что нежелательно для аэробных биохимических процессов, так как пена затрудняет контакт кислорода воздуха с микрофлорой сооружения. Способы разрушения пен основаны на замещении или разрушении структурных адсорбционных слоев, стабилизирующих пену. К пеногасителям относятся вещества, вытесняющие стабилизатор из поверхностного слоя, но сами не образующие механически устойчивых слоев. [c.103]

    Органические примеси сточных вод при их аэробной биохимической очистке окисляются активным илом и биопленкой. Активный нл разрушает органические соединения в специальных сооружениях — аэротепках — в условиях аэрации сточной жидкости и ила, находящегося под влиянием барботажа во взвешенном состоянии. Биопленка прикреплена к наполнителю биофильтров и постоянно соприкасается с воздухом и подаваемой сточной водой. В процессе очистки микроорганизмы активного ила и биопленки, контактируя с органическими веществами сточных вод, разрушают их при помощи различных ферментов. Из пленки биофильтра, окисляющего бытовые сточные воды, были выделены следующие ферменты протеазы, гидролизующие белки, карбогидразы, гидролизующие углеводы, эстеразы, гидролизующие жиры. Ферменты, участвующие в процессе очистки промышленных сточных вод, еще недостаточно изучены. [c.158]

    Биохимический процесс разрущения органических загрязнений сточных вод в анаэробных условиях производится комплексом анаэробных микроорганизмов в результате количество загрязнений уменьшается за счет превращения кх в газы и растворимые соли, а также за счет роста биомассы анаэробных микроорганизмо-в. После метантенков сточная вода перед подачей ее в сооружения аэробной биохимической очистки должна быть освобождена от биомассы анаэробных микроорганизмов путем аэрации — от растворенных газов, которыми она обогащается в метантенках.  [c.142]

    При биологической очистке сточных вод важно создать аэробные условия для функционирования микроорганизмов активного ила. В этом плане флотация для отделения микроорганизмов активного ила имеет существенное преимущество перед другими способами, например отстаиванием. При отделении биомассы активного ила от воды флотацией микроорганизмы продолжают находиться в аэробных условиях и при этом происходят биохимические процессы, способствующие доутилизации субстрата, потребленного из сточных вод микроорганизмами активного ила. Известно, что процесс флотационного уплотнения продолжается 1,5- 3 ч, а иногда и более. В течение этого периода проис- [c.16]

    Среди применяющихся методов очистки промьппленных стоков биологическая очистка является наиболее дешевой, а на практике нередко и единственно возможной. Очиска сточных вод с использованием процессов аэробной и анаэробной деструкции стоков служит одним из наиболее масштабньсс примеров промьпиленного использования микроорганизмов. Как и в основном лроизводстве, процесс биологической очистки связан с биохимической активностью популяции, развивающейся в определенных условиях питания, аэрации, температуры и pH. Вопросы биологической очистки достаточно подробно освещены в литературе [22, 66, 69], чго позволяет ограничиться кратким рассмотрением возможности применения флокулянтов для интенсификации водоочистки. [c.136]

    В результате биохимических превращений, протекающих в биологических очистных сооружениях под влиянием комплекса микроорганизмов, значительная часть низкомолекулярных органических веществ окисляется до диоксида углерода и воды и при этом в воде образуются относительно биохимически устойчивые гуминоподобные соединения. Несмотря на многокомпонентность органических смесей, образующихся в сточных водах после аэробной биологической очистки, биологически очищенные сточные воды самого различного происхождения обладают р дом сходных признаков, что позволяет их рассматривать в качестве наиболее удобного ресурса крупнотоннажного производства воды практически любого заданного качества для нужд технологического и теплообменного промышленного водоснабжения. Именно большая мощность адсорбционных установок, предназначенных для удаления из биологически очищенных сточных вод органических растворенных вещестб, которая достигает десятков тысяч кубометров в сутки и более, заставляет особое внимание уделить кинетике адсорбционных процессов, от которой в большой мере зависят размеры аппаратов и их число при заданной производительности установки. [c.208]

    Для очистки сточицх вод, которая наиболее успешно проходит в аэробных условиях, как это видно из предыдущего, необходимо наличие кислорода для окисления органического вещества, входящего в состав загрязнений сточных воД. Израсходованный на это кислород пополняется вновь главным образрм за счет растворения его из атмосферного воздуха. Таким образом, в канализационных очистных сооружениях, которые служат для минерализации органических загрязнений, входящих в состав сточных вод, одновременно протекают два процесса потребление кислорода и растворение его. Установлено, что минерализация органического вещества, происходящая в результате его окисления при содействии микроорганизмов-минерализаторов или так называемого биохимического окисления, совершается в две фазы в первую фазу окисляются углеродсодержащие вещества, дающие в результате углекислоту и воду,, во вторую фазу окисляются азотсодержащие вещества сначала до нитритов, а затем до нитратов. [c.217]

Аэробная и анаэробная нагрузка — в чем разница

О том, что тренировки бывают разные мы все примерно представляем, но в чем суть различий анаэробных и аэробных нагрузок и чем они вообще отличаются. Давайте разберемся.

Вопрос про анаэробные и аэробные нагрузки действительно очень важен и не очень прост для новичков или физкультурников у которых спорт в жизни только увлечение и вникать в тонкости и лень и времени нет. Но, вопрос важный и давайте ему уделим немного внимания, тем более, что он имеет прямое отношение к планированию тренировочного процесса лыжника в межсезонье. Я попробую его совсем упростить и изложить коротенько и только то, что имеет отношение к лыжам.

Итак. В процессе катания или выполнения нами любой другой физической нагрузки наши мышцы выполняют работу и должны питаться. Питаются они веществом которое называется АТФ. Оно может получаться из двух основных источников: или из разделения клеток глюкозы на две половины, либо расщеплением жирных кислот с использованием кислорода. Первый вариант питания анаэробный, второй аэробный. В обеих случаях в мышцах выделяется углекислый газ, а в случае анаэробного обмена еще и лактат.

Принято считать, что анаэробный обмен включается тогда, когда даже при очень частом сокращении сердца кислорода поступающего из легких не хватает. Это и правильно и не совсем. Это действительно так, но, надо понимать, что система «легкие, сосуды, сердце, сосуды» достаточно велика и она не в состоянии включится моментально и начать снабжать мышцы кислородом с первой секунды нагрузки. Это невозможно. Поэтому предположение о том, что анаэробный режим появляется только на высоком пульсе неверно. Анаэробный режим не зависит от частоты сердечных сокращений или глубины и частоты вдохов и выдохов, он зависит от насыщенности клеток питательным веществом — АТФ которое может в организме получаться различными способами и запас которого всегда есть в клетках.

Как только вы начинаете совершать работу клетки начинают потреблять запас АТФ который есть. Далее включается анаэробный режим (расщепление креатинфосфата и глюкозы) для восполнения потребленного АТФ и для дальнейшего питания мышц. Далее, мозг дает сердцу и легким команду увеличить подачу кислорода для получения АТФ расщеплением жирных кислот, но реальный кислород, к мышцам поступит только через… готовы? … через 1-2 минуты. И что делать мышцам все это время? Ничего не делать — включается анаэробный обмен который быстро питает мышцы и они могут работать. Первые пару минут нагрузки вы вообще можете не дышать. Ничего не случится. Мышцы не потребляют кислород. Учащение дыхания связано не с потребностью в кислороде, а c необходимостью. скидывать углекислый газ. Как бы вы не задыхались первые две минуты нагрузки никакого кислорода вы в мышцы не подаете. Он начинает поступать туда только после второй минуты. И после его поступления в мышцы, в случае его достаточности для питания мышц, вы переходите в аэробный режим. Ну, а если его не хватает, то вы все равно используете и анаэробный режим, но уже в меньшей степени.

Что такое ПАНО? После включения режима подачи кислорода организм переходит на питание клеток расщеплением жирных кислот с потреблением кислорода — аэробный режим. Когда получаемого таким образом АТФ начинает не хватать для питания клеток организм подключает анаэробные механизмы получения АТФ. Граница пульса выше которой включается анаэробный режим называется — ПАНО.

Зачем это знать лыжнику? Ровно затем, чтобы понимать как устроен его организм и как он реагирует на нагрузки. Только так можно готовится к нагрузкам которые ждут нас в лыжном сезоне не вредя организму. Только понимая эти процессы можно понять почему при спринте и при марафоне нужно тренироваться по разному и как определить тип нагрузки существующей при лыжном катании. Чтобы правильно определить пропорции аэробных и анаэробных тренировок в вашем расписании занятий.

Что же, теперь вы знаете, что анаэробный режим появляется не только после достижения пульса ПАНО, а намного раньше и почему можно не доводя себя до одышки забить мышцы молочной кислотой. А особо пытливые теперь смогут догадаться зачем фрирайдеры профи перед спуском сначала резко приседают несколько раз, затем громко и протяжно кричат, а только потом едут.

Виды процессов биологической очистки

 Различают анаэробный и аэробный процесс биологической очистки. Биологическая очистка сточных вод – очистка, основанная на способности микроорганизмов разрушать (минерализовать) содержащиеся в сточных водах органические вещества (загрязнения). Анаэробный процесс очистки — процесс разрушения органических веществ микроорганизмами при отсутствии кислорода воздуха. Аэробный процесс — это разрушения органических веществ микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха. Для лучшего запоминания заметим, что “аэро” значит “воздух”, а приставка “ан” – означает “не”. Таким образом “ан-аэробное” — это нечто без воздуха. 

