Περιεχόμενο
- Φωτοσύνθεση
- Πώς λειτουργεί η Φωτοσύνθεση
- Κυτταρική αναπνοή
- Ο κύκλος του Krebs
- Ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς και οξειδωτική φωσφορυλίωση
- Κυτταρική αναπνοή: Το αντίθετο της φωτοσύνθεσης
Η κυτταρική αναπνοή και η φωτοσύνθεση είναι ουσιαστικά αντίθετες διαδικασίες. Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία οι οργανισμοί παράγουν ενώσεις υψηλής ενέργειας - συγκεκριμένα τη γλυκόζη του σακχάρου - μέσω της χημικής «μείωσης» του διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Η κυτταρική αναπνοή, από την άλλη πλευρά, περιλαμβάνει τη διάσπαση της γλυκόζης και άλλων ενώσεων μέσω της χημικής "οξείδωσης". Η φωτοσύνθεση καταναλώνει CO2 και παράγει οξυγόνο. Η κυτταρική αναπνοή καταναλώνει οξυγόνο και παράγει CO2.
Φωτοσύνθεση
Στη φωτοσύνθεση, η ενέργεια από το φως μετατρέπεται σε χημική ενέργεια δεσμών μεταξύ ατόμων που επεξεργάζονται ενέργεια μέσα στα κύτταρα. Η φωτοσύνθεση εμφανίστηκε σε οργανισμούς πριν από 3.5 δισεκατομμύρια χρόνια, έχει εξελιχθεί σε περίπλοκους βιοχημικούς και βιοφυσικούς μηχανισμούς και σήμερα εμφανίζεται σε φυτά και μονοκύτταρους οργανισμούς. Λόγω της φωτοσύνθεσης, η ατμόσφαιρα της Γης και οι θάλασσες περιέχουν οξυγόνο.
Πώς λειτουργεί η Φωτοσύνθεση
Στη φωτοσύνθεση, η CO2 και το φως του ήλιου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή γλυκόζης (ζάχαρης) και μοριακού οξυγόνου (O2). Αυτή η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε διάφορα στάδια σε δύο στάδια: την φάση φωτός και τη σκοτεινή φάση.
Στη φάση του φωτός, η ενέργεια από τις αντιδράσεις φωτός εξουσιών που χωρίζουν το νερό για να απελευθερώσει το οξυγόνο. Στη διαδικασία σχηματίζονται μόρια υψηλής ενέργειας, ΑΤΡ και NADPH. Οι χημικοί δεσμοί σε αυτές τις ενώσεις αποθηκεύουν την ενέργεια. Το οξυγόνο είναι ένα υποπροϊόν και αυτή η φάση φωτοσύνθεσης είναι το αντίθετο της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης της διαδικασίας κυτταρικής αναπνοής, που περιγράφεται παρακάτω, στην οποία καταναλώνεται οξυγόνο.
Η σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης είναι επίσης γνωστή ως Κύκλος Calvin. Σε αυτή τη φάση, η οποία χρησιμοποιεί τα προϊόντα της ελαφριάς φάσης, CO2 χρησιμοποιείται για να κάνει τη ζάχαρη, τη γλυκόζη.
Κυτταρική αναπνοή
Η κυτταρική αναπνοή είναι η βιοχημική διάσπαση ενός υποστρώματος μέσω οξείδωσης, όπου τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το υπόστρωμα σε έναν "αποδέκτη ηλεκτρονίων", ο οποίος μπορεί να είναι οποιοσδήποτε από μια ποικιλία ενώσεων ή άτομα οξυγόνου. Εάν το υπόστρωμα είναι μια ένωση που περιέχει άνθρακα και οξυγόνο, όπως γλυκόζη, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) παράγεται μέσω γλυκόλυσης, η κατανομή της γλυκόζης.
Η γλυκόλυση, η οποία λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου, διαλύει τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό, μια περισσότερο "οξειδωμένη" ένωση. Εάν υπάρχει αρκετό οξυγόνο, το πυροσταφυλικό προϊόν μετακινείται σε εξειδικευμένα οργανίδια που ονομάζονται μιτοχόνδρια. Εκεί, κατανέμεται σε οξικό και CO2. Η συνεργασία2 απελευθερώνεται. Το οξικό άλας εισέρχεται σε ένα σύστημα αντίδρασης γνωστό ως Κύκλος Krebs.
Ο κύκλος του Krebs
Στον Κύκλο Krebs, το οξικό αναλύεται περαιτέρω, έτσι ώστε τα υπόλοιπα άτομα άνθρακα να απελευθερώνονται ως CO2. Αυτό είναι αντίθετο μιας πτυχής της φωτοσύνθεσης, η δέσμευση των ανθράκων από την CO2 μαζί για να κάνουν ζάχαρη. Εκτός από το CO2, ο κύκλος Krebs και η γλυκόλυση χρησιμοποιούν ενέργεια από τους χημικούς δεσμούς των υποστρωμάτων (όπως η γλυκόζη) για να σχηματίσουν ενώσεις υψηλής ενέργειας όπως το ATP και το GTP, οι οποίες χρησιμοποιούνται από συστήματα κυττάρων. Παράγονται επίσης υψηλής έντασης, μειωμένες ενώσεις: NADH και FADH2. Αυτές οι ενώσεις είναι τα μέσα με τα οποία τα ηλεκτρόνια, τα οποία συγκρατούν την ενέργεια που προέρχεται αρχικά από γλυκόζη ή άλλη ένωση τροφίμων, μεταφέρονται στην επόμενη διαδικασία, που ονομάζεται αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.
Ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς και οξειδωτική φωσφορυλίωση
Στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, η οποία στα ζωικά κύτταρα βρίσκεται κυρίως στις εσωτερικές μεμβράνες των μιτοχονδρίων, χρησιμοποιούνται μειωμένα προϊόντα όπως το NADH και το FADH2 για να δημιουργηθεί μια βαθμίδα πρωτονίων - μια ανισορροπία στη συγκέντρωση των μη ζευγαρωμένων ατόμων υδρογόνου στη μία πλευρά του μεμβράνη έναντι του άλλου. Η βαθμίδα πρωτονίων, με τη σειρά της, οδηγεί στην παραγωγή περισσότερων ΑΤΡ, σε μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση.
Κυτταρική αναπνοή: Το αντίθετο της φωτοσύνθεσης
Συνολικά, η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει την ενεργοποίηση των ηλεκτρονίων από την ενέργεια του φωτός για να μειώσει (προσθέστε ηλεκτρόνια σε) CO2 για να δημιουργηθεί μια μεγαλύτερη ένωση (γλυκόζη), παράγοντας το οξυγόνο ως υποπροϊόν. Η κυτταρική αναπνοή, από την άλλη πλευρά, συνεπάγεται τη λήψη ηλεκτρονίων μακριά από ένα υπόστρωμα (για παράδειγμα γλυκόζη), δηλαδή την οξείδωση, και στη διαδικασία το υπόστρωμα αποικοδομείται έτσι ώστε τα άτομα άνθρακα να απελευθερώνονται ως CO2, ενώ το οξυγόνο καταναλώνεται . Έτσι, η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή είναι σχεδόν αντίθετες με τις βιοχημικές διεργασίες.