Ֆոտոսինթեզը և շնչառությունը կյանքի հիմքում ընկած երկու գործընթացներ են: Նրանք երկուսն էլ տեղի են ունենում խցում։ Առաջինը՝ բույսերի և որոշ բակտերիաների, երկրորդը՝ կենդանիների և բույսերի, և սնկերի և բակտերիալների մոտ։
Կարելի է ասել, որ բջջային շնչառությունը և ֆոտոսինթեզը հակադիր գործընթացներ են։ Սա մասամբ ճիշտ է, քանի որ առաջինը կլանում է թթվածինը և արտազատում ածխաթթու գազ, իսկ երկրորդն անում է հակառակը։ Այնուամենայնիվ, ճիշտ չէ նույնիսկ համեմատել այս երկու գործընթացները, քանի որ դրանք տեղի են ունենում տարբեր օրգանելներում՝ օգտագործելով տարբեր նյութեր։ Նպատակները, որոնց համար դրանք անհրաժեշտ են, նույնպես տարբեր են՝ սննդանյութեր ստանալու համար անհրաժեշտ է ֆոտոսինթեզ, իսկ էներգիա ստանալու համար անհրաժեշտ է բջջային շնչառություն։
Ֆոտոսինթեզ. որտեղ և ինչպես է դա տեղի ունենում:
Սա քիմիական ռեակցիա է, որն ուղղված է անօրգանականից օրգանական նյութեր ստանալուն։ Ֆոտոսինթեզի հոսքի նախապայմանն արևի լույսի առկայությունն է, քանի որ դրա էներգիան գործում է որպես կատալիզատոր:
Բույսերի ֆոտոսինթեզի հատկանիշը կարելի է արտահայտել հետևյալ հավասարմամբ՝
- 6CO2 + 6H2O=C6H 12 O6 +6O2.
Այսինքն՝ ածխածնի երկօքսիդի վեց մոլեկուլից և նույնքան ջրի մոլեկուլներից արևի լույսի առկայության դեպքում բույսը կարող է ստանալ մեկ մոլեկուլ գլյուկոզա և վեց թթվածին։
Սա ֆոտոսինթեզի ամենապարզ օրինակն է: Բացի գլյուկոզայից, բույսերը կարող են սինթեզել այլ, ավելի բարդ ածխաջրեր, ինչպես նաև այլ դասերի օրգանական նյութեր:
Ահա անօրգանական միացություններից ամինաթթվի արտադրության օրինակ՝
- 6SO2 + 4H2O + 2SO42 - + 2NO3- + 6H+=2C 3H7O2NS + 13Օ2.
Ինչպես տեսնում եք, ածխաթթու գազի վեց մոլեկուլներից, չորս մոլեկուլ ջուր, երկու սուլֆատ իոն, երկու նիտրատ և վեց ջրածնի իոն, երկու ցիստեինի մոլեկուլ և տասներեք թթվածնի մոլեկուլ կարելի է ստանալ արեգակնային էներգիայի միջոցով:
Ֆոտոսինթեզի գործընթացը տեղի է ունենում հատուկ օրգանելներում՝ քլորոպլաստներում։ Դրանք պարունակում են պիգմենտ քլորոֆիլ, որը հանդես է գալիս որպես քիմիական ռեակցիաների կատալիզատոր: Նման օրգանելները հանդիպում են միայն բույսերի բջիջներում։
Քլորոպլաստի կառուցվածք
Սա օրգանոիդ է, որն ունի երկարաձգված գնդակի ձև: Քլորոպլաստի չափը սովորաբար 4-6 միկրոն է, սակայն որոշ ջրիմուռների բջիջներում կարելի է գտնել հսկա պլաստիդներ՝ քրոմատոֆորներ, որոնց չափերը հասնում են 50 միկրոն։
Այս օրգանոիդը պատկանում է երկթաղանթին։ Այն շրջապատված է արտաքին և ներքին պատյաններով։ Նրանք միմյանցից բաժանված են միջմեմբրանային տարածությամբ։
Քլորոպլաստի ներքին միջավայրը կոչվում է «ստրոմա»: Այն պարունակում է թիլաոիդներ և լամելաներ։
Թիլակոիդները թաղանթների հարթ սկավառակաձև պարկեր են, որոնք պարունակում են քլորոֆիլ: Այստեղ տեղի է ունենում ֆոտոսինթեզ: Հավաքվելով կույտերով՝ թիլաոիդները ձևավորում են գրանա։ Թիլակոիդների քանակը մեկ գրանայում կարող է տատանվել 3-ից մինչև 50:
Լամելաները թաղանթներով ձևավորված կառուցվածքներ են: Դրանք ճյուղավորված ալիքների ցանց են, որոնց հիմնական գործառույթը հացահատիկների միջև հաղորդակցություն ապահովելն է։
Քլորոպլաստները պարունակում են նաև իրենց սեփական ռիբոսոմները, որոնք անհրաժեշտ են սպիտակուցների սինթեզի համար, և իրենց սեփական ԴՆԹ և ՌՆԹ: Բացի այդ, կարող են լինել ընդգրկումներ, որոնք բաղկացած են պահուստային սննդանյութերից, հիմնականում՝ օսլայից:
Բջջային շնչառություն
Այս գործընթացի մի քանի տեսակներ կան: Կա անաէրոբ և աերոբ բջջային շնչառություն: Առաջինը բնորոշ է բակտերիաներին. Անաէրոբ շնչառությունը մի քանի տեսակի է՝ նիտրատ, սուլֆատ, ծծմբային, երկաթ, կարբոնատ, ֆումարատ։ Նման գործընթացները թույլ են տալիս բակտերիաներին էներգիա ստանալ առանց թթվածնի օգտագործման։
Աերոբ բջջային շնչառությունը բնորոշ է բոլոր մյուս օրգանիզմներին, ներառյալ կենդանիներին և բույսերին: Այն առաջանում է թթվածնի մասնակցությամբ։
Կենդանական աշխարհի ներկայացուցիչների մոտ բջջային շնչառությունը տեղի է ունենում հատուկ օրգանելներում։ Դրանք կոչվում են միտոքոնդրիա: Բույսերի մեջ բջջային շնչառությունը տեղի է ունենում նաև միտոքոնդրիումներում։
Քայլեր
Բջջային շնչառությունը տեղի է ունենում երեք փուլով.