      Существует две основные схемы биологической очистки – с использованием естественных условий или искусственно созданных. В естественных условиях процессы разрушения органических веществ протекают в почве и в водоёмах. При этом в почве преобладают анаэробные процессы, а в водоёмах – аэробные. Если количество органических веществ в стоках не велико, то почва и водоёмы справляются с процессом биологического окисления своими силами. Когда же органики много, то процессы окисления не усиливаются, а начинают угнетаться, а почва с водоёмами загнивают. Биологического окисления сточных вод можно добиться, если создать условия, способные интенсифицировать процесс. Такие условия создаются на полях фильтрации и в биопрудах. 

      Поля фильтрации – это земельные участки с песчаными почвами, супесями и суглинками, подготовленные для естественной биологической очистки сточных вод при фильтрации (этих вод) через почвенные горизонты. В почве обычно присутствуют как аэробные, так и анаэробные бактерии (аэробы – на поверхности почвы, анаэробы – в толще земли), соответственно могут осуществляться оба процесса очистки (а не только естественный анаэробный). В связи с тем, что простая очистка стоков на полях фильтрации требует больших площадей и “плохо пахнет”, в настоящее время она имеет ограниченное применение. Другой вариант естественной очистки – биопруды, в наших климатических условиях используют в основном для доочистки сточных вод в летнее время. Дело в том, что при низкой температуре воды биологические процессы замедляются, а около нуля градусов вообще практически не идут. 

     Очистка сточных вод в искусственных условиях так же использует аэробный и анаэробный процессы. Иногда по отдельности, иногда в сочетании. На отечественном рынке малых очистных сооружений в основном присутствуют два типа очистных сооружений – аэрационные биологические очистные сооружения (аэротенки) и септики различных модификаций и комбинаций процессов. 

      Искусственные условия хороши тем, что позволяют ускорить процесс очистки, сократив занимаемые площади и выделение дурнопахнущих веществ в атмосферу, а глубокая автоматизация очистных сооружений упрощает (но не всегда удешевляет) их эксплуатацию. Аэротенки и септики часто используют совместно с биофильтрами, представляющими собой искусственные сооружения, процесс очистки в которых протекает аналогично процессу очистки на полях фильтрации. Разница в том, что биоплёнка на полях фильтрации образуется на поверхности земли, а в биофильтре – во всей толще загрузки, на её поверхности. Можно сказать, что биофильтр – это “свёрнутое”, компактное поле фильтрации. В отличие от биофильтра, где создаются условия, интенсифицирующие процесс биологического окисления в почве, аэротенк представляет собой сооружение, где ускоряется процесс, происходящий в водоёмах. Интенсификация осуществляется за счёт подачи воздуха. Понятно, что это, в основном, аэробная очистка. 

      Итак, аэротенки, биофильтры и септики – это искусственные сооружения, моделирующие и интенсифицирующие естественные процессы, происходящие в почве (биофильтры и септики) и в водоёме (аэротенки). 

      Повторюсь, что очистные сооружения делятся на аэрационные (аэробные, которые требуют подачи воздуха и, следовательно, внешнего источника электропитания), и анаэробные септики, работающие без электричества. Существуют гибридные сооружения, в состав которых включен и септик, и аэротенк. Биофильтры используется только как дополнение и к аэротенкам, и к септикам, поскольку всегда требуют предварительного осветления сточных вод. В любом случае, все аэрационные системы сами по себе достаточно сложны и при неправильном проектировании (что случается сплошь и рядом) могут просто не работать. Это в лучшем случае. 

(А. Ратников http://biostroy.com/)

Смотрите также:

Аэробные и анаэробные процессы

Все живые существа нуждаются в постоянном снабжении энергией, чтобы их клетки функционировали нормально и оставались здоровыми. Некоторые организмы, называемые автотрофами, могут производить свою собственную энергию, используя солнечный свет или другие источники энергии, посредством таких процессов, как фотосинтез. Другим, как и людям, нужно есть пищу, чтобы производить энергию.

Однако это не тот тип энергетических ячеек, которые используются для работы. Вместо этого они используют молекулу под названием аденозинтрифосфат (АТФ), чтобы поддерживать свою жизнедеятельность.Следовательно, у клеток должен быть способ принимать химическую энергию, хранящуюся в пище, и преобразовывать ее в АТФ, который им необходим для функционирования. Процесс, через который клетки претерпевают это изменение, называется клеточным дыханием.

Два типа сотовых процессов

Клеточное дыхание может быть аэробным (что означает «с кислородом») или анаэробным («без кислорода»). Какой путь клетки выбирают для создания АТФ, зависит исключительно от того, достаточно ли в них кислорода для аэробного дыхания.Если кислорода недостаточно для аэробного дыхания, некоторые организмы прибегают к анаэробному дыханию или другим анаэробным процессам, таким как ферментация.

Аэробное дыхание

Чтобы максимизировать количество АТФ, производимого в процессе клеточного дыхания, должен присутствовать кислород. По мере эволюции эукариотических видов они становились все более сложными с большим количеством органов и частей тела. Клеткам стало необходимо создавать как можно больше АТФ, чтобы эти новые адаптации работали должным образом.

В атмосфере ранней Земли было очень мало кислорода. Лишь после того, как автотрофы стали многочисленными и выпустили большое количество кислорода в качестве побочного продукта фотосинтеза, аэробное дыхание могло развиться. Кислород позволял каждой клетке производить во много раз больше АТФ, чем их древние предки, которые полагались на анаэробное дыхание. Этот процесс происходит в клеточной органелле, называемой митохондриями.

Анаэробные процессы

Более примитивными являются процессы, которым подвергаются многие организмы при недостатке кислорода.Наиболее известные анаэробные процессы известны как ферментация. Большинство анаэробных процессов начинаются так же, как аэробное дыхание, но они останавливаются на полпути, потому что кислород недоступен для завершения процесса аэробного дыхания, или они соединяются с другой молекулой, которая не является кислородом, в качестве конечного акцептора электронов. Ферментация производит намного меньше АТФ, а также в большинстве случаев выделяет побочные продукты — молочную кислоту или спирт. Анаэробные процессы могут происходить в митохондриях или цитоплазме клетки.

Молочно-кислотное брожение — это тип анаэробного процесса, которому подвергаются люди при нехватке кислорода. Например, у бегунов на длинные дистанции в мышцах накапливается молочная кислота, потому что они не получают достаточно кислорода, чтобы удовлетворить потребность в энергии, необходимой для выполнения упражнения. Со временем молочная кислота может даже вызвать спазмы и болезненные ощущения в мышцах.

Алкогольного брожения у человека не бывает. Дрожжи — хороший пример организма, подвергающегося алкогольному брожению.Тот же процесс, который происходит в митохондриях во время молочнокислого брожения, также происходит при спиртовом брожении. Единственная разница в том, что побочным продуктом спиртового брожения является этиловый спирт.

Алкогольное брожение важно для пивоварения. Пивовары добавляют дрожжи, которые подвергаются алкогольной ферментации, чтобы добавить спирт в пиво. Брожение вина также аналогично и обеспечивает вино спиртом.

Что лучше?

Аэробное дыхание намного эффективнее при производстве АТФ, чем анаэробные процессы, такие как ферментация.Без кислорода цикл Кребса и цепь переноса электронов в клеточном дыхании поддерживаются и больше не работают. Это заставляет клетку подвергаться гораздо менее эффективной ферментации. В то время как аэробное дыхание может производить до 36 АТФ, различные типы ферментации могут дать чистый прирост только 2 АТФ.

Эволюция и дыхание

Считается, что самый древний тип дыхания — анаэробный. Поскольку когда первые эукариотические клетки эволюционировали посредством эндосимбиоза, кислорода практически не было, они могли подвергаться только анаэробному дыханию или чему-то похожему на ферментацию.Однако это не было проблемой, поскольку эти первые клетки были одноклеточными. Одновременного производства только 2 АТФ было достаточно, чтобы одна клетка работала.

Когда на Земле начали появляться многоклеточные эукариотические организмы, более крупным и сложным организмам требовалось производить больше энергии. Благодаря естественному отбору организмы с большим количеством митохондрий, способных подвергаться аэробному дыханию, выживали и воспроизводились, передавая эти благоприятные адаптации своему потомству. Более древние версии больше не могли удовлетворять спрос на АТФ в более сложном организме и вымерли.

2.25: Анаэробное и аэробное дыхание

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Присутствие кислорода
2. Резюме
3. Узнать больше
4. Обзор

Как долго вы можете задерживать дыхание?

С воздухом или без? С точки зрения производства энергии это ключевой вопрос.Может ли клеточное дыхание происходить без воздуха? Может, но есть ограничения.

Присутствие кислорода

Существует два типа клеточного дыхания (см. Концепцию Клеточное дыхание ): аэробное и анаэробное. Один происходит в присутствии кислорода ( аэробный ), а другой происходит в отсутствие кислорода ( анаэробный ). Оба начинаются с гликолиза , — расщепления глюкозы.

