Фотосинтезата и дишането са два процеса, които са в основата на живота. И двамата се провеждат в клетка. Първият - в растителни и някои бактериални, вторият - при животни, и в растения, и в гъби, и в бактериални.
Може да се каже, че клетъчното дишане и фотосинтезата са противоположни процеси. Това отчасти е правилно, тъй като първият абсорбира кислород и отделя въглероден диоксид, докато вторият прави обратното. Въпреки това е неправилно дори да се сравняват тези два процеса, тъй като те протичат в различни органели, използващи различни вещества. Целите, за които са необходими, също са различни: фотосинтезата е необходима за получаване на хранителни вещества, а клетъчното дишане е необходимо за производството на енергия.
Фотосинтеза: къде и как се случва?
Това е химична реакция, насочена към получаване на органични вещества от неорганични. Предпоставка за протичането на фотосинтезата е наличието на слънчева светлина, тъй като нейната енергия действа като катализатор.
Характеристиката на фотосинтезата на растенията може да бъде изразена със следното уравнение:
- 6CO2 + 6H2O=C6H 12 O6 +6O2.
Тоест, от шест молекули въглероден диоксид и същия брой молекули вода в присъствието на слънчева светлина, растението може да получи една молекула глюкоза и шест кислород.
Това е най-простият пример за фотосинтеза. В допълнение към глюкозата, растенията могат да синтезират други, по-сложни въглехидрати, както и органични вещества от други класове.
Ето пример за производството на аминокиселина от неорганични съединения:
- 6SO2 + 4H2O + 2SO42 - + 2NO3- + 6H+=2C 3H7O2NS + 13О2.
Както можете да видите, от шест молекули въглероден диоксид, четири молекули вода, два сулфатни йона, два нитратни йона и шест водородни йона, две цистеинови молекули и тринадесет кислородни молекули могат да бъдат получени с помощта на слънчева енергия.
Процесът на фотосинтеза протича в специални органели - хлоропласти. Те съдържат пигмента хлорофил, който действа като катализатор на химичните реакции. Такива органели се намират само в растителните клетки.
Хлоропластна структура
Това е органоид, който има формата на удължена топка. Размерът на хлоропласта обикновено е 4-6 микрона, но в клетките на някои водорасли можете да намерите гигантски пластиди - хроматофори, чийто размер достига 50 микрона.
Този органоид принадлежи към двумембранната. Той е заобиколен от външна и вътрешна обвивка. Те са разделени един от друг от междумембранното пространство.
Вътрешната среда на хлоропласта се нарича "строма". Съдържа тилакоиди и ламели.
Тилакоидите са плоски дискови торбички от мембрани, които съдържат хлорофил. Тук се извършва фотосинтезата. Събирайки се на купчини, тилакоидите образуват грана. Броят на тилакоидите на грана може да варира от 3 до 50.
Ламелите са структури, образувани от мембрани. Те са мрежа от разклонени канали, чиято основна функция е да осигуряват комуникация между зърната.
Хлоропластите също съдържат свои собствени рибозоми, необходими за синтеза на протеини, както и собствена ДНК и РНК. Освен това може да има включвания, състоящи се от резервни хранителни вещества, главно нишесте.
Клетъчно дишане
Има няколко вида на този процес. Има анаеробно и аеробно клетъчно дишане. Първият е характерен за бактериите. Анаеробното дишане е от няколко вида: нитратно, сулфатно, сярно, желязо, карбонатно, фумаратно. Такива процеси позволяват на бактериите да получават енергия без използване на кислород.
Аеробното клетъчно дишане е характерно за всички други организми, включително животни и растения. Това се случва с участието на кислород.
При представителите на фауната клетъчното дишане се осъществява в специални органели. Те се наричат митохондрии. При растенията клетъчното дишане се среща и в митохондриите.
Стъпки
Клетъчното дишане протича на три етапа:
- Подготвителен етап.
- Гликолиза(анаеробен процес, не изисква кислород).
- Окисление (аеробен етап).
Подготвителен етап
Първият етап е, че сложните вещества в храносмилателната система се разграждат на по-прости. Така аминокиселините се получават от протеини, мастни киселини и глицерол от липиди, а глюкоза от сложни въглехидрати. Тези съединения се транспортират в клетката и след това директно в митохондриите.
Гликолиза
Той се крие във факта, че под действието на ензими глюкозата се разгражда до пирогроздена киселина и водородни атоми. Това произвежда АТФ (аденозин трифосфорна киселина). Този процес може да се изрази със следното уравнение:
- C6N12O6=2C3H3O3 + 4H + 2ATP.
По този начин, в процеса на гликолиза от една молекула глюкоза, тялото може да получи две молекули АТФ.
Окисление
На този етап пирогрозената киселина, образувана по време на гликолизата, реагира с кислорода под действието на ензими, което води до образуването на въглероден диоксид и водородни атоми. След това тези атоми се транспортират до кристалите, където се окисляват, за да образуват вода и 36 АТФ молекули.
И така, в процеса на клетъчното дишане се образуват общо 38 АТФ молекули: 2 на втория етап и 36 на третия. Аденозин трифосфорната киселина е основният източник на енергия, която митохондриите доставят на клетката.
Структурамитохондрии
Органелите, в които се осъществява дишането, се намират в животински, растителни и гъбични клетки. Те са със сферична форма и с размер около 1 микрон.
Митохондриите, подобно на хлоропластите, имат две мембрани, разделени от междумембранно пространство. Това, което е вътре в черупките на този органоид, се нарича матрица. Съдържа рибозоми, митохондриална ДНК (mtDNA) и mtRNA. Матрицата претърпява гликолиза и първия етап на окисление.
Подобни на гребен гънки се образуват от вътрешната мембрана. Те се наричат кристи. Тук се осъществява вторият етап от третия етап на клетъчното дишане. По време на него се образуват повечето АТФ молекули.
Произход на двумембранни органели
Учените са доказали, че структурите, които осигуряват фотосинтеза и дишане, са се появили в клетката чрез симбиогенеза. Тоест някога са били отделни организми. Това обяснява защо и митохондриите, и хлоропластите имат свои собствени рибозоми, ДНК и РНК.
