Η φωτοσύνθεση και η αναπνοή είναι δύο διαδικασίες που αποτελούν τη βάση της ζωής. Και οι δύο διαδραματίζονται σε ένα κελί. Το πρώτο - σε φυτά και μερικά βακτήρια, το δεύτερο - σε ζώα, και σε φυτά, και σε μύκητες και σε βακτήρια.
Μπορεί να ειπωθεί ότι η κυτταρική αναπνοή και η φωτοσύνθεση είναι αντίθετες διαδικασίες. Αυτό είναι εν μέρει σωστό, αφού το πρώτο απορροφά οξυγόνο και απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα, ενώ το δεύτερο κάνει το αντίθετο. Ωστόσο, είναι λάθος ακόμη και να συγκρίνουμε αυτές τις δύο διεργασίες, καθώς συμβαίνουν σε διαφορετικά οργανίδια χρησιμοποιώντας διαφορετικές ουσίες. Οι σκοποί για τους οποίους χρειάζονται είναι επίσης διαφορετικοί: η φωτοσύνθεση είναι απαραίτητη για τη λήψη θρεπτικών ουσιών και η κυτταρική αναπνοή είναι απαραίτητη για την παραγωγή ενέργειας.
Φωτοσύνθεση: πού και πώς συμβαίνει;
Πρόκειται για μια χημική αντίδραση που στοχεύει στη λήψη οργανικών ουσιών από ανόργανες. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη ροή της φωτοσύνθεσης είναι η παρουσία ηλιακού φωτός, αφού η ενέργειά του λειτουργεί ως καταλύτης.
Το χαρακτηριστικό της φωτοσύνθεσης των φυτών μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση:
- 6CO2 + 6H2O=C6H 12 O6 +6O2.
Δηλαδή, από έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα και τον ίδιο αριθμό μορίων νερού παρουσία ηλιακού φωτός, ένα φυτό μπορεί να πάρει ένα μόριο γλυκόζης και έξι οξυγόνο.
Αυτό είναι το απλούστερο παράδειγμα φωτοσύνθεσης. Εκτός από τη γλυκόζη, τα φυτά μπορούν να συνθέσουν άλλους, πιο σύνθετους υδατάνθρακες, καθώς και οργανικές ουσίες από άλλες κατηγορίες.
Ακολουθεί ένα παράδειγμα παραγωγής ενός αμινοξέος από ανόργανες ενώσεις:
- 6SO2 + 4H2O + 2SO42 - + 2NO3- + 6H+=2C 3H7O2NS + 13O2.
Όπως μπορείτε να δείτε, από έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα, τέσσερα μόρια νερού, δύο θειικά ιόντα, δύο ιόντα νιτρικών και έξι ιόντα υδρογόνου, δύο μόρια κυστεΐνης και δεκατρία μόρια οξυγόνου μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια.
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης συμβαίνει σε ειδικά οργανίδια - χλωροπλάστες. Περιέχουν τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη, η οποία δρα ως καταλύτης για χημικές αντιδράσεις. Τέτοια οργανίδια βρίσκονται μόνο στα φυτικά κύτταρα.
Δομή χλωροπλάστη
Πρόκειται για ένα οργανοειδές που έχει το σχήμα επιμήκους μπάλας. Το μέγεθος του χλωροπλάστη είναι συνήθως 4-6 μικρά, αλλά στα κύτταρα ορισμένων φυκών μπορείτε να βρείτε γιγάντια πλαστίδια - χρωματοφόρα, το μέγεθος των οποίων φτάνει τα 50 μικρά.
Αυτό το οργανοειδές ανήκει στις δύο μεμβράνες. Περιβάλλεται από εξωτερικά και εσωτερικά κελύφη. Χωρίζονται μεταξύ τους από τον ενδιάμεσο χώρο.
Το εσωτερικό περιβάλλον του χλωροπλάστη ονομάζεται «στρώμα». Περιέχει θυλακοειδή και ελάσματα.
Τα θυλακοειδή είναι επίπεδοι σάκοι μεμβρανών σε σχήμα δίσκου που περιέχουν χλωροφύλλη. Εδώ λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση. Συγκεντρώνονται σε σωρούς, τα θυλακοειδή σχηματίζουν grana. Ο αριθμός των θυλακοειδών ανά γκράνα μπορεί να κυμαίνεται από 3 έως 50.
Τα ελάσματα είναι δομές που σχηματίζονται από μεμβράνες. Είναι ένα δίκτυο διακλαδισμένων καναλιών, η κύρια λειτουργία του οποίου είναι να παρέχει επικοινωνία μεταξύ των κόκκων.
Οι χλωροπλάστες περιέχουν επίσης τα δικά τους ριβοσώματα, απαραίτητα για τη σύνθεση πρωτεϊνών, και το δικό τους DNA και RNA. Επιπλέον, μπορεί να υπάρχουν εγκλείσματα που αποτελούνται από εφεδρικά θρεπτικά συστατικά, κυρίως άμυλο.