Гликолиз (см. Понятие «гликолиз») — это анаэробный процесс — для его протекания не требуется кислород.Этот процесс производит минимальное количество АТФ. Цикл Кребса и перенос электронов действительно нуждаются в кислороде для протекания, и в присутствии кислорода эти процессы производят гораздо больше АТФ, чем один только гликолиз.

Ученые считают, что гликолиз развился раньше других стадий клеточного дыхания. Это связано с тем, что другие стадии нуждаются в кислороде, тогда как гликолиз — нет, а в атмосфере Земли не было кислорода, когда жизнь впервые появилась примерно 3,5–4 миллиарда лет назад. Клеточное дыхание, протекающее без кислорода, называется анаэробным дыханием .

Затем, примерно 2 или 3 миллиарда лет назад, первые фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии) постепенно добавляли в атмосферу кислород. После этого живые существа могут использовать кислород для расщепления глюкозы и производства АТФ. Сегодня большинство организмов производят АТФ с кислородом. Они следуют за гликолизом с циклом Кребса и транспортом электронов, чтобы производить больше АТФ, чем только за счет гликолиза. Клеточное дыхание, которое происходит в присутствии кислорода, называется аэробным дыханием .

Резюме

• Клеточное дыхание всегда начинается с гликолиза, который может происходить как в отсутствие, так и в присутствии кислорода.
• Клеточное дыхание, происходящее в отсутствие кислорода, является анаэробным дыханием.
• Клеточное дыхание, происходящее в присутствии кислорода, называется аэробным дыханием.
• Анаэробное дыхание развилось до аэробного дыхания.

Узнать больше

Воспользуйтесь этим ресурсом, чтобы ответить на следующие вопросы.

1. В чем основное различие между аэробным и анаэробным дыханием?
2. Какие клетки выполняют анаэробное дыхание?
3. Сравните количество АТФ, выделяемое при аэробном и анаэробном дыхании.
4. Каковы две стадии анаэробного дыхания?

Обзор

1. Определите аэробное и анаэробное дыхание.
2. Какой процесс является общим для аэробного и анаэробного дыхания?
3. Почему ученые считают, что гликолиз развился раньше других стадий клеточного дыхания?

Комбинированные аэробные процессы — очистка сточных вод

Комбинированные аэробные процессы предназначены для выдерживания ударных нагрузок в процессах с активным илом, аэробным контактором и капельным фильтром (биофильтром).Существует несколько возможных комбинаций этих аэробных процессов: процесс с активированным биофильтром, процесс с твердыми частицами капельного фильтра, процесс с активным илом биофильтра и процесс с капельным фильтром с активным илом.

Процесс активированного биофильтра представляет собой капельный фильтр с рециркуляцией вторичного ила обратно в капельный фильтр для повышения уровня удаления БПК5 за счет комбинированного роста прикрепленных и приостановленных микробов. Высокий уровень содержания БПК5 в сточных водах, например, при производстве пищевых продуктов, может быть устранен.Расчетная нагрузка БПК5 обычно колеблется от 3,21 до 4,0 кг / м3 в сутки для удаления 60–65% БПК5 в фильтре (Arora and Umphres, 1987).

Основной процесс контакта с твердыми частицами капельного фильтра состоит из капельного фильтра, резервуара для аэробного контакта и окончательного осветлителя. Капельный фильтр удаляет больше всего БПК5 (около 65% -85% согласно Parker 1999). Твердые биологические вещества, образующиеся на фильтре, удаляются и концентрируются за счет рециркуляции ила в контактном резервуаре. В контактном резервуаре взвешенные твердые частицы аэрируются в течение менее 1 часа, вызывая флокуляцию твердых частиц, тем самым дополнительно удаляя БПК5.Общая производительность процесса TF / SC определяется путем расчета удаления БПК5 из капельного фильтра и аэробного контактного резервуара (Parker and Bratby, 2001).

138 Контактные анаэробные системы по утилизации и очистке пищевых и сельскохозяйственных сточных вод

Анаэробная очистка используется как при биологической очистке сточных вод, так и при сбраживании осадка. Анаэробная очистка с использованием контактных анаэробных систем является эффективным методом очистки сточных вод высокой прочности, содержащих большое количество органических материалов (высокий БПК5).Пищевые и сельскохозяйственные сточные воды иногда попадают в эту категорию потоков сточных вод (например, кровяная вода или липкая вода). Например, сточные воды мясоперерабатывающих и рыбоперерабатывающих предприятий успешно обрабатываются анаэробными методами. В пилотных исследованиях анаэробной очистки сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий степень удаления твердых частиц составляла 75–80% при нагрузках от 3 до 4 кг ХПК / м3 (день варочного котла (Balslev-Olsen et al., 1990; Mendez et al., 1990).

.

Микробиология анаэробной обработки включает факультативные и анаэробные микроорганизмы, которые в отсутствие кислорода превращают органические материалы в газообразный метан и диоксид углерода.Анаэробный процесс состоит из двух отдельных стадий: кислотного брожения и метанового брожения. Анаэробный процесс начинается с разложения нерастворимых сложных органических материалов, таких как белки, до растворимых органических материалов, которые, в свою очередь, потребляются продуцирующими кислоту бактериями с образованием летучих жирных кислот вместе с CO2 и h3. Бактерии, производящие метан, поглощают предшествующие биохимические продукты для производства метана и углекислого газа. На рис. 4.7 показаны реакции и промежуточные продукты, участвующие в анаэробной обработке.

Преимущества и недостатки анаэробных процессов

По сравнению с аэробными процессами очистки сточных вод анаэробные процессы имеют определенные преимущества:

• Биомасса, произведенная с помощью анаэробных процессов, намного дешевле, что снижает затраты, связанные с обработкой ила и управлением.

• Обработка высокопрочных, богатых органическими веществами сточных вод лучше с анаэробными процессами, потому что анаэробные процессы не ограничиваются скоростью переноса кислорода (обычно узкое место аэробных процессов).

Однако анаэробные процессы очистки сточных вод также страдают следующими недостатками:

Нерастворимая органическая нагрузка Белки, липиды, углеводы

Нерастворимая органическая нагрузка Белки, липиды, углеводы

Клетки

Лизис клеток эндогенного метаболизма

Рисунок 4.7. Схема реакций и промежуточных продуктов, участвующих в анаэробной обработке.

• Более высокая тепловая энергия требуется для поддержания температуры, необходимой для анаэробных процессов; однако эту проблему можно решить с помощью возможного использования метана из технологических процессов.

• Для завершения процессов требуется более длительное время удержания (или время задержания).

• Нежелательные запахи обычно связаны с анаэробными процессами из-за образования h3S и меркаптанов; некоторые источники пищевых сточных вод богаты соединениями серы и азота, что может усугубить проблему запаха.

• Шлам от анаэробных процессов труднее обрабатывать, поэтому для его обработки требуются дополнительные деньги / время / оборудование.

• Анаэробные системы сложны в эксплуатации и подвержены негативному эффекту «ударной нагрузки».«

Анаэробные контактные процессы

Используемые процессы анаэробной очистки сточных вод включают анаэробный контактный процесс, реактор с восходящим потоком ила-бланкет, реактор с анаэробным фильтром (с неподвижным слоем) и процесс с расширенным слоем. Погрузочная и

Данные о производительности для анаэробных контактных процессов сведены в Таблицу 4.2.

Процесс анаэробного осадка с восходящим потоком (UASB)

Процесс анаэробного ила с восходящим потоком представляет собой био-процесс приостановленного роста.

и его принципиальная схема представлена ​​на рис. 4.8.

Как следует из названия, сточные воды поступают со дна резервуара вверх, и активные анаэробные бактерии преобразуют отходы в метан и углекислый газ. В нижней части резервуара образуется слой ила, и составляющие частицы в нем агрегируются, чтобы противостоять гидравлическому сдвигу сточных вод, текущих вверх, и предотвращать перенос этого покрытия из резервуара и его вынос.

В целом, процесс UASB позволяет достичь высокой эффективности удаления при высоких нагрузках на ХПК. Lettinga et al. (1980) провели анаэробную очистку сточных вод сахарной свеклы с использованием систем UASB в различных масштабах. Эксперименты, проведенные на пилотной установке объемом 6 м3, показали, что она способна обрабатывать органические космические грузы в размере 15-40 кг ХПК / м3 в день при времени удержания жидкости 3-8 часов. На первом полномасштабном заводе объемом 200 м3 по концепции UASB можно было бы удовлетворительно обрабатывать органические нагрузки до 16 кг ХПК-м ~ 3-дневное время при задержке в 4 часа.Производительность реакторов USAB была ограничена способностью газожидкостного сепаратора задерживать шлам в реакторах.

Конструкция реактора UASB должна обеспечивать адекватную зону отстоя, так как большая часть ила находится в ней, а иногда в местах над слоем ила добавляются перегородки, помогающие отделить биогаз, ил и жидкость.

биогаз биогаз

Рисунок 4.8. Схематическая диаграмма процесса анаэробного образования осадка с восходящим потоком.