- Նախապատրաստական փուլ.
- Գլիկոլիզ(անաէրոբ պրոցես, թթվածին չի պահանջում):
- Օքսիդացում (աէրոբ փուլ).
Նախապատրաստական փուլ
Առաջին փուլն այն է, որ մարսողական համակարգի բարդ նյութերը բաժանվում են ավելի պարզների: Այսպիսով, ամինաթթուները ստացվում են սպիտակուցներից, ճարպաթթուները և գլիցերինը՝ լիպիդներից, իսկ գլյուկոզը՝ բարդ ածխաջրերից։ Այս միացությունները տեղափոխվում են բջիջ, այնուհետև անմիջապես միտոքոնդրիաներ։
Գլիկոլիզ
Դա կայանում է նրանում, որ ֆերմենտների ազդեցության տակ գլյուկոզան տրոհվում է պիրուվիթթվի և ջրածնի ատոմների: Սա արտադրում է ATP (ադենոզին տրիֆոսֆորական թթու): Այս գործընթացը կարող է արտահայտվել հետևյալ հավասարմամբ՝
- C6N12O6=2C3H3O3 + 4H + 2ATP.
Այսպիսով, գլյուկոզայի մեկ մոլեկուլից գլիկոլիզի գործընթացում մարմինը կարող է ստանալ երկու մոլեկուլ ATP:
Օքսիդացում
Այս փուլում գլիկոլիզի ընթացքում առաջացած պիրուվիկ թթուն ֆերմենտների ազդեցությամբ փոխազդում է թթվածնի հետ, որի արդյունքում առաջանում են ածխաթթու գազ և ջրածնի ատոմներ։ Այս ատոմներն այնուհետև տեղափոխվում են քրիստոնեներ, որտեղ դրանք օքսիդացվում են՝ ձևավորելով ջուր և 36 ATP մոլեկուլներ։
Այսպիսով, բջջային շնչառության գործընթացում ձևավորվում է ընդհանուր առմամբ 38 ATP մոլեկուլ՝ 2-ը երկրորդ փուլում և 36-ը՝ երրորդում։ Ադենոզին տրիֆոսֆորական թթուն էներգիայի հիմնական աղբյուրն է, որը միտոքոնդրիաները մատակարարում են բջիջին:
Կառուցվածքմիտոքոնդրիա
Օրգանիլները, որոնցում տեղի է ունենում շնչառություն, հայտնաբերված են կենդանիների, բույսերի և սնկային բջիջներում: Դրանք գնդաձև են և մոտ 1 միկրոն չափերով։
Միտոքոնդրիումները, ինչպես քլորոպլաստները, ունեն երկու թաղանթ, որոնք բաժանված են միջմեմբրանային տարածությամբ: Այն, ինչ կա այս օրգանոիդի թաղանթների ներսում, կոչվում է մատրիցա: Այն պարունակում է ռիբոսոմներ, միտոքոնդրիալ ԴՆԹ (mtDNA) և mtRNA: Մատրիցը ենթարկվում է գլիկոլիզին և օքսիդացման առաջին փուլին:
Ներքին թաղանթից առաջանում են սանրման ծալքեր։ Նրանք կոչվում են cristae: Այստեղ տեղի է ունենում բջջային շնչառության երրորդ փուլի երկրորդ փուլը։ Դրա ընթացքում ձևավորվում են ATP մոլեկուլների մեծ մասը։
Երկթաղանթային օրգանելների ծագումը
Գիտնականներն ապացուցել են, որ ֆոտոսինթեզ և շնչառություն ապահովող կառույցները բջջում հայտնվել են սիմբիոգենեզի միջոցով։ Այսինքն՝ ժամանակին նրանք առանձին օրգանիզմներ էին։ Սա բացատրում է, թե ինչու և՛ միտոքոնդրիան, և՛ քլորոպլաստներն ունեն իրենց սեփական ռիբոսոմները՝ ԴՆԹ և ՌՆԹ։