Κυτταρική αναπνοή
Υπάρχουν διάφοροι τύποι αυτής της διαδικασίας. Υπάρχει αναερόβια και αερόβια κυτταρική αναπνοή. Το πρώτο είναι χαρακτηριστικό των βακτηρίων. Η αναερόβια αναπνοή είναι πολλών τύπων: νιτρική, θειική, θειική, σίδηρος, ανθρακικός, φουμαρικός. Τέτοιες διαδικασίες επιτρέπουν στα βακτήρια να αποκτούν ενέργεια χωρίς τη χρήση οξυγόνου.
Η αερόβια κυτταρική αναπνοή είναι χαρακτηριστική όλων των άλλων οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ζώων και των φυτών. Εμφανίζεται με τη συμμετοχή του οξυγόνου.
Σε εκπροσώπους της πανίδας, η κυτταρική αναπνοή εμφανίζεται σε ειδικά οργανίδια. Ονομάζονται μιτοχόνδρια. Στα φυτά, η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει επίσης στα μιτοχόνδρια.
Βήματα
Η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει σε τρία στάδια:
- Προπαρασκευαστικό στάδιο.
- Γλυκόλυση(αναερόβια διαδικασία, δεν απαιτεί οξυγόνο).
- Οξείδωση (αερόβιο στάδιο).
Προπαρασκευαστικό στάδιο
Το πρώτο στάδιο είναι ότι οι σύνθετες ουσίες στο πεπτικό σύστημα διασπώνται σε απλούστερες. Έτσι, τα αμινοξέα λαμβάνονται από τις πρωτεΐνες, τα λιπαρά οξέα και η γλυκερίνη από τα λιπίδια και η γλυκόζη από τους σύνθετους υδατάνθρακες. Αυτές οι ενώσεις μεταφέρονται στο κύτταρο και στη συνέχεια απευθείας στα μιτοχόνδρια.
Γλυκόλυση
Βρίσκεται στο γεγονός ότι υπό τη δράση των ενζύμων, η γλυκόζη διασπάται σε πυροσταφυλικό οξύ και άτομα υδρογόνου. Αυτό παράγει ATP (αδενοσινοτριφωσφορικό οξύ). Αυτή η διαδικασία μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση:
- C6N12O6=2C3H3O3 + 4H + 2ATP.
Έτσι, κατά τη διαδικασία της γλυκόλυσης από ένα μόριο γλυκόζης, το σώμα μπορεί να λάβει δύο μόρια ATP.
Οξείδωση
Σε αυτό το στάδιο, το πυροσταφυλικό οξύ που σχηματίζεται κατά τη γλυκόλυση αντιδρά με το οξυγόνο υπό τη δράση των ενζύμων, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ατόμων διοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Αυτά τα άτομα στη συνέχεια μεταφέρονται στους κρυστάλλους όπου οξειδώνονται για να σχηματίσουν νερό και 36 μόρια ATP.
Έτσι, στη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής, σχηματίζονται συνολικά 38 μόρια ATP: 2 στο δεύτερο στάδιο και 36 στο τρίτο. Το τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης είναι η κύρια πηγή ενέργειας που παρέχουν τα μιτοχόνδρια στο κύτταρο.
Δομήμιτοχόνδρια
Τα οργανίδια στα οποία λαμβάνει χώρα η αναπνοή βρίσκονται σε κύτταρα ζώων, φυτών και μυκήτων. Έχουν σφαιρικό σχήμα και μέγεθος περίπου 1 micron.
Τα μιτοχόνδρια, όπως και οι χλωροπλάστες, έχουν δύο μεμβράνες που χωρίζονται από έναν ενδιάμεσο χώρο. Αυτό που βρίσκεται μέσα στα κελύφη αυτού του οργανοειδούς ονομάζεται μήτρα. Περιέχει ριβοσώματα, μιτοχονδριακό DNA (mtDNA) και mtRNA. Η μήτρα υφίσταται γλυκόλυση και το πρώτο στάδιο οξείδωσης.
Σχηματίζονται πτυχές σαν χτένα από την εσωτερική μεμβράνη. Ονομάζονται cristae. Εδώ λαμβάνει χώρα το δεύτερο στάδιο του τρίτου σταδίου της κυτταρικής αναπνοής. Κατά τη διάρκεια αυτής, σχηματίζονται τα περισσότερα μόρια ATP.
Προέλευση των οργανιδίων διπλής μεμβράνης
Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι οι δομές που παρέχουν φωτοσύνθεση και αναπνοή εμφανίστηκαν στο κύτταρο μέσω της συμβιογένεσης. Κάποτε δηλαδή ήταν ξεχωριστοί οργανισμοί. Αυτό εξηγεί γιατί τόσο τα μιτοχόνδρια όσο και οι χλωροπλάστες έχουν τα δικά τους ριβοσώματα, DNA και RNA.