Анаэробный фильтр (AF)

В аналогичной конфигурации капельного фильтра в анаэробном фильтрующем реакторе используется фильтрующая среда для поддержки анаэробных микроорганизмов с целью разложения углеродсодержащих органических веществ в сточных водах, подаваемых снизу реактора (режим восходящего потока) или сверху реактора (режим нисходящего потока). , как показано на рис. 4.9. Поскольку бактерии задерживаются на среде в колонке, время пребывания этих клеток довольно велико; это позволяет бактериям иметь достаточно времени, чтобы удалить органические вещества.Это продолжительное время пребывания также позволяет анаэробному фильтру адаптироваться к различным условиям эксплуатации. Гидродинамика реакторов AF полностью или частично смешивается в зависимости от скорости рециркуляции. Фильтр

Рисунок 4.9. Принципиальная схема анаэробного фильтра (AF) с восходящим потоком.

Инфлюент

Рисунок 4.9. Принципиальная схема анаэробного фильтра (AF) с восходящим потоком.

средний слой подвержен засорению из-за накопления биологических и неорганических твердых частиц; однако периодическая обратная промывка облегчит проблему засорения и связанную с этим потерю напора.

Реактор с анаэробным псевдоожиженным слоем (AFBR)

Реактор с анаэробным псевдоожиженным слоем представляет собой реактор с расширенным слоем (рис. 4.10), который заполнен твердой средой, используемой для размещения анаэробных бактерий. Сточная вода подается из нижней части реактора и течет вверх через содержащую среду колонну реактора, которая способна удерживать среду в суспензии за счет сил сопротивления, создаваемых восходящим потоком сточной воды.

Рисунок 4.10. Принципиальная схема анаэробного реактора с псевдоожиженным слоем (AFBR)

Выходящий из реактора поток рециркулируют для разбавления входящего потока и поддержания адекватной скорости потока, чтобы слой оставался расширенным (псевдоожиженным).Благодаря расширению среднего слоя можно поддерживать существенно большее количество биомассы без забивания слоя и последующей потери напора, чем в реакторах с анаэробными фильтрами. В литературе часто встречаются сообщения о концентрации биомассы от 15 000 до 40 000 мг / л в реакторах AFBR (Metcalf and Eddy, Inc., 1991). Благодаря высокой скорости потока, поддерживаемой в реакторах AFBR, особенно для очистки высокопрочных пищевых сточных вод, реакторы AFBR могут быть спроектированы так, чтобы вести себя как идеальный полностью смешанный реактор, CSTR.

Выбор носителя в AFBR требует дальнейшего объяснения; идеальная среда должна быть легкой (легко флюидизируемой), маленькой (легко флюидизируемой и с высоким соотношением поверхность: объем), пористой с большими пустотами (больше места для биологических и инертных твердых веществ), инертной (к химическим и биологическим реакциям) и устойчивой (к истирание и эрозия). Кремнеземистый песок, антрацитовый уголь, сетчатая полиэфирная пена и активированный уголь — обычные среды, используемые в реакторах AFBR.

Читать здесь: Каталожные номера

Была ли эта статья полезной?

Аэробное компостирование и анаэробное сбраживание

Оба процесса управляют разложением, осуществляемым биологическими организмами, преобразующими материалы посредством химических реакций.У каждого процесса есть свои плюсы и минусы, и их можно использовать последовательно, чтобы повысить ценность предложения по переработке органических материалов.

Крейг Кокер

BioCycle Март / апрель 2014 г.

Компостирование и разложение — два часто используемых метода обработки биоразлагаемых материалов, включая органические отходы. Многие думают, что это разные методы, но оба являются процессами, которые управляют разложением, осуществляемым биологическими организмами, преобразующими материалы посредством химических реакций.У каждого процесса есть входы, продукты и побочные продукты. Входы — это обрабатываемые материалы (сырье), которые включают отстой, навоз, пищевые отходы и т. Д. Выходными являются те продукты, которые имеют реальную или потенциальную выгоду (компост, энергия, полученная из компостных куч или полученная из биогаза, и некоторые дигестаты). . Побочные продукты — это технологические продукты с реальной или предполагаемой отрицательной ценностью (газы / запахи, фильтрат и некоторые дигестаты).
Процесс преобразования входов в выходы при компостировании и сбраживании различается в первую очередь из-за наличия или отсутствия кислорода.Компостирование — это аэробный процесс, поэтому для его успеха необходим кислород. Сбраживание может быть аэробным или анаэробным, но чаще оно конфигурируется как анаэробный процесс с целью производства и улавливания богатого метаном биогаза (аэробное сбраживание используется в некоторых схемах обработки осадка сточных вод для стабилизации и пастеризации, но оно очень энергоемкое. ).
Рассмотрим биоразложение простого сахара (глюкозы) как аэробно, так и анаэробно:
C6h22O6 + 6O2 г 6CO2 + 6h3O (аэробный)
C6h22O6 г 3Ch5 + 3CO2 (анаэробный)
При компостировании глюкоза и вода превращаются в диоксид углерода; при пищеварении глюкоза превращается в углекислый газ и метан.Как эти простые сахара создаются при компостировании и пищеварении? По сути, разные группы микроорганизмов расщепляют более сложные молекулы, чтобы микробы могли использовать нижележащие углеродные субстраты в качестве пищи для своих жизненных процессов.

Рис. 1. Структура целлюлозы
(изображение любезно предоставлено Wikimedia Commons)

Возьмем, к примеру, целлюлозу, которая содержится практически в каждом сырье, компостируемом или перевариваемом в настоящее время. Целлюлоза — это полимер, созданный путем связывания отдельных молекул глюкозы вместе.Фиг.1 показывает молекулярную структуру целлюлозы; на этом изображении белые шары — это атомы водорода, черные шары — это атомы углерода, красные шары — это атомы кислорода, а бирюзовые линии — это электростатические водородные связи. Глюкозные компоненты целлюлозы прочно связаны между гидроксильными группами на одном конце и с атомами кислорода на другом конце следующего звена цепи. Эти связи могут быть разорваны путем расщепления молекулы водой (процесс, известный как гидролиз) ферментом целлюлазой, который продуцируется некоторыми типами термофильных актиномицетов (т.е. Thermomonospora fusca, Trichoderma reesei) и грибки (например, Fusarium solani A. fumigatus) при аэробном компостировании. При анаэробном пищеварении он производится анаэробно Cellulomonas sp. и Clostridium sp. бактерии.
Более сложные полимерные молекулы, такие как белки, углеводы и липиды, аналогичным образом биоразлагаются несколькими различными типами микробов в каждой системе. В системах компостирования используются бактерии, грибы и актиномицеты, а также другие простейшие, такие как водоросли и простейшие.В системах пищеварения используются ферментативные микробы (ацидогены), производящие водород, образующие ацетат микробы (ацетогены) и микробы, производящие метан (метаногены). Эти организмы выделяют ферменты (липазы, протеазы, целлюлазы, амилазы и т. Д.), Которые гидролизуют соответствующие полимеры на более мелкие молекулы.

Особенности процесса

Еще одно важное различие между аэробным компостированием и анаэробным сбраживанием — это влажность. Компостирование наиболее эффективно при влажности около 50 процентов, что позволяет образовывать биопленку вокруг каждой частицы компостной кучи (рис. 2).Воздух проходит через структурно пористую кучу компоста и проходит через границу водного слоя, обеспечивая воздухом микробы, живущие на поверхности частицы. Системы разложения лучше всего работают при 100-процентном содержании влаги, так что все поры между частицами заполнены и воздух не может попасть к анаэробным микробам (рис. 2). Новые европейские варочные котлы сухого брожения, строящиеся в США, также следуют этому принципу, поскольку «перколят» вводят в смешанное сырье, чтобы насытить его и заполнить поровые пространства водой.

Рис. 2. Аэробные и анаэробные условия
(Изображение любезно предоставлено Советом по компостированию США)

Рисунок 2 также иллюстрирует некоторые сходства между компостированием и вывариванием с точки зрения размера частиц. Компостирование наиболее эффективно (с точки зрения времени обработки) при размере частиц от полдюйма до 2 дюймов. Эффективность разложения (измеряемая как скорость и объемы производства биогаза) максимальна при меньших размерах частиц. Одно исследование показало 20-процентное увеличение производства биогаза между ~ 0.4 дюйма (10 мм) и ~ 1,2 дюйма (30 мм) (Hajji and Rhachi, 2013).
Компостирование — это, по сути, периодический процесс, при котором сырье смешивается, начинается разложение и выделяется тепло, а по прошествии определенного периода времени органический материал стабилизируется и дальнейшего биоразложения не происходит. Некоторые системы компостирования на рынке постоянно вводят сырье, однако каждая частица в этом реакторе компостируется как периодический процесс с определенным началом и концом. С другой стороны, пищеварение дает самый высокий уровень производства биогаза, когда система питается непрерывно.«В баке реактора молодой субстрат и старый субстрат смешаны вместе, которые производят биогаз с разной скоростью, но весь реактор производит биогаз непрерывно», — объясняет Пол Грин, вице-президент O’Brien & Gere и член правления Американского совета по биогазу. «И наоборот, в системе сухой ферментации, которая работает как периодическая система, производство биогаза со временем снижается».
Присутствие кислорода в компостировании позволяет более полно разлагать сложные молекулы на более простые строительные блоки.Например, кислород позволяет полностью разложить углеводы на углекислый газ и воду (в то время как низкий уровень кислорода или его отсутствие способствует разложению углеводов на уксусную кислоту). Аэробные бактерии, актиномицеты и грибы вместе при компостировании гидролизуют эти сложные молекулы. Изменение температуры в компостной куче отражает деятельность последовательных микробных популяций, выполняющих разложение органического вещества в куче. Во время мезофильной фазы компостирования бактерии и грибки разлагают наиболее доступные органические вещества; по мере повышения температуры до термофильного уровня различные группы бактерий, грибов и актиномицетов гидролизуют более сложные молекулы.
Пищеварение — это несколько более сложный процесс, чем компостирование, при котором органический материал расщепляется на последовательных стадиях гидролиза, ацидогенеза (производства кислот), ацетогенеза (производства уксусной кислоты) и метаногенеза (производства метана). Поскольку каждым процессом управляют разные типы микроорганизмов, эти этапы работают более эффективно по отдельности. «Да, они более эффективны, если их хранить отдельно, — отмечает Грин, — но вам придется бороться с дополнительными затратами на другой резервуар.Может ли конечный пользователь найти достаточную выгоду за дополнительную плату, которую я бы назвал спорной? » Варочные котлы
, которые работают при термофильных температурах (113-131 ° F или 45-55 ° C), производят больше биогаза и уменьшают больше летучих твердых веществ, чем варочные котлы, которые работают при мезофильных температурах (95-104 ° F или 35-40 ° C). Дигестат из этих высокопроизводительных реакторов имеет меньше биологической энергии из-за уменьшения летучих твердых веществ и меньшего количества биологически доступного углерода из-за преобразования органического углерода в метан. Такое сокращение этих «биологических топлив для компостирования» в этих дигестатах может затруднить их компостирование в последующем процессе, чем дигестаты из низкотемпературных реакторов без добавления в компостируемую смесь свежего сырья.Многие из действующих в Европе анаэробных варочных котлов сухого брожения смешивают свежие дворовые обрезки и зеленые отходы с дигестатами, удаленными из реакторов перед компостированием.

