المحتوى
- البناء الضوئي
- كيف يعمل التمثيل الضوئي
- التنفس الخلوي
- دورة كريبس
- سلسلة نقل الإلكترون والفسفرة المؤكسدة
- التنفس الخلوي: عكس التمثيل الضوئي
التنفس الخلوي والتمثيل الضوئي هما في الأساس عمليات متعاكسة. التمثيل الضوئي هو العملية التي تصنع بها الكائنات الحية مركبات ذات طاقة عالية - جلوكوز السكر بشكل خاص - من خلال "التخفيض" الكيميائي لثاني أكسيد الكربون (CO)2). التنفس الخلوي ، من ناحية أخرى ، ينطوي على انهيار الجلوكوز والمركبات الأخرى من خلال "الأكسدة" الكيميائية. التمثيل الضوئي يستهلك CO2 وينتج الأكسجين. التنفس الخلوي يستهلك الأكسجين وينتج ثاني أكسيد الكربون2.
البناء الضوئي
في عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل الطاقة من الضوء إلى طاقة كيميائية للروابط بين الذرات التي تعالجها الطاقة داخل الخلايا. ظهرت عملية التمثيل الضوئي في الكائنات الحية قبل 3.5 مليار سنة ، وقد طورت آليات كيميائية حيوية وبيوفيزيائية معقدة ، ويحدث اليوم في النباتات والكائنات ذات الخلية الواحدة. بسبب التمثيل الضوئي ، يحتوي الغلاف الجوي للأرض والبحار على الأكسجين.
كيف يعمل التمثيل الضوئي
في التمثيل الضوئي ، CO2 وتستخدم أشعة الشمس لإنتاج الجلوكوز (السكر) والأكسجين الجزيئي (O2). يحدث هذا التفاعل من خلال عدة خطوات على مرحلتين: مرحلة الضوء والمرحلة المظلمة.
في المرحلة الضوئية ، تعمل الطاقة الناتجة عن الضوء على تفاعل ردود الفعل التي تقسم الماء لتحرر الأكسجين. في هذه العملية ، يتم تشكيل جزيئات عالية الطاقة ، ATP و NADPH. الروابط الكيميائية في هذه المركبات تخزن الطاقة. الأكسجين هو نتيجة ثانوية ، وهذه المرحلة من التمثيل الضوئي هي عكس الفسفرة المؤكسدة لعملية التنفس الخلوي ، التي نوقشت أدناه ، والتي يتم فيها استهلاك الأكسجين.
تُعرف المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي أيضًا باسم دورة كالفن. في هذه المرحلة ، التي تستخدم منتجات المرحلة الخفيفة ، CO2 يستخدم لصنع السكر ، الجلوكوز.
التنفس الخلوي
التنفس الخلوي هو الانهيار الكيميائي الحيوي للركيزة من خلال الأكسدة ، حيث يتم نقل الإلكترونات من الركيزة إلى "متقبل الإلكترون" ، والذي يمكن أن يكون أي من مجموعة متنوعة من المركبات ، أو ذرات الأكسجين. إذا كانت الركيزة عبارة عن مركب يحتوي على الكربون والأكسجين ، مثل الجلوكوز وثاني أكسيد الكربون (CO2) يتم إنتاجه من خلال تحلل السكر ، وانهيار الجلوكوز.
انحلال السكر ، الذي يحدث في السيتوبلازم في الخلية ، ينكسر الجلوكوز إلى البيروفات ، وهو مركب "مؤكسد" أكثر. في حالة وجود كمية كافية من الأكسجين ، تنتقل البيروفات إلى عضيات متخصصة تسمى الميتوكوندريا. هناك ، يتم تقسيمها إلى خلات و CO2. CO2 اطلق سراحه. يدخل الأسيتات في نظام تفاعل يعرف باسم دورة كريبس.
دورة كريبس
في دورة كريبس ، يتم تفكيك الأسيتات بشكل أكبر بحيث يتم إطلاق ذرات الكربون المتبقية على أنها ثاني أكسيد الكربون2. هذا هو عكس جانب واحد من التمثيل الضوئي ، ملزمة من الكربون من CO2 معا لصنع السكر. بالإضافة إلى CO2يستخدم كل من دورة كريبس وتحلل السكر الطاقة من الروابط الكيميائية للركائز (مثل الجلوكوز) لتشكيل مركبات عالية الطاقة مثل ATP و GTP ، والتي تستخدمها أنظمة الخلايا. ويتم إنتاجها أيضًا بمركبات منخفضة الطاقة ومخفضة: NADH و FADH2. هذه المركبات هي الوسيلة التي يتم من خلالها نقل الإلكترونات ، التي تحتفظ بالطاقة المستمدة في البداية من الجلوكوز أو مركب غذائي آخر ، إلى العملية التالية ، التي تسمى سلسلة نقل الإلكترون.
سلسلة نقل الإلكترون والفسفرة المؤكسدة
في سلسلة نقل الإلكترون ، التي توجد في الخلايا الحيوانية في الغالب على الأغشية الداخلية للميتوكوندريا ، تستخدم منتجات مخفضة مثل NADH و FADH2 لإنشاء تدرج بروتوني - خلل في تركيز ذرات الهيدروجين غير المبررة على جانب واحد من غشاء مقابل الآخر. يقود التدرج البروتوني بدوره إنتاج المزيد من ATP ، في عملية تسمى الفسفرة المؤكسدة.
التنفس الخلوي: عكس التمثيل الضوئي
بشكل عام ، يشمل التركيب الضوئي تنشيط الإلكترونات بالطاقة الضوئية لتقليل (إضافة الإلكترونات إلى) ثاني أكسيد الكربون لبناء مركب أكبر (الجلوكوز) ، وإنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي. التنفس الخلوي ، من ناحية أخرى ، ينطوي على سحب الإلكترونات من الركيزة (الجلوكوز ، على سبيل المثال) ، وهو ما يعني الأكسدة ، وفي هذه الحالة تتحلل الطبقة التحتية بحيث يتم إطلاق ذرات الكربون في صورة ثاني أكسيد الكربون ، بينما يتم استهلاك الأكسجين . وبالتالي ، فإن عملية التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي هما عمليتان متقابلتان تقريبًا.