فتوسنتز و تنفس دو فرآیندی هستند که زمینه ساز زندگی هستند. هر دو در یک سلول اتفاق می افتند. اولی - در گیاه و برخی باکتریها، دوم - در حیوانات و در گیاهان و در قارچها و در باکتریها.
می توان گفت که تنفس سلولی و فتوسنتز فرآیندهای متضاد هستند. این تا حدی درست است، زیرا اولی اکسیژن را جذب می کند و دی اکسید کربن آزاد می کند، در حالی که دومی برعکس عمل می کند. با این حال، حتی مقایسه این دو فرآیند نادرست است، زیرا آنها در اندامک های مختلف با استفاده از مواد مختلف رخ می دهند. اهداف مورد نیاز آنها نیز متفاوت است: فتوسنتز برای به دست آوردن مواد مغذی ضروری است، و تنفس سلولی برای تولید انرژی لازم است.
فتوسنتز: کجا و چگونه اتفاق می افتد؟
این یک واکنش شیمیایی با هدف به دست آوردن مواد آلی از غیر آلی است. یک پیش نیاز برای جریان فتوسنتز وجود نور خورشید است، زیرا انرژی آن به عنوان یک کاتالیزور عمل می کند.
ویژگی فتوسنتز گیاهان را می توان با معادله زیر بیان کرد:
- 6CO2 + 6H2O=C6H 12 O6 +6O2.
یعنی از شش مولکول دی اکسید کربن و به همان تعداد مولکول آب در مجاورت نور خورشید، یک گیاه می تواند یک مولکول گلوکز و شش اکسیژن دریافت کند.
این ساده ترین مثال فتوسنتز است. علاوه بر گلوکز، گیاهان می توانند کربوهیدرات های پیچیده تر و همچنین مواد آلی از طبقات دیگر را سنتز کنند.
در اینجا نمونه ای از تولید اسید آمینه از ترکیبات معدنی آورده شده است:
- 6SO2 + 4H2O + 2SO42 - + 2NO3- + 6H+=2C 3H7O2NS + 13O2.
همانطور که می بینید، از شش مولکول دی اکسید کربن، چهار مولکول آب، دو یون سولفات، دو یون نیترات و شش یون هیدروژن، دو مولکول سیستئین و سیزده مولکول اکسیژن می توان با استفاده از انرژی خورشیدی به دست آورد.
فرایند فتوسنتز در اندامک های خاص - کلروپلاست ها اتفاق می افتد. آنها حاوی رنگدانه کلروفیل هستند که به عنوان یک کاتالیزور برای واکنش های شیمیایی عمل می کند. چنین اندامک‌هایی فقط در سلول‌های گیاهی یافت می‌شوند.
ساختار کلروپلاست
این یک ارگانوئید است که شکل یک توپ دراز دارد. اندازه کلروپلاست معمولاً 4-6 میکرون است، اما در سلول های برخی از جلبک ها می توانید پلاستیدهای غول پیکر - کروماتوفورها را پیدا کنید که اندازه آنها به 50 میکرون می رسد.
این ارگانوئید متعلق به دو غشایی است. توسط پوسته های بیرونی و داخلی احاطه شده است. آنها توسط فضای بین غشایی از یکدیگر جدا می شوند.
محیط داخلی کلروپلاست "استروما" نامیده می شود. حاوی تیلاکوئید و لاملا است.
تیلاکوئیدها کیسه های دیسکی شکلی از غشاء هستند که حاوی کلروفیل هستند. اینجاست که فتوسنتز انجام می شود. تیلاکوئیدها با تجمع در انبوه، گرانا را تشکیل می دهند. تعداد تیلاکوئیدها در هر گرانا می تواند از 3 تا 50 متغیر باشد.
لامل ها ساختارهایی هستند که توسط غشاها تشکیل می شوند. آنها شبکه ای از کانال های منشعب هستند که وظیفه اصلی آنها ایجاد ارتباط بین دانه ها است.
کلروپلاست ها همچنین حاوی ریبوزوم های خاص خود هستند که برای سنتز پروتئین ها ضروری هستند و DNA و RNA خود را دارند. علاوه بر این، ممکن است مواد مغذی ذخیره‌ای، عمدتاً نشاسته، حاوی مواد مغذی باشد.