Системные выходы

Оба биологических процесса производят твердые, жидкие и газообразные материалы как часть процесса трансформации. При аэробном компостировании образуется компост, вода (как газообразный пар, так и жидкий фильтрат) и летучие газы (аммиак, двуокись углерода и, иногда, газы, воспринимаемые как запахи).При анаэробном сбраживании образуется дигестат и биогаз. Большинство систем разложения в США представляют собой жидкие системы (они работают с содержанием твердых веществ менее 5%), поэтому дигестат часто обезвоживается с помощью механических устройств, производящих фракцию твердых частиц и жидкие сточные воды. Жидкую фракцию часто наносят на землю на посевы из-за ее питательной ценности, в то время как твердые частицы либо вносят в землю, либо, в некоторых случаях, компостируют. Компостирование используется для управления дигестатом в новых строящихся системах сухой ферментации, в то время как внесение в почву является предпочтительным подходом к управлению дигестатом для варочных котлов навоза и биореакторов твердых веществ.
В недавнем исследовании Европейского союза (ЕС) (Европейский союз, 2014 г.) упоминалось исследование, проведенное в Соединенном Королевстве в 2011 г., в котором сравнивалось общее воздействие на окружающую среду нескольких вариантов обращения с твердыми бытовыми отходами, включая компостирование и разложение, и был сделан вывод о том, что пищеварение лучше, чем компостирование в несколько направлений (таблица 1). Британское исследование было подготовлено DEFRA (Департамент окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства) и показало, что, поскольку пищеварение является замкнутым процессом, пыль, биоаэрозоли и запахи оказывают меньшее воздействие, чем компостирование (хотя правильное расположение может смягчить эти воздействия).В исследовании также отмечалось, что отделенная жидкая фракция дигестата представляет собой сточные воды, если не земля, непосредственно обрабатываемая пахотными землями или пастбищами, и что неорганизованные выбросы метана и закиси азота (оба значительных парниковых газа) будут происходить при внесении дигестата на землю. Несколько европейских исследований оценили это, сделав вывод о том, что, хотя существуют выбросы как метана, так и закиси азота при внесении дигестата на землю, выбросы метана довольно быстро снижаются до фоновых уровней и что выбросы N2O аналогичны выбросам при внесении мочевинных удобрений (Dieterich, 2012). , Finnan, 2012).
Сбраживание часто рассматривается как процесс обращения с органическими остатками, когда существует потенциальный рынок энергии для произведенного биогаза. Энергосодержание биогаза составляет около 650 британских тепловых единиц (БТЕ) ​​на кубический фут. «Для производства 3,6 кубических футов биогаза требуется около 1 фунта пищевых отходов, энергетическая ценность которого составляет 2160 БТЕ», — отмечает Грин. Это эквивалентно 4,3 миллиона БТЕ (ммБТЕ) на тонну пищевых отходов — энергии достаточно для обогрева около 50 домов в средней части Атлантического океана США
Компостирование не рассматривается как процесс рекуперации энергии, это исследования на северо-востоке США.С. исследует улавливание тепла от активных компостных куч. «Сегодня есть рабочие примеры домов, теплиц и ферм, которые использовали системы рекуперации тепла компоста наряду с существующими системами отопления / горячего водоснабжения», — говорит Гаэлан Браун из Agrilab, компании из Вермонта, специализирующейся на системах рекуперации тепла компоста. «Эти системы варьируются от простых низкотехнологичных конструкций, сделанных в основном из древесной щепы и опилок, до крупномасштабных инженерных систем на фермах и предприятиях по производству компоста». Браун предлагает примеры в новой книге, которая будет опубликована в 2014 году (Brown, в печати).В одном примере отмечается восстановление энергии 1500 БТЕ / час из компостной кучи молочного навоза. Поскольку зрелая корова производит 75 фунтов навоза в день, это эквивалентно 0,96 мм БТЕ на тонну навоза.
Между компостом и дигестатом есть существенные различия. В таблице 2 представлены результаты лабораторного анализа компоста из пищевых отходов и перевариваемого вещества из пищевых отходов. Данные показывают, что дигестат содержит больше азота, чем компост (возможно, из-за потерь азота во время компостирования), но имеет соотношение C: N 14: 1, низкий pH, высокую растворимость солей, высокое дыхание CO2 и низкое содержание металлов и патогенов. .Сходства и различия между компостом и дигестатом будут более полно исследованы в следующей статье в BioCycle.
Компостирование и разложение — это проверенные методы переработки органических материалов, особенно отходов, в продукты с добавленной стоимостью с использованием методов биологического преобразования. У каждого процесса есть свои преимущества и недостатки, и их можно использовать последовательно, чтобы повысить ценность вторичного использования органических материалов. Какой подход использовать (или и то, и другое) в значительной степени зависит от рынков энергии, извлекаемой при пищеварении, от соображений размещения и близости к чувствительным рецепторам, а также от конечных рынков продуктов.
Крэйг Кокер — редактор BioCycle и руководитель фирмы Coker Composting & Consulting (www.cokercompost.com), расположенной недалеко от Роанока, штат Вирджиния. С ним можно связаться по адресу [email protected].

Биохимия, аэробный гликолиз — StatPearls

Введение

Гликолиз — это центральный метаболический путь, который используется всеми клетками для окисления глюкозы для выработки энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфата) и промежуточных продуктов для использования в других метаболических путях .Помимо глюкозы, другие гексозные сахара, такие как фруктоза и галактоза, также участвуют в гликолитическом пути катаболизма [1].

Основы

Гликолиз происходит в цитоплазме, когда одна 6-углеродная молекула глюкозы окисляется с образованием двух 3-углеродных молекул пирувата. Судьба пирувата зависит от наличия или отсутствия митохондрий и кислорода в клетках. Цепь переноса электронов является основным местом потребления кислорода и образования АТФ в митохондриях.В клетках с митохондриями пируват декарбоксилируется комплексом пируватдегидрогеназы с образованием ацетил-КоА, который участвует в цикле трикарбоновых кислот и в конечном итоге участвует в производстве АТФ.

В отсутствие кислорода (анаэробные условия) и в клетках, лишенных митохондрий, преобладает анаэробный гликолиз. Пируват восстанавливается до лактата, поскольку НАДН повторно окисляется до НАД + лактатдегидрогеназой. Этот процесс является важным источником АТФ для клеток, в которых отсутствуют митохондрии, такие как эритроциты.Во время аэробного гликолиза этот НАДН транспортируется челноком малат-аспартат или глицеринфосфатным челноком в митохондрии, где он повторно окисляется до НАД +, участвуя в цепи переноса электронов с образованием АТФ [1] [2].

Клеточный

Аэробный гликолиз — это серия реакций, в которых для повторного окисления НАДН в НАД + требуется кислород, отсюда и название. Этот десятиэтапный процесс начинается с молекулы глюкозы и заканчивается двумя молекулами пирувата [1].

Шаг 1: Когда молекула глюкозы попадает в клетку, она немедленно фосфорилируется ферментом гексокиназой до глюкозо-6-фосфата с использованием фосфата от гидролиза АТФ.Этот необратимый шаг служит для захвата молекулы глюкозы внутри клетки. Гексокиназа обладает широкой специфичностью и может фосфорилировать все шестиуглеродные сахара, включая глюкозу. В печени и бета-клетках поджелудочной железы существует изоферментная форма глюкокиназы, которая фосфорилирует только глюкозу.

Этап 2: Глюкозо-6-фосфат (альдоза) изомеризуется до фруктозо-6-фосфата (кетозы), катализируемый фосфоглюкозоизомеразой. Эта реакция легко обратима.

