Kuidas toimub rakkude hingamine ja fotosüntees peaaegu vastandprotsessid?

Sisu

• Fotosüntees
• Kuidas fotosüntees töötab
• Rakuhingamine
• Krebsi tsükkel
• Elektronide transpordiahel ja oksüdatiivne fosforüülimine
• Rakuline hingamine: fotosünteesi vastand

Rakkude hingamine ja fotosüntees on põhimõtteliselt vastupidised protsessid. Fotosüntees on protsess, mille käigus organismid tekitavad süsinikdioksiidi (CO₂). Rakuline hingamine seevastu hõlmab glükoosi ja muude ühendite lagunemist keemilise "oksüdeerimise" kaudu. Fotosüntees tarbib CO-d₂ ja toodab hapnikku. Rakuline hingamine tarbib hapnikku ja tekitab CO₂.

Fotosüntees

Fotosünteesis muundatakse valguse energia aatomite vaheliste sidemete keemiliseks energiaks, mis töötavad rakkudes. Fotosüntees tekkis organismides 3,5 miljardit aastat tagasi, selles on arenenud keerukad biokeemilised ja biofüüsikalised mehhanismid ning tänapäeval toimub see taimedes ja üherakulistes organismides. Maa atmosfäär ja mered sisaldavad fotosünteesi hapnikku.

Kuidas fotosüntees töötab

Fotosünteesis CO₂ ja päikesevalgust kasutatakse glükoosi (suhkur) ja molekulaarse hapniku (O.) tootmiseks₂). See reaktsioon toimub mitmes etapis kahes etapis: kerge faas ja tume faas.

Valgusfaasis annab valguse energia reaktsioonidele, mis eraldavad vett hapniku eraldamiseks. Selle käigus moodustuvad suure energiatarbimisega molekulid ATP ja NADPH. Nendes ühendites olevad keemilised sidemed salvestavad energiat. Hapnik on kõrvalsaadus ja see fotosünteesi faas on vastupidine allpool käsitletud rakulise hingamisprotsessi oksüdatiivsele fosforüülimisele, milles hapnik kulub.

Fotosünteesi tumedat faasi nimetatakse ka Calvini tsükliks. Selles faasis, mis kasutab kerge faasi tooteid, CO₂ kasutatakse suhkru, glükoosi valmistamiseks.

Rakuhingamine

Rakuline hingamine on substraadi biokeemiline lagunemine oksüdeerimise teel, mille käigus elektronid kantakse substraadist üle "elektronaktseptoriks", mis võib olla ükskõik milline mitmesugustest ühenditest või hapnikuaatomitest. Kui substraadiks on süsinikku ja hapnikku sisaldav ühend, näiteks glükoos, süsinikdioksiid (CO₂) toodetakse glükolüüsi ehk glükoosi lagunemise kaudu.

Raku tsütoplasmas toimuv glükolüüs lagundab glükoosi püruvaadiks, mis on rohkem "oksüdeerunud" ühend. Kui hapnikku on piisavalt, liigub püruvaat spetsialiseerunud organellidesse, mida nimetatakse mitokondriteks. Seal jaotatakse see atsetaadiks ja CO-ks₂. CO₂ vabastatakse. Atsetaat siseneb Krebsi tsüklis tuntud reaktsioonisüsteemi.

Krebsi tsükkel

Krebsi tsüklis lagundatakse atsetaat veelgi, nii et selle ülejäänud süsinikuaatomid eralduvad CO-na₂. See on vastupidine fotosünteesi ühele aspektile, milleks on süsiniku sidumine CO-st₂ koos suhkru valmistamiseks. Lisaks CO₂, Krebsi tsükkel ja glükolüüs kasutavad substraatide keemilistest sidemetest (näiteks glükoosist) saadavat energiat, et moodustada ülienergilisi ühendeid nagu ATP ja GTP, mida rakusüsteemid kasutavad. Samuti toodetakse ülienergilisi redutseeritud ühendeid: NADH ja FADH2. Need ühendid on vahendid, mille abil elektronid, mis hoiavad algselt glükoosist või muust toiduühendist saadud energiat, viiakse järgmisse protsessi, mida nimetatakse elektronide transpordiahelaks.

Elektronide transpordiahel ja oksüdatiivne fosforüülimine

Elektronrakkude ahelas, mis loomarakkudes paikneb enamasti mitokondrite sisemistel membraanidel, kasutatakse prootonigradiendi loomiseks redutseeritud tooteid nagu NADH ja FADH2 - tasakaalustamata vesinikuaatomite kontsentratsiooni tasakaalustamatust ühel küljel. membraan vs teine. Prootonigradient omakorda suurendab ATP tootmist protsessis, mida nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimiseks.

Rakuline hingamine: fotosünteesi vastand

Üldiselt hõlmab fotosüntees elektronide elektrienergiat valguse energia abil, mis vähendab (lisab elektronidele) CO2, et moodustada suurem ühend (glükoos), tootes kõrvalsaadusena hapnikku. Rakuline hingamine seevastu hõlmab elektronide eemaldamist substraadist (näiteks glükoosist), see tähendab oksüdeerumist, ja protsessis substraat laguneb nii, et selle süsinikuaatomid eralduvad CO2-na, samal ajal kui hapnik tarbitakse. . Seega on fotosüntees ja rakuhingamine peaaegu vastupidised biokeemilised protsessid.