تنفس سلولی
انواع مختلفی از این فرآیند وجود دارد. تنفس سلولی بی هوازی و هوازی وجود دارد. اولی مشخصه باکتری است. تنفس بی هوازی چند نوع است: نیترات، سولفات، سولفوریک، آهن، کربنات، فومارات. چنین فرآیندهایی به باکتری ها اجازه می دهد تا بدون استفاده از اکسیژن انرژی بدست آورند.
تنفس سلولی هوازی مشخصه همه موجودات دیگر از جمله حیوانات و گیاهان است. با مشارکت اکسیژن رخ می دهد.
در نمایندگان جانوران، تنفس سلولی در اندامک های خاص رخ می دهد. آنها میتوکندری نامیده می شوند. در گیاهان، تنفس سلولی در میتوکندری نیز رخ می‌دهد.
مرحله
تنفس سلولی در سه مرحله انجام می شود:
- مرحله تدارکاتی.
- گلیکولیز(فرایند بی هوازی، نیازی به اکسیژن ندارد).
- اکسیداسیون (مرحله هوازی).
مرحله تدارکاتی
مرحله اول این است که مواد پیچیده در دستگاه گوارش به مواد ساده‌تر تجزیه می‌شوند. بنابراین اسیدهای آمینه از پروتئین ها، اسیدهای چرب و گلیسرول از لیپیدها و گلوکز از کربوهیدرات های پیچیده به دست می آیند. این ترکیبات به داخل سلول و سپس مستقیماً به میتوکندری منتقل می‌شوند.
گلیکولیز
در این واقعیت نهفته است که تحت تأثیر آنزیم ها، گلوکز به اسید پیروویک و اتم های هیدروژن تجزیه می شود. این ATP (آدنوزین تری فسفریک اسید) تولید می کند. این فرآیند را می توان با معادله زیر بیان کرد:
- C6N12O6=2C3H3O3 + 4H + 2ATP.
بنابراین، در فرآیند گلیکولیز از یک مولکول گلوکز، بدن می تواند دو مولکول ATP را به دست آورد.
اکسیداسیون
در این مرحله، اسید پیروویک که در حین گلیکولیز تشکیل می شود، تحت تأثیر آنزیم ها با اکسیژن واکنش می دهد و در نتیجه اتم های دی اکسید کربن و هیدروژن تشکیل می شود. این اتم‌ها سپس به کریستاها منتقل می‌شوند و در آنجا اکسید می‌شوند تا آب و 36 مولکول ATP را تشکیل دهند.
بنابراین، در فرآیند تنفس سلولی، در مجموع 38 مولکول ATP تشکیل می شود: 2 مولکول در مرحله دوم و 36 مولکول در مرحله سوم. آدنوزین تری فسفریک اسید منبع اصلی انرژی است که میتوکندری به سلول می‌رساند.
ساختارمیتوکندری
اندامک هایی که در آنها تنفس رخ می دهد در سلول های حیوانی، گیاهی و قارچی یافت می شوند. آنها کروی شکل و اندازه ای در حدود 1 میکرون دارند.
میتوکندری ها مانند کلروپلاست ها دارای دو غشا هستند که با یک فضای بین غشایی از هم جدا شده اند. آنچه در داخل پوسته های این ارگانوئید است ماتریکس نامیده می شود. حاوی ریبوزوم، DNA میتوکندری (mtDNA) و mtRNA است. ماتریکس تحت گلیکولیز و اولین مرحله اکسیداسیون قرار می گیرد.
چین های شانه مانند از غشای داخلی ایجاد می شود. آنها cristae نامیده می شوند. در اینجا مرحله دوم از مرحله سوم تنفس سلولی انجام می شود. در طی آن، بیشتر مولکول‌های ATP تشکیل می‌شوند.
منشا اندامک های دوغشایی
دانشمندان ثابت کرده اند که ساختارهایی که فتوسنتز و تنفس را فراهم می کنند از طریق همزیستی در سلول ظاهر شده اند. یعنی زمانی آنها موجودات جداگانه ای بودند. این توضیح می دهد که چرا هم میتوکندری ها و هم کلروپلاست ها ریبوزوم ها، DNA و RNA خاص خود را دارند.