Шаг 3. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется до фруктозо-1,6-бисфосфата ферментом фосфофруктокиназой-1 (PFK1).Это необратимый нормативный шаг, ограничивающий скорость. Этот обязательный этап является вторым этапом гликолиза, потребляющим АТФ.

Шаг 4: Расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата приводит к образованию дигидроксиацетонфосфата (DHAP) и глицеральдегид-3-фосфата (G3P) ферментом альдолазой в этой нерегулируемой обратимой реакции. Альдолаза B, изомерная форма в печени, расщепляет фруктозо-1-фосфат (в метаболизме фруктозы) в дополнение к фруктозо-1,6-бисфосфату.

Этап 5. Взаимное превращение DHAP и глицеральдегид-3-фосфата осуществляется триозофосфат-изомеразой.Эта изомеризация приводит к образованию двух молекул глицеральдегид-3-фосфата.

Шаг 6: Окисление глицеральдегид-3-фосфата катализируется глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой и приводит к синтезу 1,3-бисфосфоглицерата. Это первая окислительно-восстановительная стадия гликолиза, на которой НАД + восстанавливается до НАДН, в то время как альдегидная группа глицеральдегид -3-фосфата окисляется до карбоксильной группы, связанной с присоединением фосфатной группы. Ограниченное количество НАД + в клетках требует повторного окисления НАД + до НАДН.В аэробных условиях НАДН повторно окисляется до НАД + в митохондриях, а в анаэробных условиях он регенерируется лактатдегидрогеназой.

Этап 7: Образование 3-фосфоглицерата из 1,3-бисфосфоглицерата (1,3-BPG) является первым этапом образования АТФ в гликолизе. Фосфатная группа, присоединенная во время образования 1,3-BPG на предыдущем этапе, используется для фосфорилирования АДФ с помощью фосфоглицераткиназы, тем самым генерируя АТФ. Это фосфорилирование на уровне субстрата генерирует 2 АТФ.Некоторые из 1,3-BPG также превращаются в 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-BPG) с помощью бисфосфоглицератмутазы, важного продукта, который помогает доставке кислорода в клетки. Обычно 2,3-БПГ присутствует в следовых количествах, но его продукция будет увеличиваться в условиях гипоксии.

Этап 8: Затем с помощью фосфоглицератмутазы проводится обратимая реакция изомеризации 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат, где фосфатная группа смещается с третьего углерода на второй углерод фосфоглицерата.

Шаг 9: 2-фосфоглицерат превращается в фосфоенолпируват, который содержит высокоэнергетический енолфосфат.

Этап 10: Заключительный этап гликолиза — это ферментативное превращение фосфоенолпирувата в пируват под действием пируваткиназы. На этом необратимом этапе происходит фосфорилирование субстратного уровня с образованием 2 молекул АТФ.

Отсюда пируват может пройти аэробным путем к митохондриям или анаэробным путем с образованием молочной кислоты. Независимо от выбранного пути (аэробный или анаэробный) гликолиз приводит к чистому приросту двух молекул АТФ на молекулу глюкозы.

Механизм

Механизм регуляции гликолиза происходит за счет ковалентной модификации ограничивающих скорость ферментов, их аллостерической активации или ингибирования, а также за счет гормонального контроля.

Бифункциональный фермент PFK2 / фруктозобисфосфатаза с киназной и фосфатазной активностью играет важную роль в аллостерической регуляции. F2,6-BP представляет собой аллостерический эффектор, концентрация которого зависит от соотношения инсулина и глюкагона. PFK1 положительно регулируется F2,6-BP, синтез которого катализируется киназной активностью фосфофруктокиназы-2 (PFK-2).Когда доступно много субстратов, высокий уровень инсулина активирует протеинфосфатазу, которая дефосфорилирует фосфофруктокиназу-2 (PFK2), делая ее активной, тем самым способствуя гликолизу.

С другой стороны, когда уровни глюкагона высоки, повышение цАМФ активирует протеинкиназу А, которая способствует фосфорилированной форме бифункционального фермента. Фосфорилирование инактивирует PFK2 и позволяет форме фосфатазы оставаться активной, вызывая снижение уровня F2,6-BP. Это подавляет гликолиз, позволяя преобладать глюконеогенезу.

Гормональный контроль играет важную роль в регуляции гликолиза. Потребление углеводов и их распад приводят к увеличению уровня глюкозы и запускают высвобождение инсулина, что приводит к увеличению отношения инсулина к глюкагону. Инсулин активирует глюкокиназу, PFK1 и пируваткиназу, три важных фермента, катализирующих необратимые стадии гликолиза для обработки доступного субстрата. В то же время низкий уровень глюкагона гарантирует подавление глюконеогенеза.Долгосрочный контроль транскрипции генов особенно важен при голодании и голодании, а также при диабете, когда отношение инсулина к глюкагону низкое. В таких условиях синтез глюкокиназы, PFK1 и пируваткиназы снижается за счет модуляции транскрипции генов [1] [3] [1].

Клиническая значимость

Дефицит глюкокиназы : И глюкокиназа, и гексокиназа выполняют одинаковую функцию фосфорилирования глюкозы до глюкозо-6-фосфата и улавливания ее в клетке.Разница между ними заключается в их расположении и сродстве к глюкозе. Глюкокиназа присутствует в бета-клетках печени и поджелудочной железы. Гексокиназа, ее изомерная форма, присутствует не только в печени и бета-клетках поджелудочной железы, но и в тканях. Глюкокиназа имеет гораздо более низкое сродство к глюкозе, чем гексокиназа, и будет действовать только при высоком уровне глюкозы. После еды, когда уровень глюкозы в крови повышается, глюкокиназа направляет его на синтез и хранение гликогена в печени. Когда уровень глюкозы низкий, гексокиназа с высоким сродством сначала добирается до глюкозы, чтобы обеспечить глюкозой клетки, которые в ней больше всего нуждаются.Кроме того, глюкокиназа в бета-клетках поджелудочной железы действует как сенсор глюкозы и регулирует скорость поступления глюкозы в клетки и гликолиза, и, следовательно, помогает поддерживать надлежащий уровень глюкозы в крови. Гетерозиготные инактивирующие мутации глюкокиназы приводят к развитию диабета зрелого возраста у молодых людей типа 2 (MODY2 или GCK-MODY) [4] [5]. Гомозиготные мутации приводят к полному дефициту этого фермента и вызывают сахарный диабет у новорожденных [6] [7] [8].

2,3-Бисфосфоглицерат : Человеческие эритроциты обычно имеют низкие уровни 2,3-BPG.Во время пониженной доступности кислорода, например, на большой высоте, при респираторных заболеваниях, таких как астма или хронические обструктивные заболевания легких (ХОБЛ), происходит увеличение превращения промежуточного гликолитического соединения 1,3-BPG в 2,3-BPG под действием бисфосфоглицератмутазы. 2,3-BPG связывается с дезоксигемоглобином с большим сродством, чем оксигемоглобин, и стабилизирует его в Т-состоянии. Это позволяет кислороду выгружаться из дезоксигемоглобина, тем самым увеличивая доступность кислорода к клеткам.Это проявляется в смещении кривой диссоциации кислорода вправо [9].

Дефицит пируваткиназы: Аутосомно-рецессивное нарушение дефицита пируваткиназы возникает из-за мутаций в гене PKLR . Пируваткиназа катализирует последний необратимый шаг к образованию пирувата при производстве АТФ. Зрелые эритроциты не имеют митохондрий, и поэтому дефицит этого фермента может серьезно повлиять на такие клетки, как эритроциты, где гликолиз является единственным источником топлива.АТФ является ценным товаром для эритроцитов и необходим для функционирования зависимых от АТФазы ионных насосов для поддержания целостности мембран. В случае нарушения это приводит к повреждению мембран эритроцитов и вызывает гемолиз. Это приводит к снижению доставки кислорода к тканям, что проявляется такими симптомами, как усталость и одышка. Гемолиз высвобождает гемоглобин, распад которого в конечном итоге приводит к повышению уровня билирубина. Повреждение клеточной мембраны приводит к искажению и потере гладкой двояковогнутой структуры и выглядит как шипастые выступы.Эти спикулированные эритроциты называются эхиноцитами. Уменьшение количества эритроцитов вызывает появление незрелых эритроцитов или ретикулоцитов, что обычно наблюдается при дефиците пируваткиназы. Однако дефицит изоферментной формы пируваткиназы в гепатоцитах не оказывает никакого влияния, поскольку присутствие митохондрий позволяет генерировать АТФ. Уровни 2,3-BPG впоследствии повышаются как компенсаторный механизм для увеличения доставки кислорода к клеткам, хотя его синтез не производит АТФ [10].

Роль пируваткиназы в развитии рака:

Было показано, что пируваткиназа активируется в сильно пролиферирующих клетках, таких как эмбриональные и раковые клетки. Выживание раковых клеток зависит от их способности перепрограммировать метаболические пути в соответствии со своими потребностями. В нормальных клетках с митохондриями в аэробных условиях (присутствие кислорода) пируват, образующийся в результате гликолиза, попадает в митохондрии, чтобы участвовать в процессе выработки энергии.В этом отношении опухолевые клетки различаются, поскольку они зависят от аэробного гликолиза, при котором в присутствии кислорода и доступности митохондрий пируват направляется на образование лактата. Этот метаболический переключатель был впервые идентифицирован Варбургом и известен как эффект Варбурга, который помогает выработке дополнительного топлива для раковых клеток в виде лактата. Было показано, что изоформа M2 пируваткиназы активируется в раковых клетках [11] [12] [13] [11].

Пока неясно, почему раковые клетки демонстрируют усиленный аэробный гликолиз.Предполагается, что раковые клетки способны быстро генерировать энергию, отвлекая глюкозу на образование лактата, а не позволяя глюкозе проходить аэробным путем в цикл TCA и цепь переноса электронов. Другой предложенный механизм предполагает, что использование аэробного гликолиза опухолевыми клетками увеличивает передачу сигнала, увеличивает поток к биосинтетическим путям и, наконец, генерация лактата создает кислую микросреду, более благоприятную для инвазивности и метастазирования [14] [15] [16].

Ссылки

1.

Дашты М. Краткий обзор биохимии: углеводный обмен. Clin Biochem. 2013 Октябрь; 46 (15): 1339-52. [PubMed: 23680095]

2.

Ниу X, Артур П., Абас Л., Виссон М., Гуппи М. Углеводный метаболизм в тромбоцитах человека в среде с низким содержанием глюкозы в аэробных условиях. Biochim Biophys Acta. 1996 24 октября; 1291 (2): 97-106. [PubMed: 8898869]

3.

Руи Л. Энергетический обмен в печени. Compr Physiol. 2014 Янв; 4 (1): 177-97. [Бесплатная статья PMC: PMC4050641] [PubMed: 24692138]

4.

Таттерсолл РБ. Легкий семейный диабет с доминантной наследственностью. Q J Med. 1974 апр; 43 (170): 339-57. [PubMed: 4212169]

5.

Osbak KK, Colclough K, Saint-Martin C, Beer NL, Bellanné-Chantelot C, Ellard S, Gloyn AL. Обновленная информация о мутациях глюкокиназы (GCK), которые вызывают диабет зрелого возраста у молодых, постоянный неонатальный диабет и гиперинсулинемическую гипогликемию. Hum Mutat. 2009 ноя; 30 (11): 1512-26. [PubMed: 197

]

6.

Froguel P, Vaxillaire M, Sun F, Velho G, Zouali H, Butel MO, Lesage S, Vionnet N, Clément K, Fougerousse F.Тесная связь локуса глюкокиназы на хромосоме 7p с ранним началом инсулиннезависимого сахарного диабета. Природа. 1992 12 марта; 356 (6365): 162-4. [PubMed: 1545870]

7.

Hattersley AT, Turner RC, Permutt MA, Patel P, Tanizawa Y, Chiu KC, O’Rahilly S, Watkins PJ, Wainscoat JS. Связь диабета 2 типа с геном глюкокиназы. Ланцет. 1992 30 мая; 339 (8805): 1307-10. [PubMed: 1349989]

8.

Froguel P, Zouali H, Vionnet N, Velho G, Vaxillaire M, Sun F, Lesage S, Stoffel M, Takeda J, Passa P.Семейная гипергликемия из-за мутаций глюкокиназы. Определение подтипа сахарного диабета. N Engl J Med. 11 марта 1993 г ​​.; 328 (10): 697-702. [PubMed: 8433729]

9.

Benesch R, Benesch RE. Влияние органических фосфатов из эритроцитов человека на аллостерические свойства гемоглобина. Biochem Biophys Res Commun. 1967, 23 января; 26 (2): 162-7. [PubMed: 6030262]

10.

Grace RF, Zanella A, Neufeld EJ, Morton DH, Eber S, Yaish H, Glader B. Дефицит пируваткиназы эритроцитов: отчет о состоянии за 2015 год.Am J Hematol. 2015 сентябрь; 90 (9): 825-30. [Бесплатная статья PMC: PMC5053227] [PubMed: 26087744]

11.

ВАРБУРГ О. О происхождении раковых клеток. Наука. 1956 24 февраля; 123 (3191): 309-14. [PubMed: 13298683]

12.

Mazurek S, Boschek CB, Hugo F, Eigenbrodt E. Пируваткиназа типа M2 и ее роль в росте и распространении опухоли. Semin Cancer Biol. 2005 августа; 15 (4): 300-8. [PubMed: 15

0]

13.

Christofk HR, Vander Heiden MG, Wu N, Asara JM, Cantley LC.Пируваткиназа M2 представляет собой фосфотирозин-связывающий белок. Природа. 13 марта 2008 г .; 452 (7184): 181-6. [PubMed: 18337815]

14.

Гупта В., Веллен К.Е., Мазурек С., Бамезай Р.Н. Пируваткиназа M2: регуляторные цепи и возможности терапевтического вмешательства. Curr Pharm Des. 2014; 20 (15): 2595-606. [PubMed: 23859618]

15.

Олсон К.А., Шелл Дж. К., Раттер Дж. Пируват и метаболическая гибкость: освещая путь к селективной терапии рака. Trends Biochem Sci. 2016 Март; 41 (3): 219-230.[Бесплатная статья PMC: PMC4783264] [PubMed: 26873641]

16.

Гейтенби Р.А., Гиллис Р.Дж. Почему у рака высокий аэробный гликолиз? Нат Рев Рак. 2004 ноя; 4 (11): 891-9. [PubMed: 15516961]

Аэробное дыхание — Окончательное руководство

Определение

Аэробное дыхание — это процесс, с помощью которого организмы используют кислород для превращения топлива, такого как жиры и сахар, в химическую энергию. Напротив, анаэробное дыхание не использует кислород.

Дыхание используется всеми клетками для превращения топлива в энергию, которая может использоваться для питания клеточных процессов.Продуктом дыхания является молекула, называемая аденозинтрифосфатом (АТФ), которая использует энергию, хранящуюся в ее фосфатных связях, для запуска химических реакций. Ее часто называют «валютой» ячейки.

Аэробное дыхание намного эффективнее и производит АТФ гораздо быстрее, чем анаэробное дыхание. Это связано с тем, что кислород является отличным акцептором электронов для химических реакций, участвующих в образовании АТФ.

Обзор этапов аэробного дыхания

Аэробное и анаэробное

Сходства

Как аэробное, так и анаэробное дыхание являются методами выработки энергии.Они оба одинаково начинаются с процесса гликолиза. «Гликолиз» буквально означает «расщепление сахара» и включает в себя расщепление молекулы сахара на две более мелкие молекулы.

В процессе гликолиза две молекулы АТФ потребляются и четыре образуются. Это приводит к чистому увеличению двух молекул АТФ, производимых каждой молекулой сахара, разрушенной в результате гликолиза. На этом сходство между аэробным и анаэробным дыханием заканчивается.

В клетках, у которых есть кислород и может продолжаться аэробное дыхание, молекула сахара распадается на две молекулы пирувата.В клетках, не имеющих кислорода, молекула сахара расщепляется на другие формы, такие как лактат.

Различия

После гликолиза разные химические процессы дыхания могут идти несколькими разными путями:

• Клетки, использующие аэробное дыхание, продолжают свою цепь переноса электронов в высокоэффективном процессе, который в конечном итоге дает 38 молекул АТФ из каждой молекулы сахара.
• Клетки, лишенные кислорода, но обычно не использующие анаэробное дыхание, такие как наши собственные мышечные клетки, могут оставлять конечные продукты гликолиза на месте, получая только два АТФ на молекулу сахара, которую они расщепляют.Это неэффективный метод получения энергии путем дыхания.
• Клетки, созданные для анаэробного дыхания, такие как многие виды бактерий, могут продолжать цепь переноса электронов, чтобы извлекать больше энергии из конечных продуктов гликолиза.

После гликолиза клетки, которые не используют кислород для дыхания, но переходят к цепи транспорта электронов, могут использовать другой акцептор электронов, такой как сульфат или нитрат, для ускорения реакции.

Эти процессы представляют собой тип анаэробного дыхания, называемый «ферментацией».«Некоторые типы реакций ферментации производят спирт и углекислый газ. Так делают алкогольные напитки и хлеб.

Аэробное дыхание, с другой стороны, отправляет пируват, оставшийся от гликолиза, по совершенно другому химическому пути, этапы которого подробно обсуждаются ниже.

Шаги аэробного дыхания

Общее уравнение

Уравнение аэробного дыхания описывает реагенты и продукты всех его стадий, включая гликолиз.Это уравнение:

1 глюкоза + 6 O ₂ → 6 CO ₂ + 6 H ₂ O + 38 ATP

Таким образом, 1 молекула шестиуглеродной глюкозы и 6 молекул кислорода равны превращается в 6 молекул углекислого газа, 6 молекул воды и 38 молекул АТФ. Реакции аэробного дыхания можно разбить на четыре стадии, описанные ниже.

Гликолиз

Гликолиз — это первая стадия аэробного дыхания, происходящая в цитоплазме клетки.Он включает в себя расщепление 1 молекулы шестиуглеродного сахара на 2 молекулы трехуглеродного пирувата. Этот процесс создает две молекулы АТФ.

Общее уравнение выглядит следующим образом:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 2 ADP + 2 PI + 2 NAD ⁺ → 2 пируват + 2 ATP + 2 NADH + 2 H ⁺ + 2 H ₂ O

Этот процесс уменьшает кофактор NAD ⁺ до NADH. Это важно, так как позже в процессе клеточного дыхания НАДН будет стимулировать образование гораздо большего количества АТФ через цепь переноса электронов митохондрий.

На следующем этапе пируват перерабатывается, чтобы превратить его в топливо для цикла лимонной кислоты, используя процесс окислительного декарбоксилирования.

Окислительное декарбоксилирование пирувата

2 (Пируват ^— + кофермент A + NAD ⁺ → Ацетил-КоА + CO ₂ + NADH)

Окислительное декарбоксилирование, иногда называемое реакцией перехода реакция, является связующим звеном между гликолизом и циклом лимонной кислоты.Пируват переносится в митохондриальный матрикс через белок, известный как пируваттранслоказа. Здесь пируват объединяется с коферментом А для высвобождения молекулы диоксида углерода и образования ацетил-КоА.

Эта реакция перехода важна, потому что ацетил-КоА является идеальным топливом для цикла лимонной кислоты, который, в свою очередь, может приводить в действие процесс окислительного фосфорилирования в митохондриях, который производит огромное количество АТФ.

В этой реакции также образуется больше НАДН. Это означает больше топлива для создания большего количества АТФ позже в процессе клеточного дыхания.

Цикл лимонной кислоты

Этапы цикла лимонной кислоты (цикл Кребса)

Цикл лимонной кислоты, также называемый циклом трикарбоновой кислоты или циклом Кребса, представляет собой серию окислительно-восстановительных реакций, которые начинаются с ацетил-КоА. Эти реакции происходят в матриксе митохондрий эукариотических клеток. В прокариотических клетках это происходит в цитоплазме. Общая реакция выглядит следующим образом:

2 (АЦЕТИЛ COA + 3 NAD ⁺ + FAD + ADP + PI → CO ₂ + 3 NADH + FADH ₂ + ATP + H ⁺ + COENZYME A)

Реакция происходит дважды для каждой молекулы глюкозы, так как есть два пирувата и, следовательно, две молекулы ацетил-КоА, генерируемые для входа в цикл лимонной кислоты.

Создаются как НАДН, так и ФАДН ₂ — еще один переносчик электронов в цепи переноса электронов. Все NADH и FADH ₂ , созданные на предыдущих этапах, теперь участвуют в процессе окислительного фосфорилирования.

Таким образом, для каждого цикла цикла два атома углерода вступают в реакцию в форме ацетил-КоА. Они производят две молекулы углекислого газа. В результате реакции образуются три молекулы НАДН и одна молекула ФАДН. Производится одна молекула АТФ.

Окислительное фосфорилирование

Окислительное фосфорилирование является первичным этапом аэробного дыхания, обеспечивающим энергию. Он использует складчатые мембраны митохондрий клетки для производства огромного количества АТФ.

34 (ADP + PI + NADH + 1/2 O ₂ + 2H ⁺ → ATP + NAD ⁺ + 2 H ₂ O)

В этом процессе NADH и FADH ₂ жертвуют электроны, полученные из глюкозы на предыдущих этапах клеточного дыхания, в цепь переноса электронов в мембране митохондрий.

Цепь переноса электронов состоит из ряда белковых комплексов, встроенных в митохондриальную мембрану, включая комплекс I, Q, комплекс III, цитохром C и комплекс IV.

Все они в конечном итоге служат для передачи электронов с более высоких уровней энергии на более низкие, собирая энергию, выделяемую в процессе. Эта энергия используется для питания протонных насосов, которые способствуют образованию АТФ.

Так же, как натрий-калиевый насос клеточной мембраны, протонные насосы митохондриальной мембраны используются для создания градиента концентрации, который может использоваться для питания других процессов.

Протоны, которые переносятся через мембрану с использованием энергии, собранной из НАДН и ФАДН ₂ «хотят» пройти через канальные белки из области их высокой концентрации в область их низкой концентрации.

В частности, канальные белки представляют собой синтез АТФ, то есть ферменты, производящие АТФ. Когда протоны проходят через АТФ-синтазу, они управляют образованием АТФ.

Из-за этого процесса митохондрии называют «электростанциями клетки.«Электронная транспортная цепь митохондрий составляет около 90% всего АТФ, производимого клеткой при расщеплении пищи.

Это также этап, на котором требуется кислород. Без молекул кислорода, принимающих обедненные электроны в конце цепи переноса электронов, электроны будут резервировать, и процесс создания АТФ не сможет продолжаться.

Процесс окислительного фосфорилирования

Аэробное дыхание и потеря веса

Аэробное дыхание — это процесс, с помощью которого многие клетки, в том числе наши собственные, производят энергию, используя пищу и кислород.Это также приводит к образованию углекислого газа, от которого наше тело должно избавиться.

Аэробное дыхание — вот почему нам нужны и пища, и кислород, поскольку оба они необходимы для выработки АТФ, который позволяет нашим клеткам функционировать. Мы вдыхаем O ₂ и выдыхаем такое же количество молекул CO ₂ . Откуда взялся атом углерода? Он поступает из пищи, такой как сахар и жир, которую вы съели.

По этой же причине вы дышите тяжелее и быстрее, выполняя упражнения по сжиганию калорий.Ваше тело использует кислород и сахар с большей скоростью, чем обычно, и производит больше АТФ для питания ваших клеток, а также больше отходов CO ₂ .

Хотя наши клетки обычно используют кислород для дыхания, когда мы используем АТФ быстрее, чем доставляем молекулы кислорода к нашим клеткам, наши клетки могут выполнять анаэробное дыхание для удовлетворения своих потребностей в течение нескольких минут.

Интересный факт: накопление лактата в результате анаэробного дыхания — одна из причин, по которой мышцы могут болеть после интенсивных упражнений!

Накопление молочной кислоты в результате анаэробного дыхания может вызвать боль после интенсивных упражнений.

Функция аэробного дыхания

Аэробное дыхание дает энергию для подпитки всех клеточных процессов.В результате реакций образуется АТФ, который затем используется для обеспечения других функций жизнеобеспечения, включая рост, восстановление и поддержание. Например, АТФ приводит в действие натриево-калиевый насос, который позволяет нам двигаться, думать и воспринимать окружающий мир. АТФ поддерживает действие многих ферментов и действия бесчисленного множества других белков, поддерживающих жизнь!

Викторина

Библиография

Показать / скрыть

1. Berg, J.М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. Биохимия. 5-е издание. Нью-Йорк: В. Х. Фриман; 2002. Раздел 18.6, Регуляция клеточного дыхания в первую очередь определяется потребностью в АТФ. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22448/
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Нью-Йорк: наука о гирляндах; 2002. Список литературы. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26903/
3. Dunn, J.И Грайдер, М. Х. Физиология, аденозинтрифосфат (АТФ) [Обновлено 15 января 2020 г.]. В: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2020 Янв. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK553175/

4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. Молекулярная клеточная биология. 4-е издание. Нью-Йорк: У. Х. Фриман; 2000. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21475/

Аэробная очистка сточных вод | Veolia Water Technologies UK

Мы предлагаем полный спектр систем аэробной очистки, которые производят высококачественные вторичные сточные воды из промышленных сточных вод или сточных вод.Наши технологии включают обычный активный ил, биопленочные реакторы с подвижным слоем (MBBR) и мембранные биореакторы (MBR).

Что такое аэробная очистка сточных вод?

Аэробная очистка сточных вод — это биологический процесс, в котором кислород используется для разложения органических загрязнителей и других загрязнителей, таких как азот и фосфор. Кислород непрерывно смешивается со сточными водами или сточными водами с помощью механического устройства аэрации, такого как воздуходувка или компрессор. Затем аэробные микроорганизмы питаются органическими веществами сточных вод, превращая их в двуокись углерода и биомассу, которые можно удалить.

Для чего используется аэробная очистка сточных вод?

Аэробная очистка обычно используется для очистки промышленных сточных вод, предварительно обработанных анаэробными процессами. Это обеспечивает полное разложение сточных вод и их безопасный сброс в соответствии со строгими экологическими нормами. Процессы аэробной очистки подходят для целого ряда отраслей, таких как пищевая, химическая и коммунальная.

Какие существуют системы аэробной очистки сточных вод?

Существует несколько различных технологий аэробной очистки сточных вод и сточных вод.К ним относятся:

• Обычный активный ил : органическое вещество расщепляется аэробными микроорганизмами в аэротенке. При этом образуются биологические хлопья (шлам), которые затем отделяются от очищенной воды в отстойнике.
• Биопленочный реактор с подвижным слоем (MBBR) : биопленка растет на пластиковых носителях, подвешенных и циркулирующих в аэротенке. Они удерживаются в резервуаре с помощью удерживающих сит.
• Мембранный биореактор (MBR) : передовая технология, сочетающая процесс активного ила с мембранной фильтрацией.

Каковы преимущества систем аэробной очистки сточных вод?

Аэробная очистка сточных вод — это стабильный, простой и эффективный процесс, позволяющий получать высококачественные вторичные сточные воды. Полученный осадок не имеет запаха и может быть продан как отличное сельскохозяйственное удобрение.

В сочетании с анаэробной обработкой системы аэробной обработки обеспечивают полное удаление загрязняющих и питательных веществ. Это означает, что ваши сточные воды можно безопасно сбрасывать без нарушения строгих экологических норм